Исследование эффективности добавок, регулирующих кинетику твердения цементных систем

Разработка эффективных составов строительных смесей ускоренного твердения обеспечивается за счет введения в их состав специальных модифицирующих добавок, которые интенсифицируют гидратацию клинкерных минералов и ускоряют кристаллизацию новообразований. Принцип действия большинства таких добавок связан с сокращением продолжительности индукционного периода и повышением интенсивности гидратации вяжущего на ранних стадиях твердения. Важной особенностью многих модифицирующих добавок является их способность проявлять сразу несколько эффектов действия, в результате чего, часто возникает сложность в определении величин основных и дополнительных эффектов.

Практический опыт работы специалистов НИИ СМиТ с модифицированными сухими строительными смесями показал, что фактический эффект от применения добавок варьируется в широких пределах и зависит от различных факторов: вида применяемого цемента и заполнителей, наличия в составе смеси других модификаторов, фактического режима твердения и ряда других факторов. Это наглядно подтверждается результатами проведенных экспериментальных исследований с использованием метода изотермической калориметрии.

Как известно, процесс гидратации цемента сопровождается неравномерным выделением тепла в процессе реакции. Обычно выделяют 5 этапов гидратации: I – период начального взаимодействия; II - индукционный период, III - период ускорения реакций, IV – период замедления, V – период медленного взаимодействия (период длительных реакций).

Рисунок 1 – Основные периоды выделения тепла при твердении цементной системы в нормальных условиях

Модифицирующие добавки способны изменять продолжительность индукционного периода, а также интенсивность реакции в последующих периодах, что отражается на интенсивности и объеме тепловыделения. Ускоряющие добавки повышают интенсивность тепловыделения в процессе гидратации цементного вяжущего, а пластифицирующие, гидрофобизирующие, поверхностно-активные и замедляющие добавки - наоборот, снижают ее.

Рисунок 2 – Графики теплового потока, показывающие влияние различных модифицирующих добавок на кинетику гидратации портландцемента (при 20°C)

В связи с тем, что тепловыделение при гидратации минерального вяжущего дает общую информацию о степени завершенности процесса твердения, этот параметр может быть использован и для косвенного сравнения прочностных характеристик цементных систем, при условии, что их минералогический состав и В/Ц будут идентичными. Для обоснования этого предположения было экспериментально исследовано воздействие ускорителя на основе тиосульфата и роданида натрия на тепловыделение при гидратации вяжущего.

Рисунок 3 – Усредненный график зависимости средней прочности на сжатие от суммарной тепловой энергии

Подробные результаты этого исследования опубликованы в номере Инженерно-строительного журнала.