Реологические свойства цементных систем, модифицированных минеральными и пластифицирующими добавками

Введение. На практике требуется получение смесей равной удобоукладываемости, оцениваемой стандартными техническими показателями (осадка конуса, расплыв и др.), но в то же время с различными реологическими характеристиками. Эффективно снижают предел текучести и вязкость добавки-разжижители, однако влияние минеральных добавок в комбинации с органическими ПАВ на реологические показатели цементных дисперсий мало изучено. Работа посвящена исследованию данного вопроса.

Материалы и методы. Использовали тонкодисперсные кварц (S_уд=340 м²/кг) и мрамор (S_уд=320 м²/кг), полученные помолом в лабораторной мельнице; вяжущее ЦЕМ I 42,5 Н ЗАО «Осколцемент» (τ_н.схв=230 мин; НГ=26%, C₃S=61,59%, C₂S=14,2%, C₃A=6,83%, C₄AF=3,73%); суперпластификатор «Полипласт СП-1», гиперпластификатор Sunbo 2021. Реологические показатели цементных дисперсий определяли при малых градиентах скорости сдвига έ до 25 с^-1, что позволяет обеспечить подобие потока в лабораторных и в реальных условиях.

Результаты. Установлено, что чистые и смешанные цементные дисперсии без добавок-разжижителей являются реологически сложными телами с наибольшим предельным напряжением сдвига и пластической вязкостью. Минеральные модификаторы в комбинации с пластифицирующими добавками эффективно снижают пластическую вязкость и напряжение сдвига, их течение переходит в режим ньютоновской жидкости с вязкостью, не зависящей от градиента скорости сдвига. Реологические показатели бездобавочных смешанных цементных дисперсий зависели от вида минерального наполнителя. При этом с вводом добавок-разжижителей преобладающее влияние на реологические показатели оказывают дозировки и химическая основа добавок.

Заключение. Смешанные цементно-мраморные и цементно-кварцевые дисперсии с вводом добавок разжижающего действия характеризуются более высокой текучестью, чем чисто цементные. Введение пластифицирующих добавок при определенных дозировках позволяет полностью снимать нелинейность, а ввод минеральных наполнителей усиливает эффективность действия ПАВ.

1. Лесовик В.С., Елистраткин М.Ю., Сальникова А.С., Казлитина О.В. К вопросу повышения эффективности высокопрочных самоуплотняющихся бетонов // Региональная архитектура и строительство. 2021. № 1 (46). С. 20–27.

2. Рахимбаев Ш.М., Толыпина Н.М., Хахале ва Е.Н. Взаимосвязь между пластической вязкостью цементных систем и их реотехнологическими характеристиками // Вестник СибАДИ. 2018. № 15(2). С. 276–282. DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2018-2-276-282

3. Ortiz-Álvarez N., Lizarazo-Marriaga J., Brandão P.F.B., Santos-Panqueva Y., et al. Rheological properties of cement-based materials using a biopolymer viscosity modifying admixture (BVMA) under different dispersion conditions. Cem. Concr. Compos. 2021; 124: 104224.

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

5. Chen J., Qiao M., Gao N., Wu J., et al. Acrylate based post-acting polymers as novel viscosity modifying admixtures for concrete. Constr. Build. Mater. 2021; 312:125414.

6. Шахова Л.Д. К вопросу совместимости цементов с пластифицирующими добавками // Цемент и его применение. 2024. № 4. С.48–55. DOI:10.61907/CIA.2024.66.94.001

7. Рахимбаев Ш.М., Логвиненко А.А. Реологические свойства материалов для строительства объектов транспортной инфраструктуры // Известия вузов. Строительство. 2014. № 5. С.26–33.

8. Khayat K.H., Meng, W., Vallurupalli K., Teng, L. Rheological properties of ultra-high-performance concrete – An overview. Cem. Concr. Res. 2019; 124:105828.

9. Baoguo M.A., Huixian Wang. Rheological properties of self-compacting concrete paste containing chemical admixtures // Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed. 2013; 28(2): 291–297.

10. Ji X., Pan T., Zhao W., Lu J., et al. Interaction of superplasticizers with C3A: Understanding the superplasticizer compatibility with cement. J. of Mater. in Civil Engin. 2023; 35(9): 15185.

11. Shrihari S., Seshagiri Rao M.V., Srinivasa Reddy V., Manasa A. Compatibility assessment of commercial cements with superplasticizers. ICMED 2020. E 3S Web of Conferences. 2020; 184: 01079.

12. Qiao M., Chen J., Gao N., et al. Effects of adsorption group and molecular weight of viscosity modifying admixtures on the properties of cement paste. J. Mater. Civ. Eng. 2022; 34: 04022148.

13. Menon S.M. Sathyan D., Anand K.B. Studies on rheological properties of superplasticised PPC paste. International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET). 2017. 8(10): 939–947.

14. Лесовик В.С., Фомина Е.В. Новая парадигма проектирования строительных композитов для защиты среды обитания человека // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14, № 10. С. 1241–1257.

15. Лесовик В.С., Шеремет А.А., Чулкова И.Л., Журавлева А.Э. Геоника (геомиметика) и поиск оптимальных решений в строительном материаловедении // Вестник СибАДИ. 2021. Т. 18, № 1 (77). С. 120–134. DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-1-120-134

16. Zhang Q., Chen J., Zhu J., Yang Y., et al. Advances in organic rheology-modifiers (chemical admixtures) and their effects on the rheological properties of cement-based materials. Materials. 2022; 15:8730.

17. Слюсарь А.А., Шаповалов Н.А., Полуэктова В.А. Регулирование реологических свойств цементных смесей и бетонов добавками на основе оксифенолфурфурольных олигомеров // Строительные материалы. 2008. № 7. С.42–43.

18. Рахимбаев Ш.М., Толыпина Н.М., Хахалева Е.Н. Влияние мелкого заполнителя из песка на эффективность действия добавок-разжижителей // Вестник СибАДИ. 2016. № 3 (49). С. 74–79.

19. Chen J., Gao N., Wu J., Shan G., et al. Effects of the charge density of anionic copolymers on the properties of fresh cement pastes. Constr. Build. Mater. 2020; 263: 120207.

20. Ferraz D.-F., Martho A.C.R., Burns E.G., Romano R.C.O., et al. Effect of prehydration of Portland cement on the superplasticizer consumption and the impact on the rheological properties and chemical reaction. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais. 2023; 16(2): 1–14.

21. Du J., Meng W., Khayat K.H., Bao Y., et al. New development of ultra-high-performance concrete (UHPC). Compos. Part B Eng. 2021; 224: 109220.