Влияние молекулярных масс СДБ на свойства бетона
В последние годы в СССР получены эффективные разжижители бетонных смесей, успешно конкурирующие с разжижителями, предлагаемыми зарубежными фирмами. Однако отечественная промышленность сборного железобетона пока не обеспечивается необходимыми химическими веществами, и в основном в бетонах используются отходы химических производств.
Хорошо известным и широко распространенным активным пластификатором является добавка СДБ: Однако вызываемое ею при повышенных дозировках замедление схватывания и снижение прочности бетона в раннем возрасте заметно понижает ее эффективность. Так, при введении 0,8—1% СДБ достигается эффективное разжижение смеси, однако прочность при сжатии в условиях тепловой обработки, особенно кратковременной, уменьшается в полтора и более раз по сравнению с бетонами на суперпластификаторах.
СДБ является отходом целлюлозного производства и представляет собой сложную смесь лигносульфоновых кислот с различными молекулярными массами. Пластифицирующее действие СДБ различных партий из-за колебания составляющих неодинаково. Для улучшения свойств СДБ необходимо было определить молекулярно-массовое распределение компонентов добавки, выделить фракции полимергомологов, определить их влияние на свойства бетона.
Исследовали СДБ Нижне-Камского целлюлозного комбината по специально разработанной методике разделения добавки на фракции полимергомологов с различными молекулярными массами. Осаждение фракций СДБ осуществляли из 10%-ных водных растворов изопропиловым спиртом и ацетоном. При осаждении изопропиловым спиртом выделяется пять фракций, при осаждении ацетоном удается добиться более тонкого фракционирования СДБ. Количественное соотношение выделенных фракций представлено в табл. 1.
Измерением вязкости растворов фракций СДБ в различных растворителях при t=23°С установлено наличие линейной зависимости приведенной вязкости т)уд/с фракций СДБ в 0,5%-ном водном растворе LiCl от концентрации фракций.
Молекулярные массы СДБ различных фракций, полученные при осаждении ацетоном, определяли методом приближенного седиментационного равновесия Арчибальда [1, 2]-. Седиментаци- онные диаграммы получали в Институте элементооргаиических соединений АН СССР на ультрацентрифуге фирмы Моп типа 3170 при угловой скорости вращения 12 000, 30 000 и 35 000 об/мин.
В качестве растворителя для фракций СДБ использовали 0,5%-ный водный раствор LiCl.
Для расчета молекулярных масс определяли парциальный объем и плотность растворов фракций СДБ (табл. 2).
На основании полученных результатов были определены константы К и а уравнения Марка — Хаувинка для фракций СДБ в 0,5%-ном растворе LiCl:
По уравнению (1) можно рассчитать молекулярную массу СДБ любой фракции в данном растворителе. Фракции СДБ различных молекулярных ыасс вводили в цементные растворы состава 1:3с использованием портландцемента Брянского завода марки М 400, мелкого рядового песка с МКр = 1,5.
Пластифицирующее действие СДБ изучали на встряхивающем столике при ВЩ=0,52. Добавку вводили в воду затворения в количестве 0,2; 0,4; 0,5 и 0,8% массы цемента.
Полученные результаты (рис. 1) свидетельствуют о высоком пластифицирующем эффекте СДБ. Подвижность раствора увеличилась с 13 до 21 см при введении 0,2% СДБ. Дальнейшее увеличение содержания добавки не изменяет подвижности раствора, что частично объясняется методикой опыта. Прочность при сжатии образцов при введении до 0,4% СДБ не менялась. Дальнейшее увеличение содержания СДБ привело к резкому снижению прочности.
Эффект пластификации СДБ оценивали также относительно суперпластификатора 10-03, изготовленного на основе меламиноформальдегидной смолы. Подвижность бетона состава — цемент —312 кг/м3, песок — 553 кг/м3, щебень— 1380 кг/м3, вода—175 л/м3 — оценивали по осадке конуса. В бетон вводили 0,2% СДБ и 0,4% суперпластификатора 10-03 при В/Ц=0,56. Осадка конуса бетона составила соответственно 21 и 19 см, прочность при сжатии пропаренных образцов 257 и 213 кгс/см2. Таким образом, СДБ Нижне-Камского завода характеризуется высоким пластифицирующим эффектом.
Фракционированную СДБ вводили в цементный раствор в том же количестве при ВЩ=0,52. Пластифицирующее действие добавки не зависит от молекулярной массы фракции, прочность же при сжатии меняется в значительной степени (рис. 2). Наибольшую прочность имели образцы с СДБ фракций и VIII, полученные при фракционировании ацетоном. Промежуточные фракции добавки (II—К) резко снижают прочность при сжатии. Аналогичные результаты получены при использовании фракций СДБ, осажденных изопропиловым спиртом. Добавление к бетону СДБ с молекулярной массой в интервале 41 600—11 750 приводит к снижению прочности. Введение в бетой наиболее легких фракций добавки (VI—VIII) с молекулярной массой меньше 11 750 не снижает его прочности.
Возможно, фракции СДБ (II—V) с молекулярной массой до 20 000, имея развитую глобулярную структуру способствуют уменьшению контактов между зернами гидратов цемента, что снижает прочность бетона. С уменьшением молекулярной массы влияние добавки на контакты между зернами гидратов цемента уменьшается, поэтому целесообразно вводить в бетоны пластифицирующие добавки с молекулярной массой от 2000 до 15 000.
Действующие в настоящее время рекомендации по добавкам СДБ базируются на использовании всех свойств полифракционной добавки.
Развитие исследований по выделению фракций СДБ и получение новых материалов на их основе позволят внедрить более эффективные способы использования отходов целлюлозного производства. Кроме того, определение оптимальных молекулярных масс полимерной добавки позволит распространить эти результаты и на другие полимерные материалы.