Строение и состав ЛСТ весьма сложны и разнообразны в связи с разнообразием исходного сырья и технологий его переработки. Лигносульфонатные пластификаторы нового типа для бетонных смесей и бетона различного назначения

Лигносульфонаты технические (ЛСТ), получаемые в виде смолоподобного продукта при гидролизе древесины на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК), используются в качестве добавок-водопонизителей в бетонных смесях с 30-х годов двадцатого века. Средняя молекулярная масса ЛСТ лежит в пределах 20000—30000 при молекулярно-массовом распределении от нескольких сот до 100000 [1, 2, 3]. Строение и состав ЛСТ весьма сложны и разнообразны в связи с разнообразием исходного сырья и технологий его переработки. Соответственно и эффект от применения ЛСТ различных производителей в бетонных смесях и бетонах характеризуется значительной нестабильностью. В отраслевой научно-исследовательской лаборатории «Цемент» МАДИ (ГТУ) проведены исследования действия лигносульфонатных пластификаторов-модуляторов (ЛПМ) в бетонных смесях и бетонах различного назначения. ЛПМ производятся ООО «НИФ Рунес» и ООО «Полигран» по ТУ 2455-001-39615373-98 на основе сырья ЦБК Калининграда и Калининградской области и представляют собой лигносульфонаты технические марок Е или Ж, нормированные по: — фракционному составу молекул лигносульфонатных полимеров; — количеству и составу органической части, включая остаточное содержание редуцирующих веществ (сахаров); - количеству и составу неорганической части (минеральных солей).

Варьирование условий нормирования и дополнительная целенаправленная обработка отдельных фракций лигносульфонатов позволяют, как будет показано ниже, получать пластификатор-модулятор с потребительскими свойствами, адаптированными к требованиям конкретных заказчиков и технологиям производства бетонных работ. При проведении исследований были использованы следующие материалы: - портландцементы - ПЦ 500-ДО-Н (ОАО «Мальцовский портландцемент»); CEM-I-42,5R, ПЦ 500-ДО (ОАО «Осколцемент»); ПЦ 400-Д5 (ОАО «Воскресенскцемент»); — добавки, суперпластификатор — С-3 - жидкость (ТУ 2481-001-04815236-97); воздухововлекающая - СНВ (ТУ 13-00281074-75-98). — заполнители: песок кварцевополевошпатовый Мкр = 2,7; щебень гранитный фракции 5-20 мм. Бетонные смеси приготовлялись в лабораторном смесителе гравитационного типа объемом 100 л. Из полученных смесей путем вибрирования в металлических формах (частота колебаний 2800 кол/мин, амплитуда 0,35 мм) изготовлялись образцы-кубы с ребром 10 см, которые твердели в нормальных условиях и подвергались тепловлажностной обработке.

Работа проводилась со смесями и бетонами как для транспортного строительства, так и общестроительного назначения. Бетонные смеси и бетоны для транспортного строительства Требования к ним регламентированы следующими нормативно-техническими документами (НТД): СНиП 2.05.02-85, СНиП 3.06.03-85, СНиП 2.05.03-84*, СНиП 3.06.04-91, ГОСТ 26633-91 и др. Одно из основных требований помимо прочности - обеспечение морозостойкости и водонепроницаемости бетонов (марка по морозостойкости не ниже F 200 в солях, марка по водонепроницаемости — W10 и более). Это достигается за счет снижения расхода воды затворения и создания в бетонных смесях диспергированной воздушной фазы (размер воздушных пузырьков - до 300 мкм, фактор расстояния — 100-250 мкм [4, 5]) при обязательном применении бездобавочных портландцементов с содержанием минерала С3А не более 8% по массе клинкера. На практике указанные показатели обеспечиваются путем введения в бетонные смеси комплексных химических пластифицирующе-воздухововлекающих добавок (ЛСТ+СНВ, С-3 + СНВ и др.). Важное значение имеет также сохраняемость удобоукладываемости и воздухосодержания бетонных смесей.

В данной работе исследовалось поведение в бетонных смесях и бетонах добавок двух типов: - ЛПМ «№ 1» + СНВ; — ЛПМ «№ 2», являющейся комплексной пластифицирующе-воздухововлекающей добавкой. Составы, технологические характеристики бетонных смесей и кинетика прочности бетонов при нормальных условиях твердения представлены в табл. 1. Таблица 1 № Цемент Состав бетонной смеси, кг на 1 м2, 30 мин после изготовления Добавки, % от массы цемента Осадка конуса, см, через, мин Vв, % через, мин Предел прочности при изгибе/сжатии, МПа при нормальном твердении, в возрасте, сут Ц П Щ В В/Ц С-3 ЛПМ №1 ЛПМ №2 СНВ 5 30 60 120 5 60 3 7 28 1 ПЦ 500-ДО-Н, ОАО «Мальцовский портландцемент» 350 766 1085 169 0,48 0,6 - - 0,03 11 4 3 - 7,5 5,3 23 3,3 35,1 4,6 44 2 386 746 1066 162 0,42 - 0,28 - 0,03 5 3 1 - 7,8 5,5 22,6 4,3 31 4,8 42,8 3 418 664 1122 166 0,4 - - 0,27 - 20 13 6 2 5,1 4 26,1 4 37,7 4,2 40,9 4 414 657 1111 173 0,42 - - 0,25 - 16 9 6 2 6,0 4 22,2 4,2 35,8 5,1 46 5 CEM-l-42,5 R ПДП «Осколцемент» 438 602 1095 180 0,41 - 0,25 - 0,015 14 7 4 2 7,0 4,5 28,9 4,5 38,2 5,2 51,2 6 425 625 1092 175 0,41 0,6 - - 0,02 15 9 7 3 5,8 4,1 30,8 4,8 40,6 5,5 53,5 Данные табл. 1 свидетельствуют о том, что с использованием добавок ЛПМ обоих типов можно получать бетонные смеси для транспортного строительства и бетоны классов Btb4,0 B30 и более.

При этом добавки ЛПМ по пластифицирующему эффекту в бетонных смесях и по прочностным характеристикам полученных бетонов практически не уступают добавке-суперпластификатору С-3 и согласно ГОСТ 24211—91 могут быть отнесены к водоредуцирующим I и II группы. Бетонные образцы-кубы составов № 1—5 (табл. 1) были испытаны на морозостойкость. Испытания проводились по третьему ускоренному методу ГОСТ 10060-95. В результате установлено, что марка по морозостойкости по второму базовому методу (в солях) ГОСТ 10060-95: - составов № 1, 2 — F 200; - составов № 3, 4 - F 400; - состава № 5 - F 300. Марка бетонов указанных составов по водонепроницаемости, определенная в соответствии с ГОСТ 12730.5-84, - W12 - W16. Из полученных результатов следует, что испытанные добавки ЛПМ являются эффективными в отношении применения их при строительстве транспортных сооружений.

При этом добавка ЛПМ № 2 дает возможность получать бетоны более высокой морозостойкости, чем комплексные добавки: (С-3 + СНВ) и (ЛПМ № 1 + СНВ). По-видимому, это объясняется улучшением параметров диспергированной в бетонной смеси воздушной фазы. Бетонные смеси и бетоны общестроительного назначения Требования к данным смесям и бетонам регламентированы СНиП 3.03.01-87, СНиП 2.03.01-84*, ГОСТ 26633-91 и др. Основное требование — обеспечение их прочности, которая в зависимости от назначения и типа конструкции может изменяться в широких пределах — класс по прочности при сжатии от В15 до В35 и более. Для некоторых типов конструкций нормативно-технической и проектной документацией назначаются также марки бетонов по морозостойкости и водонепроницаемости. В данной работе изучалось поведение в бетонных смесях и бетонах добавки ЛПМ № 1. Составы, технологические характеристики бетонных смесей, а также кинетика прочности бетонов в различных условиях твердения представлены в табл. 2. Из данных, представленных в табл. 2, следует, что с использованием добавки ЛПМ № 1 можно получать бетоны в широком диапазоне прочностей — класс по прочности при сжатии от В20 до В45. При этом по пластифицирующему эффекту в бетонных смесях и кинетике прочности полученных бетонов добавка ЛПМ практически не уступает добавке-суперпластификатору С-3 и согласно ГОСТ 24211-91 может быть отнесена к водоредуцирующей добавке II группы.

Таблица 2 № Цемент Состав бетонной смеси, кг на 1 м3 Добавки, % от массы цемента Осадка конуса, см, через, мин Предел прочности при сжатии, мПа, в возрасте, сут Ц П Щ В В/Ц ЛПМ №1 С-3 5 30 60 90 Нормальное твердение ТВ0 2+4+6+4, tиз=80°С 1 7 28 1 28 1 ПЦ 400-Д5 (ОАО "Воскресенцемент") 294 759 1118 179 0,61 0,3 - 10 3 2 1 6,7 25,4 30 20,4 28,9 2 298 738 1112 212 0,71 - - 11 8 5 3 5,1 18,1 22,4 13,3 21,6 3 288 766 1124 167 0,58 - 0,6 14 4 3 2 6,6 25,6 31,5 20,6 30,6 4 350 670 1150 181 0,52 0,25 - 13 5 3 1 8,1 30,6 40 26,5 36,8 5 ПЦ 500-ДО (ОАО «Осколцемент») 425 673 1139 173 0,41 0,25 - 17 6 5 3 6,4 47,9 58,1 39,6 55,2 6 420 674 1136 170 0,4 - 0,6 15 10 7 4 8,5 41 56,5 36,8 53,1 Следует отметить наблюдающуюся в отдельных случаях низкую сохраняемость удобоукладываемости бетонных смесей с добавкой ЛПМ (составы № 1, 4, 5 табл. 2). В настоящее время авторами ведутся работы по улучшению данного показателя. Бетонные образцы составов № 4 и 5 (табл. 2) были испытаны на морозостойкость (третий ускоренный метод ГОСТ 10060-95) и водонепроницаемость (ГОСТ 12730.5-84).

В результате установлены следующие марки по морозостойкости и водонепроницаемости: — состав № 4 — F150 (по первому базовому методу ГОСТ 10060-95); W10; - состав № 5-Р200; W?12. Таким образом, в результате комплексной химико-технологической переработки отходов целлюлозно-бумажных комбинатов Калининграда и Калининградской области получен новый тип высокоэффективных лигносульфонатных пластификаторов для бетонных смесей и бетонов различного назначения. ЛПМ имеет сертификат соответствия и санитарно-эпидемиологическое заключение. К настоящему моменту накоплен положительный опыт и определена область применения добавок типа ЛПМ № 1 в промышленном производстве. В частности, они применяются на производстве ОАО «Спецстройбетон», ЖБК № 18, заводы товарной бетонной смеси «Бетас», «Элгад».