Современная строительная индустрия предлагает ряд технических решений по улучшению качества бетона и бетонных работ. В частности, для повышения прочности бетона, снижения энергозатрат и трудоемкости бетонных работ в состав бетона вводят суперпластификаторы [1, 3, 6, 9]. Практика показала высокую эффективность применения синтетических суперпластификаторов на основе сульфированных меламин- и нафталинформальдегидных полимеров (MSF и NSF) [1, 6]. Однако, пластифицирующий эффект от применения суперпластификаторов MSF и NSF ограничен во времени вследствие их быстрой адсорбции. Быстрая потеря подвижности бетонных смесей затрудняет производство бетонных работ. Например, жизнеспособность литых бетонных смесей с суперпластификатором С-3 обычно не превышает 45 минут [7]. Для повышения периода жизнеспособности модифицированных бетонных смесей в состав суперпластификаторов NSF вводят регуляторы сохраняемости свойств. Увеличение периода сохраняемости консистенции бетонных смесей с суперпластификатором С-3 достигается за счет их комплексного использования с замедлителями схватывания, например с кормовой патокой или нитрилотриметиленфосфоновой кислотой [7]. При этом проявляется другой недостаток: применение комплексных суперпластификаторов NSF и MSF с регуляторами схватывания сдерживает рост ранней прочности бетона, увеличивает период оборачиваемости опалубки, что снижает темпы бетонных работ [4, 5].
Суперпластификаторы для бетона в России представлены как отечественными, так и иностранными производителями. Лидерами этого сегмента рынка являются швейцарский концерн Sika, испанский химконцерн Drizoro, немецкий концерн BASF. Для производства самоуплотняющихся бетонов сегодня применяются высокоэффективные суперпластификаторы на базе эфиров поликарбоксилатов – PCE суперпластификаторы [2, 3, 8, 9]. Их применение позволяет значительно увеличить время сохранения консистенции бетонных смесей. Принцип действия PCE суперпластификаторов основан на диспергировании вследствие стерического отталкивания [2, 3].
Целью исследования является сравнительное изучение влияния PСE суперпластификаторов на свойства и кинетику схватывания цементных паст.
Материалы и методы исследования
Исследовано влияние содержания добавок PCE суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430, Glenium C 323MIX и ускорителя твердения X-SEED 100 компании BASF на растекаемость, сроки схватывания и среднюю плотность цементных паст. В качестве вяжущего применялся портландцемент ЦЕМ 42,5Б производства ОАО «Мордовцемент». Добавки вводились в цементное тесто нормальной густоты при соотношении вода : цемент = 29,75 %. Содержание PСE суперпластификаторов в цементных пастах варьировалось от 0,1 до 2,0 % от массы цемента. Для контроля растекаемости цементных паст при постоянном водоцементном отношении 29,75 % применялся конус Хегерманна.
Результаты исследования и их обсуждение
На рис. 1 приведено влияние содержания исследуемых модифицирующих добавок на растекаемость цементных паст при постоянном водоцементном отношении. Исследования показали, что графики зависимости растекаемости цементных паст от содержания всех трех PСE суперпластификаторов (Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C323MIX) практически идентичны: разница в расплыве паст при использовании различных суперпластификаторов при равном их расходе не превышает ± 4,0 %.
При повышении содержания PCE суперпластификаторов растекаемость паст увеличивается. Интервал наиболее активного роста растекаемости соответствует повышению содержания PCE суперпластификаторов от 0,1 до 1,5 % от массы цемента: диаметр расплыва паст при испытании в конусе Хегерманна повышается со 120 до 370…400 мм, то есть увеличивается более чем в 3 раза.
Рис. 1. Влияние содержания суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430, Glenium C 323MIX и ускорителя твердения X-SEED 100 на растекаемость цементных паст при постоянном водоцементном отношении
При дальнейшем увеличении содержания PCE суперпластификаторов от 1,5 до 2,0 % от массы цемента прирост диаметра расплыва паст для каждой из трех добавок не превышает 10 %.
Исследования показали также, что 1 % ускорителя твердения X-SEED 100 не влияет на растекаемость цементных паст, однако его совместное применение с суперпластификатором Glenium ACE 430 (0,5 % от массы цемента) повышает растекаемость паст на 16 %. При содержании Glenium ACE 430 2 % от массы цемента введение ускорителя твердения не повлияло на величину растекаемости цементных паст.
Установлено, что с повышением содержания PCE суперпластификаторов не только повышается растекаемость паст, но и увеличивается период времени от момента затворения до конца их схватывания. На рис. 2 представлена зависимость конца схватывания цементных паст от вида и содержания добавок при постоянном водоцементном отношении.
Рис. 2. Влияние содержания суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430, Glenium C 323MIX-ускорителя твердения X-SEED 100 на конец схватывания цементных паст при постоянном водоцементном отношении
Анализ полученной зависимости показал, что влияние суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX на схватывание цементных паст практически не отличается. При минимальных дозировках суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX в пределах от 0,1 до 0,3 % от массы цемента конец схватывания наступает позднее на 9…35 минут в сравнении с немодифицированным составом. При дальнейшем повышении содержания суперпластификаторов период схватывания значительно увеличивается. Так, при дозировке добавок в количестве 0,5 % от массы цемента конец схватывания наступает позднее на 3,5…4,0 часа. Повышение содержания суперпластификаторов до 1,5 % увеличивает период времени от момента затворения до конца схватывания в сравнении с немодифицированным составом на 7,0…8,0 часов. При дальнейшем повышении содержания PCE суперпластификаторов от 1,5 до 2,0 % от массы цемента приращение времени до конца схватывания составляет 1 час.
Увеличение содержания ускорителя твердения X-SEED 100 от 0,5 до 2 % от массы цемента приводит к сокращению периода времени от момента затворения до конца схватывания на 17…40 минут, что составляет 5…12 % в сравнении с результатами, полученными при испытании немодифицированного состава.
Изучено схватывание цементного теста в условиях комплексного применения ускорителя твердения X-SEED 100 в количестве 1 % от массы цемента при варьировании содержания добавки Glenium ACE 430 от 0,5 до 2,0 % от массы цемента. Анализ результатов эксперимента свидетельствует о повышения влиянии ускорителя твердения X-SEED 100 на сокращение периода схватывания цементного теста в случае его использования в составе цементных паст, содержащих поликарбоксилатный суперпластификатор. Результаты испытания, приведенные на рис. 2, показали, что конец схватывания цементного теста наступает раньше на 3,0…3,5 часа в сравнении с таким же составом без ускорителя твердения.
На рис. 3 представлена зависимость средней плотности цементного камня от содержания модифицирующих добавок.
Исследования показали, что увеличение количества суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX в рецептуре цементных паст повышает их способность к самоуплотнению. В качестве критерия самоуплотнения рассмотрено изменение средней плотности исследуемых составов. Наибольшую способность к самоуплотнению проявил суперпластификатор Glenium-51. Увеличение содержания суперпластификатора Glenium-51 с 0,1 до 2,0 % от массы цемента повысило среднюю плотность цементного камня с 1920 до 2070 кг/м3.
Анализ рис. 3 показывает, что при повышении содержания в цементных пастах ускорителя твердения X-SEED 100 от 0 до 1,5 % от массы цемента средняя плотность цементного камня повышается с 1900 до 2000 кг/м3. Результаты исследования позволяют сделать вывод о существовании зависимости между увеличением периода схватывания и повышением средней плотности цементного камня с поликарбоксилатными суперпластификаторами.
Рис. 3. Влияние содержания суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430, Glenium C 323MIX и ускорителя твердения X-SEED 100 на среднюю плотность цементного камня
Выводы
- Суперпластификаторы на основе поликарбоксилатных эфиров Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX увеличивают растекаемость цементных паст и повышают их способность к самоуплотнению.
- Увеличение содержания суперпластификаторов на основе поликарбоксилатных эфиров Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX от 0,1 до 2,0 % удлиняет период времени от момента затворения до конца схватывания от 6 до 14 часов и повышает среднюю плотность цементного камня c 1920 до 2070 кг/м3.
- Введение ускорителя твердения X-SEED 100 в цементные пасты, модифицированные суперпластификатором Glenium ACE 430, не снижает растекаемости цементных паст, но способствует сокращению периода схватывания на 3 часа.
Рецензенты:
Кондращенко В.И., д.т.н., профессор кафедры «Строительные материалы и технологии», ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения», г. Москва;
Салихов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Автомобильные дороги», ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.
Работа поступила в редакцию 21.03.2014.