автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Регулирование свойств бетонных смесей и бетонов комплексными добавками с разными гидрофильными группами

РГ6 од

- 5 ИЮН 1395 На правах рукописи

КОСУХИН МИХАИЛ МИХАИЛОВИЧ

регулирование свойств бетонных

смесей и бетонов комплексными

добавками с разными

П»1 АТ> «» «»» ТШ Я 9 Ж ПГ»» Г П Г"Г « 1 я г ж

I и д г с/^и л о л ш т н I г у шттп

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОРОНЕЖ - 1995

Работа выполнена в Белгородской Государственной Технологической Академии Строительных Материалов (БелГТАСМ)

Научный руководитель - кандидат химических наук, доцент

Н.А.Шаповалов

Официальные оппоненты - доктор техническая наук, профессор

Ш.М.Рахимбаев -

кандидат технических наук, доцент В.Т.Перцев

Ведущая организация - Научно-исследовательский, проектно-

конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ)

Защита диссертации состоится " з<з" июня 1995 г.

в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 063.79.01 в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 394006, г.Воронеж, ул.20-летия Октября, 84, ВГАСА, аудитория 20 корпус 3.

. С диссертацией, можно ознакомится в библиотеке академии

Автореферат разослан лга^ 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,-кандидат технических наук

В.В.Власов

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.

В настоящее время в строительной индустрии для совершенствования технологического процесса изготовления бетона и повышения его качества широко используются суперпластификаторы. Их применение позволяет получать высокоподвижные бетонные смеси без снижения прочности бетона, увеличивать прочность бетона, сокращать расход цемента. В настоящее время наиболее широко используется суперпластификатор С-3, однако его производство сталкивается с проблемой дефицита нафталина и высокой стоимости. В связи с этим актуальным является разработка новых эффективных и дешевых пластифицирующих добавок, в первую очередь, на основе отходов промышленности, что позволяет решать одновременно и экологические проблемы.

Сравнительно мало используются комплексные добавки: пластификатор +■ ускоритель твердения, пластификатор +• воздухововлека-тель, пластификатор + замедлитель твердения и т.д., которые позволяют одновременно решать несколько технологических задач. Мало изучены вопросы синергизма или антогонизма при получении комплексных добавок и механизм этого явления. Недостаточно изучено также влияние природы гидрофильных груш в добавке на ее пластифицирующую активность, именциеся в этой области литературные данные носят качественный характер и иногда противоречивы.

Дальнейшие исследования в этой области позволяют углубить коллоидно-химические представления о механизме пластифицирующего действия суперпластификаторов, эффекте синергизма для комплексных добавок и обосновать перспективные направления получения и применения добавок.

Данная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Белгородской Государственной Технологической Академии Строительных Материалов по проблеме "Комплексное использование сырьевых ресурсов и отходов промышленности в производстве строительных материалов" и в рамках проекта "Разработать, освоить производство и внедрить эффективные химические добавки для бетонов и строительных растворов " Государственной научно-технической программы Стройпрогресс-2000". Часть работы выполнялась под руководством к.х.н. Фаликмана В.Р.

Цель работы: исследование влияния суперпластификаторов на реологические свойства цементного теста и бетонной смеси, на. структу-рообразование цементного камня и Сетона, изучение механизма пластифицирующего действия суперпластификаторос.

Для реализации цели работы были поставлены следующие задачи:

- исследование влияния природа гидрофильных групп суперпластификатора на его пластифицирующую активность, расширение сырьевой базы для получения суперпластификаторов;

- разработка комплексных добавок, обладающих полифункциональным действием и повышенной активностью;

- исследование влияния добавок на физико-механические свойства бетонных смесей и бетонов;

- опытно-промышленная проверка результатов исследований и оценка их технико-экономической эффективности.

Научная новизна.

Изучено влияние природа гидрофильных групп суперпластификатора' на его пластифицирующую активность. Показано, что наилучшими пластифицирующими свойствами обладает суперпластификатор с гидрок-сильными группами.

Показано, что вследствие аттракционного взаимодействия разных по природе гидрофильных групп в комплексной добавке проявляется эффект синергизма, выражаидейся в увелнчэ! ш пластифицирующей активности по сравнению с индивидуальными компонентами и улучшении качества бетона..

Получены новые комплексные добавки, обладающие полифункциональным действием и повышенной активностью, изучен их состав.

Показано, что предельная агрегативная устойчивость, пептиза-ция агрегатов, снижение до нуля предельного напряжения сдвига минеральных суспензий лри оптимальных дозировках суперпластификаторов обусловлены двумя факторами стабилизации: электростатическим и адсорбционно-сольватным.

Автор защищает.

Состав комплексных добавок на основе индивидуальных компонентов с различными по природе гидрофильными группами.

Закономерность изменения агрегативной устойчивости и реологических свойств минеральных суспензий при изменении природы и соотношения гидрофильных групп в суперпластификаторе.

Результаты исследования особенностей процесса гидратации, свойств бетонных смесей и бетонов на цементах различного минералогического состава с суперпластификаторами и комплексными добавками.

Технико-экономическую эффективность применения разработанных пластифицирующих добавок в технологии бетона.

Практическая ценность.

Разработаны новые высокоэффективные суперпластификаторы, об-ладавдие полифункциональностью, повышенной активностью и пониженным расходом.

На заводе ЖБК-1 "Еелгородагропромстрой" на промышленной установке был осуществлен выпуск опытных партий суперпластификатора СБ-3 и комплексной добавки, с использованием которых было выпущено более 1000 м3 бетона.

Газработан технологический регламент по получению добавок, "Рекомендации по применению суперпластификатора СБ-3 в бетонах".

Экономическая эффективность составляет от 3 до 6 руб/м3 бето на (цены 1991 г.).

Полученные добавки могут быть также использованы для регулирования реологических свойств сырьевых шламов, меловых и других минеральных суспензий.

Апробация работы.

Основные результаты работы были доложены на: V Всесоюзном симпозиуме "Реология бетонных смесей и ео технологические задачи" (г.Рига,1986 г.); Всесоюзной конференции "Использование вторичных ресурсов и местных строительных материалов на предприятиях стройиндустрии" (г.Челябинск,1987 г.); Всесоюзной конференции "Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии" (г.Белгород, 1987 г.); VI Всесоюзном симпозиуме "Реология бетонных смесей и ее технологические задачи" (г.Рига,1989 г.); Всесоюзной конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении" (г.Белгород,1989 г.); Всесоюзной конференции "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии" (г.Белгород,1991 г.); Международной конференции "Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий я

конструкций" (г.Белгород, 1993 г.); Научно-технической конференции "Теория и практика применения суперпластификаторов в композиционных строительных материалах" (г.Пенза,1993 г.); IX Межгосударственной научно-практической конференции "Методы исследования, паспортизации и переработки отходов" (г.Пенза,1994 г.).

Публикации по теме диссертации.

Основные результаты работы изложены в 16 научных публикациях, в том числе 2 авторских свидетельства, 4 статьях, 10 тезисах докладов.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов, изложена на 176 страницах основного машинописного текста, содержит 48 рисунков, 27 таблиц, список литературы из 111 наименований.

В главе 1 рассмотрены литературные данные о классификации добавок в бетоны, существующие представления о механизме действия суперпластификаторов. данные о влиянии добавок на процессы гидратации цемента, свойства бетонных смесей и бетонов.

В главе 2 представлены характеристики используемых материалов и методики проведения экспериментов.

В главе 3 изучены агрегативная устойчивость, структурообразо-вание и гидратация цементного теста в присутствии добавок с различными по природе гидрофильными группами.

В главе 4 приведены экспериментальные данные о влиянии добавок на физико-механические свойства бетонных смесей и бетонов.

В главе Б рассмотрены представления о механизме пластифициру-мдего действия и эффекте синергизма добавок с различными по природе гидрофильными группами.

В главе 6 приведены данные промышленного использования исследованных добавок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Влияние природы гидрофильных групп суперпластификаторов на структурообразовение и гидратацию цементного теста.

Для исследований использовали цементы Белгородского, Воскресенского и Новороссийского заводов, клинкерные минералы С3з, Саз,

С»АГ, С,А, пластификаторы с различными гидрофильными группами: С-3 с сульфюгруппами, СБ-3 с гидроксильными группами, ЛСТ с сульфо-, гидрокси-, карбоксигруппами, а также комплексные добавки с разными соотношениями индивидуальных компонентов.

Влияние добавок на реологические свойства цементного теста изучали методом миниконуса и на ротационном вискозиметре "Реотест-2". Зависимость расплыва миниконуса от дозировки добавок имеет Б-образный характер: незначительное увеличение расплыва в области малых дозировок, резкий рост в области средних дозировок и выход на насыщение в области больших дозировок. Реология концентрированных структурированных суспензий, к которым относится цементное тесто, описывается уравнением Бингама:

г до 1 - касательное напряжение сдвига. Па; %0~ предельное напряжение сдвига. Па; -п - пластическая вязкость. Па»с; йи/Лх. - гра-

пл ,

диент скорости сдвига, с" . При увеличении дозировки добавок т0, в отличие от расплыва миниконуса, резко уменьшается и при определенных дозировках становится практически равным нулю, что свидетельствует о переходе сис:емы в жидкообразное состояние. Пластическая вязкость цементного теста уменьшается не столь значительно. Пластифицирующая активность определялась как дозировка, при которой наблюдали максимальный расплыв миниконуса 1 или выход т0 к нулевому значению. Совпадение значений пластифицирующей активности, полученных разными методами, становится понятным, если учесть, что расплыв конуса будет происходить до тех пор, пока сила тяжести на нижний слой цементного теста не сравняется с предельным напряжением сдвига. Разный же характер зависимостей а и т0 от дозировки добавок, как показал теоретический анализ, обусловлен тем, что в области малых и средних дозировок мезкду 4 и т0 существует обратно пропорциональная зависимость. Изменение природы гидрофильных групп добавки с сульфо- на гидрокси- приводит к значительному увеличению пластифицирующей активности. Это связывается наш как с большей гидрофилизируодей способностью ОН-групп, так и их меньшей молекулярной массой по сравнению с БО^ группами. Изменение пластифицирующей активности добавок для различных цементов определяется изменением удельной поверхности и содержанием С,А в цементе, причем

наиболее значительно содержание алшинатов влияет на активность С-3. Исследование добавок, содержащих индивидуальные компоненты с различными по природе гидрофильными грушами показало, что при определенных соотношениях добавок с гидроксядьными (70%) и сульфо-грушами <30#) проявляется эф&ект синергизма, т.е. увеличение пластифицирующей активности по сравнению с расочитанной по правилу аддитивности величиной.

Агрегативную устойчивость цементных суспензий оценивали по изменению наивероятнейшего радиуса частиц. Увеличение дозировки добавок приводит к уменьшению радиусов частиц с 16 до 3 * 3.5 мкм. Это обусловлено, как показали расчеты, падением энергии коагуляци-онного контакта с нескольких сотен единиц и? до долей кг и предотвращением дальнейшей агрегации частиц. Пеотизация под действием оптимальных дозировок сопровождается разрушением агрегатов до первичных частиц и высвобоадением иммобилизованной, т.е. механически захваченной, воды. При этом содержание свободной дисперсионной среды увеличивается на 30 + 35)5, что способствует уменьшению пластической вязкости суспензий. Содержание свободной дисперсионной среды определяли по относительному количеству центрифугата, отделяющемуся от суспензии после центрифугирования при 6000 об/мин в течение 20 мин. Анализ полученных данных показал, что в исходном агрегате содержится в среднем около 100 первичных частиц цемента.

Адсорбция добавок на цементе из водной среды носит характер мономолекулярной адсорбции. Шкость мономолекулярного слоя определяется посадочной площадкой молекул и их молекулярной массой, в связи с чем добавка СБ-3 с гидрофильными группами имеет меньшую емкость по сравнению с добавкой С-3 с сулцрогруппами. Кроме того, насыщение монослоя для СБ-3 и комплексной добавки наблюдается при более низких равновесных концентрациях, чем для С-3. Дозировка добавок, при которой завершается образование моноыолокулярного слоя, соответствует дозировкам, при которых наблюдается максимальный расшшв шшиконуса, выход "0к пулевому значению, достижение предельной агрегативной устойчивости цементных суспензий,.

Влияние добавок на процессы гидратации и процессы структуро-образования в цементном тесте изучали по влиянию добавок на кинетику изменения концентрации ионов Саг+ и пластической прочности.

Добавка с сульфогруппами (С-3) качественно не изменяет характера зависимости концентрации Саг+ от времени по сравнению с цементным тестом без добавок, хотя в присутствии С-3 концентрация ионов кальция уменьшается.

Понижение концентрации Саг+ происходит, вероятно, за счет образования малорастворимых соединений Саг+ с молекулами С-3. и уменьшения интенсивности поступления в раствор продуктов растворения клинкерных фаз вследствие адсорбции молекул С-3 на частицах цемента. При введении СБ-3 степень пересыщения раствора ионами кальция по сравнению с контрольной суспензией увеличивается, что может быть связано с увеличением растворимости клинкерных составляющих при увеличени ионной силы раствора. Различие во влиянии С-3 я СБ-3 на концентрятги«) ионов кятгмгия обу сломено, скорее всего, различием в химической природе гидрофильных групп этих добавок.

По данным пластометрии при оптимальной дозировке С-3 наблюдается некоторое увеличение срока начала набора прочности структуры, но затем прочность набирается быстрее, чем у контрольного состава. Для СБ-3 индукционный период больше, скорость набора прочности в дальнейшем сопоставимс контрольным образцом. Это различие объясняется, по-видимому, наличием в составе С-3 до 10$ сульфата натрия, различным влиянием сульфо- и гидроксильных групп на процессы растворения и гидратации и коррелирует с влиянием добавок на сроки схватывания цементного теста.

Изучение кинетики тепловыделения показало, что общим для всех добавок является увеличение тепловыделения в первые минуты после затворения цемента водой. Это связано с повышением гидрофильности поверхности цемента за счет адсорбции добавок (см. ниже) и увеличением контактирующей поверхности вследствие пептизации агрегатов. Характерным является и увеличение индукционного периода до второго пика тепловыделения в области 10-12 часов. Наибольшее замедление наблюдается для СБ-3, что согласуется с данными по влиянию добавок на сроки схватывания и изменение пластической прочности во времени. В дальнейшем происходит интенсификация твердения цемента с добавками по сравнению с контрольным образцом, что выражается в увеличении максимума и большей протяженности второго пика тепловыделения.

Для прогнозирования влияния добавок на реологические свойства цементов различного минералогического состава было изучено влияние добавок на реологию водных суспензий С3з, С2з, С„АР, С3А. Значения пластифицирующей активности добавок для Саз близки к значениям для цементного теста, в то время как для Саз они значительно ниже, а для С^АР и С3А значительно выше.

Такое различие обусловлено значительном увеличением поверхности при гидратации С„АР и С3А за счет образования высокодисперс-ш гидроалкшнатов. Следует отметить, что пластифицирующая активность добавки с гидроксильными группами для всех минералов больше по сравнению с добавкой с сульфогруппами. Эффект синергизма проявляется в суспензиях всех минералов, но в нгибольшей степени - для Саз. Полученные результаты хорошо согласуются с данными, полученными для цементов различного минералогического состава.

2. Влияние добавок на физико-механические свойства бетонных смесей и бетонов в зависимости от состава бетонной смеси.

Влияние добавок на подвижность бетонных смесей определяли на составах с различным видом и расходом цемента. Независимо от состава бетонной смеси, зависимости осадки конуса от дозировки добавок юлеют Б -образный характер, аналогичный соответствующим кривым для цементного теста. Оптимальные дозировки добавок для бетонной смеси увеличиваются с уменьшением расхода цемента, что связано с увеличением связности структуры при введении в бетонную смесь заполнителей. Также как и для цементного теста, более эффективной является добавка СБ-3 с гидроксильниш грушами, для комплексной добавки при определенном соотношении гидроксильных и сульфо-групп проявляется эффект синергизма. Все добавки позволяют увеличивать подвижность бетонной смеси с 2 + 4 см до 20 см, при этом прочность бетона по сравнениюс контрольным составом не снижается. Следует заметить, что в области дозировок СБ-3 и комплексной добавки, соот ретствунцих осадке конуса 13 + 18 см, прочность бетона на 10$ превышает прочность бетона без добавок, что связывается с преобладающим влиянием пептизации цементных частиц над замедлением гидрата-

- 11 -

ции вследствие образования адсорбционного слоя.

Изучение влияния добавок на сокращение водопотребности АН показало, что в области малых и средних дозировок наблюдается почти линейная зависимость, а в области больших дозировок Л» становится постоянным. Это связано с тем, что после завершения мономолекулярного слоя на частицах цемента дальнейшее возрастание дозировки увеличивает концентрацию добавки в растворе, но уже не влияет на подвижность и водопотребность бетонной смеси. Как показали исследования, увеличение исходной подвижности бетонной смеси приводит к большему снижению водопотребности.

Для равноподвижных бетонных смесей пониженной водопотребности прочность бетона при увеличении дозировки добавок возрастает на 13 + 15 МПа, а затем, когда ДИ перестает изменяться, начинает уменьшаться. Это связано с тем, что до оптимальной дозировки добавка практически полностью адсорбируется на цементе. При передозировке добавки ее избыток, находящийся в растворе, адсорбируется на кристаллах новообразований, затрудняя образование кристаллизационной структуры.

Изучение кинетики набора прочности бетонов показало, что при постоянном В/Ц ухе к первым суткам твердения компенсируется начальное замедление гидратации цемента, а в возрасте 3+10 суток твердение происходит более интенсивно, чем у бетона без добавок. К 28 суткам скорости набора прочности контрольного бетона и бетона с добавками сравниваются и в дальнейшем остаются одинаковыми.

Повышение прочности бетона с добавками при сокращении водопотребности можно использовать для сокращения расхода цемента на 20 + 25Ж или для одновременного сокращения цемента на ¡0 + 15% и улучиения удобоукладываемости бетонной смеси (табл.1). Как видно из данных таблицы 1 наиболее эффективной является комплексная добавка, применение которой обеспечивает снижение расхода индивидуальных добавок СБ-3 и С-3 на 25 + 30* за счет эффекта синергизма. Кроме того, образование более проницаемого для молекул вода адсорбционного слоя вследствие аттракционного взаимодействия комплексной добавки позволяет получить более высокую прочность бетона по сравнению с другими добавками.

Таблица 1

Свойства бетонных смесей и бетонов при сокращении расхода цемента

Состав оетоной смеси, кг/м3 Вид добавки Кол-во добавки, мае. г В/Ц ОК, см мпа

Ц 11 Ш

425 380 340 340 340 500 608 563 563 563 ьели 1225 1225 1225 1225 1225 фОДСКИИ ш КД кд С-3 СБ-3 м-ьио 0.25 0.3 0.5 0.35 0.412 0.394 0.362 0.400 0.388 9.5 15.0 9.5 9.5 10.0 22.5 24.2 25.4 21.6 22.3

Экспериментальные данные показали, что оптимальная дозировка добавок возрастает с увеличением удельной поверхности цемента и содержания в нем алшинатной фазы, причем последнее обстоятельство играет меньшую роль для СБ-3 и комплексной добавки по сравнению с С-3. Это может быть связано с имеющимися в литературе сведениями о взаимодействии сульфогрупп с продуктами растворения клинкерных минералов с образованием малорастворимых соединений, что подтверждается результатами для цементного теста.

Важным технологическим свойством бетонных смесей является длительность сохранения подвижности, достигнутой введением добавок. При одинаковой начальной'подвижности 20 см бетонная смесь с С-3 теряет подвижность быстрее по сравнению с бездобавочной смесью. В то же время СБ-3 замедляет потерю подвижности в течении 2+2.6 часов, что согласуется с влиянием добавок на гидратацию и структурообразование цемента в начальный период твердения.

Поверхностную активность добавок на границе раствор-воздух изучали методом отрыва пластины. С-3 во всем диапазоне концентраций незначительно влияет на поверхностное натяжение, в то время как СБ-3 и комплексная добавка являются слабыми воздухововлекате-лями, снижая поверхностное натяжение с 72 до 60+65 мДж/м2. С этим согласуются данные таблицы 2, что С-3 практически не влияет на воздухововлечеяие в бетонную смесь, в то время как СБ-3 и ком-

шшксная добавка увеличивают воздухововлечение на 0.5+1в бе тонные смеси как при постоянном В/Ц. так и при одинаковой подвижности. Это приводит к тому, что СБ-3 и комплексная добавка увеличивают морозостойкость литого бетона на 200 циклов, тогда как С-3 не изменяет морозостойкость батона по сравнению с контрольным образцом (табл.2). В равноподвижных бетонных смесях морозостойкость батона с добавками возрастает на 300*400 циклов, что объясняется увеличением объема условно-замкнутых пор и уменьшением ка-пилярной пористости. Эти же факторы приводят, как показали исследования, к увеличению стойкости бетона в солевых и минеральных растворах в 3+5 раз.

Таблица 2.

Свойства бетонных смесей и батонов.

* -ос-гава ВИД добавки Кол-во добавки, % В/Ц ОК, СМ % воз-духо-вовлечения Прочность на сжатие, ТВО.МПа Коэф-т морозостойкости

100 200 300

1 _ _ 0.47 4 2.5 30.0 0.90 _

2 С-3 0.6 0.47 20 2.2 30.5 0.92 0.89 -

3 СБ-3 0.3 0.47 20 4.0 31.0 1.05 1.06 1.07

4 кд 0.25 0.47 21 3.6 32.0 1.06 1.07 1.07

Б С-3 0.6 0.38 4 2.3 40.1 1.04 1.10 1.15

6 СБ-3 0.3 0.38 4 4.2 41.5 1.09 1.25 1.30

7 КД 0.25 0.38 4 4.0 42.3 1.08 1.21 1.28

Аналогичные закономерности были выявлены и при исследовании комплексной добавки СБ-3 + ЛСТ. Следует отметить, что в этом случае эффект синергизма меньше по сравнению с комплексной добавкой СБ-3 + С-3, и он достигает максимума при несколько меньшем содержании СБ-3 (€0% СБ-3 + iQ% ЛСТ). Это может быть связано с наличием в составе ЛСТ не только сульфо-, но и гидроксильнга и карбоксильных групп.

- 14 -

3. Исследование механизма пластифицирующего действия и эффекта синергизма добавок с различными гидрофильными группами.

В связи со сложным составом и взаимодействием цемента с водой более подробно механизм пластифицирующего действия и эффект синергизма добавок изучали на примере суспензии мела. Исследование влияния добавок на реологические свойства, агрегативную устойчивость, водоотделение суспензии мела показало, что эти зависимости качественно носят идентичный характер с соответствующими зависимостями для цементного теста. Так, увеличение дозировки добавок приводит к уменьшению предельного напряжения сдвига с 200 Па до нуля, снижению пластической вязкости с 400 до 50 мПа-с. Агрегативная устойчивость при оптимальных дозировках добавок становится предельной, происходит пептизация агрегатов до первичных частиц с 16 до 1+1.5 мкм, выделяется иммобилизованная вода. Адсорбция добавок на меле также носит мономолекулярный характер, при этом емкость монослоя для СБ-3, С-3 и комплексной добавки равна 2.8-Ю"4, 5.5-Ю-4 и 3.0-10"4 г/м2, а равновесные концентрации, при которых достигается насыщение монослоя, равны 0.05, 0.052 и О.05$ соответственно. Меньшее значение емкости монослоя для СП-3 обусловлено меньшей молекулярной массой гидроксильных групп по сравнению с сульфогруп-пами. В то же время для комплексной добавки экспериментальное значение емкости монослоя значительно мепызэ величины з.б-Ю^г/м2, полученной расчетом по принципу аддитивности. Это является следствием взаимодействия "адсорбат-адсорбат" на поверхности частиц или так называемого аттракционного взаимодействия и служит причиной проявления эффекта синергизма при определенных соотношениях добавок с различными по природе гидрофильными грушами.

Адсорбция анионактивных добавок на поверхности частиц приводит к изменению электрокинетического потенциала с -4 до -35+44 мБ. измерения проводили мотодом потенциала протекания с учетом поверхностной проводимости. При концентрациях, соответствующих заполнению мономолекулярного слоя, £-потенциал выходит на максимальное значение по абсолютной величине и при дальнейшем увеличении дозировки добавок не изменяется.

Изменение краевых углов смачивания растворов добавок на поверхности мела и расчет по уравнению Юнга показали, что при введении добавок работа смачивания увеличивается с 40 до 60 мДж/м2. Это свидетельствует о снижении поверхностного натяжения на границе твердое тело-раствор и увеличении гидрофильноста поверхности.

Теоретический анализ соотношения между дисперсионными силами притяжения и различными факторами устойчивости (энтропийный, структурно-механический, гидродинамический, электростатический, адсорбционно-сольватный) с учетом полученных экспериментальных данных показал, что агрегативная устойчивость минеральных суспензий при введении суперпластификаторов обусловлена совместным действием электростатического и адсорбционно-сольватного фактора. Этот вывод был экспериментально подтверждай тем, что при "выключении" электростатического фактора за счет деионизации гидрофильных групп или адсорбционно-сольватного фактора за счет повышения температуры до 60+65°с система теряет агрегативную устойчивость.

4. Результаты промышленного использования добавок.

По результатам проведенной' работы были разработана "Рекомендации по применению комплексной добавки "Ренапласт", на Белгородском заводе ЖБК "Белгородпромстрой" в 1990 году было выпущено 1200 м3 бетона с добавкой СБ-3 и 250 м3 бетона с комплексной добавкой "Ренапласт". Результаты промышленного использования добавок показали, что комплексная добавка "Ренапласт" позволяет снизить расход индивидуальных компонентов СБ-3 и С-3 .на 25+3055, дополнительно сократить расход цемента на 15 экономическая эффективность от этого составляет 3+6 руб/м3 (цены 1ЭЭ1г.).

вывода:

1. Исследование влияния природы гидрофильных групп суперпластификатора на его пластифицирующие свойства показало, что по сравнению с сульфогруппами гидроксильные группы за счет меньшей молекулярной массы и большей гидрофиьности увеличивают пластифицирующую активность добавки.

2. Оптимальная дозировка суперпластификатора с гидроксильными группами в меньшей степени зависит от содержания С3А в клинкере по сравнению с суперпластификатором с сульфогруппами, что подтвер-хдается исследованием влияния добавок на реологию суспензии клинкерных минералов и Сетонов на цементах различного минералогического состава.

3. Добавка с гидроксильными группами в большей мере замедляет гидратацию цемента в ранние сроки твердения, на что указывает возрастание концентрации ионов Саг+ и увеличение индукционного периода существования коагуляционной структуры. В дальнейшем процесс структурообразования с этой добавкой идет более интенсивно на всех исследованных цементах.

4. Комплексная добавка и СБ-3, в отличие от С-3, обладают некоторой поверхностной активностью на границе раствор-воздух, в следствие чего за счет увеличения воздухововлечения на 0.5+1.Ъ% дополнительно увеличивают морозостойкость бетона как для литых, так и для равноподвижных составов, не оказывая при этом отрицательного воздействия на прочность бетона.

5. Показано, что при определенном соотношении добавок с суль-фо- и гидроксильными группами в комплексной добавке проявляется эффект синергизма, обусловленный аттракционным взаимодействием молекул на поверхности частиц. Разработаны комплексные добавки СБ-3 + С-3 ("Ренапласт") и СБ-3 + ЛСТ, обладающие повышенной пластифицирующей активностью.

6. Показано, что увеличение агрегативной устойчивости минеральных суспензий и их переход в жидкообразное состояние при оптимальных дозировках добавок обусловлено совместным действием электростатического и адсорбционно-сольватного фактора.

7. Промышленное использование комплексной добавки "Ренапласт" показало, что расход добавок СБ-3 и С-3 снижается на 25+30«, расход цемента при этом дополнительно сокращается на 1596. Экономическая эффективность составляет 3 + 6 рублей на м3 бетона (в ценах 1991 года).

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Шаповалов H.A., Косухлн М.М. и др. Влияние пластифицирующей добавки СБ-2А на реологические свойства цементных паст и бетонных смесей.// Реология бетонных смесей и ее технологические задачи: Тез.докл. У Всесоюзн.симпоз. - Рига, 1986. - с. 102-103.

2. Шаповалов H.A., Косухин М.М. и др. Регулирование свойств бетонных смесей и бетонов на шлакопортландцемекте пластифицирующей добавкой СБ-2А.// Сб.науч.тр. Моек.инк.-строит.инн-т, Белгородский технол.ин-т строит, материалов. - M. 198S. - С. 135-140.

3. Паус К.Ф., Косухин М.М. и др. Комплексная добавка для бетонов на основе суперпластификаторов С-3 и СБ-Р.// Использован;» вторичных ресурсов и местных строительных материалов на предприятиях стройиндустрии: Тез.докл. Всесоюзн. научн.-техн.конф. - Челябинск. 1987. - С. 80-31.

4. Шаповалов H.A., Косухин М.М. и др. Использование отходов химической промышленности при производстве суперпластификаторов для бетонов.// Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии: Тез,-докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф. - Белгород, 1987. - С. 39.

5. Шаповалов H.A., Косухин М.М. и др. Комплексная добавка на основе суперпластификаторов С-3 и СБ-Р в технологии композиционных материалов.// Сб.науч.тр. Моск.инж.-строит, ин-т, Белгородский технол. ин-т строит, материалов. - M. 19S7. - С. 162-163.

6. A.c. Л 1522687 СССР от 15.07.89. Комплексная добавка для бетонной смеси.

7. Шаповалов H.A., Косухин М.М. и др. Использование промышленных отходов для повышения качества строительных растворов.// Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении: Тез.докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф. - Белгород, 1989. - С. 43.

8. Косухин М.М., Пермяков В.И. и др. Использование мергеля в тяжелых бетонах.// Сб. научн. тр. Белгородский технолог, ин-т строит, материалов. - Белгород, 1989. - С. 38-44.

9. Паус К.Ф, Косухин М.М. и др. Совершенствование технологии получения бетона на основе использования комплексных добавок.//

Реология бетонных смесей и ее технологические задачи: Тез.докл. и Всесоюз. сишюз. - Рига, 1989. - С. 130-132.

10. Косухин U.M., Сопин М.В. и др. Модифицированные цементные композиции на отсевах дробления карбонатных пород.// Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии: Тез.докл. Всесовз. научн.-техн. конф. - Белгород, 1991. - С. 69.

11. A.c. Л 1680675 СССР от 01.06.91. Сырьевая смь-ь для приготовления легкого бетона.

12. Косухин Ы.Ы. Регулирование свойств цементсодержащих композиций комплексной добавкой с разными гщхфльяиш группами.// Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций: Тез. докл.Цежд.конф,ч.И. - Белгород, 1993. - С.50-51.

13. Косухин U.M. Эффект синергизма при использовании суперпластификаторов с различными гидрофильными группами.// Теория и практика применения пластификаторов в композиционных строительных материалах: Тез.докл.научн.-техн.конф. - Пенза, 1993.- С. 44 - 46.

14. Косухин U.M. Влияние природы гидрофильных груш суперпластификаторов на реологические параметры цементсодержащих композиций.// Сб.научн.тр. Белгородский технол. ин-т строит.материалов. - Белгород, 1994.- С. 27-29.

15 . Косухин U.M., Шаповалов H.A. и др. Разработка эффективных суперпластификаторов для цементсодержащих композиций на основе отходов химических производств.// Метода исследования, паспортизации и переработка отходов: Тоз.доал. XI Ыэкгосударствепной научн,-практич. kobJi. - Пенза, 1994. - С.41-42.

16. Косухин М.М. Использование отходов химического и асбесто-цементного производства при приготовлении сырьевых смесей для легких бетонов. // Метода исследования, паспортизации и переработки отходов: Тез.докл. II Межгосударственной научн.-практич. конф. -Пенза, 1994. - С.43-44.

Подо, в печать 12.05.95г. Формат 60 х 84 1/16 Тираж 100 экз. Заказ А 230 Отпечатано на ротапринте БелГТАСМ, 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.