Водопотребность микрокремнезема под действием суперпластификаторов

ВОДОПОТРЕБНОСТЬ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА И МИКРОКРЕМНЕЗЕМО-МИНЕРАЛЬНЫХ БИНАРНЫХ СУСПЕНЗИЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГИПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ

Калашников В.И., Рыженкова Н.В., Кузнецов Ю.С., Хвастунов В.Л.,        Ананьев С.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,

Пенза, Россия

Микрокремнеземы (МК), выпускаемые различными комбинатами цветной металлургии, как отходы прозводства, обладают высокой дисперсностью. Она обусловлена испарением кипящего расплава в виде оксида кремнезема, окислением паров до диоксида кремнезема, образование микро- и наносферических шариков, диапазон дисперсности которых укладывается в наномасштабный размер частиц от 100 до 1000 нанометров.

Из совокупности имеющихся в наличии МК, мы исследовали на реотехнологические свойства суспензий 3-х типов МК: Братского, Челябинского и гранулированного Новокузнецкого. Результаты растекаемости их суспензий с водой и суперпластификаторами(СП) представлены в табл. 1.

                                                                                                                   Таблица 1

Реологическая активность микрокремнеземов в суспензиях с различными            СП и ГП

№ п/п	Наименование микрокремне зема	Вид СП и ГП, %	В/Т с СП и ГП	В/Т без СП и ГП	Расплыв с СП и ГП, мм	Расплыв без СП и ГП, мм	Вэф=(В/Цн)/ (В/Цп)
1	Братский МК Sуд=55000 см2/г	Sika Visko Сreate 5-800 AT (1%)	1,36	1,4	34	38	1,03
2	Братский МК	Melflux  2651 F (1%)	1,4	1,4	33	38	1,0
3	МК гранулирован-ный Новокузнец- кий Sуд=4461 см2/г	Sika Visko Сreate  5-800 AT (1%)	1,0	1,0	40	40	1,0
4	МК гранулирован-ный Новокузнец- кий	Melflux  2651 F (1%)	1,0	1,0	38	40	1,0
5	ЧЭМК Sуд=41424 см2/г	Melflux  2651 F (1%)	1,73	1,8	47	47	1,04

 Как видно из табл. 1, наиболее дисперсный Братский МК с               S_уд=55000 см²/г, формирует суспензию с гравитационной растекаемостью при В/Т=1,4. Введение СП SikaVisko Сreate 5-800 AT в количестве 1%, практически не уменьшает водосодержание. Водоредуцирующий эффект в этом случае равен 1,03. Тоже самое отмечается и при использовании карбоксилатного гиперпластификатора (ГП) Melflux  2651 F.

Гранулированный МК Новокузнецкого металлургического комбината, хотя имеет (в гранулах) низкую удельную поверхность 4461 см²/г, обладает также высокой водопотребностью и не пластифицируется ни одним из 2-х СП. Высокая водопотребность объясняется значительной пористостью гранул, которая адсорбирует большое количество воды и СП.

Наиболее высокая водопотребность выявлена у МК ЧЭМК. Несмотря на более низкую удельную поверхность, по сравнению с Братским МК, В/Т отношение его достигает 1,8. Это возможно объяснить с 1-й стороны, отсутствием углеродистых частиц (как в Братском МК), так и высоким содержанием тончайших нанометрических частиц.

Таким образом, все МК, вследствии их высокой водопотребности, казалось бы, должны обладать загущающим действием на суперпластифицированные цементно-кремнеземистые суспензии, так и на реакционно-порошковые смеси. Эффект загущения естественно должен быть связан с дозировкой или  соотношением МК с другими компонентами. С этой целью выполнили эксперименты определения реологии Братского МК в смеси с Воскресенским ПЦ, при введении ГП Melflux  2641 F с водой затворения. Были приняты соотношения по массе “цемент к МК”: 0,9:0,1; 0,1:0,9; 0,75:0,25; 0,25:0,75; 0,5:0,5. В/Т отношение в пластифицированных суспензиях цемента, соответственно было равно 0,18, а для пластифицированных суспензий МК-  1,4,  для получения гравитационно-растекающихся суспензий нормированного расплыва.

Как следует из рисунка , смеси цемента и МК не подчиняются правилу аддитивности (пропорциональных отношений), но достаточно близки к нему. При этом, при малых содержаниях МК от 0 до 45%, наблюдаем синергетический эффект улучшения реотехнологических свойств по сравнению с правилом аддитивности. Свыше 45% проявляется антогонический эффект, и МК действует как загущающая добавка. Первое является чрезвычайно важным фактором, потому что содержание МК в реакционно-порошковом бетоне обычно не превышает 30%, т.е. в тех пропорциях, в которых проявляется синергетический эффект. В таких количествах МК благоприятно влияет на реологию смеси с СП. Сказанное относится к бинарным смесям “цемент+МК”. Вероятно, содержание цемента до 60% в смеси с МК достаточно для перезарядки отрицательной поверхности тончайших частиц МК. Более низкое содержание цемента недостаточно для изменения знака потенциала.

                    

            

Рис. 1 Изменение водопотребностей смесей МК и ПЦ при различных соотношениях и в смеси

При использовании более сложных реакционно-порошковых смесей, эта закономерность может меняться из-за позитивного или негативного вклада  каждого компонента смеси в их реологию, что требует дополнительных исследований. Немаловажным фактором при выборе реологически-активной каменной муки, является изучение ее действие в бинарных смесях “цемент+каменная мука”.

В связи с этим, следующим этапом изучения было определение реотехнологических свойств смесей различных цементов в бинарных и тройных водно-дисперсных системах: “цемент+каменная мука” и “цемент+каменная мука+тонкозернистый немолотый песок”, которые представлены в табл. 2        

                                                                                                           Таблица 2                                                                                                                            

Реологическая активность бинарных и тройных водно-дисперсных систем в суспензиях с различным СП и ГП

№ п/п	Наименование компонентов и количество частей по массе	Вид СП и ГП, %	В/Т   с СП и ГП	В/Т без СП и ГП	Расплыв с СП и ГП, мм	Расплыв без СП и ГП, мм	Вэф=(В/Тн)/ (В/Тп)
1	Цемент Воскресенский-1      М 500 ДО                 Песок кварцевый белый молотый Sуд=3800 см2/г-0,5	Melflux 2651F (0,6%)	0,22	0,43	58	39	1,95
2	Цемент Воскресенский-1      М 500 ДО                 Песок кварцевый белый молотый Sуд=3800 см2/г-0,5	Полипласт СП-1 (1%)	0,3	0,43	47	39	1,4
3	Цемент Воскресенский-1      М 500 ДО               Каменная мука из щебня гранитного (Гумбейский) Sуд=9200 см2/г-0,5	Melflux 2651F (0,6%)	0,19	0,47	55	37	2,5
4	Цемент Воскресенский-1      М 500 ДО                 Мрамор молотый Sуд=4015 см2/г-0,5	Melflux 2651F (0,6%)	0,19	0,38	57	36	2
5	Цемент Воскресенский-1      М 500 ДО         Отсев доломита (Самар. обл) Sуд=4496 см2/г-0,5	Melflux 2651F (0,6%)	0,19	0,42	58	38	2,2
6	Цемент Воскресенский-1        М 500 ДО             Мука известковая просушенная молотая (г. Озерки) Sуд= 4800см2/г-0,5	Полипласт СП-1 (1%)	0,25	0,42	40	38	1,68
7	Цемент Воскресенский-1     М 500 ДО          Мука известковая просушенная молотая (г. Озерки)                   Sуд= 4800см2/г -0,5	Melflux 2641F (0,6%)	0,22	0,42	54	38	1,9
8	Цемент Воскресенский-1      М 500 ДО          Песок молотый Sуд=3900 см2/г-0,5      МК Братский     Sуд= 55000см2/г -0,1	Melflux 2641F (0,6%)	0,26	0,76	36	38	2,9
9	Цемент Воскресенский-1  ВНВ 1%                    М 500 ДО         Песок молотый Sуд=3900 см2/г-0,5     МК Братский       Sуд= 55000см2/г -0,1	Melflux 1641F (0,6%)	0,2	0,76	46	38	3,8
10	Цемент Вольский-1     ВНВ 1%                    М 500 ДО       (партия №2)                                 Песок молотый Sуд=3900 см2/г-0,5 Песок Сурский мытый-1,5,           фр=0,63-0,14 мм-1	Melflux 5581F (0,6%)	0,15	0,25	54	32	1,7
11	Цемент Вольский-1     ВНВ 1%                    М 500 ДО            (партия №2)                                   Песок молотый Sуд=3900 см2/г-0,5 Песок Сурский немытый-1,5,         фр=0,63-0,14 мм	Melflux 5581F (0,6%)	0,15	0,25	53	32	1,7
12	Цемент Вольский-1     ВНВ 1%                    М 500 ДО           (партия №2)                        Песок молотый Sуд=3900 см2/г-0,5 Песок Озерки-1,5, фр=0,16-1,25 мм	Melflux 5581F (0,6%)	0,15	0,25	53	32	1,7
13	Цемент Вольский-1     ВНВ 1%                    М 500 ДО     (партия №2)                                      Песок молотый Sуд=3900 см2/г-0,5 Песок Озерки, фр=0,16-1,25 мм     -1,5 “Денка”(сульфоалю минатная добавка)-0,02	Melflux 5581F (0,6%)	0,15	0,25	55	32	1,7
14	Цемент Вольский-1     ВНВ 1%                    М 500 ДО           (партия №2)                        Песок Сурский молотый       Sуд=4260 см2/г-0,5 Песок немолотый Сурский-1,5         фр=0,14-0,63 мм    ЧЭМК Sуд=41424 см2/г-0,1	Sika Visko Create      5-800AT (0,6%)	0,12	0,41	46	36	3,4
15	Цемент Вольский-1     ВНВ 1%                     М 500 ДО           (партия №2)                        Песок Сурский молотый       Sуд=4260 см2/г-0,5 Песок немолотый Верхний Шкафт,         фр=0,14-0,315 мм -1,5                    ЧЭМК           Sуд=41424 см2/г -0,1	Sika Visko Create      5-800AT (0,6%)	0,144	0,41	47	36	2,8

Как следует из табл. 2, Воскресенский цемент с 50% чистого кварцевого песка, при введении ГП Melflux 2651F в количестве 0,6% от массы цемента, показывает  водоредуцирующий эффект близкий к 2. Та же самая композиция с отечественным СП “Полипласт СП-1” в количестве 1%, значительно уступает цементно-песчаной системе с добавкой Melflux 2651Fпо водоредуцирующему эффекту. Высокая эффективность ГП Melflux 2651F выявлена на смеси цемента с каменной мукой из гранитного щебня. При этом следует отметить, что водоредуцирующий эффект равный 2,5, достигнут на очень высокой дисперсности каменной муки. Для смеси цемента с чистым карбонатным и доломитизированным щебнем, водоредуцирующие эффекты примерно одинаковы. Однако замена ГП на СП (Полипласт) приводит к ухудшению реологических свойств.

Наиболее высокий реологический эффект установлен в 3-й системе, состоящей из Воскресенского цемента М500 ДО, молотого песка и Братского МК. Аналогичное соотношение этих компонентов установлено в составе реакционно-порошкового бетона. Водоредуцирующий эффект в этой системе близок к 3! А замена Воскресенского цемента на цемент совместно размолотый с ГП Melflux 1641F еще в значительной степени разжижает тройную суспензию, в результате чего водоредуцирующий эффект доходит до 3,8! Именно такая дисперсная композиция должна использоваться в качестве эффективной реологической матрицы в реакционно- порошковом бетоне. Однако использование смеси Вольского цемента, домолотого совместно с ГП Melflux 5581F, молотого Сурского песка с S_уд=3900 см²/г и мытых песков различных карьеров фр.0,14-0,63 мм приводит к незначительному,  одинаковому водоредуцирующему эффекту (составы 10-13) равному 1,7.

В составе 13 оценивали роль расширяющейся сульфоалюминатной добавки “Денка” на действие СП. Установлено, что эта сульфоалюминатная добавка не блокирует действие СП, и может быть использована для уменьшения аутогенной (контракционной) и влажностной усадки.

Доказательством того, что для каждого состава существует свой избирательный СП, являются эксперименты №14 и 15. Замена ГП Melflux 5581F на ГП SikaViskoCreate, позволило существенно улучшить реологические свойства цементно-песчаных суспензий и довести водоредуцирующий эффект до 2,4-3,4.