Мар 102011
 

Более чем 100-летний опыт производства шлакосодержащих цементов показал их бесспорную эффективность с позиций ресурсо- и энергосбережения не только для предприятий-изготовителей, но и для потребителей цементов. Положительные свойства шлакопортландцемента известны: повышенная водо- и сульфатостойкость, жаростойкость, пониженная экзотермия, интенсивный рост прочности при повышенной температуре. Однако несмотря на накопленный опыт, отношение строителей к применению портландцементов с повышенным содержанием шлака (21–35 %) и шлакопортландцементов в бетоне не однозначное. Наибольшее опасение вызывает возможное снижение прочности в раннем возрасте, замедленный темп роста прочности при нормальных и пониженных температурах.

Регулирование химико-минералогического состава клинкера, применение помола цемента в замкнутом цикле позволяет выйти на оптимальный уровень качества цемента. Однако при увеличении содержания шлака в цементе ранняя прочность бетона может существенно снижаться.

На рис. 1 представлены полученные нами данные об активности цемента при различном содержании в нем доменного шлака. Для исследований была использована смесь бездобавочного портландцемента Здолбуновского завода с доменным гранулированным шлаком Днепродзержинского комбината, который домалывали в лабораторной мельнице на протяжении 45 мин. При этом тонкость помола соответствовала остатку на сите 008 7…10 %.

 

 

Как видим, «разбавление» клинкера шлаком приводит к наиболее интенсивному снижению активности цемента в возрасте 2 и 7 сут., и это снижение почти пропорционально содержанию шлака в смеси. К возрасту 60 сут. активность цементов начинает сближаться.

Для бетона нормального твердения на цементах с повышенным содержанием доменного шлака часто возникает необходимость в дополнительных мероприятиях по повышению их ранней прочности. Наиболее распространенными способами такого повышения являются:

1. переход на цемент с меньшим содержанием минеральных добавок;

2. повышение марочной и – одновременно – ранней прочности бетона при повышении Ц/В путем

— увеличения расхода цемента;

— снижения водопотребности бетонной смеси при применении пластификаторов;

3. повышение ранней прочности (без существенного изменения марочной) при введении добавок-ускорителей.

Возможно также сочетание указанных способов.

Выбор определенного способа для конкретного производителя бетона целесообразно выполнять с учетом его технологической эффективности в конкретных условиях, определяемых классом бетона, его назначением, подвижностью бетонной смеси, особенностями заполнителей, возможностью применения химических добавок. Однако окончательное решение следует принимать главным образом с учетом себестоимости бетонной смеси.

Переход на цемент с меньшим содержанием минеральных добавок и увеличение его расхода – наиболее простые способы повышения ранней прочности бетона. Однако их эффективность прямо связана с ценами на цемент и их соотношением для различных типов. Увеличение абсолютного расхода цемента не только увеличивает стоимость бетона, но и повышает его усадку, тепловыделение. В таблице 1 приведены усредненные данные, которые показывают соотношение роста ранней прочности бетона и стоимости цемента в бетоне. Результаты получены для цементов Днепродзержинского и Криворожского заводов, входящих в состав ОАО «Кривой Рог Цемент», где накоплен большой опыт производства цементов с повышенным содержанием шлака. Принятое соотношение цен на цемент также соответствует продукции указанных производителей.

 

Таблица 1.

Экономическая эффективность увеличения ранней прочности бетона при увеличении его расхода и переходе на другой тип цемента

Тип

цемента

Содержание шлака, % Цена, %, по отношению к ШПЦ Повышение прочности в возрасте 2–3 сут., %

Повышение стоимости цемента в бетоне, %

при увеличении расхода цемента на

0 15 % 25 % 40 %
ШПЦ 36–50 100 10…15

15

15…25

25

30…50

40

ПЦ ІІ/Б (Д35) 21–35 104 20…30

4

25…40

20

45…60

30

70…90

46

ПЦ ІІ/А (Д20) 6–20 107 50…55

7

55…70

23

80…100

34

100…120

50

ПЦ І (Д0) 0 119 70…80

19

80…100

37

110…130

49

130…150

67

 

Как видно из таблицы 1, переход на цемент с более низким содержанием шлака может быть экономически оправдан при небольшой разнице в цене цементов, существенно отличающихся по содержанию шлака. При увеличении цены бездобавочного цемента экономическая эффективность такого приема резко падает.

Одновременное повышение марочной и ранней прочности бетона путем уменьшения водосодержания бетонной смеси более целесообразно не только по экономическим, но и по технологическим соображением. Уменьшение расхода воды при введении пластифицирующих добавок при прочих равных условиях снижает капиллярную пористость бетона, тем самым повышая его непроницаемость, морозостойкость. В таблице 2 и на рис. 2 приведена прочность бетонных смесей одинаковой подвижности с равным расходом цемента без добавки и с добавкой суперпластификатора С-3 в количестве 0,7 % от массы цемента. Применение добавки при постоянном расходе цемента и одинаковой подвижности бетонной смеси позволило увеличить марочную прочность примерно на один класс, а прочность в возрасте 2 сут. выросла на 27–51 %.

 

Таблица 2

Повышение прочности бетона при введении суперпластификатора С-3

Тип цемента,

завод-производитель

Принятый состав бетона
Ц=376 кг/м3 В=215 кг/м3 (В/Ц=0,57) Ц=376 кг/м3 В=175 кг/м3

С-3=0,007Ц (В/Ц=0,47)

ОК, см Прочность, МПа,

в возрасте

ОК, см Прочность, МПа,

в возрасте

2 сут. 7 сут. 28 сут. 2 сут. 7 сут. 28 сут.
ШПЦ ІІІ/А,

Днепродзержинск

10,5 4,4 9,9 19,0 12 6,0 14,0 27,7
ПЦ ІІ/Б,

Кривой Рог

10 6,55 13,8 23,85 12 9,0 17,5 29,9
ПЦ ІІ/Б,

Днепродзержинск

15 5,9 12,35 20,2 14 7,5 17,5 28,5
ПЦ ІІ/А,

Кривой Рог

15 7,5 13,95 26,0 16 11,3 20,2 33,5

 

 

В таблице [MK1] 3 приведена сравнительная эффективность других пластифицирующих добавок в случае применения их для снижения расхода воды при сохранении подвижности смеси. Применение пластификаторов и суперпластификатора С-3 экономически более целесообразно, чем увеличение расхода цемента. Эффективность применения суперпластификаторов четвертого поколения для литых бетонных смесей сопоставима с переходом на бездобавочный цемент и одновременным увеличением его расхода до 30–40 %. Однако с технологической точки зрения применение новейших суперпластификаторов предпочтительнее, тем более, что цена такой добавки как Мареi SP3, например, в условиях Украины вполне приемлема (1,6–1,7 $/л).

Известным приемом повышения ранней прочности бетона является введение ускорителей твердения, в первую очередь электролитов. В Украине сегодня для модификации свойств бетонов и бетонных смесей широко используется система добавок «Релаксол», основанная на техногенной смеси роданида и тиосульфата натрия. На рис. 3 приведена прочность бетонов умеренно подвижной консистенции одинакового состава без добавки и с добавкой «Релаксол-Лидер» в количестве 1 % от массы цемента.

 

Таблица 3

Сравнительная эффективность добавок-пластификаторов 1)

Добавка Расход, % от массы цемента Водоредуцирующая способность, % Усредненное увеличение ранней прочности, % Стоимость добавки по отношению к ШПЦ Повышение стоимости материалов в бетоне, %
ЛСТ 0,2 8…12 10…15 6,25 1,3
Sika Plastiment BV-60 0,3 10…12 10…20 16,8 5
С-3 0,35 12…15 10…20 22 7,6
0,5 16…18 15…30 11
0,7 18…20 30…50 15,3
Mapei Dynamon SP3 1 (0,222)) 30…35 40…60 25 (113 2)) 25
1,5 (0,332)) 40…45 60…90 37.5
Mapei Dynamon SR3 1 22…28 40…55 37,4 (150 2)) 37.4
1,5 30…35 40…60 56.1
Sika Viscocrete S-600 1 30…35 40…60 38.6 38.6
1,5 40…45 60…90 57.9

Примечания: 1) — при применении как водоредуцирующих для снижения расхода воды при неизменном расходе цемента и равной подвижности бетонной смеси;

2) — в пересчете на сухое вещество.

Как следует из диаграммы, повышение ранней прочности бетона (2 сут.) составило от 29 до 68 %. Аналогичные результаты получены для литых бетонных смесей при расходе добавки 1,5 % (рис. 4). Следует отметить, что во всех случаях наиболее высокие результаты были получены для ШПЦ Днепродзержинского завода, что, по-видимому, можно объяснить некоторой активизацией шлаковых стекол тиосульфатом натрия, которая более существенно проявляется в высокоалюминатных цементах.

С целью повышения уровня активации шлака были также рассмотрены комплексные добавки состава «Релаксол»+ сульфат (щелочь), и проведено сравнительное их исследование в бетонах на цементах ПЦ ІІ/Б и ШПЦ. Также рассматривалось действие традиционных добавок–электролитов (нитрат кальция, сульфат натрия). Результаты приведены в таблице 4. Наиболее эффективной оказалась комплексная добавка «Релаксол» (1,5 %) + сульфат натрия (1 %). Следует отметить, что повышение расхода «Релаксола» до 2,5 % незначительно увеличивает ускоряющий эффект, поэтому оптимальным следует считать дозировку 1,5 %. Некоторый синергетический эффект имеет также смесь добавки «Релаксол» и соды.

 

Таблица 4.

Результаты сравнительного исследования добавок-ускорителей (цемент ПЦ ІІ/Б Днепродзержинского завода)

Тип добавки,

расход

Принятые состав бетона
В/Ц=0,48 В=245 кг/м3
ОК, см Прочность бетона, МПа, в возрасте
2 сут. 7 сут. 28 сут.
17 4,9 12,4 23,7
Релаксол-Лидер 1,5 % 21 7,9 (61 %*) 14,1 26,3
Релаксол-Лидер 2,5 % 22,5 8,4 (71 %) 15,2 26,5
Сульфат натрия (1 %) 17 6,5 (33 %) 15,5 24,8
Сульфат алюминия (3 %) 10 8,6 (76 %) 17,0 25,6
Нитрат кальция (3 %) 15,5 5,2 (6 %) 14,3 24,8
Релаксол (1,5 %) +сульфат натрия (1 %) 22,0 11,0 (124 %) 19,2 30,8
Релаксол (1,5 %) +сульфат алюминия (1 %) 20 8,9 (82 %) 18,3 28,8
Релаксол (1,5 %) + нитрат кальция (3 %) 22,5 5,6 (15 %) 14,5 22,8
Релаксол (1,5 %) + сода (1 %) 20,5 8,6 (76 %) 15,9 25,4

* — увеличение прочности по сравнению с бетоном без добавки

 

Отдельно были рассмотрены композиции ускоритель (Релаксол) + суперпластификатор, реализованные в добавках «Реламикс», «Релаксол-супер». В наших опытах использовали смесь добавок «Релаксол-Лидер» (1,5 %) и С-3 (0,7 %), а также «Релаксол-Супер» (2 %). Результаты (при постоянном расходе цемента) приведены в таблице 5. Данный прием оказался достаточно эффективен, причем возможно использование как готовой добавки («Релаксол-Супер»), так и добавки, полученной смешиванием отдельных компонентов при изготовлении бетона.

 

Таблица 5.

Результаты исследования комплексной добавки «ускоритель твердения + суперпластификатор» (шлакопортландцемент, Ц = 430 кг/м3)

Добавка Ц/В ОК, см Прочность бетона, МПа, в возрасте
2 сут. 7 сут. 28 сут.
1,75 17,5 3,5 7,1 17,4
С-3 (0,7 %) 2,02 17 5,3 (51 %*) 13,3 26,8
Релаксол-Лидер (1,5 %) + С-3 (0,7 %) 2,02 19,5 7,4 (111 %) 16,5 30,2
Релаксол-Супер (2,5 %) 2,0 20 6,8 (93 %) 15,4 31,0

* — увеличение прочности по сравнению с бетоном без добавок

 

В таблице 6 выполнено экономическое сравнение применения различных добавок-ускорителей, а в таблице 7 – сравнение различных способов повышения ранней прочности бетона на шлакопортландцементе (содержание доменного гранулированного шлака до 50 %).

 

Таблица 6

Сравнительная эффективность добавок-ускорителей

Добавка Расход, % от массы цемента Водоредуцирующая способность, % Усредненное увеличение ранней прочности, % Стоимость добавки по отношению к ШПЦ, % Повышение стоимости материалов в бетоне, %
Релаксол-Лидер 1 3…5 40…60 12 12
Релаксол-Лидер 1,5 5…8 55…65 12 18
Релаксол-Лидер 2,5 8…12 65…80 12 30
Релаксол-Супер 1,5 12…15 55…70 23 34,5
Релаксол-Супер 2,5 15…20 70…100 23 57,5
Релаксол + сульфат натрия 1,5+1 5…8 90…130 12 / 2,8 20,8
Релаксол + сода 1,5+1 5…8 70…90 12 / 3 21
Релаксол-Лидер + С-3 1,5+0,7 17…22 90…110 12 / 22 33,3

 

Таблица 7

Сравнительная эффективность различных способов повышения ранней прочности бетона на шлакопортландцементе

Способ повышения ранней прочности Повышение стоимости вяжущего в бетоне, %, при увеличении прочности в возрасте 2 сут на:
40…60 % 70…90 %
Увеличение расхода цемента 40
Переход на ПЦ ІІ/А с увеличением расхода цемента 23 34
Переход на ПЦ І 19 37
Применение добавки С-3 15,3
Применение добавки Мареi SP3 25 37,5
Применение добавки Релаксол-Лидер 12 30
Применение добавки Релаксол-Лидер + сульфат натрия 20,8
Применение добавки Релаксол-Супер 34,5 57,5
Применение добавки Релаксол-Лидер + С-3 33,3

 

Таким образом, при существующем сегодня в Украине соотношении цен на цемент и химические добавки известные способы повышения ранней прочности бетона на шлакосодержащих цементах можно расположить в следующей последовательности по экономической эффективности:

— введение ускорителей и комплексных добавок;

— введение суперпластификаторов;

— переход на ПЦ-І;

— увеличение расхода цемента (и переход на другой тип).

Очевидно, что в ряде случаев (например, для литых смесей) следует применять несколько способов одновременно.

В каждом конкретном регионе соотношение цен на цементы различных типов и химические добавки в бетон может существенно отличаться от приведенных выше. Поэтому результаты выполненных нами исследований следует рассматривать как ориентир, который позволит производителям бетона найти свой оптимальный вариант в дилемме «качество – затраты», если речь идет о проблеме ранней прочности бетона.

 

Л. И. Дворкин; О. Л. Дворкин, докт. техн. наук, профессора,

Ю. В. Гарницкий, канд. техн. наук, доцент (Национальный университет водного хозяйства

и природопользования, г.Ровно, Украина)

 


 Posted by at 19:26

 Leave a Reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

(required)

(required)

Включите изображения, чтобы увидеть вопрос *

Яндекс.Метрика