Улучшение качества технологических приемов и физико-технических свойств цементных материалов, в частности, тяжелого бетона с позиций современных представлений физико-химии поврехностных явлений и теории конгломератов неразрывно связано с применением многокомпонентных модификаторов (добавок).
Интерес представляют модификаторы, содержащие гидрофобизирующие ингредиенты, которые особенно в составе многокомпонентных добавок обеспечивают регулирование конструктивных и деструктивных процессов в цементных материалах во времени (в период эксплуатации различных бетонных объектов, зданий и сооружений) [4].
В настоящей работе сделан упор на конструировании составов модификаторов, которые обладали бы пролонгированным действием в направлении регулирования процессов формирования стабильной макро- и микроструктуры, массообмена, самозалечивания цементного камня, эксплуатируемого в тяжелых условиях.
Наиболее существенной особенностью цементных материалов является способность их разжижжаться в присутствии добавок-пластификаторов и под влиянием механических воздействий, изменять свои свойства во времени по мере превращения в искусственный камень конгломератного строения – бетон [2].
Структурированные водные оболочки придают смесям связность и облегчают скольжение частиц относительно друг друга. Применение комплексных модификаторов, в состав которых входят пластификаторы гидрофобно-пластифицирующего действия, соли неорганических кислот и др., вносит свою специфику на реологию цементных паст [3].
Накоплен существенный практический опыт решения таких задач, в том числе с использованием комплексных органоминеральных модификаторов, содержащих в своем составе микрокремнезем, золу-унос, суперпластификатор и регулятор твердения в разных соотношениях.
Исходя из приведенных пошаговых целевых индикаторов качества бетона нами было принято решение продолжить исследования основных физико-технических свойств цементных паст, цементного камня, бетонных смесей и бетона, приготовленного с использованием органоминерального модификатора типа ОМД-М.
Для приготовления высокоэффективных комплексных гидрофобизирующих добавок-модификаторов, улучшающих свойства цементных материалов, в качестве ингредиентов применяли различные органические и неорганические соединения. Выбор ингредиентов осуществлялся на основе изучения опыта работы передовых предприятий стран ближнего и дальнего зарубежья с учетом требований к добавкам-модификаторам, регламентируемым действующими нормативными документами, в частности, ГОСТом 24211–2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические требования».
В качестве гидрофобизирующего ингредиента применяли кубовые остатки синтетических жирных кислот (КОСЖК), которые являются массовыми и дешевыми промышленными отходами. КОСЖК представляют собой мазеобразный продукт нефтехимического синтеза, образующийся при дистилляции синтетических жирных кислот (СЖК), которые получаются при окислении парафина. КОСЖК содержат более 80 % жирных кислот, высокомолекулярные спирты и дифункциональные соединения.
В качестве альтернативы КОСЖК применялись синтетические жирные кислоты (СЖК), получаемые окислением парафина, удовлетворяющие требованиям ГОСТа 23239–89 «Кислоты жирные синтетические».
В наших опытах полученные на основе СЖК и КОСЖК эмульсии по глобулярному составу относятся к тонкодисперсным (рис. 1), причем прямая эмульсия на основе СЖК получена более высокого качества. Такое заключение подтверждается при ее совмещении с ультрадисперсным микрокремнеземом. Относительной характеристикой лучшего качества прямой эмульсии на основе СЖК можно считать ее быструю и легкую смываемость с листка бумаги и более высокую прочность цементного камня.
а 
б 
в
Рис. 1. Глобулярный состав прямых водных эмульсий:
а - эмульсия, полученная в обычном диспергаторе; б - эмульсия на основе СЖК, полученная в РПА;
в - то же, на основе КОСЖК
Из анализа результатов выполненных ранее работ нами сделан вывод о необходимости сосредоточиться в дальнейшей работе на исследовании влияния на качество цементных материалов гидрофобизирующих органоминеральных модификаторов марок ОМД-МС (с добакой СЖК) и ОМД-МК (с добавкой КОСЖК).
В этой связи нами были проведены опыты по определению влияния дозировок модификаторов марок ОМД-МС и ОМД-МК на изменение нормальной густоты цементного теста в сравнении с достаточно изученным суперпластификатором С-3 и известной гидрофобизирующей добавкой ГПД.
В опытах использованы два вида цемента, являющихся основными цементами массового производства в Казахстане, которые отличаются химико-минералогическим и вещественным составами.
Результаты опытов приведены на рис. 2, из которого видно, что с увеличением содержания модификаторов в цементном тесте его нормальная густота вначале резко снижается, а затем стабилизируется, то есть дальнейшее увеличение количества добавки практически не отражается на изменении изучаемой характеристики цементного теста. Оба цемента, несмотря на различие в минералогическом составе, восприимчивы к испытуемым добавкам и на их действие реагируют почти одинаково.
Если увязать полученные данные с данными работ В.Г. Батракова и М.И. Хигеровича, можно сделать вывод, что оптимальная дозировка ОМД-МС и ОМД-МК – 12…13 % от массы цемента, С-3 и ГПД – соответственно 0,4 и 0,3 % [1,5].
При оптимальных дозировках модификаторов ОМД-МС и ОМД-МК нормальная густота цементных паст составила 22 и 24 % (цементной пасты без модификаторов – 26 %).
а
б
Рис. 2. Изменение нормальной густоты цементного теста в зависимости от вида и дозировки модификатора:а – карагандинский портландцемент; б – усть-каменогорский портландцемент;1 – 0,4 % С-3 плюс 4 % ТСН (тиосульфат натрия); 2 – 0,3 % ГПД плюс 3 % ТСН; 3 –12 % ОМД-МС; 4 – 12 % ОМД-МК
Результаты показывают, что предпочтение следует отдавать модификатору ОМД-МС, обеспечивающему лучшую реологию цементных паст благодаря умеренному структурирующему действию на цементные системы синтетических жирных кислот (СЖК) в сравнении с действием кубовых остатков синтетических жирных кислот (КОСЖК).
Данный вывод согласуется с теоретическими воззрениями М.И. Хигеровича о том, что с увеличением молекулярной массы ПАВ (поверхностно-активных веществ) возрастает (вероятность создания более «жесткого молекулярного «ворса», который и определяет в спокойном состоянии псевдожесткость цементных паст, молекулярная масса КОСЖК больше молекулярной массы СЖК). В этой связи можно сделать вывод, что некоторое снижение воды затворения (на 25…27 %) для получения теста нормальной густоты также обеспечивается спецификой действия гидрофобно-пластифицирующей добавки ОМД-МС, имеющей в своем составе гидрофобизирующий ингредиент с меньшей молекулярной массой, чем КОСЖК.
Далее нами были проведены опыты по влиянию на сроки схватывания цемента модификаторов ОМД-МС и ГПД (таблица).
Нормальная густота и сроки схватывания портландцементов различного минералогического состава с гидрофобизирующими модификаторами
|
Добавка, % от массы вяжущего |
Портландцемент |
Минералогический состав клинкера |
Нормальная густота, % |
Сроки схватывания, ч-мин |
||||
|
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
начало |
конец |
|||
|
Без добавки |
карагандинский |
47,92 |
19,09 |
8,65 |
13,6 |
26,5 |
2-40 |
8-35 |
|
12 % ОМД-МС |
22,4 |
3-00 |
6-40 |
|||||
|
0,3 % ГПД плюс 3 % тиосульфата натрия |
24,8 |
3-20 |
8-50 |
|||||
|
Без добавки |
усть-каменогор-ский |
52,27 |
14,87 |
8,28 |
14,28 |
26,0 |
2-45 |
8-00 |
|
12 % ОМД-МС |
22,3 |
3-10 |
6-50 |
|||||
|
0,3 % ГПД плюс 3 % тиосульфата натрия |
24,5 |
3-42 |
9-00 |
|||||
Из результатов таблицы видно, что модификаторы в оптимальном количестве приводят к изменениям сроков схватывания в сравнении с контрольными, но в пределах норм, установленных ГОСТом 10178-85.
Рецензенты:
Жакулин А.С., д.т.н., профессор Карагандинского государственного технического университета, г. Караганда;
Байджанов Д.О., д.т.н., профессор Карагандинского государственного технического университета, г. Караганда.
Работа поступила в редакцию 13.11.2012.