УДК 666.972.165
Новоселова Ю.Н.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Ускоряющие действие добавок заключается в их способности существенно отклонять вяжущую систему от состояния термодинамического равновесия и поддерживать это неравновесное состояние. При этом в твердеющей системе создаются условия для формирования высокопрочной структуры цементного камня.
Скорость роста прочности связана с величиной производства энтропии соотношением:
откуда следует, что существенное отклонение вяжущей системы от равновесия ускоряет рост ее прочности. Следовательно, добавки в наибольшей степени нарушающие устойчивость структурного состояния твердеющей системы и способствующие увеличению длительности существования неравновесности, обладают максимальным ускоряющим действием.
В работе использовались соли: хлориды, сульфаты, нитраты, карбонаты.
На рис. 1. приведена обобщенная зависимость 28-суточной и суточной прочности R28 и R1 от Аmax, откуда следует, что эти величины связаны линейной зависимостью. Регрессионный анализ показал, что коэффициент корреляции = 0,98, что свидетельствует о достоверности линейной зависимости, которая описывается соотношением:
R 28 = 45,5 + 0,61 * Аmax (2)
Наибольшие значения амплитуды электрического сигнала имеют место при использовании добавок, которые в наименьшей степени нарушают структуру воды. Ранее также установлено, что при использовании указанных добавок, амплитуда электрического сигнала в их водных растворах имеет минимальное значение.
Аmax связана с длительностью индукционного периода линейной зависимостью (рис. 2), откуда вытекает, что с увеличением Аmax , индукционный период сокращается, что согласуется с уравнением (1).
Кроме того, при увеличении Аmax удлиняется и период колебаний, что соответствует более глубокой перестройке структуры цементного камня и закономерно отражается на увеличении прочности согласно уравнению (2).
На рис.3 приведена обобщенная зависимость Аmax = f (A р ра) для всех исследованных добавок, откуда следует, что эти величины связаны между собой нижеследующей зависимостью с коэффициентом корреляции = 0,79.
Amaxв.в.=exp(3.783-0.01*Aр-ра). (3)
Из представленных данных следует, что наибольшая величина амплитуды тока в цементной дисперсии достигается при минимальном значении амплитуды в водном растворе соответствующей добавки. Это позволяет сделать вывод о том, что в качестве добавок-ускорителей целесообразно использовать добавки с одно- и многоразрядными катионами, которые в водном растворе обеспечивают минимальное значение электрического сигнала. Следовательно, исходя из вышеприведенных результатов, эти добавки, введенные в цементную дисперсию, обусловливают значительное сокращение индукционного периода (рис. 3, 4) и наибольшую перестройку первичной коагуляционной структуры. В конечном итоге все это обеспечивает достижение наибольшей прочности образующегося цементного камня.
Полученная зависимость позволяет осуществлять выбор вида и дозировки ускорителя, исходя из необходимой прочности цементного камня. Например, для получения цементного камня с прочностью при сжатии 20 Мпа в суточном возрасте необходимо, чтобы максимальная амплитуда электрического сигнала в цементной дисперсии была не менее 16 мкА. При использовании в качестве ускорителя солей — сульфатов указанная амплитуда достигается при введении в цементную дисперсию 1,0% Fe2SO4 или 1,0% AL2(SO4)3 При этом использование сульфата железа позволяет в большей степени сократить индукционный период, следовательно, его применение является более предпочтительным. Так как амплитуда электрического сигнала зависит от концентрации электролита, то при наличии альтернативных добавок можно определить вид и дозировку ускорителя, обеспечивающего необходимые темп твердения и прочность цементного камня.
Приведенные на рис. 1-3 зависимости можно использовать для выбора добавок, исходя из электрофизического исследования их водных растворов. Определив амплитуду электрического сигнала в водном растворе добавки Ар-ра, по зависимости на рис. 3 находят максимальную амплитуду тока в цементной дисперсии и далее по уравнению (2) либо по рис.1 можно определить ожидаемую прочность цементного камня.
Амплитуда токового сигнала как в водном растворе, так и в вяжущей системе зависит от концентрации добавки. Следовательно, используя полученные зависимости, можно определять дозировку добавки, необходимую для обеспечения заданной прочности и скорости твердения.
