Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)
Среди обширной номенклатуры сухих смесей большую долю занимают быстротвердеющие составы, которые используются для про­ведения ремонтных работ; в качестве гидроизоляционных составов, предна­значенных для мгновенной остановки водных протечек; инъекционные со­ставы; быстротвердеющие клеевые составы; ровнители для полов; сухие смеси для облицовки тоннелей методом набрызг-бетонирования и т.д.

В качестве основных вяжущих веществ в таких смесях используются смеси гидравлических вяжущих - портландцемента и глинозёмистого цемента. Твердение таких составов основано на образовании фазы эттрингит, что обеспечивает набор прочности в первые часы твердения, снижение усадочных деформаций при твердении.

В последние годы в Российской Федерации наблюдается нехватка портландцемента, поэтому на строительном рынке присутствуют образцы цементов не только из всех регионов России, но и из-за рубежа. Свойства материалов, основанных на смесях портландского и глиноземистого цементов, зависят от свойств отдельных вяжущих и их соотношения. Поэтому, для разработки рецептур быстротвердеющих сухих смесей необходимы данные о взаимном влиянии цементов различных видов, марок, производителей на свойства композиций на основе портландского и глиноземистого цементов.

В работе исследовано влияние характеристик портландского и глиноземистого цементов, соотношения цементов на свойства быстротвердеющих композиций на их основе.

В качестве портландского цемента использовались два бездобавочных портландцемента и образец цемента с активной минеральной добавкой, а также три образца глиноземистого цемента импортного производства. Характеристика цементов представлена в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристика цементов

Цемент	Состав	Активность, МПа
ПЦ 500-Д0 (ОАО «Осколцемент»)	C3S – 57% C2S – 17% C3A – 6,3% C4AF – 13,5% CaSO4∙2H2O – 2% Дисперсность: 1-10 мкм – ~20% 10-25 мкм – 30% 50-80 мкм – 12-24% 80-100 мкм – ~30%	18,0
СЕМ I 42,5 (Германия)	C3S – 50-52% C2S – 18-20% C3A + C4AF – 20-22% CaSO4∙2H2O – 2-3% CaSO4 – 3-4% Дисперсность: 1-10 мкм – 45-50% 10-25 мкм – 30-35% 25-30 мкм – 17-18% > 35 мкм – 2-3%	62,0
ПЦ 400-Д20 (Савинский цементный завод)	C3S – 43-45% C2S – 13-14% C3A + C4AF – 16-18% CaSO4∙2H2O – 4-5% Шлак мелилитового состава – 15-18% Дисперсность: 1-10 мкм – 18-20% 10-25 мкм – 25-28% 35-50 мкм – 18-20% 50-100 мкм – 25-35%	22,0
Fondu («Lafarge», Франция)	CА – 40-45% CА2 – 2-3% C4AF – 25-28% C12А7 – 4-5% Стеклофаза – 7-8% Кварц – 1-2% Sуд.=3700 см2/г	100,0
Istra-40 (Германия)	CА – 52-54% CА2 – 2-3% C4AF – 30-33% C2АS – 2-3% Sуд.=3400 см2/г	115,0
Isidac-40 (Турция)	CА – 57-60% CА2 – 1-2% C4AF – 27-30% C2АS – 2-3% Кварц – 1-2% Оксиды железа – 7-8% Sуд.=4470 см2/г	93,5

Исследовалось влияние соотношения ПЦ/ГЦ на сроки схватывания и кинетику твердения образцов, приготовленных из цементного теста и раствора. Свойства смесей изучались при соотношении ПЦ/ГЦ равном 95/5; 75/25; 60/40; 25/75.

На примере смесей ПЦ 500-Д0 (ОАО «Осколцемент») с тремя образцами глиноземистого цемента – Fondu (Франция), Istra-40 (Германия), Isidac-40 (Турция) (рис.1) – установлено, что добавление 5% ГЦ к 95% ПЦ 500-Д0 приводит к резкому сокращению сроков: начала схватывания на 8-45% и конца схватывания на 30-55%. Причем наиболее эффективное сокращение схватывания наблюдается при добавлении 5% Fondu к 95% ПЦ. Для смесей с соотношением ПЦ/ГЦ=75/25÷60/40, независимо от характеристики глиноземистого цемента, наблюдается практически мгновенное схватывание. В смесях с преобладанием ГЦ с соотношением ПЦ/ГЦ=25/75 наибольшее сокращение сроков схватывания отмечено для составов на основе Fondu.

Оценка влияния глиноземистых цементов на прочностные свойства образцов из цементного теста, приготовленных на основе смесей с ПЦ 500-Д0 показала, что прочность смешанных композиций, как правило, ниже прочности отдельных цементов. Однако для композиции ПЦ 500-Д0 с добавлением 5% Isidac-40 и Fondu характерно повышение ранней прочности на 5 и 50% соответственно. Чем выше активность добавляемого ГЦ, тем большее влияние оказывает ГЦ на прочность композиций с преобладанием ГЦ в составе.

Замена портландского цемента ПЦ 500-Д0 в смесях с Fondu на другой образец бездобавочного цемента СЕМ I 42,5 (Германия) привела к изменению сроков схватывания во всем диапазоне соотношений. Прочность смешанных композиций во все сроки твердения ниже прочности отдельных цементов. Такое различие в поведении смешанных составов может быть связано с тем, что, в отличие от ПЦ 500-Д0, в составе СЕМ I 42,5 сульфат кальция представлен смесью двуводного гипса и ангидрита. Ангидрит медленнее растворяется в воде, что приводит к замедлению реакции образования эттрингита, обеспечивающего формирование ранней прочности таких смешанных композиций.

Применение в смешанных составах другого вида портландцемента с активной минеральной добавкой, шлаком мелилитового состава, ПЦ 400-Д20 (Савинский цементный завод) привело к существенному изменению как сроков схватывания (рис.2), так и прочностных характеристик композиций. Так, введение в состав ПЦ 400-Д20 5% ГЦ (Fondu, Istra-40, Isidac-40) обеспечивает меньшее сокращение сроков схватывания по сравнению со смесями на основе бездобавочных портландцементов, что связано, по-видимому, с наличием в составе ПЦ 400-Д20 шлака мелилитового состава.

Для смесей на основе ПЦ 400-Д20 с добавлением ГЦ всех видов в более широком диапазоне соотношений от 25% до 75% ГЦ характерно мгновенное сокращение сроков схватывания, что может привести к затруднению при разработке на их основе составов с регулируемым сроком сохранения подвижности растворной смеси.

Прочностные свойства растворов (Ц:П=1:3), приготовленных на основе смесей ПЦ 400-Д20 и ГЦ трех видов, при содержании глиноземистых цементов в составе до 40%, характеризуются повышением прочности ≈ в 2 раза по сравнению с раствором на основе только портландского цемента, особенно в начальные сроки твердения. При этом наибольшее повышение прочности характерно для смесей ПЦ 400-Д20 с Isidac-40 и Fondu.

Однако, прочность смешанных композиций на основе портландцемента, содержащего в своем составе активную минеральную добавку, ниже прочности композиций на основе бездобавочных цементов в сочетании с ГЦ.

Таким образом, свойства смешанных композиций ПЦ-ГЦ определяются характеристиками портландского цемента (наличием активной минеральной добавки в составе, видом сульфатного компонента, тонкостью помола), глиноземистого цемента (фазовым составом, тонкостью помола) и соотношением цементов в составе.

В сухие смеси для устройства полов, инъекционных, ремонтных составов вводят порошкообразные добавки - суперпластификаторы. Представителями таких добавок являются добавки на основе поликарбоксилатов. Для смесей портландского и глиноземистого цементов, как правило, рекомендуются специальные марки суперпластификаторов.

В качестве модифицирующих добавок использовались порошкообразные гиперпластификаторы поликарбоксилатного типа: ViscoCrete 105Р, ViscoCrete 225РV (фирма «Sika», Щвеция), Melflux 2641F, Melflux 5581F («SKW», Германия), Melflux 5581F и ViscoCrete 225РV являются добавками нового поколения.

Установлено, что для смесей на основе различных видов портландцементов ПЦ 400-Д20 и ПЦ 500-Д0 и глиноземистого цемента Fondu, эффективность суперпластификаторов различна. Так, на основе ПЦ, содержащего в составе активную минеральную добавку, ПЦ 400-Д20 + Fondu, независимо от соотношения ПЦ/Fondu и концентрации суперластификатора, наибольший эффект как на подвижность цементного теста, так и на прочностные свойства, оказывает суперпластификатор Melflux 2641F. Для состава на основе бездобавочного цемента ПЦ 500-Д0 + Fondu наибольшее повышение подвижности оказывают суперпластификаторы нового поколения Melflux 5581F и ViscoCrete 225РV, а с позиций оптимального влияния на прочностные свойства – Melflux 5581F.

Одной из возможных областей применения смесей ПЦ-ГЦ в составах сухих строительных смесей являются составы быстротвердеющих сухих смесей ля устройства полов.

По результатам исследования влияния характеристик портландского цемента на свойства быстротвердеющих составов для стяжек на основе ПЦ- Fondu показано, что для разработки стяжек с преобладанием ПЦ в составе, характеризующемся временем достижения прочности, необходимой для технологического прохода по полу через 1 час от начала затворения, необходимо использовать ПЦ с активностью >60,0 МПа.

Быстротвердеющие стяжки на преимущественно Fondu с минимальным временем достижения прочности, необходимой для технологического прохода по полу через 1 час от начала затворения, могут быть разработаны на смеси Fondu с добавками ПЦ, характеризующегося активностью >20,0 МПа. Стяжки с преобладанием Fondu в составе характеризуются более высокой, на 10-20 МПа, прочностью по сравнению со стяжками преимущественно на ПЦ. Поэтому составы стяжек на преимущественно Fondu могут быть рекомендованы в качестве окончательного поверхностного покрытия полов.

Рисунок 1 – Сроки схватывания смесей на основе ПЦ 500-Д0 – ГЦ.

Рисунок 2 - Сроки схватывания смесей на основе ПЦ 400-Д20 – ГЦ.