Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

THE COMPLEX CHEMICAL MODIFIERS WITH FINE FILLER INFLUENCE FOR EARLY STRENGTH OF MORTAR MIXES

Minakov Yu.A. 1 Kononova O.V. 1 Anisimov S.N. 1 Leshkanov A.Yu. 1 Smirnov A.O. 1
1 Volga State University of Technology
Исследовано влияние содержания мелкодисперсного наполнителя, а также химических модификаторов компании BASF: суперпластификатора поликарбоксилатного типа Glenium® ACE 430 и ускорителя твердения X-SEED® 100 на прочность растворной смеси наливного типа. Исследованиями установлено, что при добавлении в растворную смесь минерального наполнителя, представляющего собой мелкозернистый кварцевый песок, водотвердое отношение смеси растет, влекущее за собой снижение ранней прочности. При повышении содержания суперпластификатора от 0,27 до 0,4 % от общей массы твердых составляющих наблюдается прирост ранней прочности. Введение ускорителя твердения X-SEED® 100 в растворные смеси, модифицированные суперпластификатором Glenium® ACE 430, способствует ускорению процесса гидратации цемента в первые часы после затворения (3–6 часов). Установлено, что водоцементное отношение и концентрация суперпластификатора Glenium® ACE 430 в целом отражают особенности формирования ранней прочности мелкозернистого бетона с используемыми добавками.
The fine filler content, as well as chemical modifiers of BASF influence: polycarboxylatesuperplasticizer type Glenium® ACE 430 and hardening accelerator X-SEED ® 100 on the strength of the mortar-type filler. Studies have found that when added to the mortar mixture of mineral filler, which is a fine-grained quartz sand, water-solid mixing ratio increases, entailing a decrease in strength. With increasing content of superplasticizer 0.27 to 0.4% of the total weight of the solid constituents is observed increase strength. Introduction hardening accelerator X-SEED® 100 mortars modified superplasticizer Glenium ® ACE 430 accelerates the process of hydration of cement in the first hours after mixing (3-6 hours). It was found that the water-cement ratio and Glenium® ACE 430 superplasticize concentration generally show the fine grained concrete with additives used early strength formation features.
water-solid ratio
early strength
particulate filler
hardening accelerator
superplasticizer
mortar mix

В XXI веке одним из главных направлений развития промышленности строительных материалов является производство бетонных и растворных смесей с добавлением минеральных мелкозернистых наполнителей. В качестве минеральных добавок (МД) используются порошки различной минеральной природы, получаемые из природного (мелкозернистый кварцевый песок) или техногенного сырья (золы, молотые шлаки и горные породы, микрокремнезем и др.). Минеральные добавки отличаются от заполнителя мелкими размерами зёрен (менее 0,16 мм, а чаще еще меньше), а от химических модификаторов тем, что они не растворяются в воде. Располагаясь вместе с цементом в пустотах наполнителя, они уплотняют структуру бетона, в ряде случаев позволяют уменьшить расход цемента [1,2]. Мелкозернистые МД обладают высокой поверхностной активностью, их добавление ведет к упрочнению контактной зоны между цементным камнем и заполнителем в бетонах и растворных смесях [3].

Применение комплексных добавок на основе суперпластификаторов позволяет достичь особо важных для строительства свойств бетонов и растворных смесей: высокой прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, снижения расхода цемента при сохранении прочностных характеристик, самоуплотняемости, высоких показателей подвижности и пластичности [4,5]. В настоящее время наиболее предпочтительно использовать в качестве пластифицирующего компонента добавки на основе эфиров поликарбоксилатного эфира (РСЕ) [3], так как их отличает высокая пластифицирующая способность, при этом они дополнительно увеличивают сохраняемость бетонных смесей, что немаловажно при монолитном строительстве. Эффективность воздействия PCE от традиционных суперпластификаторов сульфированного меламина и нафталина (SMFC и SNFC), действие которых основано на электростатическом отталкивании частиц цемента, объясняется использованием объемной цепи полимеров для создания стерического эффекта [1,2]. В зависимости от типа цемента, новые технологии позволяют получать поликарбоксилаты с различной полимерной структурой, что значительно расширяет их диапазон эффективного использования.

Среди основных недостатков РСЕ суперпластификаторов следует отметить вовлечение воздуха, а также увеличение времени пластифицирующего эффекта, который может негативно влиять на раннюю прочность растворных смесей. Поэтому для интенсификации набора ранней прочности предлагаются специальные химические добавки – ускорители твердения (УТ), представляющие собой суспензию частиц наноуровня, выступающих в роли дополнительных центров кристаллизации гидросиликатов в цементном тесте. УТ инициирует начало роста кристаллов не только на поверхности растворяющихся цементных зерен, но между ними (в пересыщенном растворе). Это значительно ускоряет рост новообразований в объеме цементной системы, что позволяет повысить раннюю прочность растворных смесей и бетона в 1,5–2 раза. Данная характеристика особенно важна для твердения в условиях экстремально низких температур, где важно ускорить процесс монолитного строительства [6,7].

Химические модификаторы (суперпластификаторы и ускорители твердения) для бетона в России представлены как отечественными (Полипласт, Суперпласт), так и иностранными производителями (Sika, BASFConstractionPolymers, Frem).

Целью исследования является изучение влияния комплексного применения PСE суперпластификаторов и ускорителей твердения и добавления мелкозернистого минерального наполнителя на раннюю прочность растворной смеси.

Материалы и методы исследования

Исследовано влияние содержания добавок PCE суперпластификатора Glenium® ACE 430 и ускорителя твердения X – SEED® 100 компании BASF на раннюю прочность растворной смеси. В качестве вяжущего применялся портландцемент ЦЕМ 42,5Н производства ОАО «Ульяновский цемент». В качестве заполнителя применялись песок кварцевый с модулем крупности Мк=1,9 и мелкодисперсный песок с удельной поверхностью Sуд=1000 см2/г, содержание которого изменялось от 0 до 12 % от общей массы твердых наполнителей смеси. Химические добавки вводились в бетон одновременно с последней третью воды затворения. Содержание PСE суперпластификаторов в бетоне варьировалось от 0,27 до 0,4 % от общей массы твердых составляющих смеси. Содержание ускорителя твердения X – SEED®100 составляло 0,5 % от массы цемента.

Результаты исследования и их обсуждение

В таблице 1 представлены составы растворных смесей подвижностью Пк4, определенных по погружению конуса в смесь по ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные». Из них формовались образцы-кубы размерами 2х2х2 см и испытывались на сжатие в возрасте 1, 2 и 3 суток. Анализ результатов показывает, что присутствие комплексного модификатора в бетоне позволяет снизить водопотребность смеси на 7,2–23,1 % (см. составы № 1,2,3; 4,5,6 и т.д.) при условии сохранения равноподвижности.

Таблица 1

№п/п

Содержание компонентов смеси, масс. %

В/Тв

GleniumACE 430, в % от массы смеси

X-CEED100,

в % от массы цемента

Цемент

Песок Мк=1,9

Песок Sуд=1000 см2/г

1

50

38

12

0,128

0,4%

0,5%

2

50

38

12

0,131

0,34%

0,5%

3

50

38

12

0,138

0,27%

0,5%

4

50

44

6

0,112

0,4%

0,5%

5

50

44

6

0,119

0,34%

0,5%

6

50

44

6

0,126

0,27%

0,5%

7

50

50

0

0,110

0,4%

0,5%

8

50

50

0

0,113

0,34%

0,5%

9

50

50

0

0,123

0,27%

0,5%

10

43

43

14

0,126

0,4%

0,5%

11

43

43

14

0,133

0,34%

0,5%

12

43

43

14

0,145

0,27%

0,5%

13

43

50

7

0,114

0,4%

0,5%

14

43

50

7

0,124

0,34%

0,5%

15

43

50

7

0,128

0,27%

0,5%

16

43

57

0

0,100

0,4%

0,5%

17

43

57

0

0,110

0,34%

0,5%

18

43

57

0

0,122

0,27%

0,5%

19

33

50

17

0,094

0,4%

0,5%

20

33

50

17

0,104

0,34%

0,5%

21

33

50

17

0,114

0,27%

0,5%

22

33

58

9

0,090

0,4%

0,5%

23

33

58

9

0,104

0,34%

0,5%

24

33

58

9

0,117

0,27%

0,5%

25

33

67

0

0,079

0,4%

0,5%

26

33

67

0

0,083

0,34%

0,5%

27

33

67

0

0,101

0,27%

0,5%

На рисунке 1 приведено влияние добавок на раннюю прочность растворной смеси при равном содержании цемента (50 %).

Рис.1. Кинетика набора ранней прочности растворной смеси при различных дозировках мелкодисперсного песка Sуд=1000 см2/г и суперпластификатора Glenium® ACE 430 в % от массы смеси

Анализ результатов показал, что увеличение дозировки Glenium® ACE 430 до 0,34–0,4 % от массы твердых составляющих и количества мелкодисперсного песка 6–12 % от массы цемента позволяет получить растворы с прочностью 55,7 и 69,6 МПа на 2 и 3 сутки соответственно. При увеличении содержании мелкодисперсного песка при постоянном содержании суперпластификатора РСЕ (0,4 %) наблюдается повышение водопотребности смеси, что приводит к снижению прочности растворной смеси в период от 1 до 3 суток. Наилучшие прочностные характеристики при постоянном содержании мелкодисперсного песка показали составы с 0,34 % Glenium® ACE 430 (точки № 2 № 5 и № 8). Наилучший показатель прочности растворной смеси на 1 сутки показал состав № 8, на 2 и 3 сутки – № 2.

На рисунке 2 приведено влияние добавок на раннюю прочность растворной смеси при постоянном содержании цемента (43 %). Анализ результатов показал, что увеличение дозировки Glenium® ACE 430 до 0,4 % снижает раннюю прочность бетона. К примеру, при добавлении 14 % мелкодисперсного песка прочность растворной смеси уменьшается в 1-ые сутки на 37 %, на 2-ые на 15,5 %, на 3-и на 13,3 % (точки № 10 и № 12).

Рис.2. Кинетика набора ранней прочности растворной смеси при различных дозировках мелкодисперсного песка Sуд=1000 см2/г и суперпластификатора Glenium® ACE 430 в % от массы смеси

Как и при содержании цемента 50 % при увеличении содержания мелкодисперсного песка при постоянной дозировке суперпластификатора PCE наблюдается повышение водопотребности смеси, что негативно сказывается на ранней прочности растворной смеси. Наилучший показатель прочности бетона показал состав № 18 и составил 30,3, 51,4, 64,3 МПа на 1, 2 и 3 сутки соответственно.

Рис. 3. Кинетика набора ранней прочности растворной смеси при различных дозировках мелкодисперсного песка Sуд=1000 см2/г и суперпластификатора Glenium®ACE430 в % от массы смеси

На рисунке 3 приведено влияние добавок на раннюю прочность растворной смеси при постоянном содержании цемента (33 %). Анализ результатов показал, что увеличение дозировки Glenium® ACE 430 до 0,4 % увеличивает раннюю прочность бетона. К примеру, при добавлении 17 % мелкодисперсного песка прочность растворной смеси увеличивается в 1-ые сутки на 14 %, на 2-ые на 20,5 %, на 3-и на 22,6 % (точки № 19 и № 21). При увеличении содержания мелкодисперсного песка при постоянной дозировке Glenium® ACE 430 также наблюдается повышение водопотребности смеси, что является причиной снижения ранней прочности. Наилучший показатель прочности растворной смеси на 1 сутки показал состав № 26, на 2 и 3 сутки – № 22.

Выводы

1. Применение комплексного модификатора, представляющего собой суперпластификатор Glenium® ACE 430 и ускоритель твердения X – SEED®100 в растворной смеси, позволяет снизить водопотребность смеси на 7,2–23,1 % % при условии сохранения равноподвижности.

2. Наблюдается увеличение прочности в 1-ые сутки до 38 %, на 2-ые сутки до 31,9 % и на третьи сутки до 31 % образцов с содержанием PCE0, 34 % и мелкодисперсного песка 14 % в сравнении с образцом с 0,27 % PCE и без мелкодисперсного песка.

3. Целесообразно снижение расхода цемента от 50 до 33 % от массы твердых составляющих, т.к. это не приводит к резкому снижению прочности бетона с комплексным модификатором и с мелкодисперсным песком.

Рецензенты:

Краснов А.М., д.т.н., профессор, профессор кафедры строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола;

Салихов М.Г., д.т.н., профессор, профессор кафедры строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.