Лабораторна робота №5 «Дослідження впливу хімічних додатків на властивості портландцементу»

Мета роботи: дослідити вплив хімічних додатків різного виду на властивості портландцементу.

Теоретична частина

Використання різноманітних хімічних додатків в технології виробництва будівельних матеріалів на основі портландцементу є найбільш поширеним в сучасних умовах засобом впливу на їх будівельно-технічні властивості.

Додатки, що регулюють основні будівельно-технічні властивості цементу, згідно з ДСТУ Б В.2.7-46-96, поділяються на:

• регулятори термінів тужавіння/ прискорювачі і сповільнювачі початку тужавіння/;

• прискорювачі тверднення, що підвищують початкову міцність цементу;

• додатки, що підвищують міцність – такі, що підвищують активність цементу в віці, встановленому стандартом на продукцію для марочної міцності;

• пластифікатори – понижуючі водопотребу цементу;

Роботами Ратинова В.В., Вавржина Ф. та інших дослідників досліджені різні класи хімічних сполук, які діють на твердіюче цементне тісто – впливають на водопотребу, дозволяють при необхідності прискорювати або сповільнювати процеси тужавіння та тверднення, змінювати кристалічну та пористу структуру цементного каменю, регулювати його інші властивості.

До найбільш поширених додатків, які поступеню використання займають перше місце в технології цементних виробів, належать додатки, що зменшують водопотребу цементного тіста – пластифікуючі додатки. Це додатки поверхнево-активних речовин /ПАВ/, що часто одержують із вторинних продуктів та відходів виробництва. Вони поділяються на дві групи:

• пластифікуючі додатки гідрофільного типу, які диспергують колоїдну систему цементного тіста та покращують його плинність. До них належать ЛСТ, УПБ, ПАЩ, ВРП та інші;

• пластифікуючі додатки гідрофобного типу, які захоплюють при перемішуванні тіста дрібні бульбашки повітря, чим зменшують поверхневий натяг на поверхні розділу “вода-повітря” та збільшують пластичність цементного тіста, але основним призначенням цієї групи додатків, крім пластифікації, є покращення структури та морозостійкісті цементного каменю. До цієї групи належать СНВ, СДО, СПД, ГКЖ та інші.

Недоліком пластифікуючих додатків є сповільнююча дія на набір міцності цементного каменю в початковий період тверднення. Тому на практиці їх застосовують найчастіше в складі комплексних додатків в поєднанні з прискорювачем тверднення.

По механізму дії прискорювачі тверднення цементу поділяються на три класи [1]:

• -додатки, що змінюють розчинність зв’язного та вступають з ним в хімічну взаємодію. До них належать, наприклад, KCl, CaCl₂, NaNO₂ та інші. Ці додатки збільшують іонну силу рідкої фази цементу і розчинність клінкерних мінералів та новоутворень;

• додатки, що вступають в хімічну взаємодію з зв’язним з утворенням важкорозчинних сполук. До них належать, наприклад, K₂CO₃, Na₂CO₃, KF, NaF та інші. Механізм їх дії полягає в утворенні зародків кристалізації гідратних новоутворень;

• додатки, що є готовими центрами кристалізації. Це дрібнодисперсні, нерозчинні у воді сполуки, наприклад , СaCO_3.

До прискорювачів тверднення портландцементу належать:

• неорганічні одноосновні сильні кислоти та їх водорозчинні солі кальцію або будь-якого металу з більшою електропровідністю, крім лужних;

• сульфати кальцію, магнію, лужних металів;

• гідроксиди лужних металів та солі, що їх утворюють при взаємодії з Сa(OН)₂

Для досягнення ефекту поліфункціональної дії застосовують численні комплексні добавки, що містять в собі кілька компонентів. Їх умовно можна розділити на 5 груп:

• суміші різних ПАР /група І/;

• суміші електролітів /група ІІ/;

• суміші ПАР і електролітів /група ІІІ/;

• додатки, що включають суперпластифікатори/ група ІV/;

• складні багатокомпонентні додатки /група V/.

Найчастіше до складу додатків Ігрупи входять компоненти гідрофільного та гідрофобного типів /ЛСТ+САВ, ПАЩ+СПД та ін/. В таких комплексних додатках окремі компоненти доповнюють та підсилюють дію один одного, надаючи додаткам універсальності по відношенню до цементів різного мінералогічного складу. Маючи високий пластифікуючий ефект для бетонів різних складів, вони одночасно в 2…5 разів підвищують морозостійкість, а також водонепроникність та корозійну стійкість, дають бетонній суміші можливість повільно втрачати рухомість, в окремих випадках на 5…10% дозволяють зменшувати витрату цементу. Але при цьому необхідно враховувати дещо сповільнений хід гідратації цементу.

Цей недолік усувається при застосуванні комплексних додатків ІІ групи. Введення до їх складу електролітів інтенсифікує процеси гідратації та тверднення цементу, покращує структурно-механічні властивості каменю, а ПАР дозволяє регулювати пластичність, захоплення повітря, гідрофобність сумішей. До таких додатків належать ЛСТ+СН, ЛСТ+НК, ЛСТ+ГКЖ-94+СН, ГКЖ-10+НК та ін. Їх застосування забезпечує необхідний темп набору міцності, підвищує щільність та непроникність каменю, його високу корозійну та морозостійкість і одночасно дозволяє економити в бетоні 8-15% цементу.

В комплексних додатках ІІІ групи поєднання електролітів-прискорювачів тверднення з різним механізмом дії /ННХК, ХК+НН, ННК та ін./ дозволяє усунути недоліки однокомпонентних додатків та досягти поліфункціонального ефекту. Так, в наведених прикладах зменшена небезпека корозії арматури в присутності додатку ХК/СaCl₂/ за рахунок введення інгібіторів /ННК/. Найбільш широко комплексні додатки ІІІ групи використовують при зимовому бетонуванні.

Більшість суперпластифікаторів /додатків ІV групи/ представляють собою комплексні додатки на основі ПАР. Ці додатки в більшій мірі, ніж традиційні пластифікатори, проявляють свій пластифікуючий ефект / не менше ніж на 30% зменшують водопотребу/, збільшуючи плинність та рухомість бетонних і розчинних сумішей, суттєво покращуючи інші будівельно-технічні властивості матеріалів на основі портландцементу.

По своїй хімічній природі це синтетичні полімерні речовини:

• сульфовані маламіноформальдегідні смоли /10-03, МФАС, Нил-10/;

• продукти конденсації нафталін сульфокислоти і формальдегіду /С-3, 40-03, “Дофен”/;

• модифіковані лігносульфонати /ЛСТМ/;

• продукти конденсації оксикарбонових кислот.

Вони використовуються в кількості 0,1…1,2% від маси цементу, їх дія обмежена 2…3 годинами з моменту введення, а також вони не сповільнюють тверднення цементу.

Крім основного реагента з метою регулювання властивостей бетонних сумішей та бетонів до складу суперпластифікаторів вводять додатки, що змінюють терміни тужавіння і темп тверднення, скорочують час теплової обробки, зменшують водовідділення та розшарування бетонних і розчинних сумішей, змінюють вміст повітря в бетонній суміші, покращують порову структуру, чим забезпечують морозостійкість, водонепроникність, міцність та ін. До них належать хлорид, сульфат, нітрат, нітрит, глюконат кальцію, тіосульфат, бікарбонат, тетраборат натрію, піноутворювачі, повітря захоплювачі, а також солі винної, цитринової кислот, похідні цукру та ін. Прикладом додатків ІV групи є С-З+СН, 10-03+СНВ, С-3+СНВ+НН, С-3+ННХК та ін.

Ця група додатків є найбільш ефективними та перспективними модифікаторами властивостей бетонної суміші і бетону та в найближчий час їх застосування буде розвиватися швидкими темпами.

До комплексних додатків V групи належать складні багатокомпонентні склади спеціального призначення, наприклад, бітумні емульсії.