Быстросхватывающиеся цементные растворы с органическими добавками
При производстве строительных аварийных и ремонтных работ, а также при бетонировании зимой в условиях очень низких температур возникает необходимость значительно сократить сроки схватывания портландцемента (например, при бурении глубоких скважин, когда встречаются пористые, трещиноватые горизонты и каверны, вызывающие катастрофическое поглощение промывочной жидкости).
В качестве добавок, ускоряющих схватывание портландцемента, применяются, главным образом, углекислый натрий или кальцинированная сода (до 5%), силикат натрия или растворимое стекло (4—5%), сернокислый алюминий (до 5%) и полуводный гипс (до 20%). Все добавки необходимо вводить в больших количествах,- а цементные растворы при смешивании с ними немедленно сгущаются до пастообразного состояния, резко ухудшается их удобоукладываемость и существенно затрудняется перекачка насосом. Кроме того, широко применяющиеся ускорители сроков схватывания цемента—углекислый натрий и силикат натрия — очень чувствительны к основности и возрасту цементов. Так эффективность этих добавок в низкоосиовных и лежалых цементах резко понижена и их приходится добавлять в количествах до 10%, что усложняет и удорожает работы.
Наши исследования показывают, что эффективным ускорителем сроков схватывания портландцемента является три- этаноламин (ТЭА), действующий уже при минимальной дозировке 0,1% при температуре до 75°С. Добавка 0,2% ТЭА сокращает сроки схватывания портландцемента в 2 раза, а 0,3% и выше — почти в 3 раза, по сравнению с чистым портландцементом. Увеличение дозировки ТЭА до 1% ii более не способствует дальнейшему сокращению сроков схватывания.
Механическая прочность цементного камня с добавкой ТЭА повышается при 20°С и понижается при 75°С, по сравнению с чистым портландцементом; изменение механической прочности происходит пропорционально количеству введенной добавки. Так, при 20°С односуточная прочность цемента при вводе 0,2% ТЭА увеличивается на 20 %, а при 75°С — 30%, по сравнению с прочностью чистого портландцемента.
Причина ускоряющего действия ТЭА, по-видимому, заключается в повышении растворимости извести за счет образования слабодиссоциирующих солей с кальцием и ускорении коагуляции кремнекислоты.
В качестве ускорителей можно использовать некоторые оксп про взводные флавонала-киерцетин и морни, хорошо известные как природные краев гели.
В отличие от гидролизующихся танннпоп, которые являются сильными замедлителями, конденсированные танннвы оказывают противоположное действие на портландцемент — ускоряют схватывание. При использовании оксипропзводпых фланоиола-киарцетпна и морнна снижение механической прочности не превышает -10% даже при больших дозировках (0,5— 1,0%). 13 минимальных дозировках этих реагентов срок схватывания при 2(ГС и с повышением температуры до 75°С сокращается н 3—4 раза, но сравнению с портландцементом.
Кнарцетни и морни растворяются в щелочной среде-цементного раствора, так что если раствор их приготовляется отдельно, то для полного растворения необходимо увеличить Рн среды до 8—9 добавков небольшого количества каустической соды.
Сильным ускорителем схватывания портландцемента является молочная кислота, которая так же как оксипроизводные флавонола, растворится в щелочной среде (Рн ~ 8—9). При количестве 0,3% она ускоряет схватывание портландцемента При 20 С в 7—8 раз. доводя сто почти до 1,5—2 ч. С повышением температуры эффективность молочной кислоты как ускорителя схватывания несколько снижается, составляй при 754.. примерно 0,5 >/. Суточная механическая прочность портландцемента при этом снижается почти на 50%.
Дальнейшее увеличение дозировки молочной кислоты еще более ускоряет схватывание портландцемента, так что при введении 1% ее начало схватывании при 20"С обычно уже не превышает I—1,5 ч, а при 75°С — 15—20 мни, но при этом очень снижается механическая прочность.
Исследования показывают, что ври использовании вышеуказанных органических добавок в качестве ускорителей схватывания механическая прочность портландцемента в 3. 7 и 28-суточном возрасте снижается в меньшей степени, чем за первые сутки. Так что При дальнейшем твердении он во прочностной характеристике будет приближаться к чистому портландцементу.
Определить расчетным путем сроки схватывания портландцемента при вводе в него органических реагентов очень трудно. Можно лишь утверждать, что для данного цемента решающими факторами, влияющими на сроки схватывания, являются температура, химический состав, число и взаимное расположение функциональных групп в структурной формуле вводимого реагента, а также его количественное содержание. Сопоставляя действие рассмотренных реагентов па различные партии портландцемента, можно отметить что увеличение основности и содержания трехкальциевого алюмината способствует снижению расхода ускорителя сроков схватывания п повышает его эффективность; одновременно уменьшается падение механической прочности в ранние сроки твердения