Учебное пособие по СМ.07. Учебное пособие по СМ. Учебное пособие для выполнения исследовательских лабораторных работ Издание шестое, Переработанное и дополненное Челябинск
 Скачать 6.27 Mb.
|
|
дления сроков схватывания цементного теста. 3 Для ускорения сроков схватывания цементного теста. 4 Для расчета расхода воды при оценке сроков схватывания теста. 11 Чем характеризуется нормальная густота цементного камня? 1 Осадкой отформованного конуса из цементно-песчаной растворной смеси при встряхивании на столике. 2 Количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента. 3 Глубиной погружения пестика прибора Вика в цементное тесто в мм. 4 Диаметром расплыва конуса на встряхивающем столике. 12 Как изменится водопотребность цементно-песчаной растворной смеси при введении пластификатора в воду затворения? 1 Водопотребность цементно-песчаной растворной смеси не изменится. 2 Водопотребность цементно-песчаной растворной смеси уменьшится. 3 Водопотребность цементно-песчаной растворной смеси увеличится. 4 Водопотребность цементно-песчаной растворной смеси достигнет оптимального значения при заданном водоцементном отношении. 13 Почему при изготовлении марочных образцов из цементно-песчаной растворной смеси применяется специальный песок? 1 Этот песок обеспечивает получение максимальных прочностных показателей. 2 Этот песок имеет минимальную пустотность и водопотребность. 3 Этот песок обеспечивает оптимальную прочность при минимальном расходе цемента. 4 Этот песок характеризуется постоянным зерновым составом и неизменной водопотребностью. 14 В каких условиях твердеют образцы цементного раствора для определения марки цемента? 1 Одни сутки над водой в форме и 27 суток в воде при температуре 18…22 оС. 2 Одни сутки над водой в форме и 27 суток на воздухе при температуре 18…22 оС. 3 Одни сутки над водой в форме и 27 суток в паровоздушной среде при температуре 18…22 оС. 4 28 суток в воде при температуре 18…22 оС. Лабораторная работа № 8 ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА Общие сведения Порошки минеральных вяжущих веществ при затворении водой образуют вязко-пластичное тесто, благодаря свойствам которого бетонные и растворные смеси обладают необходимой связностью, однородностью и формуемостью. При рассмотрении общих причин пластичности и вязкости таких смесей особое внимание уделяется поверхностным явлениям, возникающим на границе раздела твердой и жидкой фаз. Молекулы поверхностных слоев жидкости или твердого тела отличаются от молекул внутренних слоев тем, что всегда обладают некоторым избытком энергии за счет недостатка молекулярного взаимодействия с отсутствующим слоем молекул. Эта нескомпенсированность молекулярных сил в поверхностных слоях жидкостей и твердых тел определяет все виды их молекулярного взаимодействия: поверхностное натяжение, смачивание, адсорбцию, капиллярную конденсацию, капиллярное всасывание, испарение, диффузию, адгезию. Эти виды молекулярного воздействия определяют и ряд важнейших физико-химических процессов, сопровождающих твердение вяжущих веществ: растворение, гидратацию, коллоидацию, коагуляцию и кристаллизацию. Поскольку эти явления, в свою очередь, определяют процессы структурообразования искусственного камня, то они будут влиять и на формирование его механических и эксплуатационных характеристик: деформативность, жесткость, прочность, плотность, коррозионную стойкость и долговечность. Используя эффективные приемы воздействия на поверхностные явления в тесте вяжущего вещества, можно регулировать его пластично-вязкие свойства, кинетику процессов его схватывания и твердения, т.е. должны поддаваться управлению технологические свойства бетонных и растворных смесей и строительно-технические свойства затвердевших бетонов и растворов. Было установлено, что некоторые вещества при растворении в воде способны даже в очень малых концентрациях адсорбироваться на поверхности раздела фаз и существенно снижать избыточную энергию этой поверхности. Эти вещества называют поверхностно-активными (ПАВ). Поверхностно-активные вещества – органические соединения, в молекулах которых входят одновременно полярная группа, например, ОН, СООН, Н2 и неполярная углеводородная цепь. Для большинства ПАВ характерно линейное строение молекул, длина которых значительно превышает поперечные размеры, эти молекулы ассиметричны и несбалансированны по энергии. Функциональная полярная группа обладает гидрофильностью, а углеводородный радикал отличается гидрофобностью. Вследствие этого на поверхность твердых частиц вяжущего вещества, гидрофильного по природе, склонны налипать гидрофильные полярные «головки» молекул ПАВ, как бы достраивая отсутствующий слой гидрофильных молекул. Избыток энергии поверхности частиц вяжущего вещества и самих молекул ПАВ при этом значительно уменьшается. Согласно классификации академика П.А. Ребиндера поверхностно-активные вещества делят по механизму их молекулярного действия на гидрофобизирующие, гидрофилизирующие, воздухововлекающие и комплексные. Гидрофобизирующие ПАВ – это углеводороды с молекулами значительной длины, обладающие большой молекулярной энергией, типа С2Н2n-1COOH, где n равно 12…20 (олеиновая кислота, мылонафт). Гидрофильные части молекул такого типа ПАВ ориентируются на гидрофильной поверхности зерен вяжущего, а гидрофобные радикалы образуют «частокол» вокруг частиц (рисунок 29). Такие молекулярные пленки ухудшают смачиваемость частиц водой, что позволяет уменьшить количество воды в смеси при сохранении ее подвижности. При наличии касательных сдвиговых усилий они служат плоскостями скольжения между частицами и пластифицируют смесь. Следует учитывать, что присутствие такого типа ПАВ в тесте вяжущего вещества ограничивает процессы гидратации в начальный период и замедляет схватывание вяжущего теста. Гидрофобизирующие ПАВ вводят в количестве 0,06…0,20% от массы вяжущего вещества в расчете на сухое вещество добавки. Рисунок 29 − Схема ориентации молекул гидрофобизирующих ПАВ на зерне вяжущего вещества 1 – частица вяжущего вещества. 2 – гидрофильная часть молекул ПАВ. 3 – гидрофобная часть молекул ПАВ Гидрофилизирующие ПАВ – это углеводороды с молекулами небольшой длины и меньшей величиной молекулярной энергии. Представителем этого типа ПАВ являются кальциевые соли лигносульфоновой кислоты, в частности, лигносульфонат кальция технический (ЛСТ). За счет сравнительно малой длины молекул этого типа ПАВ строгой их ориентации в адсорбционных слоях на частицах вяжущего ожидать нельзя. Гидрофильные части молекул могут быть обращены как в сторону твердой фазы, так и в противоположную сторону (рисунок 30), и тем самым притягивать подобные им молекулы воды. Таким образом. Вокруг зерен вяжущего образуются адсорбционные слои молекул ПАВ и достаточно толстые слои молекул воды, снижающие внутреннее трение в смеси и играющие роль гидродинамической смазки. Вследствие этого, а также благодаря физической адсорбции молекул ПАВ в устьях микротрещин зерен вяжущего и сглаживанию шероховатостей микрорельефа зерен, смесь пластифицируется и возможно снижение ее водопотребности. Гидрофилизирующие ПАВ вводят в количестве 0,15…0,30% от массы вяжущего вещества в расчете на сухое вещество добавки. Они также замедляют схватывание и твердение вяжущих веществ за счет экранирующего эффекта. Рисунок 30 – Схема ориентации молекул гидрофилизирующих ПАВ на зерне вяжущего вещества 1 – частица вяжущего вещества. 2 – гидрофильная часть молекул ПАВ. 3 – гидрофобная часть молекул ПАВ Воздухововлекающие ПАВ – это углеводороды, уменьшающие силы поверхностного натяжения воды, что способствует вовлечению пузырьков воздуха при перемешивании смеси. Воздухововлекающим ПАВ является, например, натриевая соль абиетиновой кислоты – смолы нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ). Вовлеченный в смесь воздух (6…10% от общего объема смеси) увеличивает ее объем, повышает пластичность за счет создания дополнительной поверхности раздела фаз с малым внутренним трением. Воздушные микропоры, образующиеся за счет этого типа ПАВ в камне вяжущего вещества, замкнуты, равномерно распределены и, выполняя роль своеобразных демпферов, могут существенно повысить морозостойкость искусственного камня. Комплексные ПАВ – представляют собой комплексы добавок различного типа: гидрофобно-пластифицирующих, гидрофобно-воздухововлекающих и т.п. Они обладают полифункциональным действием и целесообразны еще и потому, что появляется возможность получать водоразбавленные продукты в виде эмульсий гидрофобизаторов в водных растворах гидрофильных добавок, тогда как многие из технических гидрофобных ПАВ (мылонафт, асидол, олеиновая кислота) в воде нерастворимы. На практике применяют следующие способы введения добавок ПАВ в смеси: - при помоле молекулы ПАВ адсорбируются на частиках вяжущего вещества и затем вводятся в смесь совместно с этими вяжущими веществами; - в виде водных растворов, которые смешиваются с водой завторения при приготовлении бетонных и растворных смесей; - с минеральными порошками, добавляемыми в смеси. Многие ПАВ хорошо растворимы в воде и поэтому их используют в виде водных растворов известной концентрации. Количество раствора добавки при этом определяют по формуле: Vр-ра = mв ∙ D / C ∙ ρ, (16) где Vр-ра – объем водного раствора добавки, м3; mв – масса вяжущего вещества в смеси, кг; D – дозировка добавки, % от массы вяжущего вещества в расчете на сухое вещество добавки; С – концентрация водного раствора ПАВ,%; ρ – плотность водного раствора добавки ПАВ, кг/м3. Используя добавки ПАВ в технологии вяжущих веществ, бетонов и растворов, удается уменьшить потерю активности вяжущего вещества при длительном хранении, замедлить процессы его схватывания и твердения, снизить водопотребность и повысить подвижность растворных и бетонных смесей, уменьшить их расслаивание и водоотделение. Кроме того, добавки ПАВ позволяют повысить плотность, морозостойкость, коррозионную стойкость, а в ряде случаев и прочность искусственного камня, а также снизить расход вяжущего вещества. Поэтому выбор конкретного вида добавки ПАВ, ее количество и эффект действия должны быть тщательно изучены и обоснованы. Цель работы Изучить механизм действия добавок ПАВ и исследовать их влияние на некоторые свойства минеральных вяжущих веществ. Порядок выполнения работы Подгруппе студентов предлагается провести следующие испытания: - изучить возможность получения гидрофобного цемента с подбором оптимальной дозировки гидрофобизирующего ПАВ; - изучить возможность регулирования пластично-вязких свойств и сроков схватывания гипсового теста пластифицирующей добавкой ПАВ. При изучении гидрофобизации порошка цемента 1 звено студентов работает с обычным портландцементом, а 2,3 и 4 звенья студентов – с портландцементом, содержащим соответственно 0,05; 0,10; и 0,15% добавки олеиновой кислоты в расчете на сухое вещество добавки от массы цемента. При изучении влияния пластифицирующей добавки на свойства гипсового теста 1 звено студентов подбирает нормальную густоту теста без добавки и устанавливает на нем сроки схватывания гипса. 2,3 и 4 звенья студентов оценивают текучесть гипсового теста, подбирают его нормальную густоту НГ и устанавливают сроки схватывания гипсового теста, содержащего соответственно 0,10; 0,15 и 0,25% добавки ПАВ в расчете на сухое вещество от массы гипса. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ 1 Гидрофобизация цемента Для обеспечения указанных выше дозировок добавки берут различное количество портландцемента и добавляют в него одну каплю олеиновой кислоты, масса которой 0,03 г. Так, например, для дозировки 0,05 % необходимо добавить одну каплю к 60 г, для 0,10 % – к 30 г, а для 0,15 % – к 20 г цемента. К портландцементу добавляют соответствующее количество ПАВ и тщательно перемешивают с растиранием в фарфоровой ступке. Для обеспечения однородного распределения добавки по всему объему цемента перемешивание следует производить в течение 7…10 мин. Для опыта берут 10 г приготовленного цемента, разравнивают его на сухой горизонтальной поверхности и на этот слой наносят пипеткой несколько капель воды. Наблюдая за состоянием капель, фиксируют время от момента нанесения капли до полного ее впитывания в слой цемента. На гидрофобном цементе вода должна оставаться в виде свободно перемещающихся капель не менее 5 мин. По результатам этого испытания строят график зависимости времени впитывания воды цементом от количества введенной гидрофобной добавки и устанавливают оптимальную дозировку добавки для придания цементу гидрофобных свойств. 2 Оценка влияния пластифицирующей добавки на свойства гипсового теста Сначала устанавливается нормальная густота гипсового теста без добавки по стандартной методике, изложенной в работе № 5. Затем в тесто нормальной густоты вводят добавку-пластификатор в указанных выше дозах в виде водного раствора известной концентрации, который предварительно смешивают с водой затворения. При этом следует учитывать воду, вносимую в тесто с раствором добавки, уменьшая соответственно дозировку воды, обеспечивающую нормальную густоту теста так, чтобы общее количество воды в тесте оставалось неизменным. Контрольный пример Для затворения гипсового вяжущего вещества массой 300 г используют водный раствор ПАВ (в данном случае ЛСТ) концентрацией 10 % и имеющий плотность 1,043 г/см3. Определяется количество раствора добавки для обеспечения заданной дозировки 0,20 % в расчете на сухое вещество добавки от массы вяжущего вещества и количество воды затворения, если для теста из данного гипса установлена нормальная густота, равная 46 %. Объем раствора добавки, рассчитанной по формуле 17, будет равен 5,75 см3. Количество воды затворения рассчитывается по формуле: Взатв. = ВНГ – V р-ра ∙ ρ (1 – С/100), (17) где Взатв.– количество воды затворения, г; ВНГ – количество воды, требуемое для получения гипсового теста нормальной густоты, г; Vр-ра – объем водного раствора добавки, см3; ρ – плотность водного раствора ПАВ, г/см3; С – концентрация раствора добавки, %. Подставляя известные величины в формулу 17, получим Взатв. = 0,46 ∙ 300 – 5,75 ∙ 1,043 ∙ (1-10/100) = 132,6 г. Изучение возможности уменьшения количества воды затворения в тесте стандартной консистенции выполняют подбирая нормальную густоту с каждой из вышеуказанных доз добавки-пластификатора. По результатам испытаний строят график зависимости текучести и нормальной густоты гипсового теста от количества вводимой добавки. 3 Оценка влияния ПАВ на сроки схватывания гипса Сначала для сравнительного анализа устанавливают сроки схватывания гипса на тесте нормальной густоты без добавки. Затем определяют сроки схватывания на гипсовом тесте нормальной густоты, содержащем различные количества добавки-пластификатора, которое подобрано в п. 2. По результатам этих испытаний строят графики зависимости сроков схватывания гипсового теста от количества вводимой добавки. Изучение влияния добавки ПАВ на свойства искусственного камня на основе неорганических вяжущих предусмотрено в работе № 7. По результатам лабораторной работы в целом делаются заключение об оптимальной дозировки добавки ПАВ для получения гидрофобного цемента, для пластификации и замедления сроков схватывания вяжущих веществ. Составляются рекомендации по регулированию свойств вяжущих веществ с помощью поверхностно-активных веществ. Контрольные вопросы 1 Какие вещества называются поверхностно-активными? 1 Вещества, которые вступают в активное химическое взаимодействие с поверхностью других веществ. 2 Вещества, оказывающие каталитическое воздействие на химические процессы, происходящие на границе раздела двух фаз. 3 Вещества, которые, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, существенно понижают избыточную энергию этой поверхности. 4 Вещества, которые, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, существенно увеличивают избыточную энергию этой поверхности. 2 Что представляют собой поверхностно-активные добавки к минеральным вяжущим веществам? 1 Это минеральные тонкодисперсные порошки, способствующие пластификации растворных и бетонных смесей. 2 Это углеводороды с дифильными молекулами, имеющие гидрофильную полярную группу и гидрофобный углеводородный радикал. 3 Это растворы электролитов, ускоряющие или замедляющие твердение вяжущих веществ. 4 Это щелочные или сульфатные активизаторы гидравлической активности вяжущих веществ. 3 Какие ПАВ обеспечивают сохранение активности вяжущих веществ при длительном хранении? 1 Гидрофильного типа. 2 Воздухововлекающие. 3 Замедлители схватывания и твердения. 4 Гидрофобного действия. 4 Какими способами лучше вводить добавки ПАВ в бетонные смеси? 1 При помоле вяжущих веществ или в виде водного раствора совместно с водой затворения. 2 В момент укладки и уплотнения бетонной смеси. 3 В сухом виде при перемешивании бетонных смесей. 4 Совместно с мелким заполнителем, предварительно обработанным раствором добавки. 5 На чем основан эффект пластификации растворных и бетонных смесей добавкой ЛСТ? 1 Молекулы ЛСТ адсорбируются на зернах вяжущего вещества и улучшают смачиваемость их поверхности, что приводит к увеличению дозировки воды при затворении и повышает пластичность смеси. 2 Молекулы ЛСТ адсорбируются на зернах вяжущего вещества и удерживают около их поверхности слои молекул воды, которые проявляют «смазочный» эффект, уменьшают трение между частичками и повышают пластичность смеси. 3 Молекулы ЛСТ снижают вязкость и поверхностное натяжение воды, способствуют воздухововлечению, что пластифицирует смесь. 4 Молекулы воды равномерно распределены в объеме воды затворения и снижают ее вязкость, что пластифицирует смесь. |