Исследования на модельных системах

На первом этапе работы были проведены испытания на модельных водных дисперсиях, состоящих из одного молотого твердого компонента и воды. Исследовалось влияние вида добавок на реологические свойства систем при равной удельной поверхности твердой фазы и водотвердом (В/Т) отношении. Результаты исследований на примере системы «цемент—вода» (рис. 1) и обобщенные данные на других водных дисперсиях (табл. 1) показали, что применение добавок оказывает значительное влияние на изменение реологических характеристик изученных систем [4]. Введение добавок позволяет существенно уменьшить величину предельного напряжения сдвига (τ0), в то же время резко снижаются значения напряжения сдвига, соответствующие переходу систем к предельно разрушенной структуре с минимальной величиной эффективной вязкости (η_{эфф. min}), снижается также и величина расплыва систем по вискозиметру Суттарда (табл. 1).

Несмотря на общую тенденцию изменения реологических свойств, действие добавок ПАВ различного вида в дисперсных системах существенно отличается. Установлено, что для всех исследуемых дисперсных систем наибольшее влияние на реологические параметры τ0 и η_{эфф min} оказывает добавка ГП Melflux 2651F, (табл. 1). Например, для цементно-водной системы τ0 снижается с 156.4 Па до 1.6 Па, ηэфф min — с 22.1 Па·с до 5.3 Па·с. Влияние на реологические свойства других используемых СП сравнительно меньше. Эффективность их действия уменьшается в следующей последовательности: ГПМ-Ж, С‑3, Полипласт СП‑3.

    

Важным в практическом отношении является сопоставление результатов испытаний реотехнологических характеристик исследуемых дисперсных систем (расплыв цилиндра) и реологических показателей (предельное напряжения сдвига, эффективная вязкость), проявляемых при равной подвижности. Равная подвижность дисперсных систем достигалась подбором В/Т-отношения для

получения одинаковой консистенции смесей. Данная методика, аналогичная определению реологических характеристик бетонных смесей по ГОСТ (осадка или расплыв конуса), позволяет определять реологические характеристики дисперсных систем только в технических показателях. Результаты испытаний представлены на рис. 2 и в табл. 2. Установлено, что технические показатели неадекватно оценивают реологические свойства обводненных дисперсных систем. Так, при равном расплыве по Суттарду исследуемые обводненные дисперсные

системы обладают наименьшими значениями τ0, и максимальной величиной η_{эфф min} при использовании ГП Melflux 2651F, для которого преобладающим является «стерический» объемный механизм действия. В свою очередь системы, содержащие СП с электростатическим механизмом действия: С‑3, Полипласт СП‑3 и ГПМ-Ж, обладают наибольшими значениями τ0, а η_{эфф min} имеет минимальные показатели во всех испытанных системах.

 

Такое различие в изменении реологических свойств обводненных дисперсий обусловлено механизмом действия ПАВ. Применение ГП Melflux 2651F вследствие значительно больших сил «стерического» объемного отталкивания [5,6] обеспечивает минимальные величины τ0. В свою очередь, высокие показатели ηэфф min, могут быть объяснены наличием в структуре молекулы ГП Melflux 2651F боковых полимерных цепей (рис. 3). В процессе течения полимерные цепи гибких молекул могут переплетаться. Взаимная ориентация боковых полимерных цепей в процессе их течения являются причиной повышения вязкости по сравнению с использованием СП с «электростатическим»

механизмом действия, который обеспечивается энергией ионного взаимодействия анионактивных групп ПАВ с отдельными активными центрами поверхности частиц твердой фазы.

Полученные экспериментальные данные по влиянию на реологические характеристики обводненных дисперсных систем добавок ПАВ, являются определяющими факторами для получения строительных смесей с требуемыми реологическими показателями, исходя из условий их применения.

На следующем этапе работы проводились испытания на мелкозернистых бетонных смесях. В ходе исследований установлено (рис. 4), что полученные данные соотносятся с результатами,

выполненными на модельных дисперсных системах. Определено, что реотехнологические характеристики бетонных смесей, оцениваемые по величине осадки конуса, не согласуются с такими реологическими показателями как предельное напряжение сдвига и эффективная вязкость. Так, при равной подвижности использование добавки Melflux 2651F позволяет получать бетонные смеси с наименьшим значением τ0 = 63.6 Па и максималь-

ной величиной η_{эфф min} = 44.7 Па·с. В свою очередь для бетонных смесей, в которых применялись модификаторы с СП С‑3 и Полипласт СП‑3, τ0 выше и составляет 88.0 и 91.3 Па, а величина η_{эфф min} имеет минимальные показатели 15.8 и 18.3 Па·с соответственно.

Таким образом, проведенные исследования показали, что варьируя видами ПАВ, можно получать строительные смеси с различными величинами реологических показателей: предельным напряжением сдвига — τ0 и эффективной вязкостью — η_{эфф min}. При этом установлено, что реотехнологические характеристики строительных смесей, оцениваемые по величине осадки или расплыва конуса, не всегда согласуются с реологическими показателями: τ0 и η_{эфф min}. С увеличением удельной поверхности частиц твердой фазы в обводненных системах, что и было ожидаемо, наблюдается увеличение предельного напряжения сдвига и минимальной эффективной вязкости. Например, при увеличении удельной поверхности частиц молотого песка с 300 до 700 м2/кг повышается в 1.7 раз, а η_{эфф min} — в 1.5 раза. Увеличение удельной площади поверхности свыше 700 м2/кг не целесообразно из-за существенного роста τ0 и η_{эфф min}. Полученные данные важны в практическом отношении для производства строительных смесей с требуемыми реологическими характеристиками, исходя из условий реализации процессов транспортирования и формования, а также для регулирования параметров этих технологических переделов. Например, использование ГП Melflux 2651F следует рекомендовать для получения литьевых и самоуплотняющихся смесей, формование которых осуществляется с незначительными внешними воздействиями или без них, так как в данном случае сочетается низкое τ0, которое определяет максимальную текучесть и повышенное значение η_{эфф min},, что обеспечивает стабильность и связность смеси при формовании. Применение СП С‑3 и Полиспласт СП‑3 рекомендовано для строительных смесей, укладка и уплотнение которых сопровождается внешними вибрационными воздействиями. В данном случае высокое значение τ0 будет способствовать сохранению структуры смесей при динамических воздействиях, например при транспортировке, в то же время при вибрационном воздействии такие смеси хорошо укладываются за счет снижения η_{эфф min}.

Список литературы

1. Вознесенский, В.А. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ / В.А. Вознесенский, Т.В. Ляшенко, Б.Л. Огарков. − Киев: Выща школа, 1989. − 326 с.

2. Баженов, Ю.М. Перспективы применения математических методов в технологии сборного железобетона / Ю.М. Баженов, В.А. Вознесенский. − М.:

Стройиздат, 1974. − 191 с.

3. Бартенев, Г.М. Физика полимеров / Г.М. Бартенев, С.Я Френкель. – Л.: Химия, 1990. – 429 с.

4. Разработка и управление качеством строительных материалов с регулируемыми структурой и свойствами для защиты от радиации / А.П. Прошин [и др.] // Труды II Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO’03, Москва, 29–31 янв. 2003 г. / Ин-т проблем упр. им. В.А. Трапезникова РАН. – М., 2003. – С. 2437–2460.

5. Супрун, А.Н. Вычислительная математика для инженеров-экологов / А.Н. Супрун, В.В. Найденко. – М.: АСВ, 1996. – 391 с.

6. Баженов Ю. М., Демьянова В. С., Калашников В. И. Модифицированные высококачественные бетоны. Москва, АСВ, 2006, 368 с.

7. Урьев Н. Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. Москва, Химия,

1988, 256 с.

8. Круглицкий Н. Н. Основы физико-химической механики. Киев, Вища школа, 1977, 136 с.

9. Перцев В. Т., Леденев А. А. Разработка эффективных комплексных органоминеральных добавок для регулирования реологических свойств бетонных смесей. Воронеж, Воронежский ГАСУ, 2012, 136 с.

10. Баженов Ю. М. Технология бетона. Москва, АСВ, 2007, 528 с.

11. Каприелов С. С., Батраков В. Г., Шейнфельд А. В. // Бетон и железобетон, 1999, № 6, c. 6—10.

12. Леденев А. А., Усачев С. М., Перцев В.Т, Рудаков О. Б. // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, 2013, № 2 (30), c. 49—54.