СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Пластифицированый портландцемент

Пластифицированный портландцемент — гидравличе­ское вяжущее, получаемое совместным тонким измель­чением портландцементного клинкера и гидрофильной поверхностно-активной добавки при обычной дозировке гипса. В качестве поверхностно-активного вещества применяют концентраты сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,15—0,25% массы цемента в пересчете на сухое вещество. По прочностным показателям пласти­фицированный портландцемент не отличается от обыч­ного портландцемента (имеет марки 400, 500, 550 и 600). Главная его особенность заключается в повышении пластичности бетонной смеси. В результате:

Снижается трудоемкость при укладке бетонной сме­си, ускоряется бетонирование и повышается качество ук­ладки бетона в сооружениях;

Уменьшается расход портландцемента в бетоне в ре­зультате меньшей дозировки цемента и воды (цемент­ного теста) при сохранении заданной пластичности бе­тонной смеси;

Повышается прочность и морозостойкость бетона за счет снижения водоцементного отношения при сохране­нии заданной пластичности бетонной смеси.

Технология пластифицированного портландцемента была разработана С. В. Шестоперовым, П. А. Ребинде - ром, В. Г. Скрамтаевым, С. М. Рояком, Ю. С. Малини - ным. Цемент этот изготовляют на заводах С помощью

Точного дозирующего устройства, равномерно подаю­щего сульфитно-дрожжевую бражку в цементную мель­ницу при помоле клинкера. Выпускают пластифициро­ванный портландцемент тех же марок, что и портланд­цемент. Пластификации могут подвергаться разновид­ности портландцемента, а также пуцнолановый портландцемент и шлакопортландцемент.

В качестве пластификатора цемента применяют смесь кальциево-натриевых (аммониевых) солей лигно - сульфоновых кислот с примесью редуцирующих веществ. Они выпускаются в виде концентратов сульфитно^ дрожжевой бражки в зависимости от содержания в них сухих веществ двух марок: КБЖ и КБТ (ОСТ 81-79-74). СДБ представляет собой густую вязкую темно-коричне­вого цвета жидкость со специфическим запахом. Вяз­кость ее, как коллоидного раствора, зависит от концент­рации и температуры; при понижении температуры вяз­кость СДБ 50% концентрации существенно увеличива­ется.

Очень ценна способность малых количеств поверх­ностно-активных адсорбирующихся добавок интенсифи­цировать процессы механического измельчения твер­дых тел (см. гл. 2). При добавке СДБ на поверхности цементных зерен образуется коллоидно-адсорбционная пленка лигносульфоната кальция. Эта пленка, покрывая поверхность цементного зерна и возникающих гидрат - ных новообразований, удерживает толстый слой воды, частично связанной с поверхностью непосредственно мо­лекулярными силами и частично удерживаемой адсорб­ционным слоем поверхностно-активного вещества.

Эти достаточно толстые адсорбционно-гидратные слои воды на поверхности цементного зерна увеличива­ют подвижность (текучесть) цементной растворной или бетонной смеси, так как ослабляют силы сцепления между зернами цемента и являются как бы гидродина­мической смазкой. Вместе с тем они затрудняют диф^ фузию воды к поверхности цементного зерна, что тор­мозит гидратацию клинкерных минералов. Аналогичное действие оказывают молекулярно-растворимые в воде и молекулярно-адсорбирующиеся сахара, являющиеся со­ставной частью СДБ. Эти сахара не только не препятст­вуют пластифицирующему действию сульфитно-спир - товой барды, но и, в известной степени, даже обусловли­вают его.

Необходимо, однако, иметь в виду, что образовавши­
еся на поверхности адсорбционные слои активного орга­нического вещества не только не содействуют росту гид - ратных образований (зародышей кристаллов), но и сильно замедляют их рост. Это приводит к образованию при гидратации значительно большего числа центров кристаллизации, причем кристаллы оказываются более мелкими. Происходит так называемое адсорбционное модифицирование кристаллов. Данные исследований под электронным микроскопом показывают, что изменя­ется также и форма кристалликов. Это особенно замет­но у гидроалюминатов кальция, которые в присутствии небольших добавок СДБ выкристаллизовываются уже не в виде гексагональных симметричных пластинок, а в виде длинных игл.

Итак, вследствие адсорбции поверхностно-активного вещества сцепление между цементными зернами осла­бевает и между ними появляется жидкостное трение. В результате увеличивается жидкотекучесть растворной или бетонной смеси, что является основным показате­лем пластификации. На основе многочисленных экспе­риментальных и производственных данных можно сде­лать выгод, что у растворных и бетонных смесей, изго­товленных на пластифицированных портландцементах, подвижность увеличивается (табл. 12).

Увеличение пластичности растворных и бетонных смесей дает возможность снизить водоцементное отно­шение. В табл. 13 приведены данные о пластичности и водоцементном отношении растворов и бетонов, изго­товленных на обыкновенном и пластифицированном портландцементах. Следовательно, понижение водоце - ментного отношения вызывает повышение средней плот­ности.

Процессы твердения пластифицированного портланд­цемента, содержащего 0,15—0,25% концентрата СДБ,

Зависят, в первую очередь, от минералогического соста­ва клинкера, содержания в цементе гипса и активных добавок, а также от тонкости помола цемента. Совре­менные пластифицированные цементы с расчетным со­держанием в клинкере 55—65% C3S и менее 8% СзА, при обычной дозировке гипса и удельной поверхности цемента 3000 см2/г, почти не отличаются по прочностным показателям в растворе состава 1:3 (в стандартные сроки испытания) от обыкновенного портландцемента. Повышенная пластичность стандартных растворов со­става 1:3 позволяет при сохранении заданной прочности уменьшить водоцементное отношение, что является од­ним из самых важных факторов, определяющих повыше­ние прочности при увеличении плотности и значитель­ном улучшении ряда других важных свойств бетона. Можно получить также бетон с запроектированной проч­ностью при нужной пластичности, но при некотором снижении (на 8—10%) удельного расхода цемента. Характерная особенность пластифицированного порт­ландцемента — несколько замедленные сроки схватыва­ния цементного теста.

При использовании пластифицирующего эффекта и сокращении вследствие этого расхода цемента на 8— 10% прочность бетона с добавкой концентратов СДБ не снижается. При некотором уменьшении содержания редуцирующих веществ в СДБ можно получить более высокую прочность цемента, что позволит еще в боль - шей степени сократить расход цемента.

Применение пластифицированного портландцемента не снижает прочности сцепления бетона с арматурой, тепловыделение у пластифицированного портландцемен­та почти такое же, как и у портландцемента при усло­вии, что количество добавки СДБ будет соответство­вать содержанию алюминатов и гипса в цементе. Для пластифицированного портландцемента показательны сравнительно меньшие размеры объемных изменений (усадки и расширения); желательно, чтобы твердение его в течение не менее чем первых 15 сут после затво - рения проходило во влажной среде.

При пропаривании бетона на пластифицированном портландцементе следует учесть, что при малой (не­сколько часов) выдержке отформованного бетонного из­делия в процессе пропаривания на верхней его грани образуется пористый, легко отделяющийся слой толщи­ной в несколько миллиметров. При большей выдержке, которая должна устанавливаться для каждого вида це­мента, этого не бывает. Пропаренный бетон отличается высокой плотностью и прочностью. Концентраты СДБ придают цементу способность к воздухововлечению и образованию в затвердевшем камне замкнутых пор, что является одной из важнейших причин повышения моро­зостойкости бетона (табл. 14).

Установлено, что превышение установленной дози­ровки СДБ может значительно замедлить твердение це­мента. Растворы и бетоны будут иметь пониженную прочность не только через 28 сут твердения, но и в бо­лее поздние сроки.

Применение пластифицированного портландцемента обусловливает улучшение некоторых других строитель­но-технических свойств бетона — деформативной способ­ности, ползучести. В меньшей степени проявляются де­формация усадки и способность к трещинообразованию. Наблюдается иногда ускорение сроков схватывания у пластифицированных высокоалюминатпых портландце­ментов, что можно предотвратить несколько большей добавкой воды.

НИИЦементом и ВНПОбумпромом разработан спо­соб получения эффективной пластифицирующей добав­ки к цементу ЛСТМ-2 на основе недефицитных техниче­ских лигносульфонатов. При помоле портландцемента мапок 500 и выше дозировка добавки составляет 0,14— 0,22%, что способствует повышению удельной поверхно­сти цемента на 300—700 см2/г и увеличению производи­тельности мельницы на 10—12%. Стоимость ЛСТМ-2 в 5—6 раз ниже стоимости меламин - и нафталинформаль - дегидного суперпластификаторов.