Добро пожаловать на официальное интернет-представительство Некоммерческого Партнерства "Союз производителей бетона"
Союз создан в 2003 году с целью координирования, регулирования и управления разрозненными отраслями, нормальное функционирование которых необходимо для общего развития рынка бетона. Мы заинтересованы в формировании и укреплении здоровой экономической политики на строительном рынке.






ПРИГЛАШАЕМ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ


МЫ СОТРУДНИЧАЕМ



НАШИ ПАРТНЕРЫ







АВТОРИЗАЦИЯ
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?


СУХИЕ СМЕСИ - СТАТЬИ


Прислать свою статью

15.04.2012

Особенности твердения растворов, изготовленных из сухих строительных смесей, при отрицательных температурах

Комментариев: 0 | Количество просмотров: 5630

Авторы: Аубакирова И.У., канд. техн. наук, доцент кафедры строительных материалов и технологий СПбГАСУ, Григорьев И.Н., главный технолог ООО «РусМикс», Староверов В.Д., канд. техн. наук, ст. преподаватель кафедры строительных материалов и технологий СПбГАСУ

Проблеме обеспечения требуемых условий твердения и набора прочности растворов из сухих строительных смесей при отрицательных температурах уделяется в настоящее время недостаточное внимание, хотя этот вопрос и остается весьма актуальным. В этой связи мы считаем необходимым обратить внимание на некоторые особенности применения сухих строительных смесей в зимний период.

Известно [2, 3], что для поддержания условий твердения растворных смесей при отрицательных температурах необходимо предотвратить образования льда в ее жидкой фазе, чтобы избежать нарушения структуры свежеприготовленного раствора и, как следствие, образования избыточной пористости, пониженной адгезии и прочности. Создание оптимальных условий для твердения возможно либо при обеспечении положительной температуры до достижения раствором критической прочности (что с экономической и технологической сторон не всего целесообразно), либо при снижении температуры образования льда в жидкой фазе. Искусственное понижение температуры замерзания жидкой фазы возможно при использовании модификаторов противоморозного действия, которые одновременно влияют на время сохраняемости первоначальных свойств растворной смеси, что ограничивает их область применения в растворных смесях.

Отличительная особенность твердения многих растворных смесей при отрицательных температурах заключается в следующем. Известно, что входящие в состав сухих строительных смесей редиспергируемые в воде полимерные порошки (РПП) образуют устойчивые дисперсии, аналогичные по действию латексам. В случае снижения температуры воды в системе полимерные наполнители перестают выполнять свое функциональное назначение ввиду развития процессов нарушения устойчивости и разрушения системы, в результате чего слияние полимерных частиц и образование сплошной пленки из их агломератов не происходит.

Кроме РПП в состав сухих смесей часто входят также и водорастворимые полимеры (например, эфиры целлюлозы), которые также проявляют специфическую особенность в условиях пониженных температурах. В связи с этим необходимо различать механизмы твердения в низкотемпературных условиях растворных смесей на основе цементной и полимерной систем.

Так, процессы гидратации цемента в присутствии противоморозных добавок, обеспечивающих в системе существование жидкой фазы при отрицательных температурах, существенно осложняются вследствие изменения физико-химических свойств самой воды из-за растворения в ней солей-электролитов, из-за влияния добавок на растворимость цементных минералов и продуктов их гидратации. Процессы осложняются также физико-химическим взаимодействием добавок с клинкерными минералами и продуктами их гидратации. Все это негативным образом влияет на структурообразование цементного камня.

В случае рассмотрения полимерной системы, в которой наиболее часто используются сополимеры винилацетата, этилена, стирола, акрилата, при ее затворении водой довольно быстро образуются устойчивые в цементных системах водные дисперсии. При замерзании воды в такой дисперсии принципиальным образом изменяются свойства цементно-полимерной системы в целом.

При затворении сухой смеси водой при положительных температурах образуется полимерная дисперсия, а при нанесении растворной смеси на охлажденное основание температура полимерной дисперсии резко снижается. При введении электролита в латекс количество незамерзающей воды в нем уменьшается. Таким образом, превращенный в водную дисперсию РПП в составе цементной растворной смеси и в присутствии сильных электролитов (противоморозных добавок) имеет все предпосылки для агрегирования частиц и плёнкообразования. В случае отсутствия замерзания жидкой фазы в присутствии противоморозных добавок, процессы агрегирования замедляются. Кроме того, развитие таких процессов возможно только при условии, если температура полимерной водной дисперсии достигает минимальной (критической) температуры пленкообразования (МТП) дисперсии конкретного полимерного состава. Для полимерных дисперсий различного состава МТП может различаться на десятки градусов [4].

Исходя из вышеперечисленных особенностей применения смесей с различных составов, необходимо предусмотреть следующие технологические особенности приготовления смесей в условиях пониженной температуры.

1. Затворение и перемешивание сухой строительной смеси должно осуществляться водой, температура которой не должна быть ниже 150С. При этом в течение 5-15 минут для растворения и равномерного распределения во всем объеме дисперсии полимерных противоморозных добавок необходимо поддерживать температуру на начальном уровне.

2. Перед нанесением растворной смеси на поверхности с отрицательной температурой необходимо обеспечить ее выдержку при температуре не ниже 50С в течение 10-20 минут для образования в системе зародышей кристаллогидратов. Поскольку растворная смесь на этом этапе пока еще находится при положительных температурах, гидратационные процессы в ней продолжаются с обычной скоростью. На этой стадии проявляются адгезионные свойства полимерной части растворной смеси и цементного геля.

3. После соприкосновения растворной смеси с холодной поверхностью процессы гидратации и структурообразования замедляются, при этом в контактной зоне замедление происходит более интенсивно, что в значительной степени влияет в дальнейшем на адгезионные характеристики раствора. В присутствии противоморозных добавок растворная смесь в течение некоторого времени, достаточного для образования первичной структуры, характеризуемой т.н. критической прочностью, способна не замерзнуть, то есть в этом случае возможно создание условий замедленного твердения и даже при образовании значительного объема льда в системе. Это объясняется тем, что процесс образования льда в твердеющей растворной смеси с модификаторами противоморозного действия протекает постепенно, что создает предпосылки для образования кристаллов льда меньших размеров и более равномерно распределенных по объему. Таким образом, структура раствора формируется с меньшим уровнем дефектности. Кроме этого некоторые противоморозные добавки в комплексе с пластификаторами позволяют сократить расход воды затворения при сохранении подвижности растворной смеси. А это, что также способствует формированию более плотной структуры и более высокой прочности раствора.

Несомненно, что при определении оптимального расхода модификаторов противоморозного действия необходимо учитывать не только внешние условия применения смеси (температуру, влажность, скорость ветра), но и соотношение компонентов самой смеси.

Рассматривая действие противоморозных добавок в растворных смесях, необходимо учитывать, что их эффективная работа должна способствовать тому, чтобы за короткий промежуток времени система смогла достигнуть критической прочности, составляющей 10-20% от проектной, но при этом не наблюдалось процессов высолообразования. По результатам исследований, проведенных в Испытательном центре «СПбГАСУ» совместно со специалистами ООО «РусМикс», выявлено, что эффективных противоморозных добавок на строительном рынке представлено мало.

В этой связи необходимо особо подчеркнуть несовершенство действующих нормативных документов, регламентирующих методики определения эффективности добавок. Так, ГОСТ 30459-2003 определяет эффективность действия противоморозных добавок по прочности раствора, твердевшего при отрицательной температуре, в сравнении с прочностью раствора, твердевшего в нормальных условиях. При этом образцы раствора с противоморозной добавкой должны быть непосредственно после изготовления помещены на 28 суток в морозильную камеру с расчетной отрицательной температурой, а их испытания назначают после оттаивания на воздухе при нормальной температуре в течение 3...4 ч. К сожалению, как показывает практика определения эффективности добавок в лаборатории Испытательного центра СПбГАСУ такой регламентированный подход не соответствует практике применения противоморозных модификаторов. Приближаясь к реальным условиям необходимо проводить испытания не через 3...4 ч после оттаивания, а через 1 и 3 суток. При этом рекомендуется помещать образцы в морозильную камеру не сразу после их изготовления, а через 2...4 часа. В противном случае противоморозные добавки не могут реализовать свой модифицирующий эффект, и обеспечить 30%-ый набор прочности растворами при отрицательных температурах в течение 28 суток затруднительно. В связи с эти нами были исследованы некоторые добавки, в методики определения эффективности которых внесены изменения.

В настоящее время на рынке представлена широкая линейка добавок, декларируемых изготовителями как противоморозные, но их большинство разработано применительно к бетонным смесям, процессы твердения в которых при пониженных температурах существенно отличаются от процессов твердения растворов, изготовленных из сухих строительных смесей.

В качестве примера нами предлагается сравнение двух добавок: нитрата кальция Ca(NO3)2 и формиата кальция Ca(HCO2)2 как модификаторов противоморозного действия в растворных смесях.

В таблице 1 приведены сравнительные результаты определения эффективности рассматриваемых добавок в бетонных смесях по ГОСТ 30459.

Таблица 1

Измеряемый показатель

Результаты испытаний

Контрольный состав (КС)

Основной состав (ОС)

с нитратом кальция

Основной состав (ОС)

с формиатом кальция

1%

2%

1%

2%

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа (хранение образцов в нормальных условиях)

26,5

---

---

---

---

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа (хранение образцов при температуре -100С)(*)

---

2,9

5,2

5,1

6,3

Изменение прочности ОС по сравнению с КС, %

---

10,9

19,6

19,2

23,8

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа (хранение образцов при температуре -180С)(*)

---

1,3

1,8

3,0

3,8

Изменение прочности ОС по сравнению с КС, %

---

4,9

6,8

11,3

14,3

(*) Испытания проведены после оттаивания образцов на воздухе при температуре +210С в течение 4 часов

Из таблицы видно, что рассматриваемые добавки в регламентируемых условиях проведения испытаний не эффективны. Однако если внести некоторую корректировку условий проведения испытаний, то получаются принципиально другие результаты (табл. 2).

Таблица 2

Измеряемый показатель

Результаты испытаний

Контрольный состав (КС)

Основной состав (ОС)

с нитратом кальция

Основной состав (ОС)

с формиатом кальция

1%

2%

1%

2%

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа (хранение образцов в нормальных условиях)

26,5

---

---

---

---

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа (хранение образцов при температуре -100С)(*)

---

8,0/10,9(**)

15,9/22,7

13,4/16,4

17,0/24,1

Изменение прочности ОС по сравнению с КС, %

---

30,2/41,1

60,0/85,7

50,6/61,9

64,2/90,9

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа (хранение образцов при температуре -180С)(*)

---

5,1/8,8

6,3/10,2

6,9/9,5

7,7/11,8

Изменение прочности ОС по сравнению с КС, %

---

19,2/33,2

23,8/38,5

26,0/35,8

29,1/44,5

(*) Образцы помещены в морозильную камеру после 2 часов твердения при температуре +200С

(**) Испытания проведены после оттаивания образцов на воздухе при температуре +210С в течение 1 суток/3 суток.

Очевидно, что исследуемые добавки обеспечили необходимые условия для продолжения и возобновления процессов гидратации при отрицательных температурах и после достижения нормальных условий.

Как было сказано выше, работа противоморозных добавок в бетонах отличается от растворных смесей тонкого слоя. Поэтому исследование действия противоморозных добавок в растворах, по нашему мнению, привлекает больший интерес.

Для примера нами была исследована фасадная клеевая смесь для систем утепления с тонким штукатурным слоем следующего состава: ПЦ 400 Д20 (Щуровский) – 35%, песок (с максимальным размером зерна до 0,63 мм) – 72,8%, редеспергируемый полимерный порошок Vinnapas 8034H – 2%, водорастворимый эфир целлюлозы Tylose 60000 – 0,2%.

Для определения эффективности действия нитрата кальция и формиата кальция их вводили в растворную смесь с водой затворения. В связи с тем, что основная функция противоморозных добавок заключается в снижении температуры замерзания воды, то их дозирование назначается не из расчета расхода цемента, а к объему воды затворения. При этом при взаимодействии с водой противоморозная добавка вступает в химическую связь с образованием сольватов, изменяющих свойства воды. Именно благодаря сольватам (сравнительно прочным соединениям частиц растворенной добавки с молекулами воды) происходит снижение температуры замерзания, вызванное повышением расхода энергии системы на изменение не только потенциала водной системы, но и на разрушение сольватов. Очевидно, что с ростом концентрации добавки температура замерзания водного раствора будет снижаться, но необходимо особо отметить, что невозможно с понижением температуры окружающего воздуха повышать расход добавки, так как в конечном итоге в растворе не останется не связанных с добавкой молекул воды, которые будут участвовать в процессах гидратации цемента [1].

Присутствие формиата и нитрата кальция в жидкой фазе цемента приводит к существенному загустеванию растворной смеси. В их присутствии интенсифицируется процесс пресыщения жидкой фазы ионами кальция, в результате быстро образуется большое количества крупных кристаллов портландита.

Для примера на рисунке показана прочность сцепления раствора, модифицированного формиатом кальция, с бетонным основанием, твердеющего при температуре -5 и -100С.

Рисунок 1

Рис. Прочность сцепления раствора с бетонным основанием.

Прочность сцепления данного раствора с бетонным основанием в нормальных условиях составляет 1,05 МПа. В таблице 3 приведена относительная прочность сцепления при твердении в условиях отрицательной температуры к прочности сцепления в нормальных условиях.

Таблица 3

Время твердения

Относительная прочность сцепления, %, при

температуре твердения –50С

температуре твердения –100С

Формиат кальция

Нитрат кальция

Формиат кальция

Нитрат кальция

1%

2%

1%

2%

1%

2%

1%

2%

7 суток

25

27

21

24

7

15

4

8

14 суток

37

38

32

34

13

26

6

15

28 суток

55

59

46

52

29

44

20

31

Из таблицы 3 следует, что в присутствии формиата кальция и нитрата кальция характер твердение растворной смеси при -50С практически не отличается. Полученные результаты свидетельствуют, что при температурах до -50С эффективно применение формиата и нитрата кальция с дозировкой 1%. Но при температуре ниже -50С применение формиата кальция более предпочтительно: в этом случае замерзание жидкой фазы происходит после набора раствором критической прочности.

Подводя итог проведенному исследованию, можно сказать, что формиат кальция при температурах ниже -50С является более эффективным модификатором противоморозного действия для сухих строительных смесей.

Библиография:

1. Афанасьев Н.Ф. Добавки в бетоны и растворы / Н.Ф. Афанасьев, М.К. Целуйко. – К.: Будивэльнык, 1989. – 128 с.: ил.

2. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. – М., 1998. – 768 с.

3. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Основы бетоноведения. – СПб.: Строй-Бетон, 2006. – 692 с.

4. Сухие строительные смеси: учебное пособие / В. И. Корнеев, П. В. Зозуля, И.Н. Медведева и др. – СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2008. – 319 с.


Возврат к списку

Для того чтобы оставить комментарий, Вам необходимо авторизоваться.
3.151534416605

Реклама на портале


Rambler's Top100 Яндекс цитирования
Некоммерческое партнерство "Союз Производителей Бетона",2003-2011
Все права защищены. Публикация информации с сайта без активной гиперссылки на www.concrete-union.ru и согласования с руководством запрещена
Адрес электронной почты info@concrete-union.ru
Размещение рекламы на портале НП "Союз Производителей Бетона"