Содержание к диссертации
Введение
1. Прменение комплексных добавок для повышения технологических и эксплуатационных свойств бетона
1.1. Использование добавок при изготовлении бетонов 10
1.2. Пластификаторы на основе лигносульфонатов 12
1.3. Полифункциональные комплексные добавки пластифицирующе-ускоряющего действия 20
1.4. Комплексные добавки полифункционального действия 28
1.5. Постановка задачи исследования 30
2. Методы исследования и характеристика сырьевых материалов
2.1. Методы исследования 31
2.1.1. Методы исследования технологических и эксплуатационных свойств исходных материалов и бетона 31
2.1.2. Реологические исследования 32
2.1.3. Рентгенофазовый анализ 32
2.1.4. Анализ методом дифференциальной сканирующей калориметрии 33
2.1.5. Метод дифференциальной термогравиметрии 33
2.2. Характеристика сырьевых материалов 34
2.2.1. Портландцементный клинкер и портландцемент 34
2.2.2. Песок и щебень 34
2.2.3. Добавки 35
2.3. Методические основы проектирования состава бетона плотной структуры 37
2.4. Методические основы математического моделирования функций 39
3. Исследование процессов гидратации цемента и формирования структуры портландцементного камня при введении добавок жидких отходов кожевенного производства и поверхностноактивных веществ
3.1. Особенности фазообразования и прочности и портландцементного камня при введении добавки жидкого отхода кожевенного производства 44
3.2. Особенности фазообразования и прочности в портландцементном камне с комплексными модификаторами, содержащими ОКП и пластифицирующий компонент 50
3.2.1. Гидратообразование и формирование структуры и портландцементного камня с комплексной добавкой ОКП+С-3 51
3.2.2. Изменение фазового состава и прочности цементного камня с комплексной добавкой ОКП+ЛСТ 56
3.3. Исследование реологических характеристик цементных систем 62
3.3.1. Пластическая прочность цементных паст 62
3.3.2. Предельное напряжение сдвига и динамическая вязкость 65
3.4. Исследования влияния компонентов комплексной добавки ОКП+ЛСТ путем математического моделирования эксперимента 67
3.5. Взаимодействие ЛСТ добавкой ОКП
в цементной композиции 71
Выводы по главе 3 73
4. Исследования свойств бетонных смесей и бетонов с полифункциональной добавкой ЛСТМО
4.1. Прочностные характеристики бетонов с комплексной полифункциональной добавкой 75
4.2. Анализ эксплуатационной стойкости бетонов с комплексной полифункциональной добавкой 82
4.3. Исследование режимов ТВО для тяжелых бетонов с комплексной полифункциональной добавкой 87
4.4. Опытно промышленные испытания добавки ЛСТМО 91
Выводы по главе 4 94
Общие выводы 96
Литература 99
- Полифункциональные комплексные добавки пластифицирующе-ускоряющего действия
- Анализ методом дифференциальной сканирующей калориметрии
- Особенности фазообразования и прочности в портландцементном камне с комплексными модификаторами, содержащими ОКП и пластифицирующий компонент
- Анализ эксплуатационной стойкости бетонов с комплексной полифункциональной добавкой
Введение к работе
Актуальность работы. Строительные изделия и конструкции, изготовленные с применением цементных бетонов занимают важное место в составе продукции строительной индустрии. Увеличение требований к качеству и эффективности их применения в строительстве обеспечивается решением комплекса задач по повышению их технологичности, прочности и эксплуатационных характеристик.
Одним из наиболее перспективных и эффективных направлений решения этого комплекса задач является широкое использование различных органических и минеральных добавок в бетоны. При этом достигается сокращение расхода цемента без изменения прочности бетона; улучшение технологических свойств бетонных смесей; вследствие повышения удобоукладываемости бетонных смесей снижаются трудо- и энергозатраты в производстве; создаются условия направленного формирования структуры бетона.
Целенаправленное модифицирование пластифицирующих добавок в цементные системы техногенными жидкими отходами позволяет снизить их стоимость и экологическую напряженность в регионах.
Охрана окружающей среды и рациональное природопользование относятся к числу приоритетных задач хозяйственной политики большинства промышленно развитых стран и могут быть успешно решены техническим путем на основе ресурсного принципа. Наиболее полно этот принцип реализуется в такой материалоемкой отрасли, как строительная индустрия.
Жидкий отход при обработке кожи и меха Тюменской овчинно-меховой фабрики содержит значительное число химических соединений, которые положительно влияют на физико-механические свойства бетона.
Работа выполнена в рамках Российской научно-исследовательской программы по разделу «Строительство», тема работы входила в региональную программу «Строительные материалы на основе местного сырья».
Цель диссертационной работы — исследование структуры и свойств тяжелых цементных бетонов с применением комплексной добавки на основе жидкого отхода кожевенного производства (ОКП).
Задачи исследования:
1. Исследовать влияние жидкого отхода кожевенного производства на свойства цементного теста и цемента.
2. Разработать комплексную полифункциональную добавку на основе жидкого отхода кожевенного производства.
3. Исследовать влияние комплексной полифункциональной добавки на физико-механические свойства бетонных смесей и бетонов.
4. Провести опытно-промышленную проверку результатов исследований и оценить их технико-экономическую эффективность.
Научная новизна:
1. Использование в качестве добавки к цементу жидкого отхода кожевенного производства (ОКП), основными компонентами которого являются: хлориды и сульфаты натрия, соединения хрома (+3) и органические вещества (альдегиды, жиры) приводит к ускорению набора пластической прочности цементного теста. Степень гидратации цемента повышается: потеря массы при нагреве от 25 до 750 °С увеличивается с 9 до 11%. Прочность образцов, содержащих 0,5-2,0% ОКП, в возрасте 3 суток увеличивается на 100-150% по сравнению с составами без добавок. В возрасте 28 суток увеличение прочности составляет 10-15%.
2. Дополнительное введение в составы, содержащие ОКП, суперпластификатора С-3 в количестве 1,0% от массы цемента приводит к уменьшению скорости набора пластической прочности и не повышает прочность образцов в сроки твердения от 3 до 28 суток.
3. Использование в качестве пластифицирующей добавки к составам, содержащим добавку ОКП, лигносульфоната технического (ЛСТ) обеспечивает существенное увеличение скорости набора пластической прочности цементного теста. Оптимальной является полифункциональная добавка, содержащая 2,0% ОКП и 0,5% ЛСТ. Образцы с такой добавкой имеет прочность при сжатии в возрасте 3 суток на 70% больше, а в возрасте 28 суток на 30% большую, чем составы без добавок.
4. Тяжелые цементные бетоны марок Ml00 - М350 с такой полифункциональной добавкой имеют во все сроки твердения от 1 до 28 суток прочность при сжатии на 25-30% выше, чем бетоны аналогичных марок без добавки. Водопоглощение и открытая пористость модифицированных добавкой ОКП+ЛСТ бетонов марок Ml 00 - М350 меньше на 25,0%, чем у бетонов без добавки. Морозостойкость бетонов при использовании этой добавки увеличивается на 50-100%. Высокие темпы твердения бетона, модифицированного полифункциональной добавкой, позволяют применять ускоренные режимы тепловлажностной обработки.
Практическая значимость работы:
1. Предложено в качестве добавки в бетоны использовать жидкий отход кожевенного производства, содержащий в качестве основных компонентов хлориды и сульфаты натрия, соединения хрома (+3) и органические вещества. Это обеспечивает утилизацию отхода, решение экологических проблем, повышение качества бетона.
2. Предложен состав полифункциональной добавки: 2,0% ОКП+0,5% ЛСТ. Ее использование позволяет обеспечить ускоренный набор прочности бетона, снижение его водопоглощения и открытой пористости, повышение морозостойкости, сокращение режима тепловлажностной обработки. Наиболее эффективно использование этой добавки в бетонах средней и повышенной марочной прочности и в высокоподвижных смесях.
3. Проведено промышленное опробование полифункциональной добавки при производстве железобетонных изделий на заводе ЖБИ Тюменской домостроительной компании. Установлено, что применение этой і
добавки позволяет повысить прочность бетонных изделий на 15-20%, увеличить подвижность бетонных смесей на 15-17% при прочих равных условиях.
Достоверность полученных результатов обусловлена использованием современных физико-химических методов исследования: дифференциальной сканирующей калориметрии совместно с методом дифференциальной термогравиметрии и рентгенофазовым анализом, а также проведением реологических исследований и стандартных испытаний, соответствующих ГОСТам и другим нормативным документам.
На защиту выносятся:
1. Результаты исследований по определению эффективности добавки -жидкого отхода кожевенного производства в портландцементной системе и полифункциональной добавки на его основе.
2. Результаты исследований физико-химических и структурно-технических характеристик цементного камня с полифункциональной добавкой.
3. Результаты исследований влияния полифункциональной добавки на физико-механические свойства тяжелых цементных бетонов.
4. Результаты исследования режима тепловлажностной обработки на прочностные свойства тяжелого цементного бетона с полифункциональной добавкой.
5. Результаты заводских испытаний тяжелых цементных бетонов с комплексной полифункциональной добавкой и нормативно-техническая документация для организации производства.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции «Комплексное освоение нефтегазовых месторождений юга западной Сибири» (г.Тюмень, 1995г.); 1(1Х) Международном совещании по химии и технологии цемента (г.Москва, 1996г); всероссийской научно-практической конференции «Экономические проблемы и решение задач по длительной сохранности недр и окружающей среды на период более 500 лет» (г.Тюмень, 1997г.); всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства и экологии в Западной Сибири» (г.Тюмень, 2005г.); всероссийской конференции «Менделеевские чтения» (г.Тюмень, 2005г.); 63-ей научно-практической конференции НГАСУ (г.Новосибирск, 2006г.).
Реализация работы. Проведены опытно-промышленные испытания на заводе ЖБИ Тюменской домостроительной компании.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 научных статьях, в том числе в издании с внешним рецензированием.
Полифункциональные комплексные добавки пластифицирующе-ускоряющего действия
Пути интенсификации тепловлажностной обработки бетона привели к созданию обширной группы бетонов, модифицированных химическими добавками. В современной технологии бетона широко применяют различные виды химических модификаторов, позволяющих направленно регулировать структурообразование цементных композиций и совершенствовать эффективность тепловой обработки бетона.
Дальнейшие работы в области направленного регулирования свойств бетонной смеси и бетона лежат в области создания и применения модификаторов полифункционального действия. Основные принципы модифицирования добавок сводятся к следующему: улучшение реологических характеристик бетонной смеси; снижение водоцементного фактора и, соответственно, увеличение прочности и плотности бетона; изменение поровой структуры цементного камня; ускорение процесса твердения.
Состав полифункциональных модификаторов может быть различным с усилением отдельных эффектов, влияющих на бетонную смесь и бетон в зависимости от требований, предъявленных к ним.
Одним из основных компонентов модифицированной добавки являются пластификаторы.
Исследованию механизма влияния добавок, оказывающих разжижающее действие на цементные композиции, посвящено много работ [32, 36, 64 и др.]. Несмотря на существующие разногласия по различным проблемам теории пластификации бетонной смеси большинство исследователей в целом одинаково характеризуют основные процессы, происходящие при затворении цемента водой в присутствии поверхностно-активных веществ [9, 72 и др.].
Существуют различные теории, объясняющие эффект повышения подвижности цементных композиций в присутствии пластифицирующей добавки. Суть их заключается в том, что при достаточно высокой концентрации пластифицирующей добавки последняя образует комплексное соединение с трехкальциевым алюминатом и водой, и при дальнейшем увеличении концентрации осаждается гель, содержащий избыток двухзарядных ионов кальция и трехзарядных ионов алюминия, что способствуюет разжижению цементных композиций [106].
Результаты физико-химических исследований пластифицированного цемента подтвердили наличие химического взаимодействия добавки с новообразованиями цементного камня [64]. В результате хемосорбции молекул лигносульфоната на поверхности новообразований образуются новые соединения Si-0-Ca-S03R, где SO3R - лигносульфонат. По мнению авторов работы [5], хемосорбционная связь лигносульфоната с твердой поверхностью частиц, имеющих основной характер, обеспечивается фенольными гидроксилами.
Лукоянович В.М., исследуя процессы осаждения молекул пластификатора на поверхности цемента, отмечает [60], что часть молекул вступает с цементом в химическое взаимодействие, а часть адсорбируется на его поверхности. По другим данным, адсорбция поверхностно-активных веществ является доминирующим процессом, происходящим на поверхности вяжущего, в результате чего происходит стабилизация зародышей новообразований [77, 85]. Шестоперов СВ. [ПО] установил увеличение дисперсности твердой фазы в присутствии пластифицирующих добавок за счет стабилизации зародышей гидратных фаз. Процесс роста концентрации большинства оксидов в жидкой фазе, приводящий к увеличению числа новообразований и получению более мелкодисперсной структуры, носит название "пептизация гидратов" [13].
По вопросам, связанным с адсорбцией поверхностно-активных веществ на поверхности гидратирующегося цемента, среди исследователей имеются существенные разногласия. Авторы исследования [66] считают, что адсорбция поверхностно-активных веществ на зернах гидратирующегося цемента приводит к морфологическим изменениям гидратных новообразований.
В работах [18, ПО] говорится о преимущественной адсорбции добавки на алюминатной составляющей цемента. Адсорбции добавки на силикатах исследователи не обнаружили. Юнг В.П. и Тринкер Б.Д., отмечая избирательность действия поверхностно-активных веществ на составляющие цемента, утверждают, что СзА и C3S одинаково адсорбируют поверхностно-активные вещества. При этом заметно повышается концентрация в жидкой фазе СзА и C3S, что авторы объясняют пептизацией и стабилизацией новообразований [111].
Авторы исследования [21], считают что, негидратированные поверхности основных составляющих цемента практически не адсорбируют поверхностно-активные вещества, а гидраты адсорбируют их в значительном количестве. Исследования Фроловой Т.Ф. подтверждают эти выводы. По ее мнению адсорбция пластифицирующей добавки на поверхности продуктов гидратации цемента происходит за счет образования связей между карбоксильными, сульфонатными, гидроксильными группами лигносульфоната и ионами кальция Са и аллюминия А1 составляющих цемента [2]. По мнению Тарнаруцкого Г.М. при адсорбции на поверхности частиц цемента ПАВ образует пленку, которая покрывает микронеровности и снижает внутреннее трение в цементном тесте, создавая лучшие условия для скольжения и уменьшения вязкости [96, 97]. При этом пленка создает частичное экранирование цементных частиц, замедляя тем самым их гидратацию. Однако структура пленок не должна существенно препятствовать проникновению воды к поверхности частиц цемента [34]. Исследования [73] подтверждают, что основной причиной увеличения подвижности цементных композиций являются адсорбционные слои, устраняющие силы сцепления между частицами и обеспечивающие гидродинамическую смазку, т.е. уменьшение трения между частицами цемента.
Запорожец И.Д. объясняет возникновение эффекта пластификации увеличением количества воды, участвующей в разжижении цементного теста за счет того, что вследствие адсорбции поверхностно-активных веществ на поверхности частиц цемента происходит изменение способности цемента смачивается водой [32].
Из ряда работ следует, что определяющую роль в эффективности пластифицирующей добавки и механизме ее действия играет установившаяся величина дзета-потенциала поверхности частиц твердой фазы. Эффект пластификации возрастает с ростом величины дзета-потенциала, так как вследствие адсорбции добавки на частицах твердой фазы, последние приобретают одноименный отрицательный заряд количественно равный величине дзета-потенциала, что препятствует слипанию частиц в крупные агрегаты, приводит к их отталкиванию, при этом затрудняется коагуляция цементных частиц [46, 89]. В работе [104] подтверждено наличие отрицательного заряда у молекул лигносульфоната в водном растворе. При адсорбции лигносульфоната на частицах цемента, они, приобретая на своей поверхности отрицательный заряд, вызывают взаимное отталкивание цементных частиц друг от друга. О влиянии поверхностного отрицательного заряда, приобретаемого гидратируемой поверхностью цемента при адсорбции на ней поверхностно-активных веществ, на увеличение подвижности пластифицированных цементных композиций говорится в работе [102].
Анализ методом дифференциальной сканирующей калориметрии
Анализ производился на дифференциальном сканирующем калориметре Mettler 3000 методом интегрирования пика. Интеграл по времени от теплового потока в течение динамического опыта дает теплоту наблюдаемой реакции. При интегрировании определяется площадь между кривой и нулевой линией.
Съемка велась при следующих температурных параметрах: начальная температура +20 С, скорость нагрева 10 С/мин, конечная температура 590С, интервал обработки 30-585 С.
В результате измерений и обработки получают экспериментальную кривую, график обработки экспериментальной кривой в нужных интервалах температур, энтальпию абсолютную и на грамм вещества, температуру образца в максимуме пика.
2.1.5. Метод дифференциальной термогравиметрии - DSC-DTG
Метод DSC-DTG основан на определении дифференциальной потери массы образца при нагревании и является важным дополнением к методу DSC, так как позволяет более точно охарактеризовать количественную сторону протекающих процессов.
Экспериментальная кривая обрабатывалась отдельно по участкам и по пикам. Температурные параметры съемки: нагрев со скоростью 10 С/мин от 23 до 780 С, температурный интервал обработки 25-778 С.
Исследование свойств цементных паст, растворных и бетонных смесей проводилось на портландцементе Сухоложского цементного комбината марки ГЩ400Д20 следующего вещественного состава: доменный гранулированный шлак до 15%, активная минеральная добавка-опока до 3%. Минеральный состав клинкера: C3S - 60-63%, C2S - 13-15%, СзА - 7%, C4AF - 14%.
Химический состав клинкера характеризуется содержанием следующих оксидов, в % по массе: Si02 - 21,58; СаО - 66,7; MgO - 0,5; Fe203
- 4,31; А1203 - 5,66; S03 - 0,15.
Основные физико-механические характеристики используемого
портландцемента, определенные по ГОСТ 310, равны:
- истинная плотность - 3100 кг/м3,
- насыпная плотность - 1300 кг/м ,
- тонкость помола - 6,4%,
- нормальная густота - 25,5%,
- сроки схватывания: начало - 1ч 15мин, конец - Зч 15мин,
- активность - 38,2 МПа.
В качестве мелкого заполнителя использовался кварцевый песок Тюменского района. Используемый песок имел следующие характеристики, определенные в соответствии с ГОСТ 8736:
- модуль крупности 1,38;
- истинная плотность 2,5 г/см3;
- насыпная плотность 1,39 г/см3; - содержание илистых, глинистых и пылеватых частиц 3%;
- наличие органических примесей раствор NaOH имел цвет светлее эталона.
Гранулометрический состав песка представлен в таблице 2.1.
Крупный заполнитель - щебень карьеров Свердловской области, фракция 5-20, имел следующие характеристики, определенные в соответствии с ГОСТ 8267:
- истинная плотность 2,65 г/см ;
- насыпная плотность 1500 кг/м ;
- содержание илистых, глинистых и пылеватых частиц 0,7%;
- наличие органических примесей раствор NaOH имел цвет светлее эталона;
- марка по дробимости Др 11;
- количество лещадных зерен 9%.
Добавка - отход обработки кожно-меховых изделий (ОКП). Отход образуется в процессе обработки овчин, их дубления и пенилирования меха. Отход представляет собой достаточно концентрированную жидкость содержание компонентов в которой отражено в таблице 2.2.
Так как овчинно-меховая фабрика имеет полную переработку овчинно-меховых изделий, данный отход являются нетрадиционным для других предприятий, занимающихся обработкой меха и кожи.
Лигносульфонаты - соли лигносульфоновых кислот, получающиеся после сбраживания Сахаров и извлечения спиртов, органических кислот и других веществ, из отработанных сульфитных щелоков, образующихся при варке целлюлозы.
Использовался лигносульфонат технический порошкообразный (ЛСТП) "ТУ 2455-002-00281039-00", порошок от светло-коричневого цвета до темно-коричневого. Качественные показатели ЛСТП: массовая доля сухих веществ, % - не менее 55,64; массовая доля золы, % - не более 3,76; массовая доля нерастворимых в воде веществ, % - не нормируется; рН 20% раствора -не менее 5; предел прочности при растяжении высушенных образцов, МПа -не более 0,971; вязкость условная на вискозиметре ВЗ-4, с. - 21; плотность, г/см - 1,25; массовая доля оксида кальция, % - не нормируется; массовая доля редуцирующих веществ к массе сухих веществ - 10,8; массовая доля волокна, % -0,54.
Особенности фазообразования и прочности в портландцементном камне с комплексными модификаторами, содержащими ОКП и пластифицирующий компонент
Применение добавки ОКП способствует быстрому росту прочности портландцементных систем преимущественно за счет ускоренного образования эттрингитоподобных Aft-фаз и приводит к повышению водопотребности цементного теста. Увеличение необходимого количества воды затворения в бетонах повышает пористость затвердевшего материала, что влечет за собой снижение прочности, морозостойкости, повышение гигроскопичности, снижения коррозионной стойкости. Поэтому, при получении качественных изделий на основе цементных композиций, становится очень важным пластифицирование и замедление раннего схватывания и твердения цементных систем.
Введение в портландцементные системы поверхностно-активных веществ (ПАВ), сорбирующихся на поверхности твердого тела, изменяет свойства портландцементного теста, бетонной смеси и бетона. В период после затворения цемента водой и начала формирования гидратов, ПАВ затрудняет образование контактов между кристаллами новообразований, что обусловлено, в основном, образованием адсорбционного слоя из органических молекул на гидратирующейся поверхности. Природа ПАВ существенно влияет на кинетику выделения гидратных новообразований, а также развития контактных взаимодействий частиц дисперсной фазы, определяющих в дальнейшем морфологию и прочность возникающей структуры цементного камня
Молекулы С-3, адсорбируясь на гидратирующихся частичках портландцементного вяжущего, препятствуют поступлению в жидкую фазу продуктов растворения частиц цемента и первичных гидратов.
Проведенные исследования показали, что эффективность ОКП в непластифицированной и пластифицированной С-3 системах отличаются, а также зависят от количества воды затворения (таблица 3.2, рисунок 3.4).
Анализ, проведенный методами DSC и DSC-DTG, односуточных образцов из теста нормальной густоты с добавкой ОКП+С-3, показал следующее.
Дифференциальная потеря массы, связанная с удалением воды из гидросиликатов кальция и Aft-фаз при температуре 104-108 С (рисунок 3.5) возрастает на 70% по отношению к контрольному составу без добавок. Дифференциальная потеря массы в интервале 27-250 С, в который входят два эндоэфекта с температурами пиков 108 С (потеря воды из Aft, C-S-H фаз) и 190,5 С (разложение AFm фазы), составила 6,7 %. Это на 1,9 % больше, чем у состава с добавкой ОКП. Повышенная дифференциальная потеря массы и высокая ранняя прочность образцов с добавкой ОКП+С-3 обусловлена увеличением степени гидратации и быстрым образованием AFt, AFm и C-S-H фаз.
Сохранение водоцементного отношения на уровне непластифицированной контрольной пасты в портландцементных системах с ОКП+С-3 приводит к тому, что прочность образцов в возрасте 3 суток понижается, а 7 - 28-ми суточная - возрастает, но незначительно, относительно аналогичных составов с ОКП. Уменьшение водоцементного отношения до уровня теста нормальной густоты, в составах с ОКП+С-3, благоприятно сказывается на темпах набора и величине прочности образцов при дозировке ОКП до 1 %. Увеличение количества ОКП до 1,5-2,0% от массы портландцемента в пластифицированных системах с нормальной густотой теста приводит к понижению прочности образцов по сравнению с составами, содержащими повышенное количество воды затворения. Структура и фазовый состав новообразований цементного камня в ранний период твердения является важным и определяющим многие свойства затвердевшего бетона. Направленное формирование плотного и прочного портландцементного камня в ранний период твердения возможно при использовании органического замедлителя — стабилизатора структуры материала, способствующего образованию AFm-фаз, изоструктурных Са(ОН)2.
В соответствии с действующими нормативными документами применение ЛСТ ограничено, как правило, дозировкой 0,25% от массы цемента. Однако, как показал эксперимент, такая дозировка ЛСТ практически не оказывает ни пластифицирующего, ни стабилизирующего эффекта. При увеличении дозировки до 0,5% пластифицирующий эффект существенно возрастает.
Присутствие адсорбционного слоя на поверхности новообразований и цементных частиц не подавляет полностью гидратацию вяжущего. После постепенного удаления замедляющего вещества из раствора, нормальный рост кристаллов возобновляется. При этом значительно повышается вероятность образования множества мелких кристаллов, а не нескольких крупных. С этим, вероятно, связано некоторое увеличение (в 1,21 раза) дифференциальной потери массы состава, содержащего компонент ЛСТ, по сравнению с контрольным (рисунок 3.7).
Положительный эффект проявляется с увеличением продолжительности твердения образцов. Из рентгенограммы портландцементной системы с «ОКП+ЛСТ» после 28 суток нормального твердения (рисунок 3.8) видно, что материал формируется в основном из изоструктурных Са(ОН)2 (d/n = (1.924; 1.79; 1.625; 1.486)-10-1 гексаганальных AFm новообразований: гидроалюминатов С4АН13.19 (d/n = (2.69; 2.54)-10"10м), а также гидромоносульфоалюмината кальция (d/n = (8.92; 2.88; 2.41)-10"10м). Рентгеноаморфные гидросиликаты кальция C-S-H(I, II), обеспечивающие высокую прочность портландцементной системы, практически не фиксируются методом РФА. Из данных, приведенных в таблицах 3.2 и 3.3, видно, что положительный эффект от стабильности микроструктуры портландцементного камня относительно AFm-фаз при совместном использовании ОКП и ЛСТ сказывается на постоянном росте и высоких значениях прочности образцов, даже по сравнению с аналогичными составами, в которые входит ОКП и пластификатор С-3.
Таким образом, стабилизируя фазовый состав модифицированных цементных систем добавкой ОКП компонент ЛСТ способствует формированию плотной и прочной структуры портландцементного камня.
Анализ эксплуатационной стойкости бетонов с комплексной полифункциональной добавкой
Проведенные исследования показали, что в присутствии полифункциональной добавки водоцементное отношение бетонных смесей любых марок (от М100 до М350) понижается относительно бездобавочных смесей. От В/Ц отношения в прямой зависимости находится открытая капиллярная пористость, а, следовательно, такие свойства бетона как водопоглощение и морозостойкость. Сравнительные результаты определения показателей эксплуатационной стойкости бетонов приведены в таблице 4.4.
В равноподвижных бетонных смесях М100, М150, М350 с ОК 3-4 см при постоянной дозировке полифункциональной добавки ЛСТМО В/Ц уменьшается на 9-11 % по сравнению с аналогичными бездобавочными составами. Для высокоподвижной и жесткой бетонных смесей М200 и М250, соответственно, эта величина несколько ниже и составляет 4-6% (рисунок 4.4).
Добавка пластифицирующе-ускоряющего действия способствует не только росту значений прочности бетонов, но и увеличению их плотности. Понижение массового водопоглощения и открытой пористости бетонов М100 - М350 составляет до 25% от аналогичных параметров контроля.
Данные проведенных исследований показывают, что введение полифункциональной добавки ЛСТМО в бетонах марок Ml00 - М350, с различной подвижностью, позволяет снизить водопоглощение за счет уменьшения открытой пористости бетонов (рисунок 4.4) и значительно увеличить морозостойкость (рисунок 4.5). Прирост значений морозостойкости бетонов при наличии в них добавки составил в среднем 50 — 100%. 4.3. Исследование режимов ТВО для тяжелых цементных бетонов с комплексной полифункционалыюй добавкой
На предприятиях ЖБИ Сибирского региона, в холодный период года более эффективным представляется применение полифункциональных добавок для бетона с его тепловой обработкой по сокращенным режимам. При этом важно выяснить, в какие сроки можно остановить подачу пара без снижения эффективности пропаривания, а также какая температура теплоносителя наиболее приемлема.
На большинстве заводов ЖБИ температура изотермической выдержки при пропаривании изделий из портландцементных бетонов составляет 80 - 85 С. Температура и длительность тепловой обработки значительно влияет на прочность бетона с применением добавок. Эффективность действия добавок заметно возрастает при снижении температуры тепловой обработки. Результаты [64] показывают, что температуру изотермической выдержки можно значительно снизить и получить заданную прочность.
При пропаривании скорость гидратации различных цементов в присутствии ускорителей твердения заметно повышается. Вследствие этого добавки при прочих равных условиях повышают прочность бетонов, причем, эффективность их использования тем выше, чем короче цикл ТВО. Так, наибольший прирост прочности бетонных образцов отмечается в первые 2-3 часа изотермического прогрева [64, 80, 81].
В нормативной литературе приводятся режимы ускоренного твердения бетонов с добавками, в которых периоды ТО изменяются в довольно широком диапазоне. Выбрать оптимальный режим ТО для конкретного вида изделия, в котором используется какая-либо химическая добавка, затруднительно. На практике в этом случае сокращаются на 1-2 часа время предварительной выдержки и длительность изотермического прогрева. Такие режимы несовершенны и существенно снижают эффективность введения химических добавок. Это обстоятельство в ряде случаев препятствует внедрению химических добавок в производство.
Эффект, достигаемый введением электролитов, зависит и от консистенции бетонной смеси. Известно, что чем выше подвижность бетонной смеси, тем в большей степени можно сократить ТВО. В жестких бетонных смесях при введении добавок продолжительность пропаривания может сократиться не более чем на 0,5 часа [56, 92], а стоимость бетонной смеси возрастает за счет стоимости вводимой в нее добавки.
Введение ПАВ в бетонные смеси, как известно, способствует их пластификации. Введение этих добавок, за некоторым исключением, приводит к увеличению длительности предварительной выдержки за счет замедления гидрато- и структурообразования в ранние сроки. Оптимальная продолжительность предварительного выдерживания определяется сроками структурообразования бетонной смеси. Чем позднее происходит схватывание смеси, тем дольше следует выдерживать изделие до начала тепловой обработки [26, 59, 68, 91, 103,107, 115].a
Применение полифункциональной добавки пластифицирующе-ускоряющего механизма действия в бетонах, подвергаемых ТВО, весьма эффективно. Подобное сочетание добавок способно корректировать темп твердения бетонов [56, 92].
В качестве сокращенных режимов тепло-влажностной обработки (ТВО) для бетонного состава М150, содержащего полифункциональную добавку, были выбраны режимы, представленные в таблице 4.5.
