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

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&#