Чертежи и проекты

Разделы АС, АР, КЖ, КМ, КМД и т.д.
Разделы ЭМ, ЭС, ЭО, ЭОМ и т.д.
Разделы ОВ, ОВиК, ТМ, ТС и т.д.
Разделы ПС, ПТ, АПС, ОС, АУПТ и т.д.
Разделы ТХ и т.д.
Разделы ВК, НВК и т.д.
Разделы СС, ВОЛС, СКС и т.д.
Разделы АВТ, АВК, АОВ, КИПиА, АТХ, т.д.
Разделы АД, ГП, ОДД т.д.
Чертежи станков, механизмов, узлов
Базы чертежей, блоки

Подразделы

для студентов всех специальностей

Котлы и котельное оборудование

Главная  Лучшие    Популярные   Список  
Статьи » Бетон, ЖБИ, кирпич, стеновые материалы
Формирование структуры цементного камня с органическими добавками

Формирование структуры цементного камня с органическими добавкамиПроблема использования добавок для модификации бетонов является многоплановой. В мировой практике в настоящее время нет единой классификации добавок к цементам и бетонам. В разных странах разработаны свои классификационные схемы. В основе этих схем лежит стремление авторов облегчить правильный выбор добавок для бетонов или растворов в соответствии с их назначением.



В нашей стране в соответствии с ГОСТ 24211-2008 наиболее изученные и широко применяемые добавки, применяемые для модифицирования свойств бетонов и растворов в зависимости от основного эффекта действия подразделяют на три группы.

Первая группа - это добавки регулирующие свойства готовых к употреблению бетонных и растворных смесей. К ним относятся: пластифицирующие – водоредуцирующие (суперпластифицирующие, сильнопластифицирующие, пластифицирующие), стабилизирующие, регулирующие сохраняемость подвижности, поризующие (воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие).

Вторая группа объединяет добавки, изменяющие свойства бетонов и растворов: регулирующие кинетику твердения (ускорители, замедлители), повышающие прочность; снижающие проницаемость; повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре; повышающие морозостойкость; повышающие коррозионную стойкость (повышающие сульфатостойкость, стойкость против коррозии, вызванной реакцией кремнезема заполнителей со щелочами цемента и добавок); регулирующие процессы усадки и расширения.

К третьей группе относят добавки, придающие бетонам и растворам специальные свойства: противоморозные, гидрофобизирующие, биоцидные, повышающие стойкость к высолообразованию. 

Введением в состав бетонной смеси химических добавок в виде отдельных продуктов или их сочетаний достигается один или одновременно несколько показателей эффективности, таких как снижение расхода цемента до 25%, улучшение технологических свойств бетонной смеси, сокращение продолжительности тепловлажностной обработки изделий до 40%, ускорение сроков распалубочных работ монолитных конструкций,  повышение морозостойкости бетона в 2–3 раза и более, повышение плотности и непроницаемости бетона на 1–2 марки, повышение стойкости бетона и железобетона в различных агрессивных средах.

Однако, получение органических добавок для выпуска бетона заданными технологическими параметрами достаточно сложно в связи с отсутствием полной информации о процессе гидратации цемента и о процессе взаимодействия цемента и продуктов его гидратации с органическими веществами. В настоящее время разработка более совершенных добавок модификаторов производится на основе эмпирического подбора. 

Следует отметить, что на практике наибольшее распространение получили органические добавки 1 и 2 группы. Применение добавок пластификаторов позволяет либо значительно уменьшить В/Ц, либо наоборот при неизменном В/Ц получить высокоподвижные бетонные смеси. Использование добавок второй группы ускоряет набор прочности бетонов однако, данный эффект имеет негативные последствия – в марочном возрасте прочность цементных композиций меньше, либо равна бездобавочным составам. Наибольший интерес представляют добавки 1 группы так как их использовании позволяет влиять не только на технологические качества бетонной смеси, но и на физико-механические показатели бетона.

В соответствии с ГОСТ 24211, суперпластификаторы относятся к пластифицирующим добавкам 1-ой группы, обеспечивающим увеличение подвижности бетонной смеси от П1 с обеспечением осадки конуса 2-4 см до П5 без снижения прочности бетона во все сроки испытания. 

Наиболее распространенными пластифицирующими веществами являются искусственно созданные суперпластификаторы, которые можно классифицировать в зависимости от химической основы на:

основе сульфированных нафталинформальдегидных поликонденсатов;

основе сульфированных меламинформальдегидных поликонденсатов; 

основе модифицированных лигносульфонатов;

основе поликарбоксилатов и полиакрилатов.

Стоимость всех искусственных добавок достаточно высока и в среднем составляет от 100– 400 рублей за 1 кг, тогда как стоимость технического лигносульфоната, который является побочным продуктом целлюлозной промышленности, всего 7-40 рублей за 1 кг. Высокое снижение водопотребности в бетонных смесях с добавкой лигносульфоната объясняется высоким содержанием углеводов до 20%, однако, это же приводит к сильному эффекту замедления набора  прочности.

На 2021 г стоимость примерно такая:

Лигносульфонат технический порошкообразный СТО 43508418-027-2009 - 27 000 руб./т.

Лигносульфонат технический порошкообразный ТУ 2455-028-00279580-2014 - 37 000 руб./т.

Стремление к получению более совершенного модификатора с низкой стоимостью для высокотехнологичных бетонных смесей и бетона высокого качества подталкивает ученых разных стран к разработке новых супер- и гиперпластификаторов на основе регенерируемых сырьевых материалов, в частности, на основе производных углеводов. Изучением влияния структуры различных органических пластифицирующих добавок на процессы гидратации цементных вяжущих занимается множество ученых, однако, единого мнения пока не сложилось. 

Возникновение пластифицирующего эффекта по мнению разных авторов различно, но существуют несколько основных теоретических моделей, описывающих данный механизм: 

разжижающее действие пластификатора за счет образования мельчайших воздушных пузырьков, выполняющих роль своеобразной «смазки»; 

разжижающее действие пластификатора за счет понижения поверхностного натяжения воды, что приводит к улучшению смачивающей способности твёрдой фазы; 

топохимическая модель, в соответствии с которой органическая добавка пластификатор образует на поверхности твёрдой фазы коллоидные кальциевые соединения, выполняющие роль «смазки»;

адсорбционная модель.

Определяющими моментами работы той или иной модели являются следующие факторы: «жирность» бетонной смеси, В/Ц-отношение, минералогический состав клинкера и проч. В соответствии с этим, в зависимости от степени пластифицирования (гиперпластификаторы, суперпластификаторы, среднепластифицирующие и слабопластифицирующие добавки) характерен свой механизм взаимодействия.

Изучение специфической системы «цемент-пластификатор», невозможно не учитывая разность минералогического состава различных цементов, предполагает классификации как водоредуцирующего и реологического действия СП, так и замедляющего действия последнего на начальном структурообразовании цементных композиций.  Наиболее значительных результатов в этой области добились авторы, предложившие методику классификационной оценки цементов, предусматривающую сравнение активности равнопластичных (по расплыву конуса в соответствии с ГОСТ 310.4-81) мелкозернистых смесей состава 1:2, изготовленных с СП в количестве 1 % и без него.

В соответствии с классификацией, цементы I - го класса должны обеспечивать через одни сутки прочность мелкозернистого бетона не менее контрольной, цементы II -го класса - от 50 до 100% от контрольной и III -го класса - до 50% от контрольной.

По данной методике автором рассмотрены наиболее часто встречаемые цементы центральной части России. Данные испытаний показали, что высокая водоредуцирующая способность различных цементов по-разному определяет суточные прочностные показатели образцов, высокие суточные показатели не всегда связаны с низким водоредуцирующем эффектом, тогда как некоторые цементы, совместно с пластификатором С-3, показывали заниженные результаты в марочном возрасте.

Также установлено, что для всех цементов добавка пластификатора в количестве 1% замедляет как начало, так и конец схватывания. При снижении дозировки добавки до 0,5% замедляющее действие СП на сроки схватывания значительно снижается, однако, максимально возможного водоредуцирующего эффекта не будет. 

Авторами было рассмотрено влияние различных органических веществ на процессы гидратации портландцемента. Основной идеей данных исследований было выявление замедляющего действия многих пластифицирующих добавок. Ученые пришли к выводу, что процесс гидратации портландцемента с органическими добавками заключается в адсорбции их на поверхности частиц портланцементного клинкера и продуктов его гидратации. Однако, как показали исследования [6,7,8] не для всех органических веществ, обладающих водоредуцирующим действием, подходит данная теория. 

Исследования многих ученых показали, что действие пластифицирующих добавок различно для отдельных минералов цементного клинкера. При введении добавок следует учитывать их совместимость с цементами (содержание С3А и гипса), минеральными дисперсными наполнителями, а также совместимость с другими модифицирующими добавками при их комплексном введении.

На ранних этапах набора прочности цементные композиции с пластифицирующими добавками обладают замедленной кинетикой набора прочности. Это связанно с избирательной адсорбцией в отношении фаз цементного камня и клинкера. Минералы клинкера по способности адсорбировать добавки на продуктах гидратации располагаются в ряд: С3А-С4АF-C3S-C2S.

Высокая адсорбционная активность органических веществ лежит в основе теории адсорбционных оболочек, придающих смеси пластифицирующую способность, способствующих замедлению схватывания, а также снижению ранней прочности и т.д. Однако, замедление набора прочности только за счет адсорбционных процессов не может быть оправданно вследствие данных полученных авторами, свидетельствующих об ускорении процессов набора прочности.

Согласно адсорбционной теории, замедление набора прочности связано с образованием пленок из органических добавок модификаторов на  гранях образующихся из раствора кристаллов, что влечет за собой изменение их формы. Скорость роста кристаллов при прочих равных условиях часто пропорциональна поверхностному натяжению. Из этого следует, что незначительные дозировки веществ, способные изменить поверхностное натяжение, будут существенно влиять на степень смачивания зерен, характер кристаллизации и свойства новообразований. 

В работах П.А. Ребиндера, В.Б. Ратинова и др. отмечается, что адсорбция органических добавок хотя и препятствует диффузии ионов, но не может полностью объяснить наблюдаемые явления замедления процесса набора прочности, в связи с чем необходимо рассматривать эффекты стабилизации зародышевой фазы объеме водной фазы, а также на поверхности гидратирующихся минералов. С этой точки зрения рассмотрение явлений, наблюдаемых при введении поверхностно-активных веществ в качестве модифицирующей добавки для цементной системы, легко объясняет ряд протекающих процессов, в частности, повышение концентрации растворимых компонентов в жидкой фазе.

Следует отметить, что характер роста концентраций компонентов раствора отличается крайней индивидуальностью, как в отношении органического вещества, так и в отношении гидратирующегося минерала. Добавки ЛСТ избирательно повышают концентрацию Са(ОН)2 в пастах алита, особенно С3А, и резко снижают содержание Са(ОН)2.

При использовании в качестве добавок углеводов и полиолов в растворе наблюдается резкое, до 500 раз, увеличение концентрации  SiO2. Последнее объясняется [9] образованием комплексных соединений ионов Са2+, углеводов, гидролитического SiO2, при этом отмечается индивидуальная комплексообразующая способность углеводов, оксикислот. Однако, и этот процесс не всегда может объяснить тормозящее действие добавки, так как комплексы «органическое вещество-продукты гидратации цемента» отличаются малой стабильностью [9], и не могут конкурировать с процессами ионизации, оставляя, таким образом, высокие значения концентрации Са2+ в растворе. В некоторых случаях причиной замедления гидратационных процессов, ложного схватывания, называют  образование устойчивых комплексов «добавка - эттрингит» [9], приводящее к росту устойчивости последнего. Основываясь на вышеизложенном, можно утверждать, что взаимодействия органических добавок с гидратирующимся цементными компонентами сложны и весьма многообразны, зависят не только от вида добавки, минералогического состава цемента, но и от условий её применения. Однако, в большинстве случаев, результат таких взаимодействий проявляется в замедлении темпов гидратации, схватывания, формировании ложного схватывания, снижения ранней прочности и т.д.

Авторами в работах [10,11,12] были выявлены закономерности гидратации портландцемента в присутствии органических модификаторов. Общая сложность процесса обуславливается одновременным протеканием  химических (гидролиз) и физико-химических процессов, наиболее характерных для коллоидных систем (гелеобразование, фазовые переходы, текстурирование фаз). 

Полученные данные свидетельствуют об отсутствии каких-либо качественных фазовых изменений в системе. Вводимые органические добавки не образуют большого количества химически новых продуктов взаимодействия с продуктами гидратации цементного клинкера.

В присутствии органических модификаторов наблюдаются значительные искажения в количественном соотношении фаз: меняется количество и структурные характеристики слабозакристаллизованных фаз, относительные количества некоторых кристаллических фаз, при этом наблюдаемые изменения несоразмены количеству вводимых модификаторов.

Отсюда следует, что если рассматривать образование цементного камня как равновесный переход «клинкер - аморфная фаза - кристаллическая фаза», то органические вещества способны не только менять скорости переходов, но и направлять процессы кристаллизации аморфной фазы. 

Анализ кинетики образования аморфной фазы показал, что хотя при сравнительно небольшом количестве аморфной фазы в цементном камне в присутствии различных органических добавок ее объем, тем не менее, достаточно велик. Выявленная зависимость количества слабозакристаллизованной фазы от интенсивности её рефлексов хорошо коррелирует с прочностными показателями образцов. На рентгенограммах образцов цементного камня, модифицированных углеводами, особый интерес вызывают сформировавшиеся гало в различных участках дифрактограммы. При этом какой-либо однозначной зависимости между структурой слабозакристаллизованных гидросиликатов и прочностных показателей образцов не выявлено.  

В работе [5] из всех рассмотренных органических добавок выделяются углеводы, проявляющие наибольшую индивидуальность. Функциональный состав выбранных углеводов (количество ОН-групп, длина цепи) почти не меняется, обнаруженная индивидуальность углеводов связана с отражением структурных особенностей этих углеводов. Пространственное строение углеводов определяет их способность смещать фазовое равновесие аморфного и кристаллического Са(ОН)2.

Различие в функциональном составе углеводов (кето- и альдегидная группы) не является определяющим во влиянии их на процессы гидратации цементного камня. Возможность существования молекул углевода в открытой и циклической формах предопределяет различие в пространственном расположении ОН-групп [5].

Подводя итог, следует отметить, что влияние органических веществ на процесс гидратации намного сложнее, чем предполагают многие авторы. Влияние углеводов на процесс гидратации более глубокое, чем влияние ароматических веществ, что отражается на структуре слабозакристаллизованных гидратов цемента переменного состава.

Литература:

1. Модифицированные высокопрочные бетоны / Баженов Ю.М., Демья-нова В.С., Калашников В.И. – М.: Изд-во ACB, 2006. – 368 с.

2. Физико-химические основы применения добавок к минеральным вя-жущим / Глекель Ф.Л. – Ташкент: Изд-во «Фан» УзССР, 1975. – 200 с

3. Калашников В.И. Классификационная оценка цементов в присут-ствии суперпластификаторов для высокопрочных бетонов / Калашников В.И., Демьянова В.С., Борисов А.А. // Известия вузов. Строительство. М.: – 1999.  – №1. – С. 39 – 41. 

4. Тимохин Д.К. Бетоны с модифицирующей добавкой на основе алкилзамещенных фенолов : дис. … канд. тех. наук : 05.23.05 / Д.К. Тимохин – Волгоград, 2011 – С. 198 с.

5. Тимохин Д.К. Влияние пространственного строения углеводов на структурообразование цементного камня. / Тимохин Д.К., Сеньков А.Н. // Материалы V Международной конференции: Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов. Волгоград. – 2009. – Ч.2. – С. 76 – 82. 

6. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика / Ребиндер П.А. – М.: Наука, 1979. – 381 с.

7. Добавки в бетон / Ратинов В.Б., Розенберг Т.И.. - М.: Стройиздат, 1973. – 207 с.

8. Добавки в бетон / Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. – М.: Стройиздат, 1989.– 188с. 

9. Модифицированные бетоны  / Батраков В.Г. – М.: Стройиздат, 1990. – 400 с.

10. Добавки к бетону / Рамачандран В., Пер. с англ. Т.И. Розенберг, С.А. Болдырева; Под ред. А. С. Болдырева и В.Б. Ратинова  - М.: Стройиздат, 1988. – 563 с.

11. Физико-химические основы применения добавок к минеральным вя-жущим / Глекель Ф.Л. – Ташкент: Изд-во «Фан» УзССР, 1975. – 200 с. 

12. Ушеров-Маршак А.В. Скорость и полнота ранних стадии гидратации цемента в присутствии суперпластификаторов / Ушеров-Маршак А.В., Циак М., Осенкова Н.М. // Бетоны с эффективными модифицирующими добавками. М: – НИИЖБ, – 1985. – С. 38 – 43.

Дополнительно по данной категории

08.02.2021 - Способы ускорения структурообразования цементного камня
08.02.2021 - Гидратация портландцемента
18.09.2020 - Лёгкие бетоны
31.08.2020 - История портландцемента
24.01.2018 - Кольца и трубы из бетона, установка
14.11.2017 - Железобетонные изделия и конструкции в строительстве
12.11.2017 - Изделия из искуственного камня.
26.08.2017 - Алмазное сверление и обзор алмазных сверлильных установок
06.08.2017 - Расширение дверного проема автоматическим инструментом
06.08.2017 - Как делают гранитные изделия
Если у вас есть вопросы или критика на материал пишите в комментариях или на форуме
Ваше сообщение будет опубликовано только после проверки и разрешения администратора.
Ваше имя:
Комментарий:
Секретный код:
Секретный код
Повторить:

Добро пожаловать,
Гость

Регистрация или входРегистрация или вход
Потеряли пароль?Потеряли пароль?

Ник:
Пароль:
Код:Секретный код
Повторить:

Документы

Каталог нормативной документации
Скачать типовые техкарты
Типовые проекты и типовые серии
Типовые проекты и типовые серии

Последние файлы


Чертежи и узлы сложной деревянной крыши … ...

Гирлянда натяжная одноцепная для креплен… ...

На основании осмотров и дефектных ведомо… ...

Рабочий проект видеонаблюдения магазина … ...

Проектом предусматривается IP система ви… ...

Фильмы и видео


На видеоуроке будут рассмотрены следующи… ...

Структура построения систем пожарной сиг… ...

R-BIM - это бесплатный плагин для Autode… ...

1. Ключевые отличия между системами на б… ...

Создание слесарной мастерской. В видео … ...

Видео по изготовлению дробилки древесины… ...

Проектирование систем противопожарной за… ...