Реотехнологические свойства тонкомолотых цементов и вяжущих низкой водопотребности с резорцинформальдегидным суперпластификатором Ханнаши Яссер

Содержание к диссертации

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 8

1 .ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Состав, строение, классификация и способы получения
Пластифицирующих добавок 12

1.2. Коллоидно-химические представления о механизме дей
ствия пластифицирующих добавок 15
1.2.1.Реологические свойства гидрофильных минеральных

Дисперсий с пластифицирующими добавками 15

1.2.2.Адсорбция пластифицирующих добавок частицами

Минеральных дисперсий. 19

1.2.3.Изменение электрокинетических свойств минеральных сус
пензий пластифицирующими добавками 24

1. Механизм пластифицирующего действия добавок в цементных системах 26

2. Свойства бетонных смесей и бетонов с пластифицирующими добавками 32

3. Разработка и поиск новых видов пластифицирующих добавок 36

4. Вяжущие низкой водопотребности 39

1.6.1. Формирование ВНВ в процессе помола 40

1.6.2. Особенности гидратации вяжущих низкой водопотребно
сти 42

Выводы 44

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ И

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 47

1. Применяемые материалы 47

2. Получение суперпластификатора СБ-3 51

3. Приборы, оборудование и методы исследований 54 Выводы 59

3. КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДНЫХ
ДИСПЕРСИЙ МЕЛА И МРАМОРА 60

4. Поверхностная активность добавок на границе раствор-воздух 60

5. Поверхностная активность добавок на границе твердое тело-раствор 61

6. Адсорбиия СБ-3 на границе твердое тело - раствор 63

7. Влияние добавок на агрегативную устойчивость суспензий 67

3.5. Влияние СБ-3 на реологические свойства суспензий мела и
мрамора 71

3.6. Влияние СБ-3 на электрокинетический потенциал частиц
мела и мрамора 76

3.7. Обсуждение механизма действия СБ-3 78

Выводы 83

4. КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХА
НИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ ПАСТ И ЦЕМЕНТ
НОГО КАМНЯ НА ОСНОВЕ ТМЦ И ВНВ 85

8. Влияние состава и строения компонентов на энергоемкость производства ТМЦ и ВНВ 85

9. Влияние СБ-3 на реологические свойства, агрегативную и седиментационную устойчивость цементных паст 91

10. Адсорбция СБ-3 на ТМЦ и ВНВ 104

11. Ввлияние СБ-3 на электрокинетический потенциал цементных частиц на основе ТМЦ и ВНВ 110

4.5. Влияние СБ-3 на свойства цементного теста и цементного

камня 111

Выводы 112

5. ВЛИЯНИЕ СБ-3 НА СВОЙСТВА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И
БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ТМЦ 114

12. Пластифицирующее действие СБ-3 114

13. Влияние концентрации СБ-3 на водопотребность бетонных смесей и сокращение расхода цемента в бетонных смесях 117 5.3 Физико-технические свойства бетонов с СБ-3 120

Выводы 122

6. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И РАСЧЕТ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 124

14. Опытно-промышленные испытания 124

15. Расчет экономической эффективности 127 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 129 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 131 ПРИЛОЖЕНИЯ 148

Условные обозначения

С_м - концентрация добавки по сухому веществу, % от массы дисперсной фазы;

d- расплыв миниконуса цементной пасты, мм; ОК- осадка конуса, см;

D- расплыв конуса цементно-песчаной смеси, мм; С- концентрация, моль/л; V- объём, м³;

п- число мономерных звеньев в молекуле; М- молекулярная масса, г; т- напряжение сдвига, Па;

То- предельное динамическое напряжение сдвига, Па; г)_пл- пластическая вязкость, мПа-с; у- скорость деформации, с" ; а- поверхностное напряжение, Дж/м г- радиус частицы, мкм; ^-электрокинетический потенциал, мВ; X - удельная электрическая проводимость, Ом" -м" ; I- сила тока, А;

е- диэлектрическая проницаемость, Ф/м; R- универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж-К" -моль' ; N_A- число Авагадро, 6,02-10²³; Г- адсорбция, моль/м ;

F(r)- дифференциальная функция распределения частиц по радиусам; 8- толщина адсорбционного слоя, нм; U_e- энергия электростатического отталкивания, Дж/м ; Us- энергия структурного взаимодействия, Дж/м ; h- расстояние между частицами, нм; Т- температура, К; т- время, час (мин); р- плотность, кг/м ;

Syjг удельная поверхность, м / кг ( м /г);

а- относительное водоотделение;

В/Т- водотвёрдое отношение;

В/Ц - водоцементное отношение;

Рт - пластическая прочность цементного теста, МПа;

Р- разрушающее усилие, кН;

Ц- расход цемента, кг/м³;

П- расход песка, кг/м ;

Щ- расход щебня, кг/м ;

кр- коэффициент морозостойкости;

Rca-^- предел прочности на сжатие, МПа;

R_MJI- предел прочности на растяжение при изгибе, МПа.

Введение к работе

Актуальность работы.

Процессы течения и структурообразования в высококонцентрированных водных минеральных суспензиях и способы их регулирования относятся к числу наиболее актуальных проблем коллоидной химии. В больших масштабах такие суспензии используются, например, при производстве бетона и железобетона.

Агрегативная устойчивость суспензий определяет как технологические свойства бетонных смесей - подвижность, водопотребность, водоотделение и так далее, так и физико-механические свойства бетона и железобетона - пористость, прочность, морозостойкость.

Одним из наиболее эффективных способов регулирования реологических свойств и агрегативной устойчивости таких суспензий является применение веществ, обладающих поверхностной активностыо на границе твердое тело - раствор. В промышленности строительных материалов эти вещества получили название пластификаторов и суперпластификаторов.

В настоящее время разработано довольно много пластифицирующих добавок на основе как индивидуальных веществ, так и отходов производства. Однако, потребность в них удовлетворяется далеко не полностью, что обусловлено рядом причин: дефицитом исходного сырья, высокой стоимостью или низкой эффективностью ряда добавок, экологическими проблемами. Это делает актуальным поиск новых, дешевых и эффективных пластифицирующих добавок. Кроме того, в настоящее время все более широкое применение находят тонкомолотые цементы и вяжущие низкой водопотребности, что требует изучения влияния пластифицирующих добавок на их свойства.

Таким образом, получение новых эффективных пластифицирующих добавок, особенно на основе отходов производства, регулирование агрегативной устойчивости и реологических свойств высококонцентрированных ми-

неральных суспензий, изучение влияния пластифицирующих добавок на свойства бетонных смесей и бетонов на основе тонкомолотых цементов и вяжущих низкой водопотребности представляет большой как теоретический, так и практический интерес.

Работа выполнялась в рамках НТП ТГАСУ раздел «67.09.11 ».

Цель работы:

Регулирование реотехнологических свойств бетонных смесей и бетонов на основе ТМЦ и ВНВ за счет применения резорцинформальдегидного суперпластификатора СБ-3.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

изучить механизм действия резорцинформальдегидного суперпластификатора СБ-3, особенности процессов течения, структурообра-зования и твердения бетонных смесей и бетонов на основе ТМЦ и ВНВ;

оптимизировать условия получения суперпластификатора СБ-3 на основе производства резорцина;

разработать нормативно-техническую документацию, осуществить опытно-производственную проверку результатов исследования и оценить их технико-экономическую эффективность.

Автор защищает:

Закономерности влияния суперпластификатора СБ-3 на агрегативную устойчивость и реологические свойства минеральных суспензий Результаты исследования процессов структурообразования и твердения бетонных смесей и бетонов на основе ТМЦ и ВНВ с суперпластификатором СБ-3. Результаты оптимизации состава и свойств суперпластификатора СБ-3.

Научная новизна работы:

Установлены закономерности изменения коллоидно-химических свойств цементных паст на основе ТМЦ и ВНВ с суперпластификатором СБ-3, заключающиеся в симбатном изменении реологических параметров, наивероятного радиуса частиц, электрокинетического потенциала с увеличением концентрации СБ-3 и позволяющие получить предельно агрегативно устойчивые суспензии с жидкообразным харатером течения.

Установлены особенности формирования адсорбционного слоя резорцин-формальдегидных олигомеров на поверхности дисперсной фазы: при увеличении равновесной концентрации формируется насыщенный мономолекулярный слой с горизонтальной ориентацией олигомерных молекул, при этом достигается гидрофилизация поверхности и увеличение ее заряда.

Показано интенсифицирующее действие СБ-3 при помоле для вяжущих низкой водопотребности, а также некоторое замедление структурообра-зования в бетонах на основе ТМЦ и ВНВ в ранние сроки с последующим ускорением после первых суток твердения.

Найдены закономерности изменения технологических и физико-механических параметров бетонных смесей и бетонов на основе ТМЦ и ВНВ с суперпластификатором СБ-3, позволяющие получать бетоны повышенного качества и пониженной материалоемкости.

Практическое значение работы:

Разработаны условия получения суперпластификатора СБ-3 с высокой пластифицирующей способностью независимо от состава отходов производства резорцина, а также нормативно-техническая документация.

Разработаны составы бетонных смесей и бетонов на основе ТМЦ и ВНВ с суперпластификатором СБ-3, позволяющие получать бетоны с повышенными физико-механическими свойствами и пониженной материалоемкостью.

Экономическая эффективность при использовании СБ-3 в технологии получения бетонов составляет 30 - 50 руб./м бетона.

Результаты работы используются в учебном процессе в курсах «Поверхностные явления и дисперсные системы», «Дисперсные системы в производстве строительных материалов» специальность 250800 и при подготовке специалистов по специальности 290600 по дисциплине «Строительное материаловедение».

Внедрение результатов работы;

На основе полученных результатов была выпущена опытно-промышленная партия бетона на заводе «Домстрой ЖБИ-3» (гор.Строитель).

Апробация работы;

Основные результаты работы были доложены на конференциях:

1. Международная научно-практическая конференция - Белгород: изд-во БелГТАСМ, 2000.- ч.2, с. 212-215.

2. Международная научно-практическая конференция - Белгород: изд-во БелГТАСМ, 2001.- ч.2, с. 173.

3. Сб.докл. Международной научно-практической конференции - Белгород: изд-во БелГТАСМ, 2002.- ч.2, с. 102-105.

Публикации по теме диссертации;

Основные результаты работы изложены в 8 работах.

Структура и объем работы;

Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов, изложена на 147 страницах основного машинописного текста, содержит 41 рисунок и 22 таблицы, список используемой литературы 167 наименований.