Влияние полифункциональной добавки на процесс твердения и свойства цементного бетона

Abstract

В статье приведены результаты исследований, направленных на разработку новой полифункциональной добавки в бетон, обеспечивающей повышение темпа и уровня роста его прочности при снижении энергетических затрат на ускорение процесса твердения, как базы для снижения энергоемкости производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Экспериментально выявлено рациональное соотношение компонентов полифункциональной добавки от массы цемента: суперпластификатор на основе поликарбоксилатных смол (например, «Стахемент 2000» или «Реламикс ПК») ‒ 0,5 %, ультрадисперсный микрокремнезем (SiO2) ‒ 1,0 %, сульфат натрия (Na2SO4), ускоритель твердения ‒ 0,5 %, сульфат алюминия (Al2(SO4)3), уплотняющий структуру добавки, ‒ 0,25 %. Перечисленные компоненты обеспечивают наибольший рост прочности цементного камня и конструкционного тяжелого бетона. Результаты дериватографического и рентгенофазового анализов показывают, что рост прочности базируется на образовании мелкокристаллической формы низкоосновных кристаллогидратов силикатной группы CSH, дополняющей традиционно формирующиеся при реакции трех- и двухкальциевого силиката цемента с водой ‒ C2SH, а также на увеличении количества новообразований за счет реакции Ca(OH)2 с аморфным SiO2 и эттрингита 3CaO ⋅ Al2O3 ⋅ 3CaSO4 ⋅ 32H2O, образующегося за счет реакций с алюминатами цемента вещества ускоряюще-уплотняющего компонента добавки, что в совокупности обеспечивает рост плотности и прочности цементного камня. В бетоне эффект дополняется упрочнением зоны контакта поверхности заполнителя с цементным камнем за счет реакции между Ca(OH)2 и SiO2. Эти эффекты подтверждены ростом (до 38 %) химически связанной цементом воды в присутствии полифункциональной добавки в пробах цементного камня, характеризовавшегося наибольшей прочностью. С использованием стандартизованных методик испытаний экспериментально подтверждена эффективность полифункциональной добавки, выразившаяся в росте качественных характеристик и свойств конструкционного тяжелого бетона: прочности на сжатие – до 40–60 %, в растяжении при изгибе – до 15, снижении усадки – до 50 % и водопоглощении – в 1,5–2 раза, росте морозостойкости с марки F250 до F500, водонепроницаемости с W6–W8 до W20.