Сравнительный анализ способов оценки реологической эффективности комплексных модификаторов в цементных системах

Введение. На практике в качестве показателей эффективности действия добавок-разжижителей используют стандартные технические характеристики (осадка конуса, диаметр расплыва смеси и др.), по которым сложно судить о реологических свойствах цементных систем. Исследование посвящено анализу соотносительности показателей подвижности с реологическими характеристиками и вопросу регулирования реологических показателей цементных смесей с учетом электроповерхностных явлений.

Материалы и методы. Использовали наполнители (кварц, мрамор) с различными электроповерхностными свойствами (Sуд = 300 и 600 м2/кг); вяжущее: ЦЕМ I 42,5 Н ЗАО «Осколцемент»; пластифицирующие добавки: суперпластификатор Полипласт СП-1, гиперпластификатор Sunbo 2021. Реологические характеристики дисперсий определяли на ротационном вискозиметре Rheotest RN 4.1, подвижность — при помощи мини-конуса. Микроанализ поверхности проводили с использованием РЭМ TESCAN MIRA 3 LM. Удельную поверхность определяли на приборе ПСХ-10а, электрокинетический потенциал поверхности частиц — на оборудовании Zetasizer Nano ZS.

Результаты. Показано, что наибольший разжижающий эффект наблюдается в суспензиях, где преобладающий знак заряда поверхности частиц минеральных наполнителей противоположен знаку заряда функциональной группы анионных пластифицирующих добавок, и наоборот. Выявлено, что вид минерального наполнителя сильнее сказывается на показателях подвижности, чем на реологических характеристиках. Установлена взаимосвязь между пластической вязкостью и подвижностью (РК). На основе анализа полученных реологических данных и подвижности выявлены области течения цементных дисперсий.

Выводы. Применение тонкодисперсных порошков положительно влияет на текучесть цементных дисперсий, мраморный наполнитель более эффективен, чем кварцевый. В области умеренного разжижения дисперсий (РК = = 60–170 мм) расплыв конуса аутентичен реологическим показателям, а крайние области плохо идентифицируются. Практическое применение результатов исследований позволит повысить эффективность использования супер- и гиперпластификаторов и упростить оценку реологического режима течения дисперсий.

1. Толыпина Н.М., Толыпин Д.А. Влияние минеральных наполнителей на разжижение цементных суспензий с помощью ПАВ // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2022. № 9. С. 26–33. DOI: 10.34031/2071-7318-2022-7-9-26-33. EDN ENFGLL.

2. Рахимбаев Ш.М., Толыпина Н.М., Хахалева Е.Н. Взаимосвязь между пластической вязкостью цементных систем и их реотехнологическими характеристиками // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2018. Т. 15. № 2 (60). С. 276–282. EDN XSDGCL.

3. 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. EDN DIRJUN.

4. Леденев А.А., Козодаев С.П., Перцев В.Т., Баранов Е.В., Загоруйко Т.В., Внуков Д.Н. Механизмы действия различных видов органоминеральных добавок в цементной системе // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2021. № 9. С. 8–19. DOI: 10.34031/2071-7318-2021-6-9-8-19. EDN UFSCDT.

5. Ghosal M., Chakraborty A.K. Superplasticizer compatibility with cement properties — a study // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 56. Pp. 568–573. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.02.386

6. Шахова Л.Д. К вопросу совместимости цементов с пластифицирующими добавками // Цемент и его применение. 2024. № 4. С. 48–55. EDN DTZPCT.

7. Ortiz-Álvarez N., Lizarazo-Marriaga J., Brandão P.F.B., Santos-Panqueva Y., Carrillo J. Rheological properties of cement-based materials using a biopolymer viscosity modifying admixture (BVMA) under different dispersion conditions // Cement and Concrete Composites. 2021. Vol. 124. P. 104224. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2021.104224

8. Du J., Meng W., Khayat K.H., Bao Y., Guo P., Lyu Z. et al. New development of ultra-high-performance concrete (UHPC) // Composites Part B: Engineering. 2021. Vol. 224. P. 109220. DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.109220

9. Перцев В.Т., Леденев А.А. Разработка эффективных комплексных органоминеральных добавок для регулирования реологических свойств бетонных смесей : монография. Воронеж : ВГАСУ, 2012. 135 с. EDN QNQCST.

10. Chen J., Qiao M., Gao N., Wu J., Shan G., Zhu B. et al. Acrylate based post-acting polymers as novel viscosity modifying admixtures for concrete // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 312. P. 125414. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125414

11. Ferraz D.F., Martho A.C.R., Burns E.G., de Oliveira Romano R.C., Pileggi R.G. 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. Vol. 16. Issue 2. DOI: 10.1590/s1983-41952023000200010

12. Zhang Q., Chen J., Zhu J., Yang Y., Zhou D., Wang T. et al. Advances in organic rheology-modifiers (chemical admixtures) and their effects on the rheological properties of cement-based materials // Materials. 2022. Vol. 15. Issue 24. P. 8730. DOI: 10.3390/ma15248730

13. Рахимбаев Ш.М., Логвиненко А.А. Реологические свойства материалов для строительства объектов транспортной инфраструктуры // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2014. № 5 (665). С. 26–33. EDN SQTAGF.

14. Khayat K.H., Meng W., Vallurupalli K., Teng L. Rheological properties of ultra-high-performance concrete — an overview // Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 124. P. 105828. DOI: 10.1016/j.cemconres.2019.105828

15. Qiao M., Chen J., Gao N., Shan G., Wu J., Zhu B. et al. Effects of adsorption group and molecular weight of viscosity-modifying admixtures on the properties of cement paste // Journal of Materials in Civil Engineering. 2022. Vol. 34. Issue 7. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0004296

16. Ji X., Pan T., Zhao W., Liu J., Sha J., Han F. Interaction of superplasticizers with C3A: Understanding the superplasticizer compatibility with cement // Journal of Materials in Civil Engineering. 2023. Vol. 35. Issue 9. DOI: 10.1061/JMCEE7.MTENG-15185

17. Shrihari S., Seshagiri Rao M.V., Srinivasa Reddy V., Manasa A. Compatibility assessment of commercial cements with superplasticizers // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 184. P. 01079. DOI: 10.1051/e3sconf/202018401079

18. Лесовик В.С., Шеремет А.А., Чулкова И.Л., Журавлева А.Э. Геоника (геомиметика) и поиск оптимальных решений в строительном материаловедении // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2021. Т. 18. № 1 (77). С. 120–134. DOI: 10.26518/2071-7296-2021-18-1-120-134. EDN HMWWZK.

19. 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. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.10.1241-1257. EDN NPNPBT.

20. He D., Lu Z., Liang X., Liu R., Sun G. A study to improve the compatibility of PCE with cement paste containing clay // Materials Letters. 2022. Vol. 308. P. 131111. DOI: 10.1016/j.matlet.2021.131111