к.т.н. Морозов Н.М., к.т.н. Красиникова Н.М., асп. Степанов С.В.

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Влияние пластифицирующих добавок на свойства песчаных бетонов

Пластифицирующие добавки прочно заняли свое место в производстве бетона. В товарном бетоне их применение является практически обязательным. Поэтому правильный выбор пластификатора для производства бетонных смесей в настоящее время является актуальным вопросом.

Наиболее распространены пластифицирующие добавки на основе линосульфонатов, нафталинформальдегидных смол и на поликарбоксилатной основе. Все перечисленные добавками являются ПАВ, действие которых основано на изменении поверхностного натяжения [1].

Они также отличаются не только пластифицирующим эффектом, но и побочными действиями на свойства бетонных смесей. Например, по разному влияют на сохраняемость бетонных смесей, так повышенные дозировки лигносульфонатов нередко используют как замедлители твердения. Важным также является степень воздухововлечения при перемешивании бетонных смесей с пластифицирующими добавками. Исходя из этого, нами были проведены исследования воздухововлечения бетонных смесей при разной подвижности, расходе цемента и вида добавки.

В качестве вяжущего использовали портландцемент ПЦ500Д0 ОАО «Мордовцемент». Заполнитель использовали песок кварцевый с модулем крупности М_к=2,55. Это обусловлено тем, что песчаные бетоны обладают большим воздухововлечением по сравнению с бетоном на крупном заполнителе, так как удельная поверхность заполнителя становится выше и соответственно больше воздуха захватывается и удерживается при перемешивании бетонной смеси. В качестве пластифицирующих добавок рассматривали: лигносульфонат технический (ЛСТ), суперпластификатор С-3, cуперпластификатор Меlflux 2651F.

Проведены исследования влияния поверхностного натяжения воды на пластифицирующие свойства добавок и на воздухововлечение смеси.

Оценка поверхностного натяжения оценивалась на приборе дю - Нуи с кольцом диаметра 20мм, в основе лежит метод определения силы, необходимой для отрыва жидкости, смачивающей кольцо, от поверхности водного раствора добавок[2].

Как видно из рис. 1, применяемые добавки уменьшают поверхностное натяжение при увеличении дозировки. Снижение поверхностного натяжения с добавкой Меlflux 2651F в два раза больше чем при использование суперпластификатора С-3 (27 и 13,5% соответственно). Добавка ЛСТ также показала значительное снижение поверхностного натяжения, сравнимое с добавкой Меlflux.

Рис.1 Поверхностное натяжение водного раствора добавок.

Важно отметить, что при использовании добавки Меlflux снижение поверхностного натяжения при увеличении дозировки происходит более резко, и уже при дозировке 0,25% это снижение составляет 21%. Это может свидетельствовать о том, что ККМ (критическая концентрация мицеллообразования) и эффективность действия наступает при более низких концентрациях добавки – это подтверждается результатами представленными в табл.1.

Таблица 1

Влияние вида и дозировки добавки на свойства цемента

№	Вид добавки	Дозировка, % от массы цемента	Нормальная густота, %	Водоредуцирующий эффект, %
1	-	-	25,75	-
2	ЛСТ	0,2	23,25	9,7
3	С-3	0.25 0.5 1	23,5 22,25 21	8,8 12,6 18,1
4	Mellflux	0.25 0.5 1	22,75 21 18,25	11,7 18,5 29,2

Для оценки эффективности пластифицирующих добавок исследовали их влияние на нормальную густоту цементного теста. Как видно из табл.1 водоредуцирующий эффект при использовании пластификаторов составляет от 8,8 до 29,2 % в зависимости от дозировки и его вида. При минимальной концентрации добавки наибольшим водоредуцирующим эффектом обладают добавки Melflux 2651, ЛСТ, С-3, соответственно 11,7, 9,7 и 8,8. Наибольшим водоредуцирующим эффектом 29,2% обладает суперпластификатор Melflux 2651 при дозировке 1% от массы цемента.

Помимо пластифицирующего эффекта добавки поверхностно-активных веществ обладают и воздухововлекающим действием. Следует отметить, что ПАВ, сорбируясь на границе раздела воздух – жидкость, уменьшают величину поверхностного натяжение, а это в конечном счете способствует увеличению воздухововлечения, при снижении величины поверхностного натяжения с помощью ПАВ удается диспергировать крупные пузырьки воздуха при меньших усилиях. Поскольку способность пузырьков воздуха всплывать на поверхность, а отсюда, и тенденция к потере жизнеспособности прямо пропорциональны кубу их размеров, уменьшение диаметра пузырьков обеспечивает их большую сохранность[3]. Также вовлечение воздуха происходит на стадии перемешивания смеси, причем добавки лишь стабилизируют воздушные пузырьки, образовавшиеся в смеси при ее перемешивании. С увеличением содержания добавок возрастает и количество в бетоне вовлеченного воздуха. Однако не существует строгого соотношения между количеством введенной добавки и степенью воздухововлечения: одни добавки могут оказаться более эффективными, другие менее. Кроме вида и дозировки добавки воздухововлечение будет зависеть и от подвижности бетонной смеси. Все эти факторы заметно влияют на свойства бетонных смесей (табл.2).

Таблица 2

Свойства песчаной бетонной смеси и бетона с пластифицирующими добавками

№	Расход материалов, кг/м^3				Расплыв конуса, мм	Воздухо-вовле-чение, %	Плотность смеси, кг/м	Прочность, МПа после ТВО
	це-мент	песок	добавка	вода				при изгибе	на сжатие
1	500	1500	-	213	185	5,2	2310	6,55	45,6
2	500	1500	-	232	240	4,2	2330	6,25	41,1
3	500	1500	«Melflux 2651» 3,75	137	170	4,0	2360	6,76	68,4
4	500	1500	«Melflux 2651» 3,75	167	245	3,6	2380	6,74	61,3
5	600	1450	«Melflux 2651» 4,5	153	250	3,9	2410	7,6	82
6	600	1450	«С-3» 4,5	193	240	4,5	2350	7,37	63,6

Как видно из табл.2, воздухововлечение бетонной смеси при увеличении расплыва конуса снизилось, так как воздух легко удаляется при перемешивании из-за снижения вязкости смеси. Это заметно и по увеличению плотности бетонной смеси. Однако прочность песчаного бетона при этом падает, что связано с увеличением водоцементного отношения. Введение добавки Melflux 2651снижает воздухововлечение, так как он легко удаляется из смеси, что заметно при увеличении подвижности. Плотность бетонной смеси с добавкой Melflux увеличивается по сравнению с контрольным составом, так как снижается воздухововлечение и содержание воды в системе. Прочность песчаного бетона при применении этой добавки возрастает почти на 50%.

Добавка С-3, являющаяся также эффективным пластификатором, несколько увеличивает воздухововлечение по сравнению с добавкой Melflux, при этом значительно упала плотность бетонной смеси. Было выявлено, что к увеличению воздухововлечения также приводит увеличение расхода цемента.

Следует отметить, что воздухововлечение песчаной бетонной смеси при увеличении подвижности снижается, т.к. воздух легко удаляется при перемешивании и укладке смеси. На воздухововлечение бетонных смесей влияет вид пластифицирующей добавки и расход вяжущего.

Таким образом, зная поверхностное натяжение добавок, можно предположить эффект ее действия.

Список литературы:

1. Кругляков Л.М., Ексерова Д.Р. Пена и пенные пленки. – М.: Химия, 1990. – 432 с.

2. Амбрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества: свойства и применение.- Л.: Химия, 1981. – 304 с.

3. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. – М.:Химия, 1983. – 263 с.