Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)»

Кафедра «Строительные материалы и специальные технологии»

И ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

Методические указания к лабораторной работе

Омск • 2017

ВВЕДЕНИЕ

Органические поверхностно-активные вещества (ПАВ) вводят в

состав цементного раствора или цементного бетона для регулирования технологических свойств смесей, повышения физикомеханических свойств растворов и бетонов, снижения расхода цемента. В зависимости от эффекта действия ПАВ делятся на гидрофилизирующие (пластифицирующие и суперпластифицирующие), гидрофобизирующие, воздухововлекающие и комплексные. Основное свойства ПАВ – их молекулы способны адсорбироваться на поверхности зерен цемента, образуя моноили полимолекулярные слои. Такие слои существенно изменяют некоторые свойства цементных систем. Наи-

новлении оптимального количества этой добавки по изменению нормальной густоты цементного теста и прочности цементного камня.

снижения (или с допустимым уровнемАснижения) других показателей качества смесей, бетонов растворов [3]. Оптимальное количество

За оптимальную дозировку добавки принимается ее минимальное количество, позволяющее получать нормируемый

вводимой добавки зав ситбот минерального и вещественного состава цемента, его удельной поверхности и вида добавки. Поэтому опти-

ГОСТ 24211−2008 технологический и (или) технический эффект без

мальное количествоСипласт ф цирующей добавки должно устанавливаться для конкретного состава вяжущего на конкретных материалах пробными замесами [4].

Лабораторная работа рассчитана на два занятия по 4 часа. На первом занятии выполняют следующие работы:

–определяют тонкость помола цемента и нормальную густоту цементного теста;

–определяют нормальную густоту цементного теста при различных дозировках пластифицирующей или супераластифицирующей добавки;

–из теста нормальной густоты без добавки и с различной дозировкой пластифицирующей (суперпластифицирующей) добавки готовят образцы для определения средней плотности и прочности цементного камня.

3

Образцы после распалубки следует хранить в нормальных условиях в течение 14 суток.

На втором занятии определяют среднюю плотность и предел прочности при сжатии образцов цементного камня, производят вычисления, анализируют результаты эксперимента и делают выводы.

При выполнении лабораторной работы необходимо осуществить большой объем экспериментальных исследований. Поэтому студенту следует предварительно подготовиться к лабораторной работе: а) ознакомиться с методикой эксперимента; б) подготовить в рабочей тетради форму таблиц для записи результатов экспериментов и расчетов; в) иметь в наличии карандаш и линейку для построения графиков по результатам эксперимента, а также микрокалькулятор для выполне-

Студенческая группа (около 25 чел.) делится на две подгруппы, работающие в разных лабораториях под руководством двух преподавателей. Каждая подгруппа делится на бригады по 3 – 4 человека с учетом числа рабочих мест. А

Работа в лаборатории организовывается таким образом, чтобы общее число разновидностейбисследуемых материалов было равно числу бригад и чтобы каждая ригада выполнила самостоятельно полный цикл исследований одной разновидности материала.

При подготовке выполнении лабораторных работ каждый студент ведет рабочуюСтетрадь, в которой составляет отчет по выполненной лабораторной работе по следующему плану:

– цель и задачи работы;

– краткие теоретические основы выполняемого исследования;

– рабочие гипотезы;

– используемые материалы и реактивы;

– используемые приборы и оборудование;

– порядок выполнения работы;

– результаты эксперимента и их интерпретация;

– общие выводы и заключение.

Преподаватели кафедры, проводящие занятие, должны позаботиться о том, чтобы: а) студенты точно соблюдали методику данного исследования и использовали приборы в соответствии с правилами их эксплуатации; б) результаты экспериментов и расчетов, выполненных каждой бригадой, были занесены в сводную таблицу на доске и отту-

4

да перенесены студентами в свои рабочие тетради; г) если были получены новые результаты, представляющие теоретический и практический интерес, были подготовлены доклад на студенческую конференцию и публикация в сборнике материалов конференции.

Защита лабораторной работы проводится путем письменного опроса по контрольным вопросам и заданиям.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК

ДЛЯ ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ

Одним из перспективных направлений повышения эффективно-

сти и качества материалов на основе минеральных вяжущих веществ является применение химических добавок. ИхИвведение позволяет регулировать свойства бетонных (растворных) смесей и бетонов (растворов) [1, 2]. Ведущее место средиДхимических добавок, применяемых в технологии бетона, занимают пластифицирующие добавки.

Согласно ГОСТ 24211−2008, пластифицирующие добавки, входящие в класс добавок, регулирующих свойства бетонных и растворных смесей, подразделяются на добавки:

– суперпластифицирующие, увеличивающие подвижность бе-

фикаторов на различной химической основе, некоторые из них приведены в табл. 1. Являясь разжижителями и высокоэффективными пластификаторами, они позволяют при прочих равных условиях в несколько раз повысить подвижность бетонных и растворных смесей, не снижая при этом прочности бетона или раствора при сжатии.

Первые три вида известны с самого начала промышленного применения суперпластификаторов, поэтому их часто называют традиционными. В отличие от традиционных суперпластификаторов действие суперпластификаторов четвертого вида, ввиду особенностей структуры используемых полимеров, в основном базируется на стерическом эффекте, благодаря которому снижается трение компонентов цементной суспензии. Такие суперпластификаторы во многих зарубежных

5

странах называют сверхсуперили гиперпластификаторами. Данный вид суперпластификаторов разработан в девяностых годах и достаточно широко используется в европейских странах и Японии.

Таблица 1

Классификация суперпластификаторов в зависимости от химической основы

анионактивныеСповерхностнои-активные вещества (ПАВ) коллоидного размера с большим количеством полярных групп в цепи. Эффективность суперпластификаторов и пластификаторов зависит от структуры, наличия и вида функциональных активных групп, их расположения в молекулах, длины и формы цепей, молекулярной массы [1, 2]. Разжижающее действие суперпластифицирующих и пластифицирующих добавок связано с адсорбцией их полярных молекул на поверхности зерен цемента и гидратов.

Адсорбция суперпластификаторов на частицах вяжущего, изменяя электрокинетический потенциал их поверхности и оказывая дефлокулирующее и дезагрегирующее влияние на систему «вяжущее – вода», разжижает ее и одновременно резко повышает однородность распределения твердой фазы в системе. Разжижение системы (т.е. понижение ее вязкости), а также снижение поверхностного натяжения жидкой фазы суспензии позволяют существенно повысить подвиж-

6

ность и проникающую способность цементных составов. При введении суперпластификаторов в систему «цемент – вода» имеют место следующие эффекты, повышающие в 3 – 4 раза подвижность бетонной смеси:

1)«стерический» эффект отталкивания, способствующий длительному сохранению жизнеспособности бетонных и растворных смесей вследствие увеличения сил электростатического отталкивания;

2)пептизация (диспергирование) агрегированных частиц цемента, приводящая к повышению однородности цементно-водной суспензии, ускорению взаимодействия цемента с водой и уменьшению количества непрореагировавших клинкерных минералов;

3)дефлокуляция агрегатов и высвобождение мобилизованной во флокулах воды вследствие образования адсорбционногоИ слоя на поверхности частиц твердой фазы, вызывающая увеличение количества свободной воды и объема дисперсионнойДсреды;

4)замедление процессов структурообразования и твердения це-

мента на начальной стадии гидратации.

Действие суперпластификаторовАограничивается 2 – 3 ч с момента их введения. После первоначального замедления процессов гидратации и образованиябкоагуляционной структуры наступает ускорение твердения бетона. Это о ъясняется тем, что адсорбционный слой добавки на поверхностиизерен цемента проницаем для воды, а дефлокулирующее действ е суперпластификатора увеличивает поверхность контактаСцемента воды, приводящее к увеличению числа гидратных новообразован й.

Оптимальное количество вводимой пластифицирующей ПАВ меняется в значительных пределах в зависимости от минерального и вещественного состава цемента, его удельной поверхности и вида добавки, вследствие чего оптимальное количество суперпластификатора

или пластификатора должно устанавливаться для конкретного состава вяжущего на конкретных материалах пробными замесами.

Суперпластификаторы вводят в бетонные смеси в виде водных растворов рабочей или повышенной концентрации из расчета содержания добавки в пределах 0,5 – 1,5% от массы цемента (в пересчете на сухое вещество). Дозировка суперпластификаторов и интенсивность уменьшения подвижности зависят от алюминатности цемента.

К пластифицирующим добавкам относятся следующие гидрофильные анионактивные ПАВ: ЛСТ – лигносульфонат технический;

7

ЛСТМ – лигносульфонат технический модифицированный; ССФС – сульфированная смола фенольная сухая; смачиватель ОП-7 и др. Механизм действия пластифицирующих добавок типа лигносульфонатов, некоторых эфиров и других гидрофильных ПАВ сводится:

1) к снижению поверхностного натяжения воды и улучшению ее смачивающей способности;

2) пептизации агрегированных частиц цемента;

3) сглаживанию шероховатостей микрорельефа зерен и образованию гидродинамической смазки между твердыми частицами;

4) замедлению процессов гидратации и твердения цемента на начальной стадии гидратации вследствие экранирования его зерен адсорбционными слоями ПАВ.

групп, характеризующихся сильной адсорбционной активностью и

Влияние лигносульфонатов на гидратацию цемента определяется наличием функциональных гидроксильныхИи карбоксильных

зерен цемента. Замедляющее действие на гидратацию цемента оказывают также содержащиеся в ЛСТ ксилоловая и глюконовые кислоты.

препятствующих связи воды с кальциевымиДцентрами поверхности

ние твердения бетона. ПередозировкаАприводит к вовлечению в бетонную смесь пузырьковивоздуха. Пластифицирующие добавки ад-

Такие добавки вводятся в количестве 0,1 – 0,25% от массы це-

мента (в пересчете на сухое вещество). При больших дозировках до-

более эффективно в «ж рныхб» бетонных смесях на высокоалюминатных цементах.

бавок происходит повышение вязкости среды, значительное замедле-

сорбируются по схеме С А > С AF > C S > C S, их применение наи-

Основным назначением суперпластификаторов первоначально

С3 4 3 2

явилось высокое разжижение растворных и бетонных смесей для литьевой технологии монолитного бетонирования. Однако важным аспектом применения таких добавок, а с точки зрения оптимизации структурообразования при твердении цементов и более значимым вкладом, является водоредуцирующий эффект, заключающийся в возможности понижения водосодержания растворных и бетонных смесей (свыше 20%) при сохранении необходимой пластичности и удобоукладываемости. Благодаря водоредуцирующему эффекту применение суперпластификаторов позволяет реализовать более высокий темп набора прочности, значительно более высокий уровень прочностных показателей цементного камня, растворов и бетонов, а также позволяет рассчитывать на более высокие свойства, обусловленные

8