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 Sуд=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 Sуд=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.