Одним из методов ускорения твердения цементного камня является применение обогрева. Повышение температуры при твердении ускоряет химические реакции гидратации и таким образом благотворно воздействует на рост прочности бетона в ранние сроки без каких-либо отрицательных последствий, влияющих на последующую прочность. Однако повышенная температура при укладке и схватывании, хотя и увеличивает раннюю прочность, может неблагоприятно повлиять на прочность в позднем возрасте [6].
В процессе быстрой начальной гидратации образуются продукты с более плохой физической структурой, возможно более пористой, поэтому значительная часть пор всегда остается незаполненной. Из отношения гель-пространство вытекает, что это может привести к более низкой прочности по сравнению с менее пористым цементным камнем, хотя в нем происходила медленная гидратация [6].
В присутствии пластифицирующих добавок, замедляющих твердение цемента, особенно важно ограничиться умеренным обогревом, с тем, чтобы свести к минимуму деструктивные процессы.
Целью исследования является анализ эффективности совместного применения умеренного обогрева и пластифицирующих добавок на кинетику твердения цементного камня в ранние и длительные сроки твердения.
Материалы и методы исследования
Кинетика твердения цементного камня исследовалась на четырех различных пробах портландцемента, отличающихся минералогическим и вещественным составом. Твердение проводилось в нормальных условиях при температуре 20±2 °С и в условиях умеренного обогрева при 40±2 °С в начальный период твердения.
В качестве модификаторов использовались суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира Glenium®51[3; 5; 7] в количестве 0,5 % от массы цемента и отечественный органоминеральный суперпластификатор Биотех-НМ - 2 % от массы цемента [4]. Дозировки добавок выбраны на основании предварительных испытаний с учетом технико-экономической эффективности [4; 5; 7].
Исследования выполнены с учетом равноподвижности на модифицированных цементных пастах с содержанием воды, обеспечивающим их удобоформуемость за 20 с. За критерий равноподвижности цементных паст принят расплыв 120-130 мм после 15 встряхиваний на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4.
Характеристика используемых цементов приведена в таблице 1.
Таблица 1
Минералогический состав цементов
|
№ п/п |
Минералогический состав клинкера, % |
Минеральная добавка: |
SO3, % |
Удельная поверхность, м2/кг |
|||
|
C3S |
C2S |
С3А |
С4AF |
Вид Кол-во, % |
|||
|
1 |
58,0 |
16,6 |
7,2 |
13,0 |
Гр.шлак20 |
2,55 |
340 |
|
2 |
64,1 |
11,8 |
7,6 |
12,4 |
- - |
2,46 |
357 |
|
3 |
64,1 |
11,8 |
7,6 |
12,4 |
Гр.шлак 20 |
2,04 |
344 |
|
4 |
62,0 |
14,0 |
6,5 |
12,0 |
Опока 4,5 |
3,50 |
360 |
Примечание: Поставщик цемента: 1 - ЗАО «Ульяновскцемент»; 2 - ООО «Топкинский цемент»; 3 - ООО «Топкинский цемент»; 4 - ОАО «Мордовцемент» ЦЕМ I 42,5Б.
Из цементных паст формовались образцы кубы с ребром 20 мм. Контрольная серия образцов твердела в камере нормального твердения, при 20±2 °С. Основная серия образцов в течение первых трех суток подвергалась тепловлажностной обработке с изотермическим прогревом при 40±2 °С. После этого образцы продолжали твердеть в камере нормального твердения 20±2 °С.
Результаты исследования и их обсуждение
Основные результаты эксперимента представлены в таблице 2.
При температуре твердения +20±2 °С прочность цементного камня в присутствии модификаторов в ранний период твердения значительно отстает от прочности контрольных составов без модификаторов. В суточном возрасте прочность модифицированного цементного камня в 2-4 раза ниже прочности немодифицированного цементного камня, что отмечается на всех пробах цемента, независимо от их минералогического состава. Так, при введении добавки Glenium®51 в цементную пасту на основе Топкинского цемента наблюдается отставание в кинетике набора прочности на 75 % в сравнении с контрольным составом (таблица 2, п. 7 и 9). Следует отметить, что менее резкое отставание в наборе прочности (55 %) на первые сутки наблюдается у составов на основе цементов добавкой 20 % доменного гранулированного шлака.
Применение тепло-влажностной обработки при 40±2 °С позволяет значительно увеличить прочность цементного камня в ранние сроки твердения.
Таблица 2
Кинетика прочности цементного камня, модифицированного добавками Glenium®51 и Биотех-НМ
|
Состав цементного теста |
Предел прочности при сжатии, МПа |
||||||
|
№/ п.п |
Поставщик цемента |
В/Ц |
Добавка, %,от массы цемента |
T, °С |
1 сут. |
28 сут. |
365 сут. |
|
1 |
1 - ЗАО «Ульяновскцемент» |
0,24 |
Glenium®51 0,5 |
20 |
2,5 |
75 |
101 |
|
2 |
0,25 |
Биотех-НМ, 2% |
20 |
2,8 |
68 |
82,3 |
|
|
3 |
0,28 |
- |
20 |
6,0 |
65 |
99,3 |
|
|
4 |
0,24 |
Glenium®51, 0,5% |
40 |
42 |
72 |
116 |
|
|
5 |
0,25 |
Биотех-НМ, 2% |
40 |
43,6 |
61 |
76 |
|
|
6 |
0,28 |
- |
40 |
46,3 |
72 |
87 |
|
|
7 |
2 - ООО «Топкинский цемент» |
0,21 |
Glenium®51, 0,5% |
20 |
5,0 |
97,8 |
132 |
|
8 |
0,23 |
Биотех-НМ, 2% |
20 |
12,5 |
89,2 |
126 |
|
|
9 |
0,28 |
- |
20 |
20,3 |
88,8 |
125 |
|
|
10 |
0,21 |
Glenium®51, 0,5% |
40 |
65 |
96,9 |
133 |
|
|
11 |
0,23 |
Биотех-НМ, 2% |
40 |
58,4 |
85 |
100 |
|
|
12 |
0,28 |
- |
40 |
55,6 |
83,3 |
98 |
|
|
13 |
3 - ООО «Топкинский цемент» |
0,23 |
Glenium®51, 0,5% |
20 |
2,7 |
82,5 |
130 |
|
14 |
0,23 |
Биотех-НМ, 2% |
20 |
3,3 |
72 |
101 |
|
|
15 |
0,27 |
- |
20 |
6,8 |
69 |
141 |
|
|
16 |
0,23 |
Glenium®51, 0,5% |
40 |
33,3 |
70 |
89 |
|
|
17 |
0,23 |
Биотех-НМ, 2% |
40 |
37 |
62,5 |
82 |
|
|
18 |
0,27 |
- |
40 |
42 |
75 |
90 |
|
|
19 |
4 - ОАО «Мордовцемент» ЦЕМ I 42,5Б
|
0,23 |
Glenium®51, 0,5% |
20 |
13,6 |
105 |
129 |
|
20 |
0,23 |
Биотех-НМ, 2% |
20 |
10,0 |
79 |
95 |
|
|
21 |
0,28 |
- |
20 |
29,3 |
97 |
121 |
|
|
22 |
0,23 |
Glenium®51, 0,5% |
40 |
69,3 |
95 |
110 |
|
|
23 |
0,23 |
Биотех-НМ, 2% |
40 |
57,6 |
82 |
95 |
|
|
24 |
0,28 |
- |
40 |
60,5 |
88 |
96 |
|
Более интенсивно при умеренном обогреве в первые сутки твердения набирают прочность составы с суперпластификатором Glenium®51. Прочность таких составов достигает 65-69,3 МПа (таблица 2, п. 10 и 22), что выше показателей аналогичных бездобавочных составов на 18-15 %. Данный результат свидетельствует об эффективности применения пластификаторов совместно с умеренным обогревом в целях достижения требуемой прочности бетонных конструкций и изделий за короткие сроки.
Скорость набора прочности цементного камня с модифицирующими добавками, которые твердели при 40±2 °С в течение первых 3-х суток, после прекращения обогрева в последующий период от 4 до 7 суток снижается, а затем вновь повышается. В составах нормального твердения прочность цементного камня с модифицирующими добавками в период от 4 до 7 суток продолжает плавно нарастать и достигает в возрасте 28 суток значений прочности в пределах 97,8 и 105 МПа (таб. 2, п. 7 и 19). Отметим, что в присутствии суперпластификатора Glenium®51 через 28 суток прочность цементного камня в сравнении с бездобавочным составом повысилась на 16 %, а с добавкой Биотех-НМ, на 1 %.
В таблице 2 также приведены результаты испытания образцов в возрасте 1 года. Результаты испытаний показали, что составы, не подвергавшиеся умеренному обогреву в ранние сроки твердения, имеют более высокие показатели прочности. Так, прочность модифицированного цементного камня на основе ЦЕМ I 42,5Б, твердеющего в нормальных условиях выше аналогичного состава, получившего 3-х суточный изотермический прогрев на 17 %.
Результаты исследований выявили заметное влияние вещественного состава всех проб цемента на формирование прочности цементного камня, а также тонкости помола цементов. Характер роста прочности аналогичен для всех типов, но протекает с более низкой интенсивностью у цементов с содержанием гранулированного шлака в количестве 20 %.
Наилучшие прочностные результаты показали образцы с добавкой Glenium®51 на основе поликарбоксилатного эфира.
Выводы
1. Результаты исследования свидетельствует об эффективности применения пластификаторов совместно с умеренным обогревом в целях достижения требуемой прочности бетонных конструкций и изделий в ранние сроки.
2. Применение умеренного обогрева совместно с модифицирующими добавками позволило сократить индукционный период твердения цементного камня приготовленного на всех пробах цемента, независимо от минералогического и вещественного состава.
3. Наилучшие прочностные результаты показали образцы с добавкой Glenium®51 на основе поликарбоксилатного эфира.
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, заведующий кафедрой строительных технологий и автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Пенза.