Материал: Разработка эффективных комплексных органоминеральных добавок для регулирования реологических свойств бетонных смесей. Перцев В.Т., Леденев А.А

УДК 691.32.002.35 ББК 38.33 П 279

Рецензенты:

Корнеев А.Д., зав. кафедрой строительных материалов Липецкого государственного технического университета, д.т.н., проф.;

Косухин М.М., проф. кафедры городского строительства и хозяйства Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, к. т. н.

бетонных смесей: монография / В.Т. Перцев, А.А. Леденев; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2012. – 136 с.

В монографии представлены результаты исследований по разработке составов и способов приготовления эффективных комплексных органоминеральных добавок с использованием минеральных компонентов, полученных на основе местного сырья и органических поверхностно-активных веществ различного вида, для регулирования реологических свойств бетонных смесей и получения бетонов с улучшенными физико-механическими показателями.

Монография предназначена для научных сотрудников, инженернотехнических работников, аспирантов и студентов строительных специальностей.

Ил. 78. Табл. 35. Библиогр.: 143 назв.

УДК 691.32.002.35 ББК 38.33

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского ГАСУ

ISBN 978-5-89040-395-7

© Перцев В.Т., Леденев А.А., 2012 © Воронежский ГАСУ, 2012

2

ВВЕДЕНИЕ

Внастоящее время изучению роли комплексных органоминеральных добавок (ОМД), содержащих высокодисперсные минеральные компоненты и органические поверхностно-активные вещества (ПАВ) – суперпластификаторы (СП) или гиперпластификаторы (ГП), в формировании структуры и обеспечении свойств бетонных смесей и бетонов посвящены работы многих исследователей. Вместе с тем, задачи повышения эффективности применения комплексных ОМД требуют дальнейшего детального изучения, предметом которого должно являться, в первую очередь, расширение сырьевой базы минеральных компонентов за счет использования местных доступных материалов. Для минеральных компонентов еще недостаточно исследовано влияние их дисперсности, природы, свойств поверхности частиц на свойства бетонных смесей и бетонов. Необходимо получить новые знания о механизме совместного действия минеральных компонентов с различными видами ПАВ, а также о влиянии способов приготовления ОМД на свойства бетонных смесей и бетонов. В связи с расширением в практике строительства объемов выпуска высококачественных бетонных смесей, отличающихся повышенной подвижностью, вплоть до самоуплотняющихся, возникает необходимость в регулировании их реологических свойств. Принятые в стандартах технические показатели реологических свойств бетонных смесей не всегда дают адекватную характеристику проявления этих свойств. На практике часто требуется получение бетонных смесей равной удобоукладываемости, оцениваемой стандартными техническими показателями, но

сразличными величинами реологических свойств в физических единицах, которые обеспечивают сохранение структуры бетонных смесей при транспортировании и в то же время высокую текучесть при формовании. В связи с этим при оценке свойств бетонных смесей необходимо использовать реологические показатели в физических единицах: напряжение сдвига, предельное напряжение сдвига, эффективную вязкость.

Вданной работе представлены материалы теоретических и практических исследований, позволивших на основе совместного изучения свойств минеральных компонентов, полученных из местного сырья и ПАВ различного вида, разработать составы и способы приготовления новых эффективных комплексных ОМД для регулирования реологических свойств бетонных смесей и получения бетонов с улучшенными физико-механическими показателями.

В основу монографии положены результаты исследований д-ра техн. наук, профессора Перцева В.Т. и канд. техн. наук Леденева А.А., выполненных на кафедре технологии строительных изделий и конструкций Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ, ФОРМИРОВАНИЕМ СТРУКТУРЫ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ БЕТОНОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ДОБАВОК РАЗЛИЧНОГО ВИДА

1.1. Влияние поверхностно-активных веществ на реологические свойства цементного теста, растворных и бетонных смесей, процессы формирования структуры и физико-механические показатели бетонов

Применение органических поверхностно-активных веществ (ПАВ) является эффективным способом модифицирования цементных систем. Влияя на межфазные взаимодействия, ПАВ существенно изменяют реологическое поведение бетонных смесей, свойства контактных зон цементного камня и бетона в целом. Характерной особенностью молекул ПАВ является их дифильность, т.е. наличие в молекуле двух частей – полярной группы и неполярного углеводородного или другого гидрофобного радикала (рис. 1.1). Полярная группа ПАВ обладает значительным дипольным моментом и хорошо гидратируется, что обусловливает сродство молекул ПАВ и воды. Гидрофобный углеводородный радикал является причиной пониженной растворимости этих соединений [1].

В зависимости от химического строения молекулы всех ПАВ подразделяются на четыре основных класса: анионоактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Иногда выделяют также высокомолекулярные (полимерные), кремнийорганические ПАВ, однако по химической природе молекул эти ПАВ могут быть отнесены к одному из вышеперечисленных классов [2]. Анионоактивные ПАВ содержат в молекуле одну или несколько полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием длинноцепочечных анионов, определяющих их поверхностную активность. Это группы: -СОО (Н, Ме),

- ОSO2O (H, Me), - SO3 (H, Me), где Ме – металл (одно - , двух – или трехвалентный). Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатическими и алкилароматическими цепями. Катионоактивные ПАВ диссоциируют в водных растворах с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона. В роли аниона чаще всего выступают галогены, но могут быть и анионы серной и фосфорной кислот. К катионным ПАВ в основном относятся азотсодержащие соединения, а также ПАВ, содержащие соединения

4

сульфония и сульфоксония, соединения фосфония, оксония, иодония. Амфотерные (амфолитные) ПАВ содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН раствора. Обычно эти ПАВ включают одну или несколько основных и кислотных групп, могут содержать также и неионогенную полигликолевую группу. В зависимости от величины рН они проявляют свойства катионных или анионных ПАВ. Неионогенные ПАВ не диссоциируют в воде на ионы. Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных эфирных и гидроксильных групп, чаще всего полиэтиленгликолевой цепи [2].

По механизму действия ПАВ классифицируются на четыре основные группы: 1) вещества, поверхностно-активные только (или преимущественно) на границе жидкость – газ и вода – воздух; 2) вещества, поверхностно-активные на границах двух несмешивающихся жидкостей или на твердых поверхностях раздела, но не образующих структуру ни в объеме раствора, ни в поверхностных слоях; 3) ПАВ, обладающие способностью к образованию гелеподобных структур, которые используются как высокоэффективные стабилизаторыструктурообразователи различных систем; 4) ПАВ, обладающие моющим действием и объединяющие функции всех трех предыдущих групп [3, 4].

Одни из первых шагов в области использования ПАВ были сделаны Ребиндером П. А. в середине 30-х годов двадцатого века, впервые выдвинувшим теорию регулирования поверхностных взаимодействий и физико-химических процессов на поверхности раздела фаз – адсорбции, адгезии, смачивания, электрохимических процессов с участием поверхностно-активных веществ в рамках методов коллоидной химии [5]. В дальнейшем было установлено, что образование адсорбционных слоев на поверхности частиц твердой фазы является важнейшей стадией процесса модификации. Под модифицированием подразумевается такое воздействие, которое существенно изменяет структуру и свойства материала путем введения в его состав определенных веществ при практически неизменном соотношении основных составляющих. ПАВ, являясь модификаторами, образуют вследствие явления избирательной адсорбции пленки на гранях вырастающих из раствора кристаллов, причем, главным образом, на гранях кристаллов с большой дисперсностью. Путем уменьшения скорости роста кристаллов в каком-либо направлении адсорбционные пленки влияют на их форму. Скорость роста кристаллов при прочих равных условиях часто пропорциональна поверхностному натяжению, поэтому даже весьма малые добавки веществ, способные изменить поверхностное натяжение, существенно влияют на степень смачивания зерен, характер кристаллизации и свойства новообразований [6, 7]. Применительно к цементным системам под модификаторами подразумеваются вещества, улучшающие свойства бетонных смесей и физико-механические характеристики бетонов.

Изучению влияния ПАВ на свойства цементных систем посвящено значительное число работ [8 – 18]. Из анализа литературных данных следует, что важным аспектом модифицирующего влияния на морфологию зародышей кри-

5