Строительные материалы и изделия
Каримов М. У.
Джалилов А. Т., доктор химических наук, профессор
(Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, Узбекистан)
Самигов Н.А., доктор технических наук, профессор Ташкентского архитектурно-строительного института (Узбекистан)
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ С ДОБАВЛЕНИЕМ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА
Синтезирован новый суперпластификатор на основе поликарбоксилатов. Показаны результаты испытания физико—механических свойств цементных композиций с добавлением синтезированного суперпластификатора. Изучены физико-химические свойства цементного камня с добавлением синтезированного суперпластификатора.
Ключевые слова: Суперпластификатор, дифференциальный термический анализ, ИК спектральный анализ, термогравиметрия, цементная паста, цементный камень, прочность.
RESEARCHES OF PHYSICAL-CHEMICAL AND PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF THE CEMENT COMPOSITION WITH THE ADDITION OF
SUPERPLASTICIZER
Synthesized new superplasticizer based on polycarboxylates. The results of tests of physico-mechanical properties of cement compositions with the addition of the synthesized superplasticizer. Studied physico-chemical properties of cement paste with the addition of superplasticizer synthesized.
Key words: Superplasticizer, differential thermal analysis, infrared spectral analysis, thermogravimetry, cement paste, cement rock strength.
Известно, что суперпластификаторы представляют собой диспергаторы-стабилизаторы цементных суспензий, образующие в результате адсорбции на поверхности раздела жидкой и твердой фаз структурированную пленку. Главными факторами действия суперпластификаторов являются иммобилизация адсорбционно связанной воды, снижение коэффициента внутреннего трения цементно-водной суспензии, сглаживание микрорельефа зерен цемента, увеличение подвижности смеси за счет электростатического и, для некоторых видов добавок, стерического отталкивания [1-5].
При испытании был использован цемент марки ПЦ 400. Растекаемость водно-цементного раствора была определена по ГОСТ 26798.1-96. Влияние суперпластификаторов на прочность цементного камня определяли на образцах размером 2 x 2 x 2 см, полученных из цементного теста нормальной густоты контрольного образца и при постоянном водно-цементном соотношении с добавлением пластифицирующих добавок, образцы твердели в нормальных условиях, а затем их испытывали на сжатие по истечении 28 суток.
Термический анализ позволяет идентифицировать отдельные минералы и определять их количественное содержание в смеси, исследовать механизм и скорость протекающих в веществе изменений: фазовые переходы или химические реакции дегидрата-
ции, диссоциации, окисления, восстановления. С помощью термического анализа регистрируется наличие процесса, его тепловой (эндо- или экзотермический) характер и температурный интервал, в котором он протекает.
ет Я
Ч я я я
■е-
Температура, *С
Рис. 1. Кривые дифференциального термического анализа цементных камней; 1- без добавки; с добавкой суперпластификатора в количестве 2 - 0,5 % суперпластификатора добавлено; 3 - 0,8% суперпластификатора добавлено; 4 - 1% суперпластификатора добавлено.
На рис.1 показаны термограммы цементного камня, гидратированных в течение 28 суток с суперпластификаторами. Эндотермический эффект при 130—140 0С наблюдается во всех образцах. Этот эффект частично связан с десорбцией воды из капилляров известково - кремнеземистого геля. Эндотермический эффект при 195-200°С отражает дегидратацию адсорбированной воды.
СБН также имеет низкотемпературный эндотермический эффект при 160-165°С. То-берморитовый гель, полученный в результате гидратации С3Б, и алита, обладает подобными термическими характеристиками; эндотермический эффект при 140-150°С связан с потерей адсорбированной воды, другой пик - при 570°С — отражает термическое разложение Са(ОН)2. Наблюдающийся эндотермический эффект при 790 °С может быть обусловлен присутствием гидросиликата кальция.
Таблица 1
Результаты дифференциального термического анализа
Температурный Длительность Количество ле- Скорость Общая
интервал эндо- нагрева, мин тучих веществ, % потери мас- потеря
эффектов, К сы, %/мин массы %
Цементный камень без добавки
391-431 14.44 2.17 0, 15 11.59
433-452 16.78 2.32 0,138
1043-1071 85.55 11.6 0,135
0,5 % добавлено суперпластификатора
391-415 12.67 2 0.158
423-468 18.55 2.3 0,124 10.4
1038-1068 85.22 10.4 0,122
0,8 % добавлено суперпластификатора
395-413 12.44 1.91 0,153 10.2
433-448 16.33 2.23 0,136
1023-1053 83.55 10.2 0,122
1 % добавлено суперпластификатора
323-411 12.22 1.2 0,098 8.38
418-463 18 1.8 0,1
1018-1071 85.55 8.38 0.1
Как видно из таблицы 1, у всех образцов имеется 3 соответствующих эндоэффекта. В первых двух эндоэффектах потеря массы не такая большая. Эти эндоэффекты представляют, больше всего, удаление слабосвязанной и адсорбированной воды цементного камня. В этих эндоэффектах потеря массы не так велика. Наблюдающийся эндотермический эффект в интервале 745-798 °С может быть обусловлен присутствием гидросиликата кальция и в маленьких количествах разложением суперпластификатора. При увеличении суперпластификатора в составе цементного камня общая потеря массы уменьшается.
о с
-ЭгИ-73;141
1/Т, 1/К
Рис. 2. Термогравиметрические анализы цементных камней. 1- без добавки; 2 - 0,5 % суперпластификатора добавлено; 3 - 0,8% суперпластификатора добавлено; 4 - 1% суперпластификатора добавлено.
При изучении термогравиметрических кривых образцов можно наблюдать резкое изменение потери массы в первых двух эндоэффектах в цементных камнях с добавлением суперпластификаторов, а в цементном камне без добавок, это изменение незначительно.
Рис.3. ИК спектры цементного камня без до- Рис.4. ИК спектры цементного камня с 0,5 бавки суперпластификатора. %-ым добавлением суперпластификатора.
Рис.5. ИК спектры цементного камня с Рис.6. ИК спектры цементного камня с 1%-ым 0,8 %-ым добавлением суперпластифика- добавлением суперпластификатора.
тора.
На ИК спектрах гидратированных минералов С12А7 СА и СА2 появляется интенсивная полоса с максимумом поглощения при 520 см- , которая относится к валентным колебаниям связей А1 - О в А106 - октаэдрах. Полосы с максимумами при 1150, 1020, 970 и 920 см-1 на ИК спектрах гидратированных С12А7 СА и СА2 обусловлены деформационными колебаниями - ОН связей гиббсита. В области валентных колебаний - ОН групп полоса при 3400 см-1 относится к С3АН6, а остальные принадлежат -ОН группам гиббсита молекулярной воды. Следовательно, ИК спектроскопия показывает изменение координации атомов алюминия в процессе гидратации алюминатов кальция, т. е. переходы из тетраэдрической координации (не гидратированные минералы) в октаэдриче-скую (гидратные фазы) с параллельным образованием групп - ОН взамен.
Таблица 2
Результаты испытаний цементных паст с синтезированным суперпластификатором.
№ Количество цемента, г Количество добавки от массы цемента, % В/Ц соотношение Средняя плотность, гр/см3 Прочность через 28 сут., МПа
1 100 - 0,31 2,075 26
2 100 0,05 0,31 2,1 26
3 100 0,2 0,31 2,182 28
4 100 0,5 0,31 2,21 29
5 100 0,8 0,31 2,25 31
6 100 1 0,31 2,292 32
Как видно из таблицы 2, при постоянном водоцементном соотношении средняя плотность цементных камней увеличивается с увеличением количества суперпластификатора. Эти результаты показывают высокую подвижность и удобоукладываемость цементных паст при добавлении синтезированного суперпластификатора. При этом прочность цементного камня увеличивается до 30 % по сравнению с образцом без добавления цементного камня.
Таким образом, суперпластификатор способен резко изменять реологические свойства дисперсных систем. Подвижность дисперсных систем зависит от молекулярной массы соединений. При постоянном водоцементном соотношении, более длительное сохранение подвижности во времени, характерно для полимеров, которые, в отличие от олигомеров, изменяют и несколько ускоряют процесс схватывания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гамалий Е.А. Комплексные модификаторы на основе эфиров поликарбоксилатов и активных минеральных добавок для тяжелого конструкционного бетона: дис. ... канд. тех. наук: 05.23.05 / Гамалий Е.А. - Челябинск, 2009. -217 с.
2. Ибрагимов Р.А. Тяжелые бетоны с комплексной добавкой на основе эфиров поликарбоксилатов: дис. канд. тех. наук: 05.23.05/ Ибрагимов Р. А. - Казань, 2011. -184 с.
3. Рамачандран В.С. "Добавки в бетон. Справочное пособие", М.: "Стройиздат", 1988г. 244 с.
4. Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика - М.: Технопро-ект. 1998.- 768 с.
5. Рамачандран В.С. Применение дифференциального термического анализа в химии цементов - М.: "Стройиздат". 1977. - 408 с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.