Вплив добавок — інтенсифікаторів твердіння — на міцність вапняно-піщаних бетонів

Добавка	Вміст добавки, % маси суміші	Середня густина, кг/м3	Витрати матеріалів, кг/м3				Межа міцності при стиску, МПа	Візуальні спостереження
			в’яжуче	рядовий пісок	вода	добавка
1	2	3	4	5	6	7	8	9

4.3 Портландцемент

Варіант 1. Установити вплив дисперсності портландцементу на його міцність і швидкість твердіння.

Методичні вказівки. У роботі використовують заводський портландцемент постійного мінералогічного складу. З нього отримують цемент різного ступеня подрібнення шляхом домелу в лабораторному млині. Площа питомої поверхні цементу рекомендується в межах від 300 до 500 м²/кг. Ступінь дисперсності цементу визначають за методом повітропроникності [4].

З кожного виду цементу виготовляють зразки-балочки на три-чотири терміни випробувань за стандартною методикою [1].

Після кожного терміну витримки зразків у воді їх випробують на згин і стиск. Однржані результати заносять до таблиці й відображають на графіках, де вказують:

1. — залежність межі міцності при стиску і згині від площі питомої поверхні цементу;

2. — залежність міцності цементу від терміну твердіння і кінетики зростання міцності залежно від ступеня помелу в’яжучого.

Варіант 2. Встановити вплив добавок — прискорювачів твердіння — на міцність портландцементу.

Для прискорення твердіння при звичайних температурах іноді застосовують хімічні добавки, особливо хлорид кальцію. Використовують також сульфати та карбонати натрію і кальцію, хлорид алюмінію, нітрат натрію. Ці добавки вводять у кількості 1-2% маси цементу, при цьому досягається збільшення міцності через 1-3 доби в 1,5-2 рази.

Методичні вказівки. З використанням одного виду цементу виготовляють декілька серій зразків з цементно-піщаного розчину однакового складу (1:3) й рухливості (5-7 см), але з різним видом добавки-прискорювача та її вмістом. Вид добавки (CaCl₂, MgCl₂, NaCl, Na₂SO₄, Na₂CO₃, NaNO₃) і її кількість (0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0% маси цементу) вказується в завданні до курсової роботм.

Зразки готують у вигляді кубів 7х7х7 см, ущільнюючи трамбуванням. Кількість добавки вказується з перерахуванням на тверду речовину. Тому завжди треба враховувати об’єм води у добавці, щоб отримати задану рухливість суміші. Після нормального твердіння протягом 1; 3; 7 діб зразки випробовуються на міцність при стиску.

Результати заносять у таблицю і викреслюють графіки з координатами «міцність — кількість добавки»; «міцність — термін твердіння». Аналіз даних дозволяє встановити оптимальну величину добавки кожного виду для випробуваного цементу.

Варіант 3. Вивчити вплив добавок — прискорювачів твердіння на реологічні властивості цементного тіста.

Добавки — прискорювачі твердіння — сприяють більш швидкому накопиченню продуктів гідратації цементу. Тому вони позитивно впливають на реологічні властивості цементного тіста, підвищуючи його рухливість. При зберіганні постійної рухливості ці добавки дозволяють зменшити водопотребу цементу і таким чином сприяють підвищенню міцності цементного каменя за інших рівних умов.

Методичні вказівки. Для перевірки впливу добавок-прискорювачів на пластично-в’язкі властивості цементного тіста можна використовувати стандартний метод визначення нормальної крутості [1] або визначити величину граничного напруження зсуву на конічному пластометрі.

При використанні стандартного методу готують цементне тісто з різним вмістом добавок-прискорювачів у межах від 0 (контрольний) до 2-3% і встановлюють кількість води у % від маси цементу, яке потрібне для отримання тіста нормальної крутості. Результати вносять до таблиці й відображають у вигляді графіка (водопотреба у % — кількість добавки).

Аналіз отриманих результатів дає змогу встановити конкретно, в яких межах для кожного цементу змінюється нормальна крутість цементного тіста при добавленні до нього хімічних прискорювачів твердіння. При застосуванні конічного пластометра готують тісто нормальної крутості без добавок і вимірюють граничне напруження зсуву. Потім готують серію замісів з різним вмістом добавок — прискорювачів від 1 до 2% і також визначають граничне напруження зсуву. В цьому випадку для замішування цементу беруть води на 1-3% менше ніж необхідно при нормальній крутості. Порівнянням граничних напружень зсуву тіста без добавок і з добавками встановлюють вплив добавок на пластичнов’язкі властивості тіста відносно нормальної крутості. Результати оформляють у вигляді таблиці та викреслюють графічну залежність (граничне напруження зсуву — вміст добавки, %).

Порівнюючи результати попередніх досліджень із визначення оптимальної величини добавки з результатами її впливу на реологічні властивості цементного тіста, роблять загальні висновки про фізико-механічну дію добавок на цементні композиції й вибирають оптимальний вид і кількість добавки для конкретного цементу залежно від режиму твердіння та умов технологічного процесу.

Варіант 4. Визначити оптимальний склад гіпсоцементнопуцоланового в’яжучого.

Гіпсоцементнопуцоланове в’яжуче (ГЦПВ) — це швидкотужавіюча і швидкотвердіюча гідравлічна в’яжуча речовина, одержувана шляхом ретельного перемішування оптимальної кількості гіпсу, портландцементу й активних мінеральних добавок.

Властивості ГЦПВ значною мірою залежать від його складу, який визначають експериментальним шляхом.

Методичні вказівки. Оптимальний склад ГЦВП вибирають залежно від ступеня поглинання Са (ОН)₂ пуцолановою добавкою.

Для цих випробувань готують шість препаратів — дві партії близнюків по три препарати у кожній партії, які відрізняються різним вмістом активної мінеральної добавки.

Перша партія препаратів призначається для випробування через 5 діб, а друга — через 7 діб після виготовлення.

Таблиця 4.2.4

Рекомендований склад препаратів

Матеріали	Кількість матеріалів, г, для приготування препаратів
	першого	другого	третього
Напівводний гіпс Портландцемент Матеріальна добавка з активністю за ГОСТ 6269-63 більше ніж 200 мг/г	4 2,5 1,25	4 2,5 2,5	4 2,5 3,75

Примітка. При використанні АМД активність 75-200 мг/г, її кількість збільшують у два рази.

Мінеральну добавку подрібнюють до залишку на ситі № 008 не більше ніж 20%. Напівводний гіпс, портландцемент і висушену мінеральну добавку зважують з точністю до 0,001 г та висипають окремо для кожного з препаратів у конічні колби місткістю 200 мл і заливають 100 млдистильованої води. Колби герметично закривають гумовими пробками й струшують на колбострушувачі протягом 3 год. для перешкоджання тужавлення приготованих препаратів.

Після закінчення струшування колби знімають і зберігають протягом 5 та 7 діб при 18 °С при обов’язковому струшуванні вручну по 2 рази на добу.

Через 5 і 7 діб з кожної колби вибирають по 50 мл водного розчину (шляхом відфільтровування крізь фільтрувальний папір) та визначають концентрацію в них оксиду кальцію титруванням у присутності фенолфталеїну 0,1 н розчином соляної кислоти.

Концентрацію СаО у г/л розраховують за формулою

,

де А — кількість соляної кислоти, мл, витраченої на титрування;

Т — титр соляної кислоти (вміст HCl, г/мл);

В — кількість відібраного з колби розчину, мл.

За одержаними даними викреслюють графік залежності концентрації оксиду кальцію, г/л, від вмісту в продукті пуцоланової добавки (г) окремо для 5 і 7 добового терміну.

Вміст добавки повинен бути оптимальним та забезпечувати зниження у в’яжучому концентрації оксиду кальцію у розчині на 5-у добу до величини, що не перевищує 1,1 г/л, а на 7-у добу — 0,85 г/л.

Користуючись побудованим графіком, знаходять оптимальну кількість добавки, необхідної для зниження концентрації СаО у розчині до вказаних вище значень.

Знаючи, яку кількість портландцементу взято для приготування препарату й отриману кількість добавки, визначають її витрати на 1 частину цементу.

Повний склад відібраного ГЦПВ у % розраховують за формулою

де Д — вміст у в’яжучому даної добавки, % за масою;

Ц — прийнятий вміст цементу, %;

Д/Ц — визначена експериментом кількість добавки на одну частину за масою цементу;

Г — витрати гіпсу, % від маси в’яжучого.

Варіант 5. Визначити вплив складу гіпсоцементнопуцоланового в’яжучого на його властивості та марку в’яжучого.

Методичні вказівки. Для цих досліджень використовують ГЦПВ декількох складів, що відрізняються видом активної добавки і вмістом гіпсу.

ГЦПВ готують ретельним змішуванням його компонентів уручну.

Рекомендується визначити наступні характеристики:

1. — тонкість помелу;

2. — нормальну крутість тіста;

3. — терміни тужавлення;

4. — межу міцності при стиску.

Перші три характеристики встановлюють за ГОСТ 310.1-76-310.3-76, а для визначення межі міцності при стиску готують 12 зразків — кубиків розміром 7х7х7 см.

Для цього беруть приблизно 3 кг в’яжучого, засипають протягом 30 сек. у посудину з водою, кількість якої відповідає нормальній крутості, й перемішують 1 хв. до отримання однорідної маси. Виготовлену масу негайно заливають у форми.

Через 1,5-2 год. після замішування зразки звільняють від форм і витримують протягом доби у вологих умовах, потім на 1 год. занурюють у воду. Після цих процедур зразки висушують до постійної маси при температурі 55-60 °С.

Шість зразків випробовують одразу після висушування, а другі шість занурюють на 2 год. у воду і випробовують у водонасиченому стані.

Межу міцності при стиску підраховують як середнє арифметичне значення з чотирьох найбільших результатів випробувань шести зразків кожної серії.

Варіант 6. Установити водостійкість ГЦПВ залежно від вмісту в ньому портландцементу.

Методичні вказівки. Для визначення водостійкості гіпсоцементних композицій залежно від їх складу рекомендується провести порівняльні випробування декількох серій зразків, виготовлених на в’яжучому з різною кількістю портландцементу (наприклад, 0; 5; 10; 15; 20; 25% маси в’яжучого) і відповідною кількістю активної мінеральної добавки.

Кількість АМД на 1 частину цементу визначають за методикою, наведеною у варіанті 5.

Вихідну мінеральну добавку подрібнюють до повного проходження крізь сито № 008. Наважку подрібненої добавки близької до 10 г висушують у сушильній шафі протягом 2 год. при t — 106-110 °С. Потім на аналітичних вагах беруть 1 г висушеної добавки, переносять її в склянку місткістю 200-300 мл, заливають 100 мл 20%-ного розчину КОН і нагрівають 3 год. у киплячій водяній бані. При нагріванні суспензію періодично перемішують скляною паличкою. Після нагрівання склянку з препаратом знімають та дають суспензії відстоятися до отримання прозорого розчину. Гарячий розчин фільтрують крізь нещільний беззольний фільтр. Осад у склянці промивають 5-6 разів гарячою дистильованою водою спочатку декантацією, а потім на фільтрі до повного перенесення осаду.

Промитий осад разом з фільтром висушують протягом 4 год. при температурі 105 °С. Висушений осад разом з фільтром зважують (на чашку вагів з різновагами кладуть один чистий фільтр) і за різницею між вихідної маси добавки й масою осаду на фільтрі визначають кількість розчинної частини мінеральної добавки.

Кількість мінеральної добавки, що розчинилася у КОН, визначають за формулою

де М — кількість розчиненої у КОН речовини добавки, %;

Р — маса добавки після розчинення в КОН і висушування, г;

Р₁ — маса вихідної наважки, г.

За величиною розчиненої частини мінеральної добавки в розчині КОН, використовуючи залежність між її розчинністю (М, %) в 20%-му розчині КОН і здатністю поглинати СаО із вапнякового розчину, підраховують активність добавки (А, мг СаО на 1 г добавки) за ГОСТ 6269-63.

Для випробувань на водостійкість готують шість зразків — кубиків розміром 7х7х7 см із тіста нормальної крутості за ГОСТ 125-70.

Водостійкість виготовлених в’яжучих рекомендується визначати через 7 діб їх зберігання у вологому повітрі.