Пластифицирование растворных и бетонных смесей и экономия цемента

Влияние гидрофобно-пластифицирующих добавок на цементные системы изучалось, как обычно, на растворах, а затем уже на бетонах. Такой путь экспериментирования целесообразен не только потому, что добавки ПАВ важны для строительных растворов самих но себе, но еще и по той причине, что изменение ряда свойств рас шорной составляющей под влиянием ПАВ почти аналогичным образом сказывается и на самом бетоне.

Уже указывалось, что однокомпонентные гидрофобно-пластифицирующие добавки, независимо от того, находятся ли они в составе гидрофобного цемента или вводятся с водою затворения, хорошо пластифицируют растворные и бетонные смеси лишь при сравнительно невысоком удельном расходе цемента. В этих случаях, как пока тала практика, уменьшение водопотребности составляет в среднем 8—10%. В жирных бетонах, когда расход цемента превышает 320—350 кг на 1 м³ бетона, пластифицирующий эффект от применения упомянутых добавок сказывается в меньшей степени, и снижение водопотребности обычно находится в пределах 2—6%. В очень жирных строительных растворах, например состава Ц:11=1:2, почти нет снижения водопотребности. Указанная особенность однокомпонентных ГПД объясняется тем, что пластифицирующая способность не является явным их свойством, это своеобразное скрытое их свойство, способное проявляться лишь в определенных условиях. Для цементного теста с однокомпонентными ГПД таким условием является его работа в качестве не гидродинамической, а граничной смазки. Смазка такого рода возникает в тощих системах, когда цементное тесто распределено тонким слоем между поверхностями твердых частиц, находящихся при перемешивании или укладке смеси в движении но отношению к пастообразному вяжущему веществу и друг к другу. Вместе с тем известно, что другого вида добавки — гидрофилизующие, содержащие лигносульфонаты (ССБ, СДБ), служат хорошим пластификатором для смесей, насыщенных цементным тестом, и менее эффективны в тощих системах. Это происходит вследствие диспергирующего действия лигносульфонатов на частицы цемента и разжижения вяжущего теста, т. е. прямого влияния на него.

Какой же эффект пластифицирования растворных смесей разного состава вызывает добавка, содержащая в своем составе как гидрофобизующие, так и гидрофилизующие функциональные группы? Изучалось прежде всего влияние комплексной ГПД на значение водоцементного отношения растворных смесей при одинаковой их подвижности. Эти смеси изготовляли на портландцементе и шлакопортлаидцемснтс шести заводов. Цементы были различны по минералогическому составу клинкеров, а также по виду и содержанию активных минеральных добавок. Клинкеры портландцементов с условным обозначением 1П, 2П, 3П, 4П содержали, %, соответственно: C₃S — 46, 58,6; 60; 57; C₂S — 31; 19; 17; 16; C₃A — 3; 5; 8; 5; C₄AF — 15; 14; 11; 16. Шлакопортландцемент 1Ш был изготовлен с 40%, а 2Ш с 45% доменного гранулированного шлака. Дозировка мылонафта составляла 0,1% массы цемента, а комплексной ГПД и СДБ самой по себе — 0,2%. Результаты опытов представлены в табл. 4.

Анализируя полученные данные, можно сказать, что в жирных смесях добавка СДБ вызвала сокращение водопотребности на 10%, а в тощих — на 6%. Однокомпонентная добавка МН, наоборот, менее эффективна в жирных смесях (снижение В/Ц на 6%) и более действенна в тощих смесях (снижение ВЩ на 9%). Пластифицирующее же действие КГПД сказывается н значительно большей степени и притом почти в одинаковой мере и в жирных, и в тощих цементно-песчаных смесях, обусловливая (в данных опытах) уменьшение ВЩ на 12%.

Представляло интерес проверить пластифицирующее действие КГПД на растворные смеси, изготовляемые на заводе. Это было осуществлено на растворном узле объединения Мосстройконструкцня. Смеси имели практически одинаковую подвижность, которую оценивали по погружению стандартного конуса. Полученные данные приведены на рис. 5 и в табл. 5.

Кроме того, отдельно оценивали липкость растворных смесей к металлу Л_м. Это тоже важное свойство свежеприготовленных смесей, так как они должны свободно выгружаться из смесителя на растворном узле, легко сползать всей своей массой при выгрузке из кузова самосвала и не «тянуться» за кельмой каменщика или монтажника, иначе работа с раствором усложняется. Следует отметить, что липкость к металлу совершенно не связана со сцеплением затвердевших растворов с металлом; это различные свойства. Определяли липкость на специально сконструированном и изготовленном приборе, схема которого показана на рис. 6.

Липкость Л_м характеризовали в основном удельной силой прилипания поверхности металлической пластины к растворной смеси. Удельную силу прилипания определяли по уравнению:

где F — сила, необходимая для отрыва поверхности металлической пластины от поверхности растворной смеси; S — площадь отрыва; Р₀ — удельная сила прилипания.

В опытах сравнивали влияние комплексной ГПД, сульфитно-дрожжевой бражки и мылонафта на удобоукладываемость, жизнеспособность смесей и их липкость к металлу. Дозировка первых двух добавок составляла 0.2%, а последней 0,1% массы цемента. Контрольные образцы не содержали добавок. Результаты, полученные при испытании свежеприготовленных и лежалых (в течение 4 ч) смесей, приведены в табл. 6.

Комплексная ГПД хорошо пластифицирует и легкобетонные смеси. Так, расход воды для достижения одинаковой удобоукладываемости сравниваемых керамзитобетонных смесей снижался при введении КГПД на 13—21% (рис. 7). Показатель расслаиваемости керамзитобетонной смеси П_р вычисляли по стандартной методике. Испытания смеси состава 1:1:2 ч. (по массе) показали удовлетворительные результаты (значение показателя расслаиваемости не превышало 10%). При этом В/Ц в обычных смесях находилось в пределах 0,73—0,81, а в смесях с КГПД — 0,59—0,73. Оптимальная дозировка воды, обусловливающая заданную удобоукладываемость смеси, при наличии комплексных добавок ПАВ находится не в столь узких пределах, как обычно. Это важно для легкобетонных смесей.

Важным следствием снижения водопотребности растворных и бетонных смесей является возможность уменьшать удельный расход цемента (при одновременном улучшении пластично-вязких свойств этих смесей). В табл. 7 приведены результаты определения прочности растворов состава Ц:П=1:3 ч. (по массе), когда при введении комплексной ГПД дозировка цемента была снижена на 10%.

Из данных табл. 7 видно, что, несмотря на снижение расхода цемента, при введении добавки получились растворы практически равнопрочные с обычными.

В табл. 8 приведены результаты испытания образцов бетона на известняковом и гранитном щебне, когда при введении комплексной ГПД расход цемента был уменьшен. Из таблицы явствует, что в бетонах ГПД позволяет сокращать расход цемента на 8—10% без ухудшения прочностных показателей.

Следует отметить, что в первые сутки прочность растворов и бетонов с добавкой может быть несколько ниже, чем обычных [169]. Такой недобор прочности отмечался главным образом в тех случаях, когда смеси, содержавшие добавку, готовили без уменьшения водоцементного отношения, что было необходимо для получения смесей очень высокой подвижности.