Лигносульфонатные пластификаторы нового типа для бетонных смесей и бетона различного назначения
Лигносульфонатные пластификаторы нового типа для бетонных смесей и бетона различного назначения // Строительные материалы. 2002. №6. C.36-38
Лигносульфонаты технические (ЛСТ), получаемые в виде смолоподобного продукта при гидролизе древесины на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК), используются в качестве добавок-водопонизителей в бетонных смесях с 30-х годов двадцатого века.
Средняя молекулярная масса ЛСТ лежит в пределах 20000"30000 при молекулярно-массовом распределении от нескольких сот до 100000 [1, 2, 3]. Строение и состав ЛСТ весьма сложны и разнообразны в связи с разнообразием исходного сырья и технологий его переработки. Соответственно и эффект от применения ЛСТ различных производителей в бетонных смесях и бетонах характеризуется значительной нестабильностью.
В отраслевой научно-исследовательской лаборатории "Цемент" МАДИ (ГТУ) проведены исследования действия лигносульфонатных пластификаторов-модуляторов (ЛПМ) в бетонных смесях и бетонах различного назначения. ЛПМ производятся ООО "НИФ Рунес" и ООО "Полигран" по ТУ 2455-001-39615373-98 на основе сырья ЦБК Калининграда и Калининградской области и представляют собой лигносульфонаты технические марок Е или Ж, нормированные по:
" фракционному составу молекул лигносульфонатных полимеров;
" количеству и составу органической части, включая остаточное содержание редуцирующих веществ (сахаров);
- количеству и составу неорганической части (минеральных солей).
Варьирование условий нормирования и дополнительная целенаправленная обработка отдельных фракций лигносульфонатов позволяют, как будет показано ниже, получать пластификатор-модулятор с потребительскими свойствами, адаптированными к требованиям конкретных заказчиков и технологиям производства бетонных работ. При проведении исследований были использованы следующие материалы:
- портландцементы - ПЦ 500-ДО-Н (ОАО "Мальцовский портландцемент"); CEM-I-42,5R, ПЦ 500-ДО (ОАО "Осколцемент"); ПЦ 400-Д5 (ОАО "Воскресенскцемент");
" добавки, суперпластификатор " С-3 - жидкость (ТУ 2481-001-04815236-97);
воздухововлекающая - СНВ (ТУ 13-00281074-75-98).
" заполнители: песок кварцевополевошпатовый Мкр = 2,7;
щебень гранитный фракции 5-20 мм.
Бетонные смеси приготовлялись в лабораторном смесителе гравитационного типа объемом 100 л. Из полученных смесей путем вибрирования в металлических формах (частота колебаний 2800 кол/мин, амплитуда 0,35 мм) изготовлялись образцы-кубы с ребром 10 см, которые твердели в нормальных условиях и подвергались тепловлажностной обработке.
Работа проводилась со смесями и бетонами как для транспортного строительства, так и общестроительного назначения.
Бетонные смеси и бетоны для транспортного строительства
Требования к ним регламентированы следующими нормативно-техническими документами (НТД): СНиП 2.05.02-85, СНиП 3.06.03-85, СНиП 2.05.03-84*, СНиП 3.06.04-91, ГОСТ 26633-91 и др.
Одно из основных требований помимо прочности - обеспечение морозостойкости и водонепроницаемости бетонов (марка по морозостойкости не ниже F 200 в солях, марка по водонепроницаемости " W10 и более). Это достигается за счет снижения расхода воды затворения и создания в бетонных смесях диспергированной воздушной фазы (размер воздушных пузырьков - до 300 мкм, фактор расстояния " 100-250 мкм [4, 5]) при обязательном применении бездобавочных портландцементов с содержанием минерала С3А не более 8% по массе клинкера. На практике указанные показатели обеспечиваются путем введения в бетонные смеси комплексных химических пластифицирующе-воздухововлекающих добавок (ЛСТ+СНВ, С-3 + СНВ и др.).
Важное значение имеет также сохраняемость удобоукладываемости и воздухосодержания бетонных смесей.
В данной работе исследовалось поведение в бетонных смесях и бетонах добавок двух типов:
- ЛПМ "№ 1" + СНВ;
" ЛПМ "№ 2", являющейся комплексной пластифицирующе-воздухововлекающей добавкой. Составы, технологические характеристики бетонных смесей и кинетика прочности бетонов при нормальных условиях твердения представлены в табл. 1.
Таблица 1
№ |
Цемент |
Состав бетонной смеси, кг на 1 м2, 30 мин после изготовления |
Добавки, % от массы цемента |
Осадка конуса, см, через, мин |
Vв, % через, мин |
Предел прочности при изгибе/сжатии, МПа при нормальном твердении, в возрасте, сут |
Ц |
П |
Щ |
В
В/Ц |
С-3 |
ЛПМ №1 |
ЛПМ №2 |
СНВ |
5 |
30 |
60 |
120 |
5 |
60 |
3 |
7 |
28 |
1 |
ПЦ 500-ДО-Н, ОАО "Мальцовский портландцемент" |
350 |
766 |
1085 |
169
0,48 |
0,6 |
- |
- |
0,03 |
11 |
4 |
3 |
- |
7,5 |
5,3 |
23 |
3,3
35,1 |
4,6
44 |
2 |
386 |
746 |
1066 |
162
0,42 |
- |
0,28 |
- |
0,03 |
5 |
3 |
1 |
- |
7,8 |
5,5 |
22,6 |
4,3
31 |
4,8
42,8 |
3 |
418 |
664 |
1122 |
166
0,4 |
- |
- |
0,27 |
- |
20 |
13 |
6 |
2 |
5,1 |
4 |
26,1 |
4
37,7 |
4,2
40,9 |
4 |
414 |
657 |
1111 |
173
0,42 |
- |
- |
0,25 |
- |
16 |
9 |
6 |
2 |
6,0 |
4 |
22,2 |
4,2
35,8 |
5,1
46 |
5 |
CEM-l-42,5 R
ПДП "Осколцемент" |
438 |
602 |
1095 |
180
0,41 |
- |
0,25 |
- |
0,015 |
14 |
7 |
4 |
2 |
7,0 |
4,5 |
28,9 |
4,5
38,2 |
5,2
51,2 |
6 |
425 |
625 |
1092 |
175
0,41 |
0,6 |
- |
- |
0,02 |
15 |
9 |
7 |
3 |
5,8 |
4,1 |
30,8 |
4,8
40,6 |
5,5
size=2>53,5 |
Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что с использованием добавок ЛПМ обоих типов можно получать бетонные смеси для транспортного строительства и бетоны классов Btb4,0 B30 и более. При этом добавки ЛПМ по пластифицирующему эффекту в бетонных смесях и по прочностным характеристикам полученных бетонов практически не уступают добавке-суперпластификатору С-3 и согласно ГОСТ 24211"91 могут быть отнесены к водоредуцирующим I и II группы.
Бетонные образцы-кубы составов № 1"5 (табл. 1) были испытаны на морозостойкость. Испытания проводились по третьему ускоренному методу ГОСТ 10060-95. В результате установлено, что марка по морозостойкости по второму базовому методу (в солях) ГОСТ 10060-95:
- составов № 1, 2 " F 200;
- составов № 3, 4 - F 400;
- состава № 5 - F 300.
Марка бетонов указанных составов по водонепроницаемости, определенная в соответствии с ГОСТ 12730.5-84, - W12 - W16.
Из полученных результатов следует, что испытанные добавки ЛПМ являются эффективными в отношении применения их при строительстве транспортных сооружений. При этом добавка ЛПМ № 2 дает возможность получать бетоны более высокой морозостойкости, чем комплексные добавки: (С-3 + СНВ) и (ЛПМ № 1 + СНВ). По-видимому, это объясняется улучшением параметров диспергированной в бетонной смеси воздушной фазы.
Бетонные смеси и бетоны общестроительного назначения
Требования к данным смесям и бетонам регламентированы СНиП 3.03.01-87, СНиП 2.03.01-84*, ГОСТ 26633-91 и др. Основное требование " обеспечение их прочности, которая в зависимости от назначения и типа конструкции может изменяться в широких пределах " класс по прочности при сжатии от В15 до В35 и более. Для некоторых типов конструкций нормативно-технической и проектной документацией назначаются также марки бетонов по морозостойкости и водонепроницаемости.
В данной работе изучалось поведение в бетонных смесях и бетонах добавки ЛПМ № 1.
Составы, технологические характеристики бетонных смесей, а также кинетика прочности бетонов в различных условиях твердения представлены в табл. 2.
Из данных, представленных в табл. 2, следует, что с использованием добавки ЛПМ № 1 можно получать бетоны в широком диапазоне прочностей " класс по прочности при сжатии от В20 до В45. При этом по пластифицирующему эффекту в бетонных смесях и кинетике прочности полученных бетонов добавка ЛПМ практически не уступает добавке-суперпластификатору С-3 и согласно ГОСТ 24211-91 может быть отнесена к водоредуцирующей добавке II группы.
Таблица 2
№ |
Цемент |
Состав бетонной смеси, кг на 1 м3 |
Добавки, % от массы цемента |
Осадка конуса, см, через, мин |
Предел прочности при сжатии, мПа, в возрасте, сут |
Ц |
П |
Щ |
В
В/Ц |
ЛПМ №1 |
С-3 |
5 |
30 |
60 |
90 |
Нормальное твердение |
ТВ0 2+4+6+4, tиз=80"С |
1 |
7 |
28 |
1 |
28 |
1 |
ПЦ 400-Д5 (ОАО "Воскресенцемент") |
294 |
759 |
1118 |
179
0,61 |
0,3 |
- |
10 |
3 |
2 |
1 |
6,7 |
25,4 |
30 |
20,4 |
28,9 |
2 |
298 |
738 |
1112 |
212
0,71 |
- |
- |
11 |
8 |
5 |
3 |
5,1 |
18,1 |
22,4 |
13,3 |
21,6 |
3 |
288 |
766 |
1124 |
167
0,58 |
- |
0,6 |
14 |
4 |
3 |
2 |
6,6 |
25,6 |
31,5 |
20,6 |
30,6 |
4 |
350 |
670 |
1150 |
181
0,52 |
0,25 |
- |
13 |
5 |
3 |
1 |
8,1 |
30,6 |
40 |
26,5 |
36,8 |
5 |
ПЦ 500-ДО (ОАО "Осколцемент") |
425 |
673 |
1139 |
173
0,41 |
0,25 |
- |
17 |
6 |
5 |
3 |
6,4 |
47,9 |
58,1 |
39,6 |
55,2 |
6 |
420 |
674 |
1136 |
170
0,4 |
- |
0,6 |
15 |
10 |
7 |
4 |
8,5 |
41 |
56,5 |
36,8 |
53,1 |
Следует отметить наблюдающуюся в отдельных случаях низкую сохраняемость удобоукладываемости бетонных смесей с добавкой ЛПМ (составы № 1, 4, 5 табл. 2). В настоящее время авторами ведутся работы по улучшению данного показателя.
Бетонные образцы составов № 4 и 5 (табл. 2) были испытаны на морозостойкость (третий ускоренный метод ГОСТ 10060-95) и водонепроницаемость (ГОСТ 12730.5-84). В результате установлены следующие марки по морозостойкости и водонепроницаемости:
" состав № 4 " F150 (по первому базовому методу ГОСТ 10060-95); W10;
- состав № 5-Р200; W¥12.
Таким образом, в результате комплексной химико-технологической переработки отходов целлюлозно-бумажных комбинатов Калининграда и Калининградской области получен новый тип высокоэффективных лигносульфонатных пластификаторов для бетонных смесей и бетонов различного назначения. ЛПМ имеет сертификат соответствия и санитарно-эпидемиологическо&# |
