Вплив добавок на властивості портландцементу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка

Будівельний факультет

Кафедра технології будівельних конструкцій, виробів і матеріалів

Курсова робота

Із дисципліни: "В'яжучі речовини"

на тему: "Вплив добавок на властивості портландцементу"

Індивідуальний план №14127

Виконала студентка групи 301-БТ

напряму підготовки: будівництво

Беркита Г.А.

Керівник: Попович Н.М.

Полтава 2017



Зміст

Вступ

1. Літературний огляд

1.1 Сировина для цементних в'яжучих

1.2 Виробництво цементних в'яжучих

1.3 Твердіння цементу

1.4 Властивості цементних в'яжучих та галузі застосування

1.5 Відомості про добавки

1.6 Висновки до огляду літератури і мета роботи

2. Методика досліджень

2.1 Визначення нормальної густини цементного тіста

2.2 Визначення термінів тужавлення

2.3 Визначення границі міцності при стиску і згині

3. Експериментальна частина

3.1 Математичне планування двохфакторного експерименту

3.2 Характеристика сировини

3.3 Обробка результатів дослідів

Висновки

Список використаної літератури



Вступ

Портландцемемнт (рос. портландцемент; англ. portland cement; нім. Portlandzement m) -- гідравлічна в'яжуча суміш, високоякісний цемент, який одержують подрібненням суміші клінкеру, гіпсу і активних добавок. У складі портландцементу переважають силікати кальцію (70-85%). Цей вид цементу найбільш широко застосовуваний у всіх країнах.

Різновиди портландцементу:

· звичайний,

· швидкотверднучий,

· гідрофобний,

· пластифікований,

· сульфатостійкий,

· тампонажний (призначений для кріплення нафтових і газових свердловин, для капітального ремонту свердловин; Марки Т.ц. за міцністю на стиск 400 і 500),

· білий,

· кольоровий.

Клінкер представляє собою матеріал у вигляді окатанных зерен розміром 3...20 мм, отримується шляхом випалення до спікання (при температурі 1300-1450 С) сировинної суміші, складається з вапняку та глини. Добавку (З...6%) вводять для гіпсу регулювання термінів схоплювання цементу. цементний в'яжучий тісто міцність

По мікроструктурі клінкер, одержуваний спіканням, являє собою складну тонкозернистую суміш багатьох кристалічних фаз і невеликої кількості склоподібної фази.

Хімічний склад клінкеру коливається в порівняно широких межах. Головні оксиди цементного клінкеру - оксид кальцію СаО, двооксид кремнію Si02, оксиди алюмінію А1203, заліза Fe203, сумарний вміст яких 95-97%. Крім них до складу клінкеру у вигляді різних сполук у невеликих кількостях можуть входити оксид магнію MgO, сірчаний ангідрид S03, двооксид титану Ti02, оксиди хрому Сг203, марганцю МгьОа, луги Na20 і К20, фосфорний ангідрид Р205 і ін.



1. Літературний огляд

1.1 Сировина для цементних в'яжучих

Портландцемент - гідравлічна в'язка речовина, що отримується шляхом спільного тонкого подрібнення клінкеру (це продукт випалу до повного спікання сировинної суміші) і гіпсу, іноді і з застосуванням мінеральних активних добавок, у кількості не більше 20%.

Крім звичайного портландцементу випускають гідрофобний, пластифікований, сульфатостійкий, білий, кольоровий, шлакопортландцемент, тампонажні портландцементи та ін.

Портландцемент є найважливішим представником гідравлічних в'яжучих речовин.

Сировинними матеріалами для виготовлення портландцементного клінкеру є карбонатні та глинисті гірські породи. Головна хімічна сполука карбонатних порід (вапняку, крейди) - карбонат кальцію СаСОэ. Глинисті породи (в основному глини) містять різні алюмосилікати типу А12Оэ * wSi02 - иН20. Для отримання клінкеру вихідні сировинні матеріали беруть приблизно у співвідношенні 3:1, тобто на 1 мас. ч. глини має припадати 3 мас.ч. вапняку. Відома гірська порода мергель, представляє собою природну тісну суміш вапняку і глини саме в такому співвідношенні. Там, де є запаси мергелю, цементні заводи користуються цим сировиною.

Виробництво портландцементу включає в себе наступні технологічні операції:

· приготування сировинної суміші,

· випал цієї суміші і отримання клінкеру,

· помел клінкеру з добавкою гіпсу.

Випал сировинної суміші - найбільш енергоємна і відповідальна операція, в результаті якої утворюється клінкер. Випал проводять в обертових печах, які представляють собою величезні циліндричні барабани діаметром до 5 м і довжиною до 230 м. Кут нахилу поздовжньої осі барабана печі до горизонту 3...4°. Завдяки цьому сировинна суміш, завантажена в верхню частину печі, при повільному обертанні барабана поступово переміщується до нижнього, вихідного кінця. У піч завантажують вихідну сировинну суміш вивантажують з неї цементний клінкер.

По виході з обертової печі клінкер, що складається з міцних камневидное окатанных гранул ("горошку"), інтенсивно охолоджують повітрям за температури 1000 до Ю0...200°С в холодильниках. Після цього його витримують на складі 1...2 тижні.

Помел клінкеру з добавкою гіпсу - завершальна технологічна операція. В результаті отримують тонкозернистый порошок темно-сірого або зеленувато-сірого кольору, який і називають портландцементом.

Отриманий в результаті помелу портландцемент зберігають у великих залізобетонних банках - силосах, що вміщають до 10 тис. т цементу. Тут він поступово охолоджується, а залишки міститься в ньому вільного оксиду кальцію, взаємодіючи з вологою повітря, гасяться. Це значно покращує технологічні властивості цементу. З силосів цемент відвантажують споживачам у вагонах-цементовозах, автоцементовозах, критих залізничних вагонах. Частина цементу упаковують в п'яти - або шестишарові паперові мішки.

Сировинні матеріали з високим вмістом гіпсу або піриту для виробництва портландцементу не застосовуються, так як сірчаного ангідриду у сировинній суміші має бути не більше 2%, з тим щоб його вміст у клінкері не перевищувало 3%. Перевищення цієї межі може призвести до отримання цементу з нерівномірним зміною обсягу в процесі його твердіння.

Відповідно до ГОСТ 10178-62 зміст MgO в клінкері не повинно перевищувати 5%. Щоб забезпечити цю умову, сумарний вміст MgO в суміші має бути не більше 3-3.5%. Таке обмеження викликане тим, що окис магнію, що знаходиться в клінкері у вигляді мінералу періклаза, в процесі твердіння цементу гідратіруются повільно, зі збільшенням в об'ємі, що з плином часу при великому вмісті MgO в цементі може призвести до руйнування розчину і бетону.

До останнього часу вважалося, що вміст в клінкері фосфорного ангідриду PO не повинно перевищувати одного відсотка, так як передбачалося, що він негативно впливає на міцнісні характеристики цементу. Проте дослідженнями російських учених Н. А. Торопова, А.І. Борисенко, англійського вченого Р.У. Нерс та інших, встановлено, що при правильному підборі мінералогічного складу клінкеру зміст PO в ньому може досягати, без погіршення властивостей цементу, 2-2.5%, а при особливо сприятливих умовах - і більше. Мінералогічний склад клінкеру повинен бути розрахований таким чином, щоб весь PO увійшов до складу твердого розчину. Необхідно домогтися відсутності в клінкері РО в вигляді розчинних у воді фосфатів, тому що вони сильно уповільнюють процес твердіння цементу й знижують його механічну міцність.

Джерелом лугів в клінкері є зазвичай глинисті матеріали, що містять залишки польового шпату, слюди, Ілліт, та ін Застосування глинистих матеріалів з високим вмістом лугів не бажано, тому що використання для виготовлення бетону цементу з підвищеному кількістю лугів (Na O і KO) у поєднанні з наповнювачами, мають аморфні видозміни кремнезему, може призвести через відомий період часу до руйнування бетонних споруд.

До найбільш реакційноздатних гірських порід і мінералів відносяться опал, халцедон, андезит, ріоліт, тридимит, кристобаліт, кварцове скло і деякі філліти. При використанні подібних заповнювачів сумарний вміст лугів у цементі (у перерахунку на Na O) не повинно перевищувати 0.6%.

Підвищений вміст лугів у сировині порушує нормальне ведення технологічного процесу, особливо при сухому способі виробництва.

Крім перерахованих вище природних сировинних матеріалів, для виготовлення портландцементу можуть бути використані відходи інших галузей промисловості: чорної та кольорової металургії, газосланцевой промисловості, виробництва синтетичного каучуку та ін. Так як ці відходи вже піддавалися термічній обробці, то застосування їх значно покращує техніко-економічні показники роботи заводу в порівнянні зі звичайними сировинними матеріалами.

Сировинна суміш належного хімічного складу може бути отримана з двох компонентів - вапняного і глинистого - лише при особливо сприятливому їхньому складі і високої однорідності.

Останнім часом у зв'язку з підвищенням вимог до якості цементу і зі збільшенням питомої ваги високомарочних цементів, заводи все частіше працюють із застосуванням трьохкомпонентної і навіть четирьохкомпонентної суміші. У цьому випадку сировинну суміш для отримання клінкеру заданого мінералогічного складу вводять так звані коригувальні добавки.

З метою підвищення вмісту у сировинній суміші окислів заліза в неї вводять різні залізовмісні добавки: піритні огарки (відходи сірчанокислого виробництва), колошниковий пил (відхід металургійного виробництва), залізну руду. При отриманні клінкерів з відходів алюмінієвої промисловості для підвищення вмісту окису алюмінію вводять боксити.

Активність мінеральних добавок частіше всього оцінюється за їх здатністю поглинати вапно з водного вапняного розчину і набухати при цьому. В якості активних добавок можуть бути використані основні і кислі доменні шлаки коксової плавки ливарного, передільних.

Існує кілька способів виробництва портландцементу:

· сухий

· мокрий

· напівсухий

· комбінований.

Вибір способу виробництва залежить від особливостей приготування сировинної суміші. Два основних способи виробництва портландцементу - мокрий і сухий; вони різняться за характером переробки сировинних матеріалів, а так само за фізичними властивостями сировинної суміші, що надходить на випалювання.

Приготування сировинної суміші полягає в отриманні однорідної тонкопомеленої суміші вапняку і глини. Цю операцію здійснюють сухим або мокрим способом.

1.2 Виробництво цементних в'яжучих

Мокрий спосіб виробництва клінкеру застосовують при значної вологості матеріалів. В той час, як сухий спосіб виробництва доцільний при сировині з відносно меншою вологістю і більш однорідним складом. Він же практикується у разі, якщо в сировинну суміш замість глини вводять гранульований доменний шлак.

При виробництві портландцементу мокрим способом застосовують наступну технологічну схему. Вступник з кар'єру твердий вапняк з розмірами шматків до 1 м піддається дво- або тристадійному дробленню в дробарках з доведенням шматків до 8-10 мм. Надходить з кар'єру глину з розмірами шматків до 500 мм подрібнюють у вальцьових дробарках до кусків розміром 0-100 мм, а потім відмучуються у бовтанки. Одержаний глиняний шлам з вологістю 60-70% подають в сировинний млин, де він розмелюється спільно з роздробленим вапняком. При використанні м'якого вапняного компонента (крейда, вапняний туф і ін) технологічна схема змінюється. Крейда, роздроблена в вальцьових дробарках разом з глиною, відмучується у болтушки, а потім піддається розмелу в млині.

Отриманий шлам, вологість якого знаходиться в межах 32-40%, відцентровими насосами транспортується у вертикальні шламові басейни, де він коригується. Це необхідно для того, щоб забезпечити сталість заданого заводською лабораторією хімічного складу шламу. Відкоригований шлам надходить з вертикальних басейнів в горизонтальні, де й зберігається до подачі в піч для випалу. У вертикальних басейнах шлам перемішується стисненим повітрям, а в горизонтальних - механічним шляхом і стисненим повітрям. Перемішування запобігає можливості осадження шламу і дозволяє досягти повної його гомогенізації. При використанні сировинних компонентів, що мають постійний хімічний склад коригування шламу виробляють не в вертикальних, а безпосередньо в горизонтальних басейнах великої ємності. Випал шламу на клінкер здійснюється в обертових печах. Отриманий клінкер охолоджується в холодильниках, дробиться і подається транспортерами в бункери цементних млинів для помелу або ж направляється на зберігання у механізований шихтовальний двір. Тут складуються також гідравлічні добавки гіпсу, які в міру потреби подаються в бункери цементних млинів для сумісного помелу з клінкером. Тверде паливо для випалу шламу надходить з шихтовального двору в дробарку, потім в сепараторні млини для одночасного сушіння і помелу. Приготований вугільний порошок надходить для спалювання в піч при використанні газоподібного або рідкого палива. Схема спрощується, так як в цьому випадку споруджувати паливопідготовче відділення не потрібно.

Отриманий портландцемент транспортується з млинів пневматичним шляхом в силоси для зберігання. Після визначення якості цементу частина його надходить в пакувальну машину. Тут він автоматично насипається в паперові мішки, які потім відвантажуються із заводу залізничним, автомобільним або водним транспортом. Іншу частину цементу відправляють навалом у спеціальних залізничних вагонах або в контейнерах цементовозах.

Основний недолік мокрого способу підготовки сировини полягає в тому, що воду, що міститься в шламі, потім доводиться видаляти випаровуванням (в цементній печі), а це пов'язано із зайвими витратами палива і енергії - в 1,5...2 рази більше, ніж при сухому способі. Тому проектовані цементні заводи в нашій країні розраховані на виготовлення цементу сухим способом, як більш економного. Така ж тенденція спостерігається і у всіх промислово розвинених країнах світу.

1.3 Твердіння цементу

Твердіння портландцементу - складний фізико-хімічний процес.

Утворені новоутворення відрізняються від початкових меншою розчинністю і, випадаючи в осад, викристалізовуються, що призводить до втрати пластичності (схоплюванню) і подальшого твердненню. Добавка гіпсу на самому початку процесу при розчиненні взаємодіє з трьохкальцієвим алюмінатом, утворюючи гідросульфоалюмінати, які, огортаючи цементні зерна, уповільнюють процес розчинення і гідратації. Однак в подальшому ці оболонки руйнуються (чим менше гіпсу, тим уповільнення коротше за часом) і процес твердіння прискорюється. Але самі викристалізовується новоутворення починають перешкоджати гідратації, тому значна частина зерен цементу може гідратованих при наявності водного середовища досить тривалий термін, вимірюваний навіть роками.

Цемент твердне тим швидше, чим більше в ньому аліта C3S (алітовие цементи) і трехкальциевого алюмінату. З плином часу процес затвердіння різко сповільнюється. Цементи, що містять багато беліту C2S (белітовие цементи), в ранньому віці тверднуть повільно; наростання міцності триває довго і рівномірно. Процеси твердіння і особливо схоплювання супроводжуються виділенням теплоти, яка тим інтенсивніше, чим швидше протікає процес схоплювання. Тому в масивних конструкціях, як правило, застосовують белітовие цементи. Використання в таких конструкціях алітових цементів може привести до інтенсивності тепловиділення, розігріву до високої температури (70 ... 80 ° С), появи тріщин і навіть втрати води, що в підсумку призведе до втрати цементним каменем своїх якостей. У той же час застосування алітових цементів дозволяє швидше отримати мінімальну міцність, а інтенсивне тепловиділення забезпечує в деяких випадках необхідну для твердіння температуру в зимових умовах.

При твердінні цементу на повітрі відбувається невелика усадка, а в воді - набухання.

В результаті взаємодії мінералів, які містяться в цементі, з водою утворюються нові сполуки - гідрати. При гідратації мінералів-силікатів такими сполуками є гідросилікати. Так, процес гідратації С3S можна представити рівнянням: 2(3СаО*SiO2) + 6Н2О = 3СаО*2SiO2*3Н2О + 3Са(ОН)2.

Склад утворюваних при реакції гідросилікатів залежить від температури і концентрації гідроксиду кальцію. Трикальцієвий алюмінат С3А в присутності гіпсу, який міститься у цементі, і води утворює гідросульфоалюмінат кальцію (етрингіт), який сповільнює процес тужавлення цементного тіста:

3СаО*Аl2О3 + 3CaS04*2Н2О + 25Н2О = 3СаО*Аl2О3*3CaSО4*31Н2О.



Тужавлення - це перша стадія твердіння цементного тіста. Воно характеризується початком - часом від моменту зачинення до початку загустіння (голка приладу Віка не доходить до пластинки на 1…2 мм) і кінцем - часом від моменту зачинення до повної втрати цементним тістом пластичності (голка приладу Віка занурюється в тісто не більше ніж на 1 мм). Строки тужавлення цементу нормуються у межах, зручних для виготовлення бетонів і розчинів, і регулюються добавками, які містять двоводний гіпс (не більше 3,5 % по SО3). Початок тужавлення портландцементу повинен наступати не раніше 45 хв. для цементу марок М550 і М600 і 60 хв. - для марок 300, 400, 500, а кінець - не пізніше 10 год.

Строки тужавлення цементу - це час , протягом якого цементне тісто втрачає свою пластичність, переходячи майже в твердий стан. Для портландцементу марок М 400, М 500 початок тужавлення має бути не раніше 60 хв., марок М 550 і М 600 - не раніше 45 хв., а кінець - не пізніше ніж через 10 годин після замішування.

1.4 Властивості цементних в'яжучих та галузі застосування

До основних властивостей портландцементу відносяться:

а) середня щільність;

б) дійсна густина;

в) тонкість помелу;

г) водопотреба;

д) терміни тужавлення;

е) тепловиділення;

ж) рівномірність зміни об'єму;

з) міцність.

Середня щільність портландцементу в пухкому стані дорівнює 1000-1100 кг/м3, в ущільненому - 1400-1700 кг/м3.

Справжня щільність становить 3050-3150 кг/м3.

Тонкість помелу визначається залишком на ситі № 008 (розмір чарунки у світлі - 0,08 мм) не більше 15% від загальної навішування або питомою поверхнею - площею поверхні зерен (у квадратних сантиметрах) в 3 г цементу. Питома поверхня портландцементу повинна бути 2500-3000 см2/м. Із збільшенням тонкості помелу цементу до 4000-4500 см2/г зростає швидкість твердіння і підвищується міцність цементного каменю.

Водопотреба визначається кількістю води (у %), яке необхідне для отримання цементного тіста нормальної густоти, тобто заданої стандартної пластичності, зазвичай становить 24...28% .

Нормальною густиною цементного тіста вважається його консистенція, при якій товкач стандартного приладу Віка не доходить до пластинки на 5-7 мм, що становить 22-28% води від маси цементу. Підвищення водопотреби погано позначається на властивостях цементу:

зменшуються міцність і морозостійкість, збільшуються усадочні деформації. Знижують водопотребу цементу добавки-пластифікатори.

Терміни тужавлення цементного тіста нормальної густоти визначають на приладі Віка по глибині проникнення голки. Початок твердіння повинен настати не раніше ніж через 45 хв, закінчується воно не пізніше ніж через 10 год від початку замішування. Ці показники визначають при температурі (20 В± 2) В° С. Твердіння портламендцемента зазвичай настає через 1-2 год, а закінчується через 4-6 ч. На терміни твердіння портландцементу впливають його мінералогічний склад, тонкість помелу.

Тепловиділення при твердінні цементу відбувається тривалий час, тому сильний розігрів бетону і розчину не відбувається. Якщо ж обсяг укладається в конструкцію бетону великий (наприклад, при зведенні гребель або масивних фундаментів), то розігрів досягає 80 В° С, що небезпечно: бетон розтріскується, руйнується.

Рівномірність зміни об'єму цементу при твердінні - ознака його високої якості. Рівномірність зміни об'єму пов'язана із запізнілою гідратацією деяких компонентів портландцементу. Основними причинами цього явища є гашення вільного вапна.

При твердінні на повітрі цемент зменшується в обсязі - дає усадку. Лінійна повітряна усадка цементу досягає 1 мм/м. При твердінні у воді, особливо на початку твердіння, цемент збільшується в обсязі - набухає. Лінійне набухання його досягає 0,5 мм/м. Наприкінці твердіння цемент навіть у воді зменшується в об'ємі.

Міцність портландцементу характеризують маркою, яку встановлюють за межі міцності при стисненні і вигині зразків-балок розмірами 40x40x160 мм, випробуваних у віці 28 діб тверднення. Балочки виготовляють з цементно-піщаного розчину складу 1:3 (цемент: стандартний пісок) стандартної консистенції при водоцементному відношенні В/Ц = 0,4. На повітрі (над водою) зразки твердіють протягом доби, а у воді кімнатної температури (без форм) - 27 діб. Портландцементи поділяють на марки 300, 400, 500, 550 і 600.

При умовному позначенні цементу вказують його тип, марку і спеціальні ознаки (висока міцність в ранньому віці - Р; пластифікація і гідрофобізація - ПЛ, ГФ, використання клінкера нормованого складу - Н). Приклад: ПЦ-ІІ/А - ІІІ - 400Р - ПЛ ДСТУ Б В 2.7.-46-96 - це портландцемент марки М 400 з добавкою до 20% шлаку, пластифікований, швидкотверднучий.

ОБЛАСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ

Вироби і конструкції, виготовлені з використанням портландцементу, широко використовують у надземних, підземних і підводних умовах. Його застосовують для виготовлення монолітного і збірного бетону та залізобетону в житловому, промисловому, гідротехнічному, дорожньому будівництві. На ньому виготовляють важкі і легкі бетони, ніздрюваті бетони, будівельні розчини високих марок, теплоізоляційні матеріали. Портландцемент не слід застосовувати для конструкцій, що піддаються впливу морської, мінералізованою і навіть прісної води проточною або під сильним напором. У цих випадках рекомендується використовувати цементи спеціальних видів (сульфатостійкі, цементи з добавками). Портландцемент, який є високоякісним і дефіцитним матеріалом, необхідно витрачати економно, замінюючи його, де це технічно можливо, більш дешевими в'яжучими речовинами - вапном, гіпсовими в'яжучими, змішаними цементами.

1.5 Відомості про добавки

Для поліпшення технологічних властивостей і отримання більш якісних бетонних сумішей і розчинів на основі цементного в'яжучого, використовують спеціальні природні і штучні добавки. Вони змінюють фізико-хімічні властивості бетону. В одну суміш можна вводити кілька добавок. Кожна з них може мати основну дію, а також кілька додаткових. Додаткові властивості добавки можуть мати позитивний і негативний вплив на властивості бетонної суміші.

Умовно добавки можна розділити на дві групи:

· Пластифікуючі добавки

· Модифікуючі добавки

Пластифікатори збільшують рухливість, еластичність, в'язкість бетону і зберігають тривалу рухливість бетонної суміші. Вони, за рахунок зниження водоцементного відносини (в/ц) зменшують витрата цементу, збільшують міцність і щільність бетону.

Згідно ГОСТ виділяють 4 групи пластифікаторів - від слабопластіфікующіх добавок до суперпластифікаторів.

Модифікатори бетону дозволяють створювати високомарочні суміші класу В80 (що відповідає марці М1000). Такий бетон без проблем буде працювати при низьких температурах і в агресивних середовищах, у нього збільшена морозостійкість і довговічність.

Добавки вводять у бетони і будівельні розчини з метою:

а) зменшити витрати цементу;

б)поліпшити технологічні властивості бетонної суміші (легкоукладальність, однорідність, нерозшаровуваність та ін.);

в) регулювати рухливість бетонної суміші в часі, швидкість процесів тужавіння, тверднення та тепловиділення;

г) знизити температуру та тривалість теплової обробки бетонних та залізобетонних виробів, прискорити час розпалублення і завантаження конструкцій при вистоюванні бетону в природних умовах;

д) надати бетону здатності тверднути у зимовий період без обігрівання або прогрівання при охолодженні його до мінусових температур;

е) підвищити міцність і морозостійкість, знизити водо- і газопроникність бетону;

ж) підвищити стійкість бетону і залізобетону в агресивних середовищах;

з) посилити захисну дію бетону щодо сталевої арматури.

Відповідно до ДСТУ Б В.2.7-65-97, добавки класифікують за основним ефектом впливу на властивості бетонної суміші й бетону.

Розрізняють 5 класів добавок-модифікаторів:

І - добавки, які регулюють реологічні властивості бетонних сумішей.

ІІ - додатки, які регулюють тужавлення і тверднення бетонної суміші в початковий період після зачинення.

ІІІ - добавки, які регулюють структуру і пористість цементного каменю і бетону;

IV - добавки, які підвищують міцність, корозійну стійкість, непроникність і морозостійкість бетону;

V - добавки, які надають бетонові спеціальних властивостей.

Добавки підвищують якість бетону і додають йому додаткові спеціальні властивості, що дозволяє прискорити темпи ведення будівництва, а також значно його здешевити. За функціональним призначенням та основним ефектом дії розрізняють добавки, що регулюють властивості бетонних і розчинових сумішей, в тому числі пластифікуючі, стабілізуючі, водо утримуючі, добавки, що поліпшують перекачування сумішей; добавки поризуючі; добавки, що регулюють процеси тужавіння і твердіння та добавки, які змінюють характер процесів структуроутворення бетону та надають йому спеціальних властивостей.

Пластифікуючі добавки збільшують рухомість, тобто знижують жорсткість суміші, не погіршуючи міцності бетону. Як пластифікатори широко використовують поверхнево-активні речовини (ПАР), які найчастіше одержують із вторинних продуктів та відходів хімічної промисловості. Пластифікатор для бетону можна додавати безпосередньо в розчин, в кінці розмішування, або у воду, перед розробкою.

Так як завжди, в процесі приготування бетону використовуються різні види добавок (модифікатори, гідрофобізатори, протиморозні добавки), то, перш ніж застосовувати пластифікатор разом з іншими добавками, рекомендується зробити пробу на їх сумісність.

За характером дії розрізняють гідрофільно- та гідрофобно-пластифікуючі добавки. Представником гідрофільно-пластифікуючих добавок є ЛСТ (лігносульфонат технічний). Як у рідкому, так і в твердому вигляді, ЛСТ легко розчиняється у воді і додається в бетонну суміш у кількості 0,1…0,5% від маси цементу, тобто витрата його на 1 м3 бетону становить 0,5…1,0 кг. До гідрофобно-пластифікуючих добавок належать милонафт, ГЖК-10 (етилсиліконат натрію), ГКЖ-94 (етилгідросилоксанова рідина). Ці добавки застосовуються для бетонів із низькими витратами цементу. Внаслідок використання цих добавок знижується водопоглинання та підвищується морозо- та корозійна стійкість бетону.

Суперпластифікатори - це синтетичні полімерні речовини, що використовуються в кількості 0,1…1,2% від маси цементу, і відрізняються сильним розріджу вальним ефектом, час дії якого обмежується строком 2…3 години від моменту введення. Найбільшого поширення набули добавки С-3, Дофен, 10-03, 40-03, ЛСТМ, ОП-7, Мельмент, Компласт, Релаксон, Динамон.

Прискорювачі твердіння призначені насамперед для скорочення строків розпалублення конструкції при монолітному бетонуванні, а у виробництві збірного залізобетону - для зменшення часу теплової обробки виробів та збільшення оборотності борт оснащення. Найпоширенішими є: хлорид кальцію, сульфат натрію, поташ (К2СО3), нітрати кальцію та натрію.

Для сповільнення тужавіння цементу застосовують добавки, які одночасно зменшують водо потребу суміші та витрату цементу, наприклад, органічні сполуки (ЛСТ) та кремнійорганічні рідини ГКЖ-10 і ГКЖ-11.

Протиморозні добавки - це спеціальні речовини, які знижують температуру замерзання води в розчині, і, отже, сприяють кращому твердінню бетону в умовах низьких температур (до -30оС). У бетоні з додаванням протиморозних добавок лід утворюється поступово (у міру зниження температури), крім того, якщо бетон замерзне, не встигнувши повністю затвердіти, при відтаванні конструкції процес затвердіння відновиться. І остаточне затвердіння бетону відбудеться лише після того, як конструкція протягом чотирьох тижнів простоїть при позитивній температурі - за цей час бетон набуде потрібну міцність. Необхідна кількість добавки розраховується в залежності від температури навколишнього середовища - чим нижче температура, тим більше речовини вам буде потрібно. Але, слід враховувати, що протиморозні добавки не повинні перевищувати 10% від загальної маси цементу (у розрахунку на суху речовину), інакше це може вкрай негативно позначитися на збереження арматури, викликавши корозію бетону. Як протиморозні добавки застосовують:

? нітрит натрію (НН) NaNO2 (ГОСТ 19906-74);

? хлорид кальцію (ГК) CaCl2 (ГОСТ 450-77) + хлорид натрію (ХН) NaCl (ГОСТ- 13830-68);

? хлорид кальцію (ГК) + нітрит натрію (НН);

? нітрат кальцію (НК) Ca (NO3) 2 (ГОСТ 4142-77) + сечовина (М) CO (NH2) 2 (ГОСТ-2081-75E);

? комплексне з'єднання нітрату кальцію з сечовиною (НКМ) (ТУ 6-03-266 - 70);

? нітрит-нітрат кальцію (ННК) (ТУ 603-7-04-74) + сечовина (М);

? нітрит-нітрат кальцію (ННК) + хлорид кальцію (ГК);

? нітрит-нітрат - хлорид кальцію (ННХК) + сечовина (М);

? поташ (П) K2CO3 (ГОСТ 10690-73).

Чим нижча температура твердіння, тим вища концентрація цих добавок у воді замішування.

Повітровтягувальні добавки зменшують поверхневий натяг води й при перемішуванні бетонної суміші сприяють втягуванню найдрібніших повітряних бульбашок. Бетонна суміш при цьому має кращу легкоукладальність, а затверділий бетон - підвищену морозостійкість. Представниками цих добавок є смола нейтралізована повітровтягувальна (СНП) та смола деревна омилена (СДО).

Добавки поліфункціональної дії (комплексні) дають змогу одночасно регулювати кілька властивостей бетонної суміші та бетону. Наприклад, комплексна добавка ЛСТ+СНП пластифікує бетонну суміш і підвищує морозостійкістьбетону.

Добавка Sika®ViscoCrete®-1020



Це універсальний і ефективний суперпластифікатор, володіє властивостями сповільнення схоплювання бетонної суміші з можливістю збільшення часу транспортування. Має вигляд непрозорої рідини з жовтуватим відтінком.

Виробляється на основі, спеціально розробленого компанією Sika полімеру нового покоління для виробників товарного бетону.

При використанні добавки досягаються наступні переваги:

· просторове розділення дрібних частинок цементу і заповнювача;

· поліпшене диспергування і змочуваність цементу;

· зменшення тертя між компонентами бетонної суміші;

· значне скорочення кількості води замішування;

· висока тривалість дії суперпластифікатора;

Це дозволяє досягти:

- низького водоцементного (в / ц) відношення через високий ступінь

водозниження (результатом є висока щільність і міцність бетону)

- добре обробляється і висока рухливість бетонної суміші (результатом є істотне зменшення витрат на укладання і ущільнення бетонної суміші)

- тривале збереження консистенції, збільшення часу обробки, в тому числі при підвищеній температурі бетону.

Зазвичай застосовується у дозуванні 0,2 - 2,5% від ваги цементу.

Рекомендується додавати в бетонну суміш при виробництві бетону в заводських умовах, одночасно з водою замішування, але перед іншими добавками. Для досягнення необхідних характеристик по водоредукуванню

рекомендується оптимальний час перемішування не менше 45 секунд.

При необхідності додаткового дозування безпосередньо на будівельному майданчику необхідно використовувати ту ж добавку, яка використовувалася на заводі.

При необхідності додаткової дозування в автобетонозмішувач потрібно

забезпечити рівномірний розподіл добавки в бетонної суміші, для цього час перемішування має становити 1 хв для 1 мі бетону, але не менш 5 хвилин.

1.6 Висновки до огляду літератури і мета роботи

Портландцемент-це матеріал, без якого не обходиться жоден будівельний проект. Існує безліч будівельних матеріалів, але одним з найбільш значущих є цемент, так як він використовується для виготовлення бетону та інших спеціалізованих розчинів. З його допомогою не обходиться укладання фундаменту і зведення стін -- а це той базис, на якому ґрунтуються всі інші етапи будівельних робіт. Найважливіша властивість портландцементу є здатність тверднути при взаємодії з водою і купувати камневидное стан. Чим більше механічна міцність отверділого камневидное розчину або бетону і чим швидше вона досягнута, тим вища якість.

Мета роботи: визначити вплив добавки Sika®ViscoCrete®-1020 на властивості портландцементу.



2. Методика досліджень

2.1 Визначення нормальної густини цементного тіста

Суміш цементу з водою без добавки піску являється цементним тістом. Кількість води в цій суміші дуже впливає на рухливість цементного тіста і міцність цементного каменю. Для одержання порівняних результатів випробувань необхідно спочатку визначити "нормальне" співвідношення між цементом і водою, і підтримувати його при подальших випробуваннях.

Нормальна густина цементного тіста - це така його консистенція, при якій товкачик приладу Віка не доходить до денця конічного кільця на 5-7 мм. Нормальну густину тіста характеризують вмістом води у відсотках від маси цементу і для різних цементів вона знаходиться в межах 20-40 %.

Прилад Віка з товкачиком складається з металевої станини, у втулці якої вільно переміщується у вертикальному напрямку металевий стержень.

У нижній кінець стержня приладу закріплюють металевий циліндр діаметром 10 ±0,1 мм, довжиною 50 мм. Стержень постачений стрілкою для відліку занурення за шкалою, закріплено на станині. Маса стержня з товкачиком - 300 г. На площадку під стержень на скляну пластинку встановлюють конічне кільце висотою 40 мм, у яке поміщають випробуване цементне тісто.

Схема приладу Віка з товкачиком Тетмайера для визначення нормальної густини цементного тіста:



Для приготування цементного тіста відважують 400±1 г цементу, засипають в чашу, попередньо протерту вологою тканиною. Потім у цементі роблять заглиблення, в яке вливають за один прийом воду в кількості, приблизно необхідній для отримання цементного тіста нормальної густини. Кількість води для першого пробного замісу беруть 100-112 см3, тобто 25-28% маси цементу. Заглиблення, в яке була налита вода, за допомогою лопатки заповнюють цементом і через З0 секунд після додавання води обережно перемішують, а потім енергійно розтирають тісто лопаткою у взаємно перпендикулярних напрямах, періодично повертаючи чашу на 90°.

Тривалість перемішування і розтирання складає 5 хв. з моменту додавання води.

Перед початком випробувань перевіряють, чи вільно опускається стержень приладу Віка, а також записують нульовий показник приладу при дотиканні товкачика до пластинки, на якій розміщене кільце. Кільце і пластинку перед початком випробовувань змащують тонким шаром машинного масла.

Приготоване цементне тісто вкладають у кільце за один прийом і 5...6 разів струшують, постукуючи по твердій основі. Поверхню тіста вирівнюють з краями кільця, зрізуючи надлишок його ножем, протертим вологою тканиною.

Негайно після цього приводять товкачик приладу в дотик з поверхнею тіста в центрі кільця і закріплюють стержень стопорним пристроєм. Потім звільняють стержень і дають можливість товкачику вільно занурюватись у цементне тісто на протязі 30 секунд, після цього проводять відлік глибини занурення по шкалі. Кільце з тістом під час відліку не повинне піддаватись поштовхам.

За нормальну густоту цементного тіста (НГТ) приймають таку його консистенцію, при якій товкачик приладу Віка, занурений у кільце до цього приладу, заповнене тістом, не доходить на відстань від 5 мм до 7 мм до пластинки, на якій установлене кільце. За умови отримання невідповідної консистенції цементного тіста змінюють кількість води і знову замішують тісто, доки не буде досягнуто занурення товкачика на потрібну глибину - на відстань (6 ± 1) мм від поверхні пластинки, що підкладають під кільце.

Нормальну густоту цементного тіста характеризують вмістом води, що потрібна для замішування і отримання консистенції цементного тіста відповідно до вимог п. 6.3 ДСТУ Б В.2.7-185:2009. НГТ виражають у відсотках маси води від маси цементу і визначають з точністю до 0,25 %.

2.2 Визначення термінів тужавлення

Дослід проводять за допомогою приладу Віка, в якому товкачик замінюють голкою діаметром 1,1 ± 0,04 мм, Голка повинна бути виготовлена із стального нержавіючого дроту. Перед початком випробувань перевіряють, чи вільно опускається голка приладу Віка, а також записують нульовий показник приладу при дотиканні голки до пластинки, на якій розміщене кільце.

За результатами попереднього досліду готують тісто нормальної густоти, заповнюють ним кільце, яке розміщують під голкою приладу. Голку приводять в дотик з тістом, закріпляють стержень стопором, потім звільняють його, даючи можливість голці вільно занурюватись у тісто на протязі 30 секунд, потім роблять відлік за шкалою. Занурення проводять через кожні 10 хв., пересуваючи кільце кожен раз так, щоб голка не потрапляла на попереднє місце. Після кожного занурення голку витирають.

Початком строку тужавлення цементного тіста нормальної густоти визначають строк, який минув від початку замішування тіста (часу додавання води) до того часу, коли голка при зануренні в тісто не доходить до пластинки на відстань від 2 мм до 4 мм.

Кінцем строку тужавлення цементного тіста нормальної густоти вважають строк від початку замішування тіста до часу, коли голка занурюється у тісто не більше ніж на відстань від 1 мм до 2 мм.

2.3 Визначення границі міцності при стиску і згині

На стиск випробовують шість половинок балочок, отриманих після випробування на згин. Для передачі навантаження на половинки використовують дві пластинки розмірами 40Ч62,5 мм, виготовлені з нержавіючої сталі (рис. 6.8). Половинку балочки розміщують між двома пластинками так, щоб бокові грані, які при виготовлені прилягали до стінок форми, знаходились на площинах пластинок, а упори пластинок щільно прилягали до торцевої гладкої поверхні зразків. У такому випадку площа опирання зразків на пластини складає 25 см2.



Рис. Пластинки для передачі навантаження

Для визначення межі міцності на стиск використовують прес з граничним навантаженням 200…250 кН. Середня швидкість росту навантаження при проведенні випробувань повинна бути 2,4 ± 0,2 кН/с. Зразок разом з пластинками розміщують на опорній плиті пресу, потім доводять його до руйнування і визначають руйнуюче навантаження за шкалою преса.

Рис. Схема випробування зразків-балочок на стиск. 1 - нижня плита преса; 2 - пластинки; 3 - верхня плита преса

Міцність на стиск окремого зразка обчислюють як частку від ділення величини руйнівного навантаження в Н на робочу площу пластинки мм2, тобто на 2500 мм2.

Результат випробування міцності на стиск обчислюють як середнє арифметичне значення чотирьох найбільших результатів, отриманих при випробуванні трьох зразків-балочок. Кожен результат наводять із точністю не менше ніж 0,1 МПа.

Якщо одиничне значення з шести результатів відрізняється від середньоарифметичного більше ніж на ±10 %, його відкидають, а середнє арифметичне значення вираховують із п'яти результатів, які залишились. Якщо одиничне значення з п'яти результатів відрізняється від середньоарифметичного більше ніж на ±10 %, всі результати випробувань відкидають, і визначення міцності повторюють.

Середнє арифметичне значення наводять із точністю не менше ніж 0,1 МПа.

Вимоги до міцності цементів :

Для випробувань міцності зразків-балочок на згин можуть бути використані прилади будь-якої конструкції, що задовольняють наступним вимогам.

Середня швидкість збільшення випробувального навантаження на зразок повинна бути 0,05±0,01 кН/с. Захват для встановлення зразка повинен бути оснащений циліндричними елементами, наприклад, роликами, що виготовлені з сталі твердістю від 56 до 61 HRCe.

Нижні опорні елементи повинні мати можливість повороту відносно горизонтальної осі, що лежить на нижній опорній площині зразка і є віссю її поздовжньої симетрії.

Схема розташування зразка на опорних елементах, їх форма, розміри і взаємне розташування наведені на рисунку нижче:

Результат випробування міцності на згин обчислюють як середнє арифметичне значення, отриманих при випробуванні трьох зразків-балочок. Кожен результат має бути наведений із точністю не менше ніж 0,1 МПа.

Середнє арифметичне значення наводять із точністю не менше ніж 0,1 МПа.



3. Експериментальна частина

3.1 Математичне планування двохфакторного експерименту

Планування експерименту - це комплексна процедура вибору числа дослідів й умов їх проведення, необхідних та достатніх для розв'язання поставленої задачі з необхідною точністю.

Планування експерименту починається з постановки задачі та вибору об'єкта, який є носієм деяких властивостей і якостей, що підлягають вивченню згідно із задачею експерименту.

Значення факторів змінюється тільки на верхньому і нижньому рівнях, при двох факторах ПФЕ N=2 =4.

Головна задача - зрозуміти вплив водо-цементного відношення і кількості добавки на швидкість твердіння та міцність портландцементу.

Досліджувальні змінні фактори: х - Sika® ViscoCrete® -1020, %: 0,2; 0,25; х - водо-цементне відношення: 0,4; 0,6. Їх рівні та інтервали варіювання вказані в таблиці 3.1.

Табл. 3.1 Рівень факторів та інтервали їх варіювання

Фактори	Рівень факторів	Інтервал варіювання
	нижній -1	середній 0	верхній +1
В/Ц	0,4	0,5	0,6	0,1
Вміст добавки	0,2	1,35	2,5	1,15

3.2 Характеристика сировини

Для приготування зразків балочок 40х40х160 мм використовувалася в'яжуча речовина портландцемент - 500 г, пісок кварцовий - 1500 г, вода водопровідна з різним водо цементним відношенням( 0,4;0,6). Добавка для цементу - Sika® ViscoCrete® -1020, яка вводилася в кількості 0,2% або 2,5% відповідно до завдання. Цементне тісто ущільнювалося вібруванням на вібрувальному столику. Умови проведення експерименту показано в таблиці 3.2.

Табл. 3.2

В/Ц	Вміст добавки
0,4	0,2%
0,4	2,5%
0,6	0.2%
0,6	2,5%

Виготовлені зразки тверділи 2 і 28 діб у пропарювальній камері. Зразки випробовувалися на згин та на стиск через 2 та 28 діб. Результати випробувань показані в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 Залежність міцності портландцементу від кількості добавки

№ Досл.	Термін твердіння	Склад	Міцність, Мпа
		Цемент	Пісок	В/Ц	Добавка	Вода	На згин	На стиск
1	2 діб	500 г	1500 г	0,4	0,2%	200 мл	0,9	0,88
								0,49
							0,9	0,44
								0,42
							0,9	0,7
								0,67
1	28 діб	500 г	1500 г	0,4	0,2%	200 мл	4,3	4,24
								2,36
							4,3	2,12
								2,03
							4,2	3,21
								3,35
2	2 діб	500 г	1500 г	0,4	2,5%	300 мл	0,2	3,4
								3,72
							0,2	3,4
								3,5
							0,2	3,8
								3,1
2	28 діб	500 г	1500г	0,4	2,5%	300 мл	0,7	17,91
								18,29
							0,6	15,3
								15,9
							0,6	16,36
								14,94
3	2 діб	500 г	1500г	0,6	0,2%	300 мл	0,4	1,04
								0,99
							0,3	8
								0,36
							0,3	0,97
								1,02
3	28 діб	500 г	1500г	0,6	0,2%	300 мл	1,8	4,67
								4,9
							1,5	3,84
								1,73
							1,6	4,98
								4,78
4	2 діб	500 г	1500г	0,6	2,5%	200 мл	0,2	0,46
								0,38
							0,1	0,25
								0,26
							0,2	0,37
								0,28
4	28 діб	500 г	1500г	0,6	2,5%	200 мл	0,9	1,3
								2,2
							0,5	1,18
								1,25
							0,8	1,84
								1,76

3.3 Обробка результатів дослідів

В результаті обробки експериментів на ПЕОМ отримано алгебраїчне рівняння границі міцності при стиску балочок із розчину в досліджуваних межах зміни факторів.



Алгебраїчне рівняння границі міцності при згині балочок у віці 2 діб:

Рівняння за критерієм Фішера придатне для описання вихідної залежності в досліджуваних межах зміни факторів, так як 19,3<44,17.

За рівнянням побудовані графіки 3.1, 3.2, 3.3.

Алгебраїчне рівняння границі міцності при згині балочок у віці 28 діб:

Рівняння за критерієм Фішера придатне для описання вихідної залежності в досліджуваних межах зміни факторів, так як 19,3<47,36.

За рівнянням (2) побудовані графіки на на рис. 3.4, 3.5, 3.6

Алгебраїчне рівняння границі міцності при стиску балочок у віці 28 діб:

Рівняння за критерієм Фішера придатне для описання вихідної залежності в досліджуваних межах зміни факторів, так як 19,3<24,62.

За рівнянням (3) побудовані графіки на на рис. 3.7, 3.8, 3.9



Алгебраїчне рівняння границі міцності при стиску балочок у віці 18 діб:

Рівняння за критерієм Фішера придатне для описання вихідної залежності в досліджуваних межах зміни факторів, так як 19,3<55,58.

За рівнянням (4) побудовані графіки на на рис. 3.10, 3.11, 3.12



Висновки

При В/Ц 0,4 і кількості добавки 0,2% міцність у віці двох діб при згині більша, ніж при В/Ц 0,4 і кількості добавки 2,5% .

При В/Ц 0,4 і кількості добавки 0,2% міцність у віці двох діб при стиску менша, ніж при В/Ц 0,4 і кількості добавки 2,5% .

При В/Ц 0,4 і кількості добавки 0,2% міцність у віці 28 діб при згині більша, ніж при В/Ц 0,4 і кількості добавки 2,5% .

При В/Ц 0,4 і кількості добавки 0,2% міцність у віці 28 діб при стиску менша, ніж при В/Ц 0,4 і кількості добавки 2,5% .

При В/Ц 0,6 і кількості добавки 0,2% міцність у віці двох діб при згині більша, ніж при В/Ц 0,6 і кількості добавки 2,5% .

При В/Ц 0,6 і кількості добавки 0,2% міцність у віці двох діб при стиску більша, ніж при В/Ц 0,6 і кількості добавки 2,5% .

При В/Ц 0,6 і кількості добавки 0,2% міцність у віці 28 діб при згині більша, ніж при В/Ц 0,6 і кількості добавки 2,5% .

При В/Ц 0,6 і кількості добавки 0,2% міцність у віці 28 діб при стиску більша, ніж при В/Ц 0,6 і кількості добавки 2,5% .



Список використаної літератури

1. Мидляк Я. Зимове бетонування // Будмайстер. 2001. №19

2. Бетон для строительства в суровых климатических условиях /В. М. Москвин. - Л.: Строиздат, 1971. - 128 с.

3. Добавки в бетон: Справ. пособие / Под ред. В. С. Рамачандрана. - М.: Стройиздат, 1988. - 575 с.

4. Будівельне матеріалознавство: Підручник. - К.: ТОВ УВПК «ЕксОб», 2004. - 704 с.

5. БудЕксперт , стаття Ірини Заблоцької від 11.05.2011р.

6. Баженов Ю.М. Технологія бетонних і залізобетонних виробів. М., 19

7. ДСТУ Б В.2.7-112-2002. Цементи. Загальні технічні умови

8. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Будівельне матеріалознавство». - Полтава: ПДТУ, 1999.

9. ДСТУ Б В.2.7-124-2004 Цемент для будівельних розчинів. технічні умови.

10. ГОСТ 6269-63 Активные минеральные добавки к вяжущим веществам

11. Методичні вказівки до лабораторних робіт і практичних занять з дисципліни «В'яжучі речовини». - Полтава: ПДТУ, 1999.

Размещено на Allbest.ru

...