Добавки на основе олигомеров капролактама для тяжёлого бетона

Для определения влияния полученных добавок на формирование структуры цементного камня проводили исследования методами термогравиметрии и оптической микроскопии с использованием дериватографа Q – 1500 D и оптического микроскопа Моtic DS – 2. На рис.2, 3 приведены дериватограммы контрольного образца цементного камня бетона без добавок и с добавкой продукта олигомеризации капролактама ОЛК V (табл.2).

Как видно из дериватограмм на рис.2,3 в процессе нагревания наблюдается плавное уменьшение массы образцов, что соответствует постепенной дегидратации цементного камня. Потеря капиллярной воды цементным камнем с добавкой олигомеров капролактама в 1,5 раза меньше, чем для контрольного образца. Таким образом, олигомерный продукт способствует образованию более плотной кристаллизационной структуры цементного камня. Об этом свидетельствует и увеличение общей потери массы образцов цементного камня с добавкой при нагревании до 4,2 %.

На рис.4 показаны фотографии поверхностей тяжелого бетона без добавок (а) и с добавками (б, в), полученные на отражающем микроскопе Motic DS – 2. Изображения фрагментов поверхности бетона, показанные на рис.4 свидетельствуют, что контрольный образец без добавки по сравнению с образцами с добавками имеет менее плотную структуру. Исследуемый фрагмент поверхности контрольного образца (рис.4 а) характеризуется наличием видимых пор между частицами цементного камня.

Рис.2. Дериватограмма цементного камня без добавок	Рис.3. Дериватограмма цементного камня с добавкой олигомеров капролактама

а) б) в)

Рис.4. Фотографии поверхностей бетона: а - контрольный; б - с добавкой продукта олигомеризации капролактама; в - с добавкой продукта олигомеризации капролактама и хлорида кальция (увеличение в 20 раз).

В главе 4 исследованы поверхностно-активные и пластифицирующие свойства добавок на основе синтезированных олигомеров капролактама. В разделе представлены результаты экспериментов по исследованию пластифицирующих свойств добавок на основе дисперсии лигносульфонатов (ЛСТ), олигомеров -капролактама и фосфолипидной эмульсии (ФЛЭ). Для направленного улучшения пластифицирующих свойств этих добавок в них дополнительно вводили поливиниловый спирт (ПВС) и триполифосфат натрия (ТПФ).

В результате экспериментов были определены оптимальные составы комплексных добавок, которые вводили в бетонную смесь для получения бетона класса В 22,5. Состав добавок приведён в табл.4.

Таблица 4

Состав пластифицирующих добавок для тяжёлого бетона

Изменение величины осадки конуса бетонной смеси в зависимости от состава и концентрации добавок показано на рис.5. Осадка конуса контрольного образца бетонной смеси для получения бетона класса В 22,5 составляет 3,8 см.

Рис.5. Осадка конуса (ОК) бетонной смеси в зависимости от концентрации добавок: I. II. III. IV – соответствуют бетонным смесям с добавками, состав которых показан в табл.4.

Сроки начала и окончания схватывания цементного теста определяли по ГОСТ 310.3 (табл.5.). Начало схватывания контрольного образца – 2 ч 55 мин, окончание – 4 ч 10 мин.

Изучено влияние состава добавок на плотность и прочность бетона. Их вводили в количестве 0,2 % (от массы цемента) совместно с водой затворения. Данные испытаний образцов по ГОСТ 24211-2003,

ГОСТ 30459-2008 приведены в табл.6. Нормируемый показатель по прочности при сжатии бетона класса В 22,5 по ГОСТ 26633 составляет 30 МПа. Влияние добавок на сроки схватывания цементного теста показаны в табл.5.

Полученные данные о влиянии экспериментальных пластифицирующих добавок I – IV на сроки начала и окончания схватывания бетонной смеси свидетельствуют об эффективности их пластифицирующего действия (табл.4). Они улучшают удобоукладываемость смеси (рис.5), что повышает эффективность укладки её в форму и последующего виброуплотнения. Наибольшее замедление набора прочности на 3 и 7 сутки даёт добавка III. Это обусловлено синергетическим действием ПВС и ЛСТ, которое проявляется, вероятно, в замедлении скорости гидратации цемента и задержке появлении новых кристаллических образований в формируемом цементном камне.

Таблица 5

Осадка конуса бетонной смеси с добавками I – IV (рис.5) показывает, что свойства исследуемых добавок сравнимы со свойствами суперпластификаторов (ГОСТ 24211-2003). В результате пластифицирующего эффекта добавок возможно снизить водоцементное отношение в бетонной смеси с 0,30 до 0,27.

В работе проведено исследование возможности создания многокомпонентных добавок пластифицирующе-ускоряющего действия. Были приготовлены композиции добавок следующего состава: 1 – ОЛК VIII; 2 – ОЛК VIII, поливиниловый спирт; 3 – ОЛК VIII, триполифосфат натрия (ТПФ); 4 – ОЛК VIII, поливиниловый спирт, триполифосфат натрия; 5 – ОЛК VIII, стеарат кальция; 6 – ОЛК VIII, лигносульфонаты, силикат кальция; 7 – ОЛК VIII, лигносульфонаты, силикат кальция, хлорид кальция. В качестве олигомеров капролактама использовали олигомерный продукт ОЛК VIII (табл.2). Состав бетонной смеси включал цемент, песок, щебень, воду и добавки в количестве 0,3 % от массы цемента.

На рис.6,7 показана зависимость изменения прочности при сжатии бетона с добавками 1 – 7 и контрольного образца в течение 28 суток. Как показано на рис.6, в первые трое суток бетон с добавками 1 – 4 плавно набирает прочность от 10,0 МПа (1) до 14,5 МПа (3), а бетон с добавками 6,7 в этот период быстро набирает прочность до 20,4 и 22,0 МПа. Бетон с добавкой 5 (рис.7) в первые трое суток набирает прочность до 17,8 МПа, что сравнимо с кинетикой набора прочности бетона с добавкой 3 (рис.6), составляющей 16,8 МПа. Анализ влияния добавок на прочность бетона при сжатии (рис.6,7) показывает, что добавки 1 – 4 в первоначальный период твердения бетона и последующие трое суток действуют как пластифицирующие и замедляющие процесс твердения, а в период с 3 до 7 суток ускоряют твердение, что проявляется в резком наборе прочности на 7 - е сутки по сравнению с исходным образцом (рис.6). В период с 7 до 28 суток добавки 1 – 4 способствуют равномерному набору прочности бетона.

На основании анализа полученных данных можно сделать вывод, что наиболее вероятным механизмом действия добавок является то, что продукты олигомеризации капролактама (ОЛК VIII) в композиции с лигносульфонатами, гидросиликатом, хлоридом, стеаратом кальция способствуют увеличению гелеобразных волокнистых и тонкоигольчатых гидросиликатов кальция среди гидратированных продуктов, вследствие чего повышается дисперсность структуры цементного камня, его однородность, что обусловливает, соответственно, повышение прочности тяжёлого бетона при сжатии (рис.6,7). Влияние добавок 1 – 7 на свойства тяжёлого бетона показано в табл.7.

Для определения оптимальной концентрации полученных добавок измеряли предел прочности при сжатии образцов тяжёлого бетона при концентрации добавок 0,2 – 0,4 %. В качестве входящих факторов выбирали: Х – содержание олигомеров капролактама в добавке; Х1, Х2, Х3, Х4 – содержание в добавке лигносульфонатов технических (ЛСТ), хлорида кальция (CaCl2), фосфолипидной эмульсии (ФЛЭ), эпоксидной смолы (ЭД – 20).

Рис.6. Зависимость прочности бетона при сжатии от времени твердения с добавками 1 – 4 по сравнению с контрольным образцом (исх.)	Рис.7. Зависимость прочности бетона при сжатии от времени твердения с добавками 5 – 7 по сравнению с контрольным образцом (исх.)

Таблица 7

Влияние пластифицирующе-ускоряющих добавок

на свойства

тяжёлого бетона