Экспериментальные материалы на примерах введения поликарбоксилатных добавок в бетон

Влияние добавки Мурапласт FK63.3

На примере экспериментального материала с добавкой поликарбоксилата Мурапласт FK63.3 представляется возможность следующих обобщений.

  • 1. Минеральный продукт, каким является цементный камень, и органический компонент (супер-, гиперпластификатор) — малосовместимые объекты, в связи с чем нередко имеют место замедление темпов твердения и снижение конечной прочности пластифицированного бетона, причем это снижение находится в прямой зависимости от количества введенного ПАВ. В то же время возможность уменьшения расхода воды при сохранении требуемой удобоукладываемости позволяет в итоге не только нейтрализовать указанные недостатки, но и значительно повысить прочность и плотность бетонов.
  • 2. Механизм действия пластифицирующих добавок вряд ли существенным образом связан с какими-либо химическими превращениями. Взаимодействие между цементом и ПАВ имеет, скорее, физическую, а точнее, электростатическую природу. При введении в цементную систему полярные молекулы ПАВ адсорбируются активными точками клинкерных зерен, удерживаются своими полярными группами на поверхности гидратирующихся цементных частиц, создают стерический эффект отталкивания, являющийся сегодня основной причиной длительного сохранения жизнеспособности бетонных смесей.
  • 3. Не совсем ясна суть явления «посадочное место» для полимерной добавки.

Как же осуществляется электростатическое взаимодействие (контакт) макромолекул с твердой фазой — поверхностью исходных (безводных) клинкерных частиц: на предварительно адсорбированном слое ионов кальция или гидратированной экранной оболочке, и даже на высокодисперсных гидроновообразованиях вне цементного зерна?

Существует мнение, что традиционные суперпластификаторы (С-3) адсорбируются на гидратных новообразованиях (преимущественно гидроалюминатах), поликарбоксилаты же — на гидросуль- фоалюминатах. Если это так, то в чем заключается причина такой избирательности адсорбционных действий? Уточнение отмеченных аспектов важно как для понимания механизма явления, так и рационального применения пластифицированных бетонов.

Представление относительно адсорбции «посадочного места» полимера (добавки) на гидратированных продуктах (в том числе гидроалюминатах и гидросульфоалюминатах) вступает в некоторое противоречие с экспериментом:

  • • не заметны принципиальные отличия пластифицирующего действия поликарбоксилатной добавки, например Мурапласта FK63.3 (Bauchemie Russia, г. Санкт-Петербург), в различных дисперсных минеральных системах (рис. 3.24), где возникновение указанных гидратированных продуктов маловероятно;
  • • образование гидратированных соединений возможно после определенного подготовительного (индукционного) периода для химических преобразований, в то время как пластифицирующий эффект проявляется мгновенно;
  • • задержка с введением в цементный состав пластифицирующей добавки должна оказывать более благоприятное действие на разжижающий эффект вследствие повышения в системе количества гидратированных продуктов, что также не нашло опытного подтверждения;
  • • «лежалые» цементы, бесспорно, содержат в своем составе гамму гидратированных новообразований (гидросиликатов, гидроалюминатов и др.), однако их пластифицирующий результат оставляет желать много лучшего.

Однако решающее влияние на пластифицирующее действие оказывают дисперсность минеральных частиц, соответствие формирующегося на границе раздела фаз поверхностного заряда размеру и массе зерен. Например, пластификация просматривается даже в случае применения обычного немолотого кварцевого песка — здесь введение пластификатора приводит не к повышению связности и текучести смеси, а к ее мгновенному водоотделению и расслоению.

«Посадочными местами» макромолекул полимерной добавки, по всей вероятности, являются не гидроалюминаты и гидросульфоалю- минаты, а другие энергетически ненасыщенные зоны, в роли которых выступают скопления заряженных вакансий, атомы внедрения

Действие поликарбоксилатного гиперпластификатора в различных минеральных системах

Рис. 3.24. Действие поликарбоксилатного гиперпластификатора в различных минеральных системах

и замещения, различные функциональные группы, микродефекты, разрывы химических связей, атомная «шероховатость», в том числе активные центры клинкерных минералов — неустойчивые связи ионов кальция.

Адсорбированные молекулы добавки совместно с высокоорганизованной «полярной» средой формируют на границе раздела фаз пространственный двойной электрический слой с мощным электро- кинетическим потенциалом, обеспечивающим электростатическое отталкивание частиц цемента (и иных тонкодисперсных минеральных продуктов), раздвижку, пластификацию, повышенную текучесть составов.

Механизм действия пластифицирующих добавок, а также сопровождающие твердение цементных систем свойства и явления (начальное расширение, периодические спады структурной прочности, снижение пластической прочности при введении хлористого кальция или, наоборот, лавинообразное упрочнение структуры при использовании ускорителя схватывания — поташа, «ложное» схватывание цемента и многое другое), как и сам процесс гидратации цементных минералов и структурообразования цементного камня, — звенья одной цепи. Особенностями кристаллохимического строения силикатов кальция, «замороженности» состояния и тем самым метастабильности их высокотемпературной структуры и определяется электроповерхностный характер их взаимодействия с теми или иными компонентами.

На рис. 3.25 и 3.26 представлены кривые пластической прочности (тепловыделения) цементного теста на новороссийском портландцементе с различными В/Ц и содержанием пластифицирующих добавок С-3 и упомянутого гиперпластификатора. Минимальное содержание добавок не оказывает заметного влияния на качественный

Кинетика структурной прочности цементного теста с различным

Рис. 3.25. Кинетика структурной прочности цементного теста с различным

содержанием С-3

Кинетика структурной прочности и тепловыделения цементного теста с гиперпластификатором Мурапласт FK63.3

Рис. 3.26. Кинетика структурной прочности и тепловыделения цементного теста с гиперпластификатором Мурапласт FK63.3

ход процесса. В то же время анализ кривых структурной прочности и тепловых эффектов свидетельствует о независимости процесса твердения цементных систем и времени наступления гидратации (отмечены на рис. 3.25 и 3.26 пунктирными линиями) от присутствия пластифицирующих добавок.

В присутствии поликарбоксилатов имеет место «стерическое» отталкивание боковых цепей адсорбированных макромолекул. Макромолекулами добавки покрывается незначительная часть поверхности клинкерных частиц (рис. 3.27), а их основная часть участвует в обычной гидратации. При пониженной вязкости системы сопровождающие твердение явления (самоорганизация системы, «скачки» структурной прочности и др.) делают контроль этих явлений невозможным принятыми методами испытаний.

Для гиперпластификаторов важна степень «свежести» цемента. На рис. 3.26 показано, что применение пластифицирующих добавок для «лежалых» цементов малоэффективно. В процессе длительного хранения происходит гидратация цемента влагой окружающей среды, снижение количества поверхностных активных центров, ухудшение условий адсорбционного взаимодействия молекул ПАВ с твердой фазой, соответственно, уменьшение пластифицирующего эффекта.

В то же время повышенное содержание пластифицирующей добавки резко снижает интенсивность структурообразования, ухудшая конечные прочностные свойства бетонов, способствуя их различию по слоям. Причина этого явления очевидна, поскольку механизм действия пластификатора (электростатическая раздвижка клинкерных зерен с мощным одноименным поверхностым зарядом) и естественный структурообразующий процесс (самоорганизация системы под действием развивающегося в межзерновых пустотах вакуума) имеют «обратное действие».

Целесообразность повсеместного и безоглядного использования данных пластифицирующих таких продуктов вызывает сомнение. Для ответственных несущих конструкций применение органических и синтезированных пластификаторов должно быть ограничено. Во

Схема адсорбции

Рис. 3.27. Схема адсорбции (1) и общий вид макромолекул поликарбонатной добавки (2), блокирующих поверхность цементного зерна (поданным В.Р. Фаликмана) всяком случае, необходимо учитывать возможность деструкции микробетона в эксплуатационный период.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >