Seo-friends.ru

Большая стройка
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Причины ложного схватывания цемента

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Ложное схватывание

Ложное схватывание переходит в нормальное при введении добавок, снижающих водопотребность или замедляющих схватывание. Адсорбция таких добавок приводит к возникновению заряда одного и того же знака на всех фазах гидратирующихся частиц цемента. [1]

Ложное схватывание — практически мгновенное схватывание цемента, который, однако, после перемешивания дает тесто с нормальными сроками схватывания и 0ез потерь прочности. Причина этого явления заключается в гидратации обезвоженных кристаллогидратов ( например, полуводный гипс), которые образуются. Определяют сроки схватывания ( начало и конец) в тесте нормальной густоты по глубине погружения в него иглы Вика при температуре 20 2 С. По ГОСТу, начало схватывания для портландцемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания — не позднее 12 ч от момента смешения цемента с водой. [2]

Ложным схватыванием называют ненормальное преждевременное загустевание цемента в течение нескольких минут после его перемешивания с водой. Ложное схватывание отличается от мгновенного схватывания тем, что при нем выделяется незначительное количество тепла. Повторное перемешивание цементного теста без добавки воды восстанавливает и поддерживает пластичность цементного теста до тех пор, пока оно не схватится обычным способом и без потери прочности. [3]

Во избежание ложного схватывания хлорид кальция не следует вводить непосредственно в цемент; его добавляют либо в воду затворения, либо в заполнитель. [4]

В бетонной смеси ложное схватывание может произойти вследствие реакции СзА с образованием гидроалюминатов кальция и гидрата моносуль-фоалюмината. Удобоукладыва-емость не может быть восстановлена после того, как произошло ложное схватывание. [5]

Другая причина появления ложного схватывания может быть связана с наличием щелочей в цементе. Последний осаждается, вызывая загустевание теста. [6]

Одной из причин ложного схватывания является наличие в клинкере щелочей. Ложное схватывание цемента связано в формированием первичной гипсо-эттрингитовой структуры, необходимым условием для образования которой является пересыщение жидкой фазы ионами SO42 — и ее ионная сила, обусловливаемая содержанием в ней щелочей. Одним из факторов, приводящих к ложному схватыванию, является также карбонизация щелочей и алюминатов кальция в цементе. [8]

Влияние гидроксикарбоно-вых кислот на ложное схватывание портландцемента очень сходно с тем, которое наблюдается при введении лигносуль-фоната [97] ( см. разд. В работе [50] отмечено, что введение всего 0 05 % сахарозы предотвращает преждевременное загустевание смеси пр-и использовании цемента, характеризующегося ложным схватыванием. Это можно объяснить ускорением первой стадии гидратации ( см. разд. SO / i-ионов из жидкой фазы; это, в свою очередь, предотвращает выпадение гипса. [9]

В бетонной смеси также наблюдается ложное схватывание . Оно заметно в тех случаях, когда затвердевание происходит в присутствии частично дегидратированного гипса. Удо-боукладываемость смеси удается восстановить дополнительным перемешиванием. [10]

Наиболее распространенное мнение о причинах ложного схватывания заключается в том, что оно проявляется как результат гид-ратационного твердения полуводного гипса в среде цементного раствора с образованием кристаллизационной структуры полугидрата. [11]

Были высказаны также предположения, что ложное схватывание может быть следствием активации CsS в результате аэрации в условиях умеренно высокой влажности. Вода адсорбируется на зернах цемента, и активированные этим поверхности зерен могут быстро соединяться с большим количеством воды при перемешивании: такая быстрая гидратация будет также вызывать ложное схватывание. [12]

Контрольные испытан на заводе позволяют гарантировать отсутствие ложного схватывания у-ц Ыента . Однако если появится ложное схватывание, оно может быть устранено повторным перемешиванием бетонной смеси без добавки воды. Хотц это не так легко, однако удобоуклады-ваемость будет повышена и бетон может быть уложен обычным способом. [13]

Применение мельниц большого диаметра приводит часто к явлению ложного схватывания в связи с перегреврм материала и дегидратацией гипса. Орошение клинкера, поступающего на размол, распыленными ПАВ, усиление аспирации, охлаждение крупки в сепараторе часто не решают проблемы, поэтому иногда устанавливают дополнительно холодильник кипящего слоя между мельницей и сепаратором. Охлаждение осуществляется проточной водой, а спускающийся по межтрубному пространству материал взвешивается проходящим в межтрубном пространстве снизу вверх воздухом, продуваемым через днище, покрытое тканью. В результате охлаждения крупки, возвращаемой в мельницу удается предотвратить перегрев материала выше 373 К и ложное схватывание. [14]

Причины ложного схватывания цемента

С целью определения влияния комплексной добавки полифункционального действия СС-3ТН на процессы структурообразования, изучено влияние дозировки на сроки схватывания. В табл. 1 приведены результаты испытаний цементного теста по определению нормальной густоты и сроков схватывания.

Анализ полученных результатов показывает, что добавка СС-3ТН снижает нормальную густоту с 27 % до 24,5 % в зависимости от дозировки и изменяет сроки начала схватывания с 3 часов до 1,6 часа, а конца с 5,5 до 3,1 часов. Можно предположить, что сочетание суперпластификатора С-3 и ускорителя твердения тиосульфата натрия подобрано в оптимальных соотношениях. Индивидуальное применение отдельных компонентов комплексной добавки полифункционального действия не позволяет комплексно влиять одновременно на нормальную густоту цементного теста и сроки схватывания [1, 2].

Исследования формирования структуры цементного камня в зависимости от различных факторов проводились рядом исследователей [3].

При проведении исследований ставилась задача по выяснению влияния комплексной добавки полифункционального действия СС-3ТН на свойства цементного камня в условиях естественного твердения, вида и строения продуктов гидратации, характера распределения и строения порового пространства цементного камня.

Структура цементного камня изучалась методами рентгеноструктурного, петрографического анализа и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) [1, 3].

Исследованию на СЭМ подвергался скол цементного камня после его наклейки на подложку и последующего напыления на его поверхность графита в вакуумной установке. Фотографирование поверхности скола СЭМ также проводилось при вакуумировании образцов, что было учтено при анализе фотоматериалов.

Дополнительно изучались шлифы срезов цементного камня, полученные путем их наклейки на стеклянную подложку и последующего шлифования до получения полупрозрачного шлифа. Шлифы в основном использовались для уточнения закристаллизованности вяжущего, определения размеров кристаллогидратов и анализа контактных швов при склейке поверхностей без применения клеев.

Количество пор и их размеры определялись методом их подсчета с использованием метрических приборов (сетка и линейка), учитывающих рабочее увеличение изображения исследуемой поверхности цементного камня. Известно, что дисперсность новообразований и их количество при гидратации вяжущего в присутствии ПАВ увеличивается в сравнении с гидратирующим вяжущим без добавки. При этом повышается плотность и упорядочивается структурная пористость цементного камня. Это объясняется тем, что адсорбировавшаяся молекула ПАВ замедляет рост новообразования, что в свою очередь порождает появление новых активных центров и повторение процесса [2].

Можно предположить, что добавка СС-3ТН также будет изменять структуру и пористость цементного камня. Различие микроструктуры цементного камня с добавкой и без добавки СС-3ТН показывает, что цементный камень без добавки (рис. 1, а) имеет более трещиноватую структуру и менее плотную упаковку гидратных новообразований. Кроме того, в его составе обнаружены в значительных количествах усадочные трещины, которые можно связывать с его высыханием при твердении в естественных условиях в ранние сроки – 1…3 суток. Цементный камень с добавкой СС-3ТН имеет более плотную упаковку кристаллогидратов, и в нем практически отсутствуют усадочные трещины, что можно связывать с нормальным твердением в естественных условиях.

Влияние комплексной добавки полифункционального действия СС-3ТН на нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста

Количество от массы цемента, %

Сроки схватывания, ч

Рис. 1. Микроструктура цементного камня после 28 суток естественного твердения: а) без добавки; б) с добавкой СС-3ТН

Заметно влияние СС-3ТН на шлаковые зерна, которые имеют разрушенную структуру [1, 2]. Раскалывание шлакового зерна можно связывать с воздействием на него тиосульфата натрия, который активирует растворение его остеклованной поверхности, повышая его гидравлическую активность, кристаллизуется в образующихся микротрещинах и в результате разрушает его. На рис. 1, б, видно образование продуктов взаимодействия тиосульфата натрия и осколков шлакового зерна в виде светлого налета на их поверхности.

Поровая структура цементного камня с СС-3ТН в значительной степени отличается от поровой структуры цементного камня без добавки (рис. 2, а, б). Распределение пор в цементном камне без добавки более хаотичное и неоднородное, как по плотности, так и по размерам. Внутри пор наблюдаются различные кристаллы, например, многоугольника Са(ОН)2, заполняющие пору. Структура рыхлая, трещиноватая, контакт со шлаковым зерном в верхней части поры неплотный [2].

Читать еще:  Какая пропорция бетона для фундамента марка цемента 500

Цементный камень с комплексной добавкой полифункционального действия СС-3ТН имеет равномерное распределение пор и более близкий их размер друг к другу. Дно поры имеет гладкую поверхность, переходящую через контактную золу в плотный камень (рис. 2, б).

Зерна шлака плотно впаяны в структуру вяжущего, усадочных трещин значительно меньше. Гладкую поверхность пор можно связывать с гидрофобными свойствами их поверхности, препятствующими кристаллизации извести и других соединений. Гидрофобизированные поры значительно сильнее, чем гидрофобные, препятствуют накоплению и миграции через них как воды, так и водных растворов различных соединений. Флегматизация массопереноса создает благоприятные условия для его работы в условиях агрессивной среды при твердении в естественных условиях.

Рис. 2. Строение пор цементного камня (28 суток естественного твердения): а) без добавки; б) с добавкой СС-3ТН

Рис. 3. Микроструктура цементного камня (28 суток естественного твердения): а) пора с продуктами совместной гидратации ТСН и цементного теста; б) зерно шлака, диспергированное воздействием ТСН

Рис. 4. Петрография цементного камня (28 суток неестественного твердения): а) без добавки; б) с добавкой СС-3ТН

Влияние добавки на размеры и количество пор цементного камня

Состав по пористости

диаметр х 10-2 см

Цементный камень без добавки

Цементный камень с добавкой СС-3ТН

С целью уточнения действия тиосульфата натрия на структуру цементного камня его добавляли в цементную пасту в количестве индивидуально от 2 % до 8 % массы вяжущего. Исследования показали, что присутствие ТСН влияет на плотность цементного камня, пористость, однородность и структуру новообразования. Большая дозировка ТСН от массы вяжущего произведена с целью установления новообразований в цементном камне на рентгеноустановке. Анализ результатов как СЭМ, так и рентгеноструктуры позволяет предположить, что в результате взаимодействия ТСН с вяжущим образуются кальциевые соли тиосульфата, которые более устойчивы, чем соли тиосульфата натрия. Подтверждается также диспергирующее действие его на зерна шлака (рис. 3, а, б), что способствует повышению прочности цементного камня [4].

Петрографический анализ цементного камня показывает, что закристаллизованность цементного камня с добавкой СС-3ТН выше (рис. 4, б), чем без добавки (рис. 4, а).

Кристаллы с добавкой более мелкие и лучше закристаллизованы, видны четкие очертания новообразований в массе цементного камня. Кроме того, исследование пористости цементного камня показывает, что поры состава с добавкой имеют правильную округлую форму и равномерно распределены в объеме.

Подсчет пористости (табл. 2) выполнен по методу окулярной сетки. Общая пористость с применением добавки снижена на 0,6 %, что свидетельствует об уплотнении цементного камня. Кроме того, изменился качественный состав пор: так, количество пор размером до 0,5•10-2 см увеличилось на 5 %, размером до 1,0•10-2 см тоже на 5 %. Результаты петрографических исследований подтверждаются прочностными данными цементного камня.

Поскольку технология монолитного бетонирования предусматривает послойное возведение сооружений с перерывами в бетонировании, представляет интерес исследование контактного шва старого и нового бетонов [4, 5].

Рис. 5. Петрография контактного шва цементного камня: а) верхняя граница контакта; б) нижняя граница контакта

В настоящее время работы по обеспечению контактного шва между слоями бетона при непрерывном бетонировании более 3 суток выполнялись в основном полимерными композициями или коллоидными цементными клеями.

Основными факторами, по мнению Н.В. Михайлова, влияющими на сцепление старого и нового бетонов, являются условия образования и свойства кристаллического вещества контактной зоны. Исследования свойств контактной зоны проводились в «чистом виде», абстрагируясь от других факторов, которые могут существенно влиять на прочность сцепления, но не определяют физико-химические процессы, протекающие при сращивании бетонов [1, 5].

Для сопоставимости результатов экспериментов все операции со всеми составами цементных паст повторялись в одинаковой последовательности.

В.И. Соловьевым был предложен способ бесшовного возведения монолитных сооружений, позволяющий обеспечивать монолитность контактного шва [2]. При проведении опытов было обнаружено, что обработка поверхности твердеющего бетона различными солями приводит к постепенному растворению соли на его поверхности. Опыты были повторены в условиях, исключающих увлажнение солей за счет влажности воздуха, но результат был тот же самый – соль увлажнилась. Далее был определен срок твердения бетона, который приводил к увлажнению солей на его поверхности. Оказалось, что увлажнение идет на цементном камне, твердевшем не более 3 суток. Миграция влаги из цементного камня к растворяющейся соли освобождает приграничный с контактом слой и создает небольшое осмотическое давление внутри него, которое позволяет проникать в камень образовавшемуся раствору. Это сшивает приграничный слой с отвердевшей массой. Поверхностный слой карбоната кальция в этом случае уже не оказывает значительного влияния на образование новых сростков в отвердевшем цементном камне. Исследование осмотических свойств цементного камня позволило использовать это явление для склеивания старого цементного камня с новым.

Кроме отмеченного, было обнаружено, что, если в момент растворения соли оказывать вибрационное воздействие на поверхность цементного камня, находящегося в контакте с растворяемой солью, она разжижается, превращаясь в цементный гель. После прекращения вибрационного воздействия разжиженный слой затвердевал, как и обычный цементный камень. Полученный цементный камень не обнаруживает следов повторного его разрушения и не снижает прочность, в сравнении с контрольными образцами. Подобные операции можно было осуществлять с цементным камнем, твердевшем в естественных условиях.

По результатам проведенных опытов был разработан способ бетонирования монолитных сооружений, положенный в основу концепции бесшовного бетонирования. Опыты по бесшовному бетонированию проводились следующим образом: готовили цементную пасту с В/Ц 0,35. Затем закладывали ее в форму размером 10х10х10 см до половины объема, выдерживали ее 3 суток, после чего готовили такую же цементную суспензию, затем наносили на поверхность твердевшего в форме образца порошкообразный тиосульфат натрия и вибрировали ее микробулавой до образования на поверхности гелеобразной массы. После чего производили закладку второго слоя и уплотняли его обычным способом на вибростоле. Количество тиосульфата натрия было принято из расчета 0,5 г на 1 см2.

Из затвердевших образцов изготавливали образцы-шлифы и производили их фотографирование [2, 3, 5]. На рис. 5, а, б, показан контактный шов старого и нового цементного камня, бетонированного разработанным способом. Причем отдельно отсняты верхняя и нижняя его части.

Было установлено, что гидрат окиси кальция распределен как в объеме старого, так и в объеме нового цементного камня. Хорошо видно, что контактный шов не имеет четкой границы, как в контактных участках, так и внутри себя. Цементный камень выглядит как монолит и содержит в контактном слое некоторый избыток тиосульфата натрия, который значительно диспергирует его кристаллогидраты, что в свою очередь уплотняет и упрочняет его.

Анализ полученных результатов показывает, что разрушение цементного камня идет по образцу, а не по шву контактного слоя, что можно объяснить высокой прочностью контактного слоя старого и нового бетонов. Повышение В/Ц ведет как к некоторому снижению прочности контакта, так и к снижению прочности образцов при сжатии.

Причины ложного схватывания цемента

Бетонные смеси никогда не были такими сложными, как сегодня, в них сочетаются самые различные виды бетона, дополнительные цементирующие материалы, а также химические примеси, при помощи которых создаются коммерческие сорта бетона, соответствующие строгим требованиям к рабочим характеристикам.

К сожалению, материалы иногда взаимодействуют неожиданным образом, что может негативно сказаться на периоде схватывания, пригодности к обработке и нарастании прочности. К наиболее распространенным проблемам, которые возникают в результате этого, относятся ложное схватывание, очень сильное растрескивание и слабые системы пористости.

Недавно компания CTLGroup завершила всестороннее исследование, которое было осуществлено для Федерального управления шоссейных дорог (FHWA) и было посвящено вопросам несовместимости материалов. Был разработан протокол испытаний для предотвращения проблем до этапа строительства. Перед всесторонним исследовательским проектом, начатым в 1998-99 гг., было поставлено несколько целей:

• Более четкое понимание химии реактивных материалов, содержащихся в бетоне

• Разработка предстроительной лабораторной испытательной системы, которая позволяла бы обнаруживать проблемные взаимодействия и несовместимые смеси

• Корреляция лабораторных и полевых методов испытаний для усовершенствования систем обеспечения качества во время строительства

Читать еще:  Сколько надо цемента для фундамента дома

• Рекомендация полевых испытаний для подтверждения качества бетона и обеспечение требуемого регулирования на месте проведения работ

Что такое несовместимость?

В контексте исследования FHWA «несовместимость» цементирующих материалов была определена как взаимодействие между совместимыми в иных случаях материалами, которое приводит к неожиданному или неприемлемому результату. К наиболее распространенным проблемам относятся ложное схватывание (быстрая потеря текучести) и неустойчивое схватывание бетонных смесей (мгновенное, ложное или отложенное схватывание и нарастание прочности), что повысило риск растрескивания и создание неприемлемых систем пористости. Даже если материал обладает должными свойствами застывания, отделки, текстурирования и отверждения, они также могут быть нарушены.

Неконтролируемое застывание и схватывание бетона могут привести к серьезным проблемам во время изготовления бетонного дорожного покрытия, а также к проблемам с другими типами плоскостных конструкций и структур (например, мостовые настилы), где огромное значение имеют период отделки и текстурирования. Возможно, эти проблемы не бросаются в глаза в готовых бетонных элементах конструкции, если бетон может затвердеть на своем месте. Однако, при создании дорожных покрытий и структур быстрое схватывание может привести к щербатости и неполному затвердеванию.

Цель исследования FHWA заключалась в разработке протокола для пользователей, позволяющего оценить возможную несовместимость определенного сочетания для дорожного бетона в конкретном окружении.

Несовместимость возникает в результате действия многих механизмов и эффектов. Это сложные и взаимосвязанные механизмы, зачастую зависящие от температуры. То есть, не существует простого способа надежно определить риск несовместимости. Универсальный метод не существует. Некоторые испытания могут определить проблемы в течение первого получаса вследствие проблем баланса между алюминатом и сульфатом. Другие испытания определяют более поздние проблемы с гидратацией силиката. Существуют также методы оценки для других признаков повреждения.

Протокол был разработан с целью предоставления максимально возможного количества информации до начала строительства, включая регулирование более чувствительных лабораторных испытаний в соответствии с эквивалентными полевыми испытаниями. При этом используются те материалы, которые скорее всего будут использоваться в полевых условиях и условиях окружающей среды, возможных во время проведения полевых испытаний. Также работа может включать в себя подготовку альтернативных пропорций для смеси и процедур смешивания, чтобы учесть изменения в условиях окружающей среды или в источнике материалов. Полевые испытания могут быть основаны на более надежных и часто проводимых испытаниях, главным образом для того, чтобы проконтролировать однородность материалов и конечной смеси.

Большинство испытаний, использовавшихся во время этой работы, обладают некоторой ценностью, поэтому предстроительные и полевые испытания следует проводить, отталкиваясь от имеющегося оборудования и стоимости испытаний в сравнении с потенциальной ценой неудачи. Стандартный пример – определение периода схватывания, который можно измерить любой из шести различных методик. Выбор из этих различных методик следует делать на основе проектных требований и условий.

Сравнительно простой набор полевых испытаний, при условии их регулярного проведения, может подтвердить, что бетонная смесь действует удовлетворительным образом, или предупредить о нежелательных изменениях или возможной несовместимости.

В этот протокол входят следующие испытания:

• Индекс пенообразования
• Сток пены
• Удельный вес
• Потеря текучести
• Полуадиабатический контроль температуры
• Период схватывания
• Химия реактивных материалов

Что происходит?

Бетонные системы очень сложны, и поэтому во время применения протокола необходимо обладать базовым пониманием реакций, происходящих в системах. Водные цементирующие системы затвердевают и схватываются посредством процесса под названием гидратация, которая представляет собой серию необратимых химических реакций с водой.

В портландцементе присутствуют две алюминатные смеси, C3A и C4AF. Последняя несильно сказывается на работе системы; C3A быстро вступает в реакцию при смешивании с водой и генерирует большое количество тепла (Рисунок 1), если реакция не контролируется посредством наличия сульфата. Если реакция C3A с водой не контролируется вследствие недостаточного количества сульфата в растворе по отношению к реагирующему C3A, то может произойти мгновенное (или постоянное) схватывание.

Сульфат кальция добавляется в бетон в виде гипса (CSH2) во время измельчения. Это необходимо для того, чтобы контролировать первоначальную реакцию C3A. В ходе измельчения некоторое количество гипса обезвоживается и образует штукатурку (CSH1/2). Степень обезвоживания контролируется производителем с целью оптимизации действия цемента; однако, при неправильном обезвоживании может произойти ложное (или временное) схватывание.

Использование летучей золы с содержанием C3A может привести к ложному схватыванию или быстрому затвердеванию вследствие недостаточности сульфата для контроля гидратации.

Некоторые разжижающие добавки Типа А также могут повлиять на баланс между C3A и сульфатами, так как они склонны к ускорению гидратации C3A. Аналогичным образом, повышенные температуры ускоряют химические реакции и повышают риск неконтролируемого затвердевания в случае использования плохо сбалансированных материалов. Также источниками потенциальных рисков являются очень мелко измельченные цементы, очень высокое содержание щелочи в системе, а также очень низкое соотношение между водой и цементирующими материалами.

Все эти реакции и изменения происходят в течение первых 15-30 минут после смешивания, и это используется в изготовлении бетонного дорожного покрытия, в котором задействуются бетоновозы без перемешивающих устройств. Даже когда автобетономешалки или автобетоносмесители наносят бетон на брусчатку, период подачи может быть настолько коротким, что в случае ложного схватывания не будет возможности что-то сделать. При более долгом периоде подачи, в случае структур или плоскостных конструкций, раннее затвердевание может быть менее очевидным, однако оно может привести к добавлению слишком большого количества воды в бетон, поданный в смеситель грузовика.

Одним из продуктов гидратации силикатов (C2S и C3S) в цементе является гидросиликат кальция (CSH) — главная причина прочности бетона, надежности, теплоты гидратации. Силикаты вступают в реакцию через два-четыре часа после смешивания, когда кальций достигает супернасыщения в растворе смеси. Результатом этих реакций является схватывание и нарастание прочности. Если в ходе ранних неконтролируемых реакций с С3А было поглощено слишком много кальция, то схватывание может произойти позднее. К тому же, те же самые разжижающие добавки Типа А, которые ускоряют реакции С3А, могут замедлить реакции силиката, что может еще больше задержать их. Низкие температуры также замедляют процесс гидратации.

В одной и той же смеси могут произойти реакции акселерации C3A (неконтролируемое затвердевание) и задержка реакций силикатов (отложенное схватывание). Когда в дорожных покрытиях происходит затвердевание, бетонная смесь может быть пригодной к обработке во время нанесения, но может затвердеть в машине для устройства дорожных покрытий, что ведет к слабому застыванию и сложностям с отделкой и текстурированием.

Отложенное схватывание значительно повышает риск трещинообразования при пластической усадке, а также усложняет процесс распила. При нанесении дорожного покрытия или во время строительства в бетон, который перевозится автобетоносмесителями, перед разгрузкой следует добавлять больше воды.

Как предотвратить эти проблемы?

Универсальное решение этих проблем не существует, аккуратное изучение материалов до начала строительства позволит определить возможные проблемы и поможет разработать методические указания о необходимых изменениях в случае возникновения проблем. Оценочные испытания следует проводить с превышением диапазона возможных температур. При этом следует использовать потенциально возможные количества материалов и уровни доз примесей.

Рисунок 1 Реакции, проходящие в гидратирующемся бетоне, периоды их протекания, выделяющееся тепло, а также эффекты затвердевания и схватывания

Проведение предстроительных испытаний позволяет оценить чувствительность предполагаемой системы к изменениям в составе материалов и условиях окружения. Таким образом вы сможете выбрать альтернативные материалы заранее или подготовить программы действий, которую можно было бы применить в случае таких изменений во время полевой работы. Предстроительные испытания также обеспечивают калибровку полевых и лабораторных испытаний между собой, а также предоставляют указания по соответствующим лимитам для материалов, которые будут использоваться, и условиям, которые скорее всего возникнут.

Перед проведением каких-либо физических испытаний следует проверить химический состав реактивных материалов. Мелкозернистые материалы с высоким содержанием C3A или низким содержанием сульфата (или и то и другое) могут стать источником риска, также как и летучая зола с высоким содержанием оксида кальция. Разжижающие примеси на основе сахара и триэтаноламина могут повысить риск возникновения проблем, особенно в тех случаях, когда бетон подвергаются воздействию высоких температур.

Лабораторные испытания, в которых используются паста и строительный раствор, в том числе испытание бетонной смеси на осадку конуса и испытание ASTM C 359, затвердение строительного раствора, указывают на возникновение несовместимостей, связанных с алюминатом. К испытаниям, которые указывают на проблемы с реакциями силикатов в пасте и строительном растворе, относятся плоскопараллельная реология, период схватывания и изотермическая калориметрия. Если испытания с пастой и строительным раствором указывают на возможные проблемы, то бетонные смеси следует изготовить и испытать на потерю текучести, измерить график полуадиабатического изменения температуры, а также период схватывания.

Читать еще:  Приготовление цементного раствора с отсевом

Если во время полевых работ по-прежнему возможно возникновение проблем, следует отрегулировать один из следующих параметорв: тип, источник или количество дополнительного цементирующего материала (SCM); тип или дозу химической примеси; последовательность дозирования; температура смешивания. Если достаточно времени и средств, то следует использовать серию смесей, позволяющих определить диапазон регулируемой изменчивости. Таким образом, в случае возникновения проблем во время полевых работ или повышения вероятности их возникновения, можно принять наиболее уместные корректирующие меры.

Полевые испытания, проводимые в ходе строительства, должны помочь подтвердить тот факт, что подаваемые материалы однородны и соответствуют тем, которые использовались во время предстроительных испытаний. Значительные изменения, учтенные в контрольных картах, укажут на то, что смесь действует не так, как раньше, а также на необходимость изменения смешиваемых доз или технологии ведения строительных работ. Полевые испытания могут включать в себя мониторинг химических отчетов для введенных реактивных материалов, оценку и отслеживание осадки бетона, потери текучести в течение различных периодов времени после смешивания, график полуадиабатического изменения температуры, а также период схватывания. Впоследствии эти результаты можно сравнить с предстроительными данными и проследить произошедшие изменения.

Не все лаборатории могут провести все указанные испытания. Некоторые из испытаний дороже других. Решение о том, какие проводить испытания, главным образом основывается на балансе расходов и рисков. Для крупного высокоуровневого проекта, по которому могут налагаться значительные штрафы, потребуется больше испытаний, чем для небольшого ремонта в городе.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка добавок для бетонов, цемента, ССС можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок добавок для бетонов, цемента и сухих строительных смесей в России».

Причины ложного схватывания цемента

Улучшение качества технологических приемов и физико-технических свойств цементных материалов, в частности, тяжелого бетона с позиций современных представлений физико-химии поврехностных явлений и теории конгломератов неразрывно связано с применением многокомпонентных модификаторов (добавок).

Интерес представляют модификаторы, содержащие гидрофобизирующие ингредиенты, которые особенно в составе многокомпонентных добавок обеспечивают регулирование конструктивных и деструктивных процессов в цементных материалах во времени (в период эксплуатации различных бетонных объектов, зданий и сооружений) [4].

В настоящей работе сделан упор на конструировании составов модификаторов, которые обладали бы пролонгированным действием в направлении регулирования процессов формирования стабильной макро- и микроструктуры, массообмена, самозалечивания цементного камня, эксплуатируемого в тяжелых условиях.

Наиболее существенной особенностью цементных материалов является способность их разжижжаться в присутствии добавок-пластификаторов и под влиянием механических воздействий, изменять свои свойства во времени по мере превращения в искусственный камень конгломератного строения – бетон [2].

Структурированные водные оболочки придают смесям связность и облегчают скольжение частиц относительно друг друга. Применение комплексных модификаторов, в состав которых входят пластификаторы гидрофобно-пластифицирующего действия, соли неорганических кислот и др., вносит свою специфику на реологию цементных паст [3].

Накоплен существенный практический опыт решения таких задач, в том числе с использованием комплексных органоминеральных модификаторов, содержащих в своем составе микрокремнезем, золу-унос, суперпластификатор и регулятор твердения в разных соотношениях.

Исходя из приведенных пошаговых целевых индикаторов качества бетона нами было принято решение продолжить исследования основных физико-технических свойств цементных паст, цементного камня, бетонных смесей и бетона, приготовленного с использованием органоминерального модификатора типа ОМД-М.

Для приготовления высокоэффективных комплексных гидрофобизирующих добавок-модификаторов, улучшающих свойства цементных материалов, в качестве ингредиентов применяли различные органические и неорганические соединения. Выбор ингредиентов осуществлялся на основе изу­чения опыта работы передовых предприятий стран ближнего и дальнего зарубежья с учетом требований к добавкам-модификаторам, регламентируемым действующими нормативными документами, в частности, ГОСТом 24211–2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические требования».

В качестве гидрофобизирующего ингредиента применяли кубовые остатки синтетических жирных кислот (КОСЖК), которые являются массовыми и дешевыми промышленными отходами. КОСЖК представляют собой мазеобразный продукт нефтехимического синтеза, образующийся при дистилляции синтетических жирных кислот (СЖК), которые получаются при окислении парафина. КОСЖК содержат более 80 % жирных кислот, высокомолекулярные спирты и дифункциональные соединения.

В качестве альтернативы КОСЖК применялись синтетические жирные кислоты (СЖК), получаемые окислением парафина, удовлетворяющие требованиям ГОСТа 23239–89 «Кислоты жирные синтетические».

В наших опытах полученные на основе СЖК и КОСЖК эмульсии по глобулярному составу относятся к тонкодисперсным (рис. 1), причем прямая эмульсия на основе СЖК получена более высокого качества. Такое заключение подтверждается при ее совмещении с ультрадисперсным микрокремнеземом. Относительной характеристикой лучшего качества прямой эмульсии на основе СЖК можно считать ее быструю и легкую смываемость с листка бумаги и более высокую прочность цементного камня.

а б в
Рис. 1. Глобулярный состав прямых водных эмульсий:
а — эмульсия, полученная в обычном диспергаторе; б — эмульсия на основе СЖК, полученная в РПА;
в — то же, на основе КОСЖК

Из анализа результатов выполненных ранее работ нами сделан вывод о необходимости сосредоточиться в дальнейшей работе на исследовании влияния на качество цементных материалов гидрофобизирующих органоминеральных модификаторов марок ОМД-МС (с добакой СЖК) и ОМД-МК (с добавкой КОСЖК).

В этой связи нами были проведены опыты по определению влияния дозировок модификаторов марок ОМД-МС и ОМД-МК на изменение нормальной густоты цементного теста в сравнении с достаточно изученным суперпластификатором С-3 и известной гидрофобизирующей добавкой ГПД.

В опытах использованы два вида цемента, являющихся основными цементами массового производства в Казахстане, которые отличаются химико-минералогическим и вещественным составами.

Результаты опытов приведены на рис. 2, из которого видно, что с увеличением содержания модификаторов в цементном тесте его нормальная густота вначале резко снижается, а затем стабилизируется, то есть дальнейшее увеличение количества добавки практически не отражается на изменении изучаемой характеристики цементного теста. Оба цемента, несмотря на различие в минералогическом составе, восприимчивы к испытуемым добавкам и на их действие реагируют почти одинаково.

Если увязать полученные данные с данными работ В.Г. Батракова и М.И. Хигеровича, можно сделать вывод, что оптимальная дозировка ОМД-МС и ОМД-МК – 12…13 % от массы цемента, С-3 и ГПД – соответственно 0,4 и 0,3 % [1,5].

При оптимальных дозировках модификаторов ОМД-МС и ОМД-МК нормальная густота цементных паст составила 22 и 24 % (цементной пасты без модификаторов – 26 %).

Рис. 2. Изменение нормальной густоты цементного теста в зависимости от вида и дозировки модификатора:а – карагандинский портландцемент; б – усть-каменогорский портландцемент;1 – 0,4 % С-3 плюс 4 % ТСН (тиосульфат натрия); 2 – 0,3 % ГПД плюс 3 % ТСН; 3 –12 % ОМД-МС; 4 – 12 % ОМД-МК

Результаты показывают, что предпочтение следует отдавать модификатору ОМД-МС, обеспечивающему лучшую реологию цементных паст благодаря умеренному структурирующему действию на цементные системы синтетических жирных кислот (СЖК) в сравнении с действием кубовых остатков синтетических жирных кислот (КОСЖК).

Данный вывод согласуется с теоретическими воззрениями М.И. Хигеровича о том, что с увеличением молекулярной массы ПАВ (поверхностно-активных веществ) возрастает (вероятность создания более «жесткого молекулярного «ворса», который и определяет в спокойном состоянии псевдожесткость цементных паст, молекулярная масса КОСЖК больше молекулярной массы СЖК). В этой связи можно сделать вывод, что некоторое снижение воды затворения (на 25…27 %) для получения теста нормальной густоты также обеспечивается спецификой действия гидрофобно-пластифицирующей добавки ОМД-МС, имеющей в своем составе гидрофобизирующий ингредиент с меньшей молекулярной массой, чем КОСЖК.

Далее нами были проведены опыты по влиянию на сроки схватывания цемента модификаторов ОМД-МС и ГПД (таблица).

Нормальная густота и сроки схватывания портландцементов различного минералогического состава с гидрофобизирующими модификаторами

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector