Влияние органоминеральных добавок модификаторов на процессы гидратации цементного камня

Благодаря достижениям в развитии и совершенствовании добавок супер- и гиперпластификаторов, обеспечивающих снижение водосодержания бетонной смеси до 50 %, открылись перспективы получения высококачественных бетонных смесей с ускоренными темпами набора прочности и высокой марочной прочностью.

Это стало возможно благодаря их использованию в комплексных органоминеральных модификаторах совместно с высокоактивными минеральными наполнителями.

На основании работ [56,87-91] по изучению взаимодействия клинкер-ных минералов и молекул органических веществ, было разработано вяжущее низкой водопотребности (ВНВ), которое характеризуется высокой ранней прочностью (1-3 сутки). Изделия из данного вида вяжущего обладают уникальными физико-техническими свойствами, высокооднородной структурой и высокой плотностью цементного камня вследствие низкого водосодержания, что предопределяет его долговечность [90,91]. Однако, авторами, занимающимися разработками ВНВ, не раз была отмечена нерациональность использования данного вида вяжущего с технико-экономических и энергетических позиций, а также в силу того, что высокопрочные и особовысокопрочные бетоны в нашей стране в настоящее время практически не востребованы [92,93]. В то же время зарубежными авторами в работах [94-96] активно раз-рабатываются различные добавки для высокопрочных бетонов, а также изучается их влияние на структуру и долговечность цементных компо-зиций.

 В работах [97,98] описана возможность использования ВНВ как ком-плексную органоминеральную добавку для цементных композиций, где были описаны возможности получения высокопрочных и высокачественых бетонов. Однако, значительные энергозатраты при помоле до высокой удельной поверхности и отсутствие высокопроизводительных мельниц ограничил круг ее использования.

Наиболее распространенными добавками для высокопрочных бетонов с ускоренными темпами набора прочности являются добавки серии МБ, которые представляет собой порошкообразный продукт на органоминеральной основе, содержащий в своем составе микрокремнезем конденсированный и суперпластификатор С-3.

В качестве альтернативы данной добавки разработаны составы с различными добавками пластификаторами на поликарбоксилатной основе, на основе полиметиленнафталинсульфонатов натрия и т.д., где минеральной составляющей выступает метакаолин, глауконитовый песок, бой силикатного и керамического кирпича и т.д. Основными принципами подбора составляющих органоминеральных добавок являются не только их хорошая взаимная работа, но и эффект синергизма.

Механизм действия данных добавок был рассмотрен многими авторами [99-103]. В качестве обобщения данных можно сказать, что процесс гидратации цементных композиций с органоминеральными добавками заключается в следующем: пластифицирующие органические вещества, как было отмечено ранее, не образуют никаких новых фаз, основное действие заключается в увеличении плотности бетона за счет пластификации смеси и уменьшении количества крупных пор. Минеральная составляющая органоминеральной добавки также снижает пористость цементного камня, а так же вступает в реакцию с продуктами гидратации цементного клинкера, выступая либо в качестве центров кристаллизации, либо в качестве самостоятельно твердеющей системы, либо в качестве активного компонента вступающего в химическую реакцию с продуктами гидратации. В результате процессов гидратации це-ментного клинкера с органоминеральными добавками получается высоко-плотный цементный камень, характеризующийся высокими физико-механическими показателями.

Уровень наполнения вяжущего для получения высокопрочных бетонов должен быть минимальным, исходя из гарантии быстрого набора прочности в первые сроки твердения и обеспечения высоких показателей морозостойкости, коррозионной стойкости, долговечности [1,7,102]. Авторами [1,7,101] был сделан ряд выводов о влиянии наиболее распространенных химических добавок пластификаторов и минеральных наполнителей на процесс набора прочности цементных композиций: 

• вид цемента и количество наполнителей играют важную роль в про-цессе набора прочности, особенно в ранний период; 

• тонкомолотые вяжущие вещества обладают достаточно большим сорбционным увлажнением, что приводит к потере своих специфических свойств, а именно, снижению кинетики набора прочности, первоначальные физико-механические характеристики таких материалов не всегда используются полностью.

• взаимное влияние добавок различных групп действия, очень важно при их совместном введении.

 

В связи с увеличением объема строительства по монолитной технологии высокая подвижность бетонной смеси с ускоренными темпами набора прочности бетона является важным показателем и характеризует скорость и конечную стоимость строительного объекта в целом. 

Процесс твердения цементного камня может быть разделен на две стадии: гидратационная (до 3 - 7 суток твердения), сопровождаемая накоплением гелевых продуктов гидратации, кристаллизационная (до 28 - 60 суток твердения), сопровождаемая кристаллизацией накопленных гелевых продуктов и значительным приростом прочности. Наиболее качественное ускорение твердения достигается при увеличении степени гидратации в 1 сутки твердения портландцемента, наличии центров кристаллизации и повышенного объема гелевых продуктов в последующие сроки.

Большинство органических добавок пластификаторов созданы на основе нефтепродуктов, в связи с чем, их цена напрямую зависит от  мировых цен на нефть. Поэтому, наиболее перспективными направления ми является синтез органических добавок модификаторов на основе регенерируемых сырьевых материалов, а именно, производных углеводов, и использование в качестве органических добавок пластификаторов отходов промышленности. Однако, добавки углеводы при повышенной дозировке замедляют процесс набора прочности, образуя комплексы с продуктами гидратации цемента. В отсутствии точных данных о влиянии структуры различных органических пластифицирующих добавок на процессы гидратации цементных вяжущих, в настоящее время разработка более совершенных добавок модификаторов производится на основе эмпирического подбора.

Наиболее эффективными ускорителями являются органоминеральные комплексы, способные активировать физико-химические процессы растворения и гидратации клинкерных минералов, способные ускорить кристаллообразование и одновременно уплотнить поровую структуру цементного камня.

Направленный синтез органоминеральных модификаторов - это наиболее эффективный способ получения строительных материалов с заданными свойствами.

Цементный камень является идеальной наносистемой, управление которой может обеспечить максимальную эффективность его существующего потенциала. Продукты гидратации цемента - идеальная добавка крент для цементных бетонов.

 

 

Источник: 1. Комплексный органоминеральный модификатор для быстротвердеющего и высокопрочного бетона диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Козлов Николай Алексеевич

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

87. Батраков В.Г. Состояние и перспективы применения бетонов с суперпластификаторами и комплексными модификаторами на их основе / Батраков В.Г. // Технология и долговечность железобетонных конструкций. М.: – НИИЖБ. – 1983. – С.39 – 45.

88. Батраков B.Г. Суперпластификаторы в производстве железобе-тонных конструкций / Батраков B.Г. // Бетон и железобетон. – 1981. – №9. –   С. 7 – 9.

89. Черных В.Ф. Влияние суперпластификаторов на свойства цементно-го теста и камня / Черных В.Ф., Новохатский Д.Ф., Новохатская И.Д. // Цемент. – 1982. – № 4. – С.14 – 15.

90. Прогнозирование долговечности бетона с добавками / Добролюбов Г., Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. – М.: Стройиздат, 1983. – 212 с.

91. Батраков В.Г. Бетоны на вяжущих низкой водопотребности / Батра-ков В.Г., Башлыков Н.Ф., Бабаев Ш.Т.// Бетон и железобетон. – 1988. – №11. – С. 31 – 34.

92. Калашников В.И. Современные представления об использовании тонкомолотых цементов и ВНВ в бетонах / Калашников В.И., Борисов А.А., Поляков Л.Г., Крапчин В.Ю., Горбунова В.С. // Строительные материалы М., 2000. – №7. – С. 12–13.

93. Калашников В.И., Сухие реакционно-порошковые сухие смеси - новые виды вяжущих для создания различных видов бетонов  / Калашников В.И., Хвастунов В.Л., Мороз М.Н., Кузнецов Ю.С., Ананьев С.В., Троянов И.Ю. Хвастунов А.В. // Сборник статей Международной научно-технической конференции. Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов. – Пенза. Приволжский Дом Знаний, 2009. – С. 63 – 69.

94. Kursat Y. The effect of mineral admixture type on the modulus of elasticity of high strength concrete / Kursat Y. Latif O. U. // Scientific Research and Essay. – 2009. – Vol.4 (8). – P. 791 – 798.

95. Malhotra. V.M. High-Performance, High-Volume Fly Ash Concrete. / Malhotra. V.M //Concrete International. – 2002. – 24(7). – Р. 30 – 34.

96. Ball D. Nanocemology – the key of the future / Ball D. // Concrete. – 2007. – Vol. 41. – №1. – P. 29 – 30.

97. Иващенко Ю.Г., Зинченко С.М. Добавка многокомпонентного состава для получения бетонов с высокими показателями набора прочности // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона: сборник науч. трудов по материалам Всероссий-ской науч-практ. конф. – 2011. – С.38 – 40.

98. Зырянов Ф.А. Исследования быстротвердеющих цементных композиций на основе добавки вяжущего низкой водопотребности /             Зырянов Ф.А., Королев А.С., Трофимов Б.Я. // Материалы Международной научно-практической конференции «Строительство-2008». Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, – 2008. – С. 129 – 131. 

99. Слюсарь А.А. Бетон на основе вяжущего низкой водопотребности и модификатора СБ-ФФ / Слюсарь А.А., Полуэктова В.А., Мухачева В.Д. // Строительные материалы М., – 2009. – №9. – С. 65–66.

100. Баженов Ю.М. Долговечность бетона, модифицированного органоминеральной добавкой / Баженов Ю.М., Бабаев Р.Ш. // Долговечность и защита конструкций от коррозии. Строительство, реконструкция. Материалы международной конференции. – М.: – 1999. – С. 206 – 210.

101. Медведева И. Н. О формировании ранней прочности цементного камня/ Медведева И. Н. // Сухие строительные смеси. – 2007. – №1. –С. 56 – 60.