Для снижения негативных и усиления положительных эффектов производители добавок вводят в их состав различные компоненты. К числу таких компонентов относятся вещества регулирующие сроки схватывания, ускоряющие твердение, снижающие воздухововлечение.

При оценке эффективности добавок необходимо учитывать как основные, так и дополнительные эффекты, которые могут для цементов различных производителей существенно отличаться. Нами были проведены исследования влияния добавок пластифицирующей группы производства российской фирмы СТК-СТАНДАРТ на цементе ЦЕМ I 42,5 Н производства ОАО «Мордовцемент».

Методы и материалы

Исследования водоредуцирующего, а также замедляющего или ускоряющего эффектов добавок проводились на растворной составляющей бетона при соотношении цемента и песка 1:2. Исследование эффективности пластифицирующих добавок на растворной составляющей бетона апробировано во многих исследованиях [2, 3].

Смеси готовились с применением песка ухтинского месторождения. Модуль крупности песка – 1,53. Для исследований готовились растворные смеси с расплывом на встряхивающем столике 200-210 мм. Водоцементное отношение подбиралось опытным путем.

Были исследованы следующие пластифицирующие и ускоряющие набор прочности добавки: «ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Б», «ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Г», «ХИДЕТАЛ ГП-9 гамма Г», «ХИДЕТАЛ П-5». Кроме того, для исследований были использованы пластифицирующие и сохраняющие подвижность бетонной смеси добавки: «ХИДЕТАЛ ГП-9 бета В» и «ХИДЕТАЛ П-1».

Добавки вводились в смесь с водой затворения. Для каждой добавки исследовалось две дозировки – минимальная и максимальная из рекомендуемых производителем.

После подбора расхода воды для получения установленного расплыва смеси без добавки и с добавкой пластификатора рассчитывался водоредуцирующий эффект (ВР) по формуле

где В/Ц_н и В/Ц_п – водоцементное отношение смеси без добавки и с добавкой пластификатора, соответственно.

Расплавы смесей на встряхивающем столике определялись через 5, 15 и 30 мин после начала приготовления смеси для оценки кинетики снижения водоредуцирующего эффекта.

Из полученных смесей были изготовлены образцы кубической формы с размером ребра 20 мм для определения эффекта блокирования или ускорения твердения в ранние сроки. Этот эффект оценивался по изменению прочности раствора с добавкой в сравнении с прочностью контрольного бездобавочного состава (ΔR) по формуле

где R_н и Rп – прочность составов смеси без добавки и с добавкой пластификатора через 1 сутки твердения в нормальных условиях.

Результаты и обсуждение результатов

Результаты определения водоредуцирующих эффектов исследованных добавок при различных сроках испытания смеси приведены в таблице.

Таблица – Водоредуцирующие эффекты добавок

Влияние добавок на ускорение или замедление твердения цемента в возрасте 1 суток, которые характеризовались относительной прочностью ΔR показано на рисунке.

Рисунок – Ускорение или замедление твердения через 1 сутки. Обозначения: 1 – «ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Б»; «2 – ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Г»; 3 – «ХИДЕТАЛ ГП-9 бета В»; 4 – «ХИДЕТАЛ ГП-9 гамма Г»; 5 – «ХИДЕТАЛ П-5»; 6 – «ХИДЕТАЛ П-4»; 7 – «ХИДЕТАЛ П-1»

Наибольший водоредуцирующий эффект отмечен у суперпластификаторов «ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Б», «ХИДЕТАЛ ГП-9 бета В», «ХИДЕТАЛ П-4», «ХИДЕТАЛ П-1». Добавки ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Г и ХИДЕТАЛ П-5 имеют высокие начальные пластифицирующие эффекты, но через 30 минут эффективность этих добавок сильно снижается.

Анализ данных в таблице и на диаграмме рисунка позволяет сделать вывод о том, что наиболее эффективной добавкой с точки зрения водоредуцирующего эффекта и ускорения набора прочности в начальные сроки твердения является суперпластификатор «ХИДЕТАЛ ГП-9 бета В», который при дозировке 2 % обеспечивает водоредуцирующий эффект более 30% и повышение прочности через 1 сутки на 128 %. Эта добавка, по данным производителя изготавливается на основе эфиров поликарбоксилатов и относится к суперпластификаторам пятого поколения [4]. При дозировке суперпластификатора «ХИДЕТАЛ ГП-9 бета В» 0,7 % эффективность добавки намного ниже. Несмотря на то, что все добавки серии ХИДЕТАЛ ГП-9 по сведениям производителя относятся к суперпластификаторам пятого поколения их эффективность значительно ниже, что можно объяснить индивидуальной несовместимостью исследованных цементов с этими добавками.

Для использования с исследованным цементом могут быть рекомендованы также добавки «ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Б» при дозировке 0,5%, «ХИДЕТАЛ П-1» (0,7%) и «ХИДЕТАЛ П-4» (1,5%), которые при указанных дозировках обеспечивают достаточно высокий водоредуцирующий эффект и ускорение твердения в ранние сроки. Установлено, введение добавок ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Г; ХИДЕТАЛ ГП-9 гамма Г; ХИДЕТАЛ П-5 в максимально рекомендуемых дозировках приводят к снижению прочности в 2 раза. Это должно учитываться при выборе добавок для производства бетонов, к которым предъявляются требования по темпам набора прочности в начальные сроки.

Определение прочности образцов, твердевших в нормальных условиях, в течение 28 суток показало, что блокирующее действие всех добавок в поздние сроки испытания не проявляется и прочность зависит только от водоцементного отношения.

Выводы

Исследования эффективности суперпластификаторов, проведенные на цементе ЦЕМ I 42,5 Н производства ОАО «Мордовцемент», показали, что наиболее эффективными добавками являются «ХИДЕТАЛ ГП-9 альфа Б», «ХИДЕТАЛ П-1», «ХИДЕТАЛ П-4» и «ХИДЕТАЛ ГП-9 бета В», причем последняя обеспечивает значительное ускорение набора прочности в начальные сроки. Низкая эффективность остальных исследованных добавок объясняется их несовместимостью с выбранным для исследования цементом.

Одним из примеров высокой эффективности комплексных добавок являются свойства суперпластификатора С-3, который считается индивидуальной добавкой пластифицирующего или водоредуцирующего действия. В его состав входят в основном продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, оказывающие на цементное тесто сильное пластифицирующее действие [1]. Использование этих продуктов позволяет получать в бетонах пластифицирующие и водоредуцирующие эффекты, значительно превышающие эти эффекты при использования добавок на основе лигносульфонатов и других пластифицирующих добавок. Однако, несмотря на высокие пластифицирующие эффекты, эти добавки не находили применения в технологии бетона, что было связано с быстрой потерей подвижности смесей, а также снижением прочности бетона в начальные сроки твердения. Решение этих проблем было достигнуто за счет введения в состав товарного суперпластификатора менее эффективной, чем продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, пластифицирующей добавки на основе технического лигносульфоната. Использование этого компонента позволяет повысить сохраняемость подвижности бетонной смеси. Кроме того щелочь и сульфат натрия, содержащиеся в составе добавки С-3, не только ускоряют твердение цемента, но и обеспечивают более продолжительный пластифицирующий эффект [2].

Совершенствование суперпластификаторов может развиваться не только за счет введения в их состав добавок ускоряющего, стабилизирующего или другого назначения. Как показывает опыт разработки добавки С-3 совместное использование суперпластифицирующей основы с пластифицирующей добавкой – один из оптимальных способов повышения эффективности комплексной добавки.

Адсорбция СП различной химической природы на продуктах гидратации цемента может существенно различаться, соответственно, различаются пластифицирующие и водоредуцирующие эффекты СП на цементах различных производителей с отличающимся минеральным составом [1]. В связи с этим комплексное использование двух и более добавок пластифицирующей группы способно дать положительный эффект в виде снижения их расхода или увеличения пластифицирующего действия [3].

В настоящем работе была исследована эффективность модифицирования суперпластификатора С-3 двумя отходами биохимического производства ОАО «Биосинтез» (г. Пенза). Первый отход, отработанный нативный раствор производства олеандомицина (ОНРО), и второй – маточный раствор тетрациклина (МРТ) обладают слабым пластифицирующим эффектом [4]. Эти отходы представляют собой поверхностно-активные белковосодержащие растворы концентрацией 1-3 %.

Исследования проводились на цементно-песчаном растворе состава 1:3. Удобоукладываемость смеси оценивалась по расплыву конуса на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4-81. Для приготовления раствора использовался цемент марки ПЦ 400 Д0 и песок сурского месторождения с М_к = 1,5.

Для исследования влияния добавок на свойства растворной составляющей бетона применялось математическое планирование эксперимента, а для обработки результатов эксперимента использовались статистические методы. По полученным данным находились математические модели полиномного вида.

Результаты исследования свойств раствора в зависимости от дозировки добавок приводятся на рисунке и в таблице.

Рисунок – Влияние дозировки С-3 и ОНРО на консистенцию раствора (а)
и его прочность через 1 (б), 7(в) и 28 (г) сут

Таблица – Влияние комплексной добавки на основе С-3 и МРТ на свойства цементно-песчаного раствора

Как видно из графиков на рисунке при совместном использовании С-3 и ОНРО наблюдается синергизм их действия. За счет повышения пластифицирующего эффекта при совместном использовании добавок возможно снижение на 30 % расхода суперпластификатора С-3 без потери характеристик смеси. Снижение прочности при использовании отмечается только в ранние сроки. Через 28 суток дозировка С-3 и ОНРО на прочность раствора практически не влияет.

Использование в качестве компонента комплексной добавки МРТ менее эффективно (см. таблицу).

С экономической точки зрения особый интерес представляет получение добавки на основе СП и слабых пластификаторов, являющихся отходами производства, например С-3 и ОНРО. Применение отхода производства, стоимость которого в десятки раз ниже цены специально произведенного СП, позволит на 1/3 снизить стоимость комплексной добавки без потери ее качества.