Обґрунтування застосування домішок до бетону при сучасних технологіях багатоповерхового монолітного каркасного будівництва

Головкіна, Олена Анатоліївна
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6129
Назва:	Обґрунтування застосування домішок до бетону при сучасних технологіях багатоповерхового монолітного каркасного будівництва
Автори:	Пряник, Сергій Петрович Головкіна, Олена Анатоліївна
Ключові слова:	бетон;властивості бетонної суміші;довговічність;несуча здатність;домішки
Дата публікації:	гру-2024
Короткий огляд (реферат):	Головкіна O.A. «Обґрунтування застосування домішок до бетону при сучасних технологіях багатоповерхового монолітного каркасного будівництва». - Рукопис. Кваліфікаційна робота здобувана вищої освіти за спеціальністю 192 - Будівництво та цивільна інженерія. - Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2024. Кваліфікаційна робота присвячена дослідженню та обґрунтуванню застосування домішок до бетону при сучасних технологіях багатоповерхового монолітного каркасного будівництва. Розглянуті комплексні домішки, що мають декілька функцій одночасно для бетону, застосовних при сучасних технологіях монолітного бетонування для отримання високоефективного каркасу з несучих конструкцій. Виявлені та проаналізовані поліпшені характеристики бетонних сумішей, що збільшить несучу здатність та довговічність каркасів. Визначено оптимальні варіанти.
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу):	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6129
Розташовується у зібраннях:	192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво)
Файли цього матеріалу:
Файл	Опис	Розмір	Формат
Magisterska robota Golovkina.pdf Restricted Access		3.81 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії
Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
Анотація
Головкіна O.A. «Обґрунтування застосування домішок до бетону при сучасних 
технологіях багатоповерхового монолітного каркасного будівництва». -  
Рукопис.
Кваліфікаційна робота здобувана вищої освіти за спеціальністю 192 - 
Будівництво та цивільна інженерія. -  Черкаський державний технологічний 
університет, Черкаси, 2024.
Кваліфікаційна робота присвячена дослідженню та обґрунтуванню 
застосування домішок до бетону при сучасних технологіях багатоповерхового 
монолітного каркасного будівництва.
Розглянуті комплексні домішки, що мають декілька функцій одночасно 
для бетону, застосовних при сучасних технологіях монолітного бетонування для 
отримання високоефективного каркасу з несучих конструкцій. Виявлені та 
проаналізовані поліпшені характеристики бетонних сумішей, що збільшить 
несучу здатність та довговічність каркасів. Визначено оптимальні варіанти.
Ключові слова: бетон, властивості бетонної суміші, домішки, несуча 
здатність, довговічність.
ВСТУП
Актуальність теми. Бетон є одним із найрозповсюджених матеріалів для 
багатоповерхового монолітного каркасного будівництва. Домішки до бетону 
необхідні для регулювання властивостей бетону та економії цементу. За 
функціональним призначенням та основним ефектом дії розрізняють домішки, 
що регулюють властивості бетонних і розчинових сумішей, в тому числі 
пластифікуючі, стабілізуючі, водоутримуючі, домішки, що поліпшують 
перекачування сумішей; домішки поризуючі (повітровтягувальні, 
піноутворювачі та газоутворювачі); домішки, що регулюють процеси тужавіння 
і твердіння (сповільнюють або прискорюють) та домішки, які змінюють 
характер процесів структуроутворення бетону та надають йому спеціальних 
властивостей (протиморозні, гідрофобізуючі).
Нинішнє покоління високотехнологічних і високоміцних бетонів 
розвивається, головним чином, за рахунок застосування різних домішок, що 
модифікують: від ПАР і водорозчинних електролітів до реакційно-здатних 
матеріалів - мінеральних порошків і нанорозмірних домішок. Ринок 
однофункціональних і багатофункціональних хімічних домішок насичений і 
обсягом і різноманітністю, проте вони, крім основної позитивної дії, часто 
надають і вторинну негативну (прискорювачі - хлориди металів викликають 
корозію сталевої арматури, а суперпластифікатори - повітровтягування, 
уповільнене схоплювання і твердіння цементного тіста та інше). Грамотне 
застосування цільових комплексних домішок дозволяє вирішити будь-які 
проблеми, пов'язані з отриманням бетонів із заданими властивостями. Висока 
міцність, низька проникність, підвищена довговічність і морозостійкість можуть 
бути досягнуті із застосуванням високорухливих бетонних сумішей, що містять 
сучасні домішки.
Крім того, комплексні домішки для виробників бетону позбавляють їх від 
пошуків декількох різних компонентів для отримання потрібних властивостей. 
Адже ці компоненти повинні ще й бути сумісними в одній суміші. Рішення 
зазначеної проблеми представляється у використанні домішок 
поліфункціональної дії, які не мають будь-яких побічних негативних ефектів, з
7
мінімальною витратою цементу на кубічний метр бетону, зі зручним 
дозуванням при приготуванні бетонної суміші і низькою собівартістю. Це 
найважливіше завдання хімічного модифікування далеко до завершення і 
критерієм оптимальності його рішення може стати відношення вартості 
введеної в бетон домішки до величини її технічного ефекту (приростів 
рухливості бетонної суміші, міцності бетону, його довговічності і ін). і 
отримання максимально щільної упаковки частинок і зерен різних розмірів з 
високим рівнем концентрації твердої фази в одиниці об'єму, а також високі 
міцність і довговічність бетону.
Метою кваліфікаційної роботи магістра є дослідження та обґрунтування 
застосування домішок до бетону при сучасних технологіях багатоповерхового 
монолітного каркасного будівництва для отримання високоефективних несучих 
конструкцій.
Завдання дослідження:
- проаналізувати сучасний стан питання використання домішок для 
бетонів та їх різновиди, проаналізувавши вихідні компоненти, склад і спосіб 
виготовлення комплексниз багатофункціональних домішок;
- виявити особливості структуроутворення і властивостей цементної композиції, 
що містить багатофункціональну домішку;
- дослідити зміну технологічних і фізико-механічних властивостей бетонної 
суміші та бетону для несучих конструкцій, відповідно, при оптимальній 
концентрації багатофункціональної домішки;
- оцінити вплив багатофункціональної домішки на критерії морозостійкості, 
водонепроникності, корозійної стійкості та довговічності високоефективного 
бетону конструкцій монолітного бетонування;
- обгрунтування результативності використання багатофункціональної домішки. 
Об'єктами досліджень є комплексні домішки багатофункціональної дії для 
бетону з метою отримання високоефективних несучих конструкцій.
Предмет дослідження - рецептури складу та основні властивості важких 
бетонів зі застосуванням зазначених домішок, що визначають підвищення 
якості монолітних робіт.
10
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ПРОЦЕСІВ ОТРИМ АННЯ БЕТОНІВ, ЯКІ 
ВИКОРИСТОВУЮ ТЬ ПРИ СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ  
БАГАТОПОВЕРХОВОГО МОНОЛІТНОГО КАРКАСНОГО
БУДІВНИЦТВА
1Л Сучасний стан питання використання домішок для бетонів та їх 
різновиди
Домішки необхідні для регулювання властивостей бетону та економії 
цементу. За функціональним призначенням та основним ефектом дії 
розрізняють домішки, що регулюють властивості бетонних і розчинових 
сумішей, в тому числі пластифікуючі, стабілізуючі, водоутримуючі, домішки, 
що поліпшують перекачування сумішей; домішки поризуючі 
(повітровтягу вальні, піноутворювачі та газоутворювачі); домішки, що 
регулюють процеси тужавіння і твердіння (сповільнюють або прискорюють) та 
домішки, які змінюють характер процесів структуроутворення бетону та 
надають йому спеціальних властивостей (протиморозні, гідрофобізуючі).
Пластифікуючі домішки збільшують рухомість, тобто знижують 
жорсткість суміші, не погіршуючи міцності бетону. Щоб визначити 
ефективність дії домішки, готують суміш з осіданням конуса (ОК) 2...4 см. При 
введенні відповідної домішки значення ОК зростає і, залежно від досягнутого 
результату, домішку відносять до однієї з чотирьох груп:
I -  суперпластифікатори, які збільшують ОК від 2...4 до 20 см і більше;
II -  сильнопластифікуючі з ОК до 14... 19 см;
III -  середньопластифікуючі з ОК до 9... 13 см;
IV -  слабопластифікуючі з ОК менш як 8 см.
Як пластифікатори широко використовують поверхнево-активні речовини 
(ПАР), які найчастіше одержують із вторинних продуктів та відходів хімічної 
промисловості.
За характером дії розрізняють гідрофільно- та гідрофобно-пластифікуючі 
домішки.
Представником гідрофільно-пластифікуючих домішок є ЛОТ 
(лігносульфонат технічний). Як у рідкому, так і в твердому вигляді, ЛОТ легко
11
розчиняється у воді і додається в бетонну суміш у кількості 0,1...0,5% від маси 
цементу, тобто витрата його на 1 м~’ бетону становить 0,5...1,0 кг.
Використання пластифікаторів дозволяє поліпшити легкоукладальність 
бетонної суміші (при незмінній міцності бетону) та збільшити міцність бетону 
за рахунок зниження витрати води (при незмінній витраті цементу).
До гідрофобно-пластифікуючих домішок належать милонафт, ГКЖ-10 
(етилсиліконат натрію), ГКЖ-94 (етилгідросилоксанова рідина). Ці домішки 
застосовують для бетонів із низькими витратами цементу. Внаслідок 
використання цих домішок знижується водопоглинання та підвищується 
морозо- та корозійна стійкість бетону.
Суперпластифікатори -  це синтетичні полімерні речовини, що 
використовуються в кількості 0,1... 1,2% від маси цементу, і відрізняються 
сильним розріджу вальним ефектом, час дії якого обмежується строком 2... З 
години від моменту введення. Суперпластифікатори умовно поділяють на 4 
групи:
- сульфатовані меламіноформальдегідні смоли та комплексні домішки на 
їхній основі;
- продукти конденсації нафталінсульфокислоти й формальдегіду та 
комплексні домішки на їхній основі;
- модифіковані (майже очищені від цукрів) лігносульфонати та 
комплексні домішки на їхній основі;
- продукти конденсації оксикарбонових кислот та поліакрилати.
Найбільшого поширення набули домішки С-3, Дофен, 10-03, 40-03,
ЛСТМ, ОП-7, Мельмент, Компласт, Релаксол, Динамон.
Прискорювачі твердіння призначені насамперед для скорочення строків 
розпалублення конструкції при монолітному бетонуванні, а у виробництві 
збірного залізобетону -  для зменшення часу теплової обробки виробів та 
збільшення оборотності бортоснащення.
Найпоширенішими в практиці прискорювачами є: хлорид кальцію СаС12, 
сульфат натрію Иа28 0 4, поташ К2С 0 3, нітрати кальцію Са(1чЮ3)2 та натрію
12
К аЫ 03. Дія цих прискорювачів полягає в тому, що вони знижують розчинність 
гідроксиду кальцію Са(ОН)2, який утворюється при гідратації цементу.
Іноді застосовують і комбіновані домішки, наприклад нітрит-нітрат 
кальцію, нітрит-нітрат-хлорид кальцію.
Для сповільнення тужавіння цементу застосовують домішки, які 
одночасно зменшують водопотребу суміші та витрату цементу, наприклад, 
органічні сполуки (ЛСТ) та кремнієорганічні рідини ГК Ж -10 і Г К Ж -11.
Як протнморозні домішки в умовах зимового бетонування застосовують 
хлориди кальцію і натрію, поташ, дія яких ґрунтується на зниженні точки 
замерзання води. Чим нижча температура твердіння, тим вища концентрація 
цих домішок у воді замішування.
Повітровтягувальні домішки зменшують поверхневий натяг води й при 
перемішуванні бетонної суміші сприяють втягуванню найдрібніших повітряних 
бульбашок. Бетонна суміш при цьому має кращу легкоукладальність, а
затверділий бетон -  підвищену морозостійкість. Якщо вміст повітря у бетонній 
суміші не вищий ніж 4...5%, то міцність бетону практично не знижується. 
Підвищення морозостійкості пояснюється тим, що повітряні бульбашки в 
затверділому бетоні виконують роль резервного об’єму для води, яка замерзає, і 
попереджають виникнення внутрішніх напружень від тиску льоду.
Представниками цих домішок є смола нейтралізована повітровтягувальна 
(СНП) та смола деревна омилена (СДО).
Домішки багатофункціональної дії (комплексні) дають змогу одночасно 
регулювати кілька властивостей бетонної суміші та бетону. Наприклад,
комплексна добавка ЛСТ+СНП пластифікує бетонну суміш і підвищує
морозостійкість бетону; добавка ЛСТ+СаСЬ пластифікує суміш, прискорює 
твердіння бетону та скорочує витрати цементу.
Широкого розвитку домішки цієї групи набули під час впровадження у 
промисловість суперпластифікагорів, більшість з яких по суті є комплексними 
домішками на основі поверхнево-активних речовин. Наприклад, 
суперпластифікатор С-3 поряд з головним компонентом -  продуктом
конденсації нафталінсульфокислоти та формальдегіду містить невелику
13
кількість лігносульфонатів та сульфату натрію. Зазвичай до 
суперпластифікаторів додають хлорид, нітрат та глюконат кальцію, тіосульфат і 
бікарбонат натрію, лігносульфонати, поліоксиетилен, карбоксиметилцелюлозу, 
синтетичні мікропіноутворювачі, солі винної кислоти, похідні сахарів та інші 
речовини. Введення до суперпластифікаторів додаткових компонентів дозволяє 
регулювати час тужавлення і кінетику набору міцності бетону, подовжує термін 
легкоукладальності бетонної суміші, зменшує водовідділення та розшарування 
бетонної суміші, регулює порову структуру у напрямку зменшення кількості 
відкритих пор, що сприяє підвищенню щільності, водонепроникності, міцності, 
морозостійкості та корозійної стійкості[4].
1.2 Процеси твердіння важких бетонів при сучасних технологіях 
багатоповерхового монолітного каркасного будівництва та основні 
технологічні фактори
Цемент широко використовується в сучасному промисловому, 
цивільному і дорожньому будівництві як основний будівельний матеріал і 
найважливіший компонент бетонів і розчинів,
На практиці до цементних бетонів, поряд з експлуатаційно-технічними 
властивостями, обов'язково пред'являються технологічні вимоги щодо термінів 
твердіння, велика тривалість яких є одним з небагатьох недоліків цього 
головного конструкційного матеріалу в будівництві. Як відомо, твердіння 
цементного бетону для набору марочної міцності без додаткових енергетичних 
впливів здійснюється досить тривалий час - 28 діб. Змінити це можливо і 
звичайно число факторів, що впливають на швидкість твердіння цементного 
каменю в бетоні, велике. Найважливішими з них є такі: час, склад і тонкість 
помелу цементу, В/ІД, температура, хімічні домішки, структура води. Історично 
вважається виправданим прискорення твердіння цементних систем, особливо 
для монолітного будівництва, за допомогою застосування хімічних домішок. 
При виробництві збірного бетону та залізобетону на заводах ЗБВ традиційно 
застосовується термообробка: в пропарювальних камерах (ТВО), у камерах 
обробки виробів продуктами згоряння газу, в індукційних камерах, в 
термоформах, в касетних установках і стендах. В даний час, коли ціни на
14
теплову обробку і електричну енергії багаторазово зросли, використання 
хімічної енергії домішок може дати великий економічний ефект. Ринок хімічних 
домішок насичений і обсягом і різноманітністю, тому «прийшов їхній час», для 
кваліфікованого підбору домішок різного функціонального.
Однак, монофункціональні домішки, крім основного ефекту, що 
оцінюється зазвичай за ДСТУ Б.В.2.7.-171:2008 «Будівельні матеріали. Домішки 
для бетонів і будівельних розчинів» [51]. Визначення та оцінка ефективності», 
часто надають і вторинну дію (прискорювачі - хлориди металів викликають 
корозію сталевої арматури, а суперпластифікатори - надмірне 
повітровтягування і т.д.). Розробка комплексних домішок поліфункціональної 
дії, що не мають побічного негативного впливу на технологічні або 
експлуатаційно-технічні властивості бетонної суміші і отверділого бетону - 
найважливіше завдання хімічного модифікування, далеке до завершення.
Критерієм оптимальності є відношення вартості введеної в 1 м бетону 
домішки до величини технічного ефекту (приросту рухливості бетонної суміші і 
міцності бетону). Твердіння цементного клінкеру характеризується швидкістю 
набору міцності його силікатними складовими. З них найбільшу активність по 
набору міцності проявляє трьохкальцієвий силікат (С3Б) - аліт [8], а найменшу 
двухкальцієвий силікат (С2Б) - біліт, який лише до 12 місяців твердіння показує 
досить високі значення міцності. Мономінеральний камінь, отриманий з 
чотирьохкальцієвого алюмоферіту (С4АР), має більш високу міцність, ніж з 
трьохкальцієвого алюмінату (С3А), але меншу ніж з С3Б. Однак поєднання С3А з 
іншими клінкерними складовими сприяє швидкому зростанню міцності в ранні 
терміни твердіння [9]. Ю.М. Бут зазначає, що в початкові терміни інтенсивніше 
гідратується С3А і С4АТ, а в пізні терміни (близько 3-х місяців) найбільшим 
ступенем гідратації характеризується С3Б, і тоді ряд мономінералів цементного 
клінкеру по спадаючій ступені гідратації матиме такий вигляд: С3Б > С3А >
С4АР і с 2б .
Алюмінатні і феритні фази в портландцементному клінкері значно 
відрізняються за складом від чистих з'єднань. У звичайних клінкерах реакції
15
цих фаз протікають в навколишньому середовищі, яке в хімічному і 
мікроструктурному відношенні схильне до домінуючого впливу силікатних фаз.
Швидкість гідратації С3А при звичайній температурі залежить від ВАД, 
розміру часток мінералу. Інтенсивність наростання міцності бетону залежить і 
від В/Ц. Так у бетонів з жорстких сумішей значення коефіцієнтів інтенсивності 
твердіння вищі, ніж у бетонів з рухомих сумішей. У загальному випадку 
міцність бетону визначається В/Ц, що випливає з фізичної сутності формування 
структури бетону. Бетон з великим В/Ц буде більш ослаблений за рахунок 
наявності пір, але ця залежність виконується лише в певних межах. Тому при 
дуже низьких В/Ц, навіть при підвищених витратах цементу і води, не вдається 
отримати удобоукладаєму бетонну суміш і необхідну щільність бетону, а при 
подальшому зменшенні В/Ц міцність бетону не збільшується, а навіть починає 
зменшуватися. Певну роль в зниженні міцності бетону в цьому випадку грає і 
той факт, що для гідратації цементу необхідний деякий надлишок води в 
порівнянні з тією кількістю, яка безпосередньо взаємодіє з цементом. В цьому 
випадку різке зменшення надлишку води тягне за собою уповільнення 
гідратації, і отже, зниження міцності бетону [10,11].
Особливий вплив на кінетику твердіння бетонів надає вид цементу [12]. 
Швидкість наростання міцності у портландцемента вище, ніж у 
шлакопортландцементу. Прискорення твердіння бетону інтенсифікується при 
застосуванні швидкотверднучих, особошвидкотверднучих тонкомолотих 
цементів та в'яжучих низької водопотреби (ВНВ). Використання в'яжучих 
низької водопотреби дозволяє збільшити міцність бетонів в 1,5-2 рази з 
міцністю до 120 МПа. Нормальна густота таких в'яжучих досягає 17-19%. 
Використання цих ВНВ дозволяє виготовляти залізобетонні конструкції в 
заводських умовах без використання термообробки.
Аналіз літератури [13] свідчить, що чим вище температура бетонної 
суміші під час твердіння, тим нижче його нормативна міцність при стисненні. 
Встановлено, що мінімальне зниження міцності на 15-17% відбувається при 
температурі 35°С, при температурі 90°С це зниження становить 45-50%. Для 
кожного часу пропарювання існує оптимальна температура, що забезпечує
16
максимальну механічну міцність без істотного подальшого її недобору. 
Максимальна міцність відразу після розпалубки забезпечується при температурі 
изотермії 50°С протягом 24 годин прогріву.
Якщо врахувати, що при 50°С втрата міцності від 28-добової контрольної 
становить 24%, а при 35°С - 17%, то стає очевидним, що цей температурний 
інтервал ізотермії 35-50°С є сприятливим для формування малодефектної 
структури бетону. Слід очікувати, що більш оптимальним для отримання 
бездефектної структури бетону є температурний інтервал 25-35°С, хоча 
природно, що з пониженням температури тривалість прогріву може бути 
невиправдано великою, теплоенергетичні витрати при цьому будуть мінімальні, 
особливо в літній період. Твердіння бетону при невисоких температурах 25- 
35°С актуально для високоміцних або звичайних малопрогрівних і 
безпрогрівних бетонів, особливо монолітних, в яких швидкість набору міцності 
забезпечується високою щільністю і низьким вмістом води за рахунок введення 
суперпластифікаторів [14]. Тому інтервал температур 25-35°С і нижче 
представляє великий практичний інтерес. Збільшення питомої поверхні зерен 
цементу активізує процеси структуроутворення та тверднення, оскільки реакції 
гідратації мають топохімічний характер (на поверхні розділу гідратної і твердої 
фаз). Хімічна активність тонкоподрібненої твердої фази пояснюється 
аморфізацією поверхневого шару зерен, утворенням вільних радикалів, так 
званих «активних центрів» [15]. При цьому відбувається збільшення активності 
портландцементу з 50 МПа до 70 МГІа (на 40%).
Відомі також дослідження по інтенсифікації твердіння бетону шляхом 
активації води. Методів зміни реакційної здатності води і водних систем 
шляхом фізико-хімічної дії, які називаються активацією, існує декілька: 
механохімічна, баротермічна, магнітна, електрохімічна. Найефективнішою з 
них є електрохімічна активація. Така вода має пластифікувальні властивості і 
підвищує характеристики міцності цементних систем. Порівняно з активацією 
води, технічно простим способом прискорення твердіння бетону є використання 
хімічних модифікаторів цементу [5], які розглядаються нижче.
17
У теперішній час в технології безпрогрівних цементних бетонів знайшли 
широке застосування наномодифікатори спрямованої дії, які дозволяють 
регулювати електрокінетичні властивості окремих компонентів бетонної суміші 
аж до перезарядки їх поверхні, зміни швидкості коагуляції, числа і характеру 
контактів зрощення дисперсних частинок.
Максимальної ефективності при застосуванні наномодифікаторів як 
нетрадиційних компонентів бетонних сумішей можна досягти з урахуванням їх 
фрактальної розмірності і формування, так званих, структур вкладення. Іншим 
шляхом отримання високоякісних бетонів є синхронізація розмірів всіх 
частинок бетонної суміші із середнім розміром частинок цементу. Однак в 
цьому випадку форма зерен і кривизна поверхні частинок всіх компонентів 
також повинні збігатися. Досягнення максимальної щільності упаковки - 
запорука отримання високоміцних бетонів і інших будівельних матеріалів 
різного технічного призначення. Виходячи з сучасних уявлень про процеси 
зародження і розвитку нових гідратних фаз при твердінні мінеральних в'яжучих 
речовин, поява зародкових новоутворень найбільш ймовірно не в об'ємі 
розчину, а в безпосередній близькості від поверхні твердих частинок, що 
відіграють роль підкладок, оскільки такий процес енергетично більш вигідний.
Вище вже зазначалося, що гідросилікати кальцію (ГСК) є основними 
компонентами цементного каменю. Характер їх структури є визначальним 
фактором для показників міцності і довговічності цементного бетону. Тому, 
використовуючи нанодисперсний модифікатор, можна управляти кінетикою 
взаємодії між цементними мінералами і водою замішування, впливати на склад і 
структуру ГСК, підвищити ступінь поліконденсації кремнекисневих аніонів 
гідросилікатів кальцію. Введення до складу бетону частинок нанорозмірного 
рівня дозволяє управляти процесами гідратації і формування структури 
твердіючого цементного каменю на нанорівні, забезпечуючи спрямоване 
формування макроструктури для досягнення необхідних показників 
властивостей бетону.
Більшою мірою зародки новоутворень виникають у поверхні вуглецевих і 
кремнеземистих частинок. Чим більше частка цих частинок в складі суміші і
18
вище їх дисперсність, тим вище їх роль у формуванні мікроструктури 
твердіючого каменю. При виробництві будівельних матеріалів в якості 
наномодифікувальних домішок в основному використовується діоксид титану, 
алюмосилікатний різновид вулканічного скла - перліт, шунгіт або 
нанодисперсний кремнезем. Вище вже зазначалося, що технічно простим 
способом застосування безпрогрівної технології виробництва бетонних виробів 
є використання хімічних модифікаторів цементу [47]. Тому в подальшому буде 
розглянута можливість отримання модифікатора поліфункціональної дії для 
безпрогрівних цементних бетонів, що складається з хімічних домішок різної дії.
1.3 Аналіз застосування хімічних домішок для важких бетонів
В технології бетону в світовій практиці застосуванню хімічних домішок 
приділяється величезна увага. Так, наприклад, частка бетону з хімічними 
домішками в Японії становить понад 80%, в США, ФРН, Італії і Франції - понад 
70%.
За прогнозами фахівців в нашій країні в найближчі роки основний упор 
буде зроблений на виробництво і застосування пластифікаторів, комплексних 
домішок різного призначення, суперпластифікаторів і протиморозних домішок 
в безпрогрівних цементних бетонах. Зважаючи на великі відмінності хімічних 
домішок по речовому складу і специфічним властивостям, характер їх впливу на 
бетонні суміші, і бетони може істотно відрізнятися, а іноді носити виборчий 
характер. ГІри цьому велику роль відіграють відмінності в складі 
застосовуваних в'яжучих і бетонних сумішей і що слідують із цього 
індивідуальними особливостями впливу домішок на властивості бетонних 
сумішей та бетонів. Таким чином, вплив хімічних домішок на бетонні суміші і 
затверділі бетони необхідно розглядати в світлі сучасних уявлень про процеси 
гідратації цементів, формування структури і твердіння цементного каменю, а 
також зчеплення цементного каменю з наповнювачами та арматурою. Тому 
прогнозування характеру і ступеня впливу, окремих їх різновидів на ті чи інші 
властивості бетонних сумішей та бетонів пов'язані з великими труднощами і 
вирішення питань про ефективність і оптимальному вмісті домішок в 
конкретних умовах, як правило, здійснюється досвідченим шляхом [47].
19
1.3.1 Вплив прискорювачів твердіння на властивості важких цементних 
бетонів.
Відповідно до [51], домішки - прискорювачі твердіння відносяться до 
другої групи домішок, що регулюють властивості бетонів і розчинів, що 
застосовуються для модифікації в залежності від основного ефекту впливу 
(приріст міцності на стиск на першу добу більше 30%). Застосування 
прискорювачів твердіння бетону давно відомо в будівельній практиці. Однак, 
прискорення схоплювання і твердіння бетону в початковий період практично не 
впливають на В/Ц і можуть знижувати відносну міцність на більш пізніх етапах 
твердіння. Як правило, до прискорювачів твердіння відносяться водні 
електроліти. Ефективність їх застосування залежить як від катіонних та 
аніонних складових, так і від мінералогічного і речового складу 
портландцементу. Перспективним напрямом вдосконалення цементних бетонів 
в сучасному будівництві є використання різних неорганічних і органічних 
прискорювачів твердіння і схоплювання. Введені в незначних кількостях (1-2% 
від маси цементу), вони істотно впливають на процеси твердіння цементного 
бетону і його експлуатаційно-технічні властивості. У нормативно-довідковій 
літературі [17] хімічні домішки класифікують за ефектом дії, виділяючи 
регулятори схоплювання бетонної суміші і твердіння бетонів (прискорюють 
схоплювання, що прискорюють твердіння, а також забезпечують тверднення 
при негативних температурах (противоморозні) і ін.). Питаннями бетонів в 
бетоноведенні за рахунок прискорення твердіння цементних систем займалися 
багато вітчизняних і зарубіжних вчених.
Досліджувалися, в основному, процеси прискорення схоплювання і 
твердіння портландцементних систем з домішками як індивідуально, так і в 
комплексі. Покладений в основу класифікації домішок для бетонів механізм їх 
дії на процеси твердіння в'яжучого неорганічні прискорювачі (розчинні у воді), 
в тому числі і протиморозні домішки, віднесені до домішок першого класу - як 
електроліти, що змінюють розчинність в'яжучих речовин, але не вступають з 
ними в хімічну реакцію, так і електроліти, що містять однойменні з в'яжучим 
іони. Як прискорювачів використовують: - хлориди (кальцію, калію, натрію); -
20
сульфати (натрію, калію, алюмінію); - карбонати (натрію, калію); - нітрати, 
нітрити (натрію, кальцію); - комплексні електроліти (солі); - гідроксиди (натрію, 
калію); - хромати і біхромати (натрію, калію); - форміат кальцію; - фосфати. 
Слід зазначити, іцо перераховані солі - домішки першого класу при дозуванні з 
2,5 до 3% застосовуються як прискорювачі тверднення і до 10% (іноді і вище) - 
як противоморозні [21]. Високоефективним прискорювачем твердіння цементу 
є хлорид кальцію. Його широко застосовують найбільш в бетонах внаслідок 
доступності та низької вартості, однак в армованих виробах його застосування 
обмежене через посилення корозії в арматурній сталі. З введенням нового 
євростандарту на виробництво залізобетонних виробів і конструкцій в більшості 
країн використання хлориду кальцію в армованих виробах різко обмежена, а в 
деяких країнах - заборонена, через негативний вплив на сталеву арматуру іонів 
хлору, що викликають її інтенсивну корозію [22]. Ефект прискорення твердіння 
цементних бетонів в ранні терміни проявляється і в разі використання хімічних 
речовин з окисними властивостями і що представляють собою солі 
кисневмісних кислот б - або р - елементів з високим ступенем окислення [23]. 
Карбонати натрію (сода) і калію (поташ) в незначних дозах діють як 
прискорювачі твердіння, а в великих - як сповільнювачі. Прискорення твердіння 
бетонів і розчинів з карбонатом натрію відбувається в ранньому віці, проте в 
марочному віці міцність бетону без домішки перебільшує міцність бетону з 
содою [22].
Серйозним недоліком застосування поташу є погіршення структури 
бетону, обумовлене відсутністю фази ГСАК-3 в цементному камені. Крім того, 
присутність поташу в поровій рідині, що підвищує лужність середовища, сприяє 
поліпшенню збереження арматури при щільному контакті з нею бетону, але при 
наявності близько арматури тріщин і каверн, підвищена лужність порової 
рідини бетону з поташем буде грати вже негативну роль, інтенсифікуючи 
процес корозії. Силікат натрію, що широко застосовувався в набризг-бетонах, 
знижує міцність бетону, погіршує деформативні властивості і викликає 
нерівномірність зміни обсягу. Так само він дуже чутливий до основності і віку 
цементів. Використання гідроксидів натрію і калію викликає нерівномірність
21
зміни обсягу бетону, а також створює можливість лужної корозії при наявності 
реакційноздатного кремнезему в заповнювачі. Нітрит кальцію прискорює 
схоплювання цементу і наростання міцності бетону, особливо помітне в 
ранньому віці. Нітрат кальцію здатний викликати корозійне розтріскування 
термічно зміцнених арматурних сталей, особливо, при підвищеній температурі, 
а нітрит натрію значно збільшує гігроскопічність і електропровідність бетону, і 
як наслідок, прискорює процес корозії арматури [47]. Інші види найбільш 
ефективних прискорювачів твердіння - сульфати натрію і калію. Механізми дії 
сульфатів на процеси схоплювання і твердіння розглядали Бутт і Рояк [18]. 
Вони вказують, що: - сульфат натрію (калію) реагує з Са(ОН)2, що виділяється 
при гідролізі С38. Виникаючий при цьому високодисперсний гіпс реагує з С3А 
швидше, ніж гіпс, що додається при помелі цементу; - прискорене утворення 
кристалізаційного каркаса і скорочення тривалості індукційного періоду в 
присутності сульфатів відбувається за рахунок кристалізації великої кількості 
гідросульфоалюміната кальцію; - Можливість утворення натрій 
сульфоалюмінага кальцію складу 4СаО х 0,9АЬО3 х 1,1 Б 0 3 х 0,5Па2О при 
гідратації звичайних портландцементів в присутності сульфату натрію.
Для забезпечення високої ранньої міцності необхідна сильніша 
концентрація гідросульфоалюмінатних фаз, проте, дуже швидкий набір міцності 
сприяє накопиченню внутрішніх напружень, її ж і знижують. У зв'язку з цим в 
систему доцільно вводити іони 8 0 4'2 у вигляді важкорозчинних сполук (ВаБСД 
або ангідрид) [19]. Оскільки міцність цементного каменю пропорційна 
концентрації гідратних фаз, активатор повинен прискорювати гідратацію. У 
зв'язку з тим, що в процесі твердіння відбувається заростання пір 
новоутвореннями, очевидно, що міцність пов'язана зі ступенем гідратації 
нелінійно. Прискорення гідратації силікатних фаз забезпечується підвищенням 
концентрації і інтенсивності активних центрів на поверхні цементних мінералів, 
а також введенням в дисперсію іонів, що беруть участь в комплексоутворенні і 
сприяють переводу кремнію в розчин (Б-іон, або ОН-група) [19]. До складу 
гідросилікатів входять домішкові іони, які впливають на морфологію і 
енергетичні характеристики цементувальних фаз (міцність адгезійних і
22
когезійних контактів). Відомо [23], що гіпс є не тільки регулятором
схоплювання, але і причиною вбудовування іона S 0 4' 2 в реші• тку гі• дросилі• каті•в,
що позначається на морфології, складі гідросилікатів і макроструктурі гелевого
шару. Крім того, іон S 0 4'2 знижує ступінь полімерності гідросилікатів і
підвищує в них відношення CaO/SiCb. Хлористий кальцій, навпаки, сприяє
підвищенню полімерності гідросилікатів і знижує в них відношення C aO /Si02.
В цьому випадку утворюється більш проникний шар гідросилікатів. З
сульфатами натрію і магнію C4AF взаємодіє повільніше, ніж С3А. Особливо
значне уповільнення реакції C4AF з сульфатами відбувається в присутності
Са(ОН)2. При взаємодії С3А і C4AF з сульфатами утворюються аналогічні
гідрати. Основним з них є еттрінгіт [18]. Прискорене утворення
кристалізаційного каркаса і скорочення тривалості індукційного періоду в
присутності сульфату натрію відбувається за рахунок кристалізації великої
кількості гідросульфоалюміната кальцію в ранні терміни.
Сульфат калію знайшов застосування при виробництві портландцементу в
обертових печах системи Гумбольдта. Такі цементи, що містять до 2% сульфату
калію, забезпечують швидке наростання міцності бетонів в ранні терміни [24].
Введені в бетонну суміш в малих кількостях домішки цієї групи, знижуючи
розчинність в'яжучого, збільшують швидкість кристалізації новоутворень.
Домішки цієї групи можуть вступати з в’яжучим в реакції приєднання:
СаСЬ + ЗСаО • А120 3 + 10 Н20  ->ЗСаО • А120 3 • СаС12 • 10 Н20  
C a(N 03)2+ ЗСаО • А120 3 + ЮН20  -+ЗСаО ■ А120 3 • Ca(NO3)2-10 Н20  
C aS 04 + ЗСаО • А120 3 + 10 Н20  -АЗСаО • А120 3 • C aS 04 ■ 10 Н20 .
Ряд домішок цієї групи може входити в’яжучим в обмінні реакції:
ЗСаО • А120 3 + Ca (ОН)2 + 2NaCl + 10 Н20 ->
СаО • А120 3 • СаС12 • 10 Н20  + 2NaOH ->
C aS i04 + ЗК 2С 0 3 —>2СаС03 + K2S i0 4
У першому і в другому випадках ці домішки знижують концентрацію 
іонів кальцію в рідкій фазі твердіючого в'яжучого за рахунок утворення 
комплексних солей або інших малорозчинних сполук. Крім того, при зниженій 
концентрації іонів кальцію в рідкій фазі твердіння цементу створюються 
сприятливі умови утворення гідросилікатів кальцію типу CSH(A), що 
відрізняються високою міцністю [27]. Таким чином, механізм дії домішок
23
електролітів полягає в зміні розчинності в'яжучого і продуктів його гідратації, 
внаслідок зміни іонної сили розчину, викликаної присутністю електролітів. Дія 
електролітів на твердіння цементів складається або в їх впливі на розчинність 
новоутворень, або в їх безпосередній участі в процесі гідратації з утворенням 
висоководних комплексних гідратів типу гідросульфохлоралюмінатів, що 
активно впливають на процеси структуроутворення цементного каменю, яке 
полягає в ущільненні структури за рахунок збільшення кількості продуктів 
гідратації, особливо низькоосновних гідросилікатів кальцію і підвищення 
міцності кристалічного зростка [1]. Виникнення таких з'єднань є причиною 
інтенсивної диспергуючої дії електролітів на в'яжуче, що викликає прискорення 
твердіння і утворення щільних структур гідрофільного гелю, які надають 
затверділому цементному каменю і розчину високу водонепроникність [25].
Істотну роль у зміні швидкості гідратації цементу і міцності грає величина 
заряду катіонів та аніонів солей і заряд поверхні цементу. Відомо, що 
електрокінетичний потенціал поверхні цементу негативний і багатозарядні 
катіони можуть істотно змінювати цей заряд. Відповідно до правил ізоморфних 
заміщень, гетеровалентний іонний обмін здійснюється в порядку рядів, 
відповідних діагоналям періодичної системи Д.І. Менделєєва. Іони з більш 
високим зарядом легше входять в кристалічну решітку, ніж іони менших зарядів 
замість багатозарядних. Компенсація зарядів забезпечується за рахунок 
кількості обмінювальних іонів і супроводжується виникненням вакансій в 
кристалічній решітці, що підвищує гідратаційну активність цементу. Іонному 
обміну сприяє співвідношення іонних радіусів. В роботі [26] досліджено вплив 
домішок електролітів, що мають заряд катіона «+l»(N a+, К+) і «+3»(A1J+, Fe3+) і 
аніонів з зарядом «-1 »(СГ1, N O /1) і «-2» (S 0 4'2). Відповідно до цього були 
використані наступні домішки KCl, NaCl, FeCl3, А1С13, K N 0 3, N aN 0 3, Fe(N 03) 3, 
A1(N03) 3, K2S 0 4 , N a2S 0 4, A12(S 0 4)3.
Встановлені закономірності взаємозв'язків між значеннями екзоефектів 
на гермокінетичних кривих dQ / dx = f  (т) і Q = f  (т) з тривалістю індукційного і 
прискореного періодів гідратації, які прямо або побічно пов'язані з 
технологічними ефектами. В результаті аналізу калориметричної інформації
24
було обгрунтовано явище кінетичної селективності і виділений ряд схем впливу 
домішок на початкові стадії твердіння. Вважається, що значну роль може 
відігравати і іонна взаємодія між розчином солі і частинками цементу.
Дія солей-електролітів на твердіння цементного в'яжучого залежить від 
змісту трьохкальцієвого алюмінату. Оскільки прискорювачі твердіння здатні 
вступати або в реакцію приєднання, або в обмінні реакції з складовими клінкеру 
або продуктами гідратації з утворенням важкорозчинних речовин, роблячи 
істотний вплив на процеси гідратаційного твердіння цементу.
В процесі гідратації силікатів і алюмінатів кальцію утворюється 
насичений розчин і відбувається хімічне диспергування цементних частинок з їх 
поверхні. Утворені продукти гідролізу і гідратації в кристалічній і колоїдній 
формі починають коагулювати і ущільнюватися, таким чином, настає період 
коагуляційного структуроутворення (схоплювання), формування цементного 
каменю. Введення прискорювачів прискорює утворення навколо цементних 
частинок оболонок з гелю, які поглинають велику кількість води. Для 
прискорення гідратації цементу часто використовують сполуки натрію, іноді в 
поєднанні з іншими домішками. Так при дослідженні впливу домішки сульфату 
натрію на склад рідкої фази при гідратації клінкерних мінералів аліта і беліта - 
показано, що сульфат натрію є прискорювачем взаємодії аліта і беліта з водою, 
причому дія сульфату натрію в більшій мірі проявляється для аліта. Ефект 
збільшується при збільшенні концентрації домішки від 0,5 до 3% від маси 
мінералу. Аналіз літературних даних впливу витрати домішок прискорювачів 
тверднення на показники міцності представлений в таблицях 1.2- 1.3.
З таблиці 1.2 видно, що витрата прискорювачів в різних джерелах 
варіюється. Тому витрата носить рекомендаційний характер і буде залежати, 
перш за все, від культури конкретного виробництва ЗБВ. Слід також зауважити, 
що дозування прискорювачів твердіння підвищується зі збільшенням 
водоцементного відношення (тобто рухливості).
Таким чином, багато досліджень показали, що прискорювачі твердіння 
інтенсифікують хімічні реакції гідратації. Підвищується розчинність в воді 
замішування мінералів цементного клінкеру. Обмінні реакції значно
прискорюються. ГТри цьому, слід зазначити, що одним з можливих негативних 
ефектів дії прискорювачів твердіння в цементних бетонах є корозія, як 
сульфатна, так і лужна. Стійкість гідратних новоутворень портландцементу 
залежить від виду і концентрації сульфатних середовищ. Найменш стійким 
утворенням в умовах сульфатних середовищ є гідроксид кальцію, вступаючи в 
обмінні реакції з сульфатами, він утворює сполуки, що створюють в 
цементному камені внутрішні напруги, що призводять до зниження міцності 
бетону. На підставі цього завершальним етапом досліджень повинна бути 
оцінка розробленої домішки на корозійну стійкість (сульфато, і лугостійкість).
Таблиця 1.2 - Ефективність прискорювачів твердіння
Х імічна дом іш ка О п тим альне 
дозування , %  від Ефективність
мас. Ц
С ульф ат натрію 1-2.0% Скорочення початку терм ін ів  схоплю вання на 68 хв. 
Зб ільш ення міцності при дозуванні 1,5% від мас. Ц - на 
34% , 2 ,0%  - 40%
1-3* Збільш ення міцності при дозуванні 1,0% від мас. Ц  - на 
9%, 2 ,0%  - 12%
С ульф ат 1-2.0% Скорочення початку терм ін ів  схоплю вання на 109 хв. 
алю мінію Збільш ення міцності при дозуванні 1,5% від мас. Ц - на 
35%, 2 ,0%  - 44%
3% П риріст міцності на 1 добу - 20%
С ульф ат калію 1 -4% П риріст міцності на 1 добу - від 10% до 50%
Т іосульф ат 3% П риріст міцності на 1 добу. - 20%
натрію
А сИ ітеШ  ВЕ2 2-4 .5% П риріст міцності на 1 добу  - 20%  - 40%
(Біка)
Хлористий 1 -3% П риріст міцності на 1 добу тверд іння при 1% - 66% , на 
кальцій 28 добу -16%
3% П риріст  міцності на 1 добу  .- 20%
Х лорид  натрію 1-3% П риріст  міцності га 1 добу  тверд іння при 1% - 76%; на 
28 добу  -2%.
4% П риріст  міцності на 1 добу  - 20%
Х лорид заліза 0 .75-2 ,5% Уповільнення початку терм ін ів  схоплю вання при 
0 ,75%  - на 22 хв. С корочення початку схоплю вання 
при 1,25% на 240хв.,  при 2 ,5%  - на 270 хв.
26
Продовження табл. 1.2
1 2 3
Х лорид  магнію 1-2,0 Скорочення початку терм ін ів  схоплю вання при 1,0% 
- на 45 хв. при 2,0 %  - на 55 хв.
П риріст міцності на 3 добу при 1% становить  1 1%, 
на 28 добу - зниж ення міцності на 29%.
П риріст  міцності на 3 добу при 1% становить  48%
На 28 добу - зниж ення міцності на 23%
Х лористий 0,5-3 ,5% П риріст міцності на 1 добу тверд іння при 1% 
кальцій
становить  55%; на 28 добу - 40%
Хлористий 0,75-5 ,0% Скорочення початку терм ін ів  схоплю вання при 0 ,75%  
алю міній - на 87 хв. при 2 ,5%  - на 270 хв приріст міцності на 1 
добу твердіння при 1% -55% ; на 28 добу = 0%
Нітрат натрію 1% Приріст міцності на 1 добу тверд іння при 1% -47% ; на 
28 добу =  15%
3% Приріст міцності на 1 добу - 20%
Н ітрат кальцію 1%-3% Приріст міцності на 1 добу тверд іння при 1% -47%, 
на 28 добу -14%
3% П риріст міцності на 1 добу - 20%
Нітрит кальцію 2-5% П риріст міцності на 1 добу тверд іння при 2%  - 28%; 
при 5%  на 103%.
Примітка: Приріст міцності при дозуваннях 1-2% не відповідає критерію  ефективності для 
прискорю вачів твердіння (норма більше 30%).
Таблиця 1.3 - Вплив прискорювачів на властивості бетонної суміші і бетону
Вид домішок Основний ефект (позитивний) Побічний ефект 
(негативний)
Прискорювачі Збільшення міцності у віці 1 доби: утворення висолів; 
нормального твердіння на 30%; підвищення 
після теплової обробки на 20%; при електропровідності 
зниженні міцності бетону у віці 28 сумішей, бетонів, розчинів.
діб не більше ніж 5%
Слід зазначити, що індивідуальні модифікатори, що володіють 
необхідним ефектом (табл. 1.3), не здатні вплинути на інші важливі будівельно- 
технічні властивості бетонної суміші і бетону, а в ряді випадків навіть 
погіршують їх. Перспективним в технології бетону є створення комплексних
27
модифікаторів для підвищення пластифікації бетонних сумішей, регулювання 
кінетики твердіння бетону, підвищення його кінцевої міцності і збільшення 
довговічності.
1.3.2.Вплив пластифікуючих домішок на властивості важких цементних 
бетонів.
Суперпластифікатори в даний час прийнято називати спеціально 
синтезовані ПАР, застосування яких в оптимальних дозуваннях дозволяє 
отримувати з малорухомих бетонних сумішей (ОК = 1 - 4  см) литі або 
високорухливі суміші (ОК= 18-24 см) без зниження міцності бетону в терміни 
твердіння в порівнянні з вихідним складом без домішки [31]. Відомо, що для 
підвищення міцності і довговічності бетону необхідно зменшувати вміст води в 
бетоні, а для підвищення легкоукладальності бетонної суміші, що забезпечує її 
щільність і однорідність, збільшити. Зазначене протиріччя, в технології бетону, 
можливо, вирішити за допомогою пластифікуючих домішок. Введення ПАР, 
призводить до різкого зменшення структурної в'язкості, в основному за рахунок 
адсорбції молекул ПАР на поверхні твердої фази, що призводить до зниження 
поверхневого натягу рідини на межі поділу фаз, поліпшенню змочуваності 
поверхні, нейтралізації на ній різнойменних зарядів. Розрізняють 
суперпластифікатори на основі сульфованих нафталінформальдегідних 
поліконденсатів, на основі сульфованих меламінформальдегідних 
поліконденсатів, на основі очищених від цукрів лигносульфонатів, на основі 
полікарбоксилатів і поліакрилатів. У механізмі дії останніх переважає 
стеричний ефект (з великим відштовхуванням частинок), і ці 
суперпластифікатори вважаються більш ефективними, що передбачає їх меншу 
витрату. Пластифікатори і суперпластифікатори запобігають злипанню окремих 
частинок, кілька уповільнюють коагуляцію новоутворень, при цьому 
вивільняється деяка кількість води, яка зазвичай поглинається цементними 
коагуляційними структурами. Домішки цієї групи уповільнюють схоплювання 
цементу і процес його твердіння. Введення в бетонну суміш ПАР, гідрофільного 
типу, підвищує молекулярну спорідненість частинок цементу до навколишнього 
середовища (розчину), а також сприяє розвитку адсорбційних оболонок водного 
розчину на поверхні частинок цементу. Адсорбуючись на зернах цементу і на
28
поверхні гідратних новоутворень, ПАР виявляють себе не тільки як 
пластифікатори, але і як сповільнювачі твердіння [47].
Механізм пластифікувальної дії тримає конкурувальну дію молекул цих 
ПАР на активних центрах поверхні мінеральних часток цементу і наповнювачів, 
що приводить їх витіснення з води адсорбційних шарів, в яких вона знаходиться
в щільному (до 2,0 г/см З ) малорухливому (твердоподі• бному) стані* (шар 
Штерна). Саме ця частка «звільнених» із адсорбційних шарів води зі звичайною 
низькою в'язкістю викликає пластифікацію (розрідження) високодисперсної 
цементної системи.
Оптимальне дозування суперпластифікатора пов'язане з площею питомої 
поверхні, яка свідчить про адсорбції, що протікають в системі цемент- 
суперпластифікатор - вода. Аналіз досліджень [24] свідчить, що основний вплив 
на реологічну (водоредукуючу) активність в клінкерних цементах надає зміст 
С3А. При зміні змісту в клінкері С3А в цементах від 2,6 до 11%, осадка конуса, 
при додаванні суперпластифікатора С-3 (СП-1) змінюється з 22 до 18 см, що 
відповідає підвищенню водовмісту з ростом С3А. Дуже переконливим 
свідченням зміни механізму гідратації С3А в присутності суперпластифікаторів 
і утворення нових органофаз з'явилися результати калориметричних досліджень 
[48]. Відомо, що гідратація С3А характеризується кривою тепловиділення з 
одним інтенсивним екзоефектом в початковому періоді, тоді як при гідратації 
суміші С3А - гіпс спостерігаються два екзоефекта, розділених індукційним 
періодом. У присутності малих кількостей ПАР інтенсивність тепловиділення 
як самого С3А, так і сумішей (С3А - гіпс) різко знижується, хоча сам вигляд 
кривої при цьому залишається незмінним. Однак при введенні в систему ПАР в 
кількості, близькому до стехіометричному, спостерігається відносне посилення 
тепловиділення і кардинальна зміна самої кривої [20]. Слід також зазначити, що 
механізм дії сульфованих суперпластифікаторів нафталінового, меламінового, 
фенантренового рядів і лігносульфонатних в багатьох роботах відносять до 
адсорбційного, що має іонно-електростатичну природу.
Додавання електроліту здатне блокувати дію суперпластифікаторів, а в 
деяких випадках призводить до сильного загущення розріджених композицій. 
Пояснюють це стисненням дифузійної частини іонного шару, зменшенням
29
іонно-електростатичного бар'єру відштовхування і коагуляції. Отже, солі 
можуть бути антагоністами пластифікаторів. Автори [34] стверджують, що 
полікарбоксилатні суперпластифікатори пластифікують при менших їх 
дозуваннях, внаслідок більш високою молекулярною масою. Таким чином, 
завдяки здатності підвищувати рухливість бетонних і розчинних сумішей, 
домішки-пластифікатори в оптимальних кількостях не тільки покращують 
фізико-механічні властивості бетонів і розчинів, а й підвищують економічні 
показники виробництва: в ряді випадків поліпшуються умови праці в зв'язку з 
виключенням або скороченням використання вібраційних установок.
У табл. 1.4 і 1.5 наведено вплив пластифікаторів (при рекомендованих 
дозах) на властивості бетонної суміші і бетону.
Таблиця 1.4 - Вплив пластифікаторів на властивості бетонної суміші і бетону
Вид домішок Основний ефект (позитивний) Побічний ефект 
(негативний)
Пластифікувальні Збільшення рухливості від ПІ (ОК Уповільнення
домішки “ 1 - 4  см) до ГІЗ (ОК ~ 10 - 15 см) схоплювання сумішей і 
при зниженні міцності бетону в тверднення бетонів і 
усі терміни тверднення не більше розчинів; підвищення 
ніж на 5%. деформацій усадки та 
повзучості, підвищення 
повітровтягування
Суперпластифіку- Збільшення рухливості від ПІ (ОК 
вальні домішки = 1 - 4 см) до П5 (ОК = 21 - 25см) 
при зниженні міцності бетону у 
всі терміни твердіння не більше 
ніж на 5%
З табл. 1.5 видно, що інтервал рекомендованих доз досить широкий від 0,2 
до 1%, і залежить від очікуваного ефекту. Рекомендують використовувати 
суперпластифікатори у вигляді водних розчинів робочої або підвищеної 
концентрації з розрахунку вмісту домішки в межах 0,7-1,5% маси цементу. 
Таким чином, обгрунтовано введення сугіерпластифікатора до складу 
поліфункціонального модифікатора. При цьому, необхідно правильно підібрати 
суперпластифікатор, який володіє значним водоредукуючим ефектом, і 
мінімізованими побічними ефектами.
зо
Таблиця 1.5 - Рекомендована витрата пластифікаторів
Хімічна домішка Оптимальне Ефективність
дозування,% 
від маси Ц
1 2 3
JICT 0,25-0,7% Підвищення рухливості з ПІ до ПЗ, 
втрата міцності менше 5%
СП-1 0.4-1,0 % Підвищення рухливості з ПІ до П5, 
втрата міцності менше 5%
Melment F10 0,5-0,8% зниження міцності на 1 добу на 12% 
при дозуванні 0,5% і при 0,8% - 
зниження міцності на 22 %
Stahement N 0,4-0,8% Підвищення рухливості з ПІ до П5, 
втрата міцності менше 5%
Melflux 5581F 0,2-0,7% Підвищення рухливості з ПІ до П5, 
втрата міцності менше 5%
Хидетал ГП 9 0,8-1,0% Підвищення рухливості з ПІ до П5, 
втрата міцності менше 5%
Sika ViscoCrete-20 0,2-0,9 % Підвищення рухливості з ПІ до П5, 
втрата міцності менше 5%
Master Rheobuild 0.7-2.2% Підвищення рухливості з 111 до П5, 
1000 втрата міцності менше 5%
Master Pozzolith MR 0.3-1,5% Підвищення рухливості з ПІ до 145, 
55 без втрати міцності на 1 добу 
твердіння
І<Ф (що розши 0.5-1,5% Підвищення рухливості з ПІ до П4, 
фровується як без втрати міцності на 1 добу 
«конденсований твердіння
формальдегід»),
Макромер 0.25- 0,75% Підвищення рухливості з ПІ до П5, 
без втрати міцності на 1 добу 
твердіння, воздухововлікання 
бетонної суміші 3 домішкою 6,7%
1.3,3 Багатокомпонентні поліфункціональної дії домішки
Має поліфункціональність властивостей будь який модифікатор, проте, 
переважним є якесь одне з них. Однак індивідуальні модифікатори не можуть 
поряд з доданням або посиленням необхідного ефекту, змінити в потрібному 
напрямку інші важливі будівельно-технічні властивості бетонної суміші і 
бетону, а в ряді випадків навіть погіршують їх. При цьому, комплексні 
модифікатори можуть володіти одночасно декількома властивостями. 
Наприклад, підвищувати пластифікацію бетонних сумішей, і при цьому
31
регулювати кінетику твердіння бетону, підвищуючи його кінцеву міцність і 
збільшувати довговічність. Загальна вимога для комплексних модифікаторів - 
це адитивність властивостей компонентів [28]. Так, наприклад, органічні 
речовини, що вводяться для пластифікації бетонних сумішей і гідрофобізації 
бетонів, уповільнюють процеси твердіння в'яжучих, що негативно позначається 
на продуктивності заводів збірного залізобетону, але в той же час виявляються 
корисними при бетонуванні масивних споруд [29]. Електроліти прискорюють 
процес затвердіння, але часто деякі з них сприяють розвитку корозії арматури, 
збільшують гігроскопічність бетонів, викликають появу плям на поверхні 
виробів [ЗО]. Застосування комплексних модифікаторів, які представляють 
собою таке поєднання інгредієнтів, яке дозволило б послабити або зовсім 
виключити негативний вплив окремих компонентів і зберегти їх позитивний 
ефект, є найбільш раціональним рішенням. Тому необхідне створення 
комплексних поліфункціональних модифікаторів, які б підвищували всі 
технічно важливі показники властивостей, зводячи до мінімуму або повністю, 
виключаючи небажане погіршення інших показників бетонної суміші і бетону. 
До технічно важливих показників безпрогрівних бетонів відносяться: 
рухливість бетонних сумішей, приріст міцності бетону в першу добу 
тверднення і в марочному віці і підвищення довговічності. Рухливість бетонної 
суміші залежить від наступних факторів: адсорбційної здатності цементу, 
кількості залученого повітря в бетонну суміш, величини молекули ПАР і 
параметрів, що характеризують будову та вид модифікатора. Комплексні 
поліфункціональні модифікатори можуть являти собою суміш компонентів або 
хімічну сполуку у вигляді рідини, твердої речовини або пасти, які підвищують 
показники ефективності бетонної суміші і бетону. Можна виділити наступні 
чотири основних напрямки модифікування бетону поліфункціональними 
модифікаторами [16]: - спільне використання модифікаторів пластифікувальної 
і мікропіно- або газоутворювальної дії; - використання комплексів, що 
включають поверхнево-активні речовини з електролітами, в тому числі не 
викликають корозії арматури. Застосування таких поліфункціональних 
модифікаторів дозволяє забезпечити високі темпи твердіння бетонів в поєднанні
32
з морозо- і корозійною стійкістю; - використання в комплексі домішок 
прискорює і прогиморозні дії.
Застосування таких комплексів дозволяє прискорити набір міцності 
бетону при низьких позитивних і негативних температурах; - використання 
комплексних модифікаторів, в тому числі що містять солі азотної і азотистої 
кислоти, інгібуючі корозію арматури від шкідливого впливу хлорид - і сульфат - 
іонів [16]. Найбільш поширене поєднання «комплексний модифікатор 
мікронаповнювачів», найчастіше кремнеземистих, і суперпластифікатор. 
Найбільш відомі з них серія домішок МБ і домішка КМХ. До їх складу можуть 
входити активні і малоактивні компоненти типу високодисперсного 
мікрокремнезему, золи-винесення та деяких інших, що дозволяють істотно 
поліпшити технологічні властивості бетонних сумішей та фізико-технічні 
властивості бетонів. Це ще в більшій ступені підвищує актуальність 
застосування модифікаторів, що дозволяють утилізувати великотонажні 
неорганічні відходи виробництва. Крім того, можливе взаємне посилення дії 
модифікаторів, в тому числі і активація хімічної взаємодії мінеральних 
наповнювачів, отже, і збільшення кінцевої міцності бетону, при їх введенні в 
складі поліфункціональних модифікаторів (так званий синергічний ефект). їх 
недолік в тому, що великий вміст тонкодісперних наповнювачів веде до 
уповільнення твердіння в ранні терміни. Це підтверджується роботами 
Тараванова О.В. [29]. Ним встановлено, що використання тонко і 
ультрадисперсних наповнювачів може в значній мірі змінити зарядовий стан 
цементних частинок, змінюючи тим самим не тільки реологічний стан системи, 
але також характер і швидкість гідратаційних процесів. Адсорбція хімічних і, 
особливо, високомолекулярних модифікаторів на частинках цементу і гідратних 
фазах сприяє уповільненню процесу гідратоутворення в початковій стадії [29].
Отримана органо-мінеральна домішка (сухий порошок) для цементних 
бетонів - «гексаліт», основна перевага якої, крім прискорювальної і 
пластифікувальної дії, є високий зміцнюючий ефект в 28 добовому віці (до 
40%). При всіх перевагах «гексаліта», як поліфункціональної домішки, вона не 
виявилася затребуваною заводами залізобетонних виробів за наступним 
технологічним міркуванням: на бетонозмішувальних вузлах не передбачена
подача сухих порошкових домішок, а всі домішки дозуються в рідкому стані в 
вигляді водних розчинів за спеціально встановленим трактом. З цієї причини 
доцільно розробити поліфункціональну комплексну домішку з компонентів, 
повністю розчинних при короткочасному розчиненні, транспортуванні насосом 
і при дозуванні. Рідка форма дозволяє навіть при малій концентрації досягти 
гарного рівномірного розподілу в бетонній суміші в типових бетонозмішувачах. 
Також відомий ряд комплексних модифікаторів, що включають в себе 
пластифікувальні компоненти і регулятори тверднення [31]. До таких 
модифікаторів відносяться домішки системи «Релаксол», ЛМГ, Лігнопан Б-2, 
Універсал П-2. Але їх широке застосування обмежене або внаслідок низького 
технічного ефекту і високу вартість, або внаслідок негативного впливу на 
арматуру в бетоні. Номенклатура домішок говорить про перспективність 
другого напряму - використання комплексів, що включають поверхнево-активні 
речовини з електролітами. Тому для аналізу нової домішки розглянуті 
пластифікатори. Ефективність найбільш відомих домішок поліфункціональної 
дії, різних виробників приведена в таблиці 1.6. і 1.7.
Таблиця 1.6 - Поліфункціональні домішки зарубіжних виробників, 
найбільш відомі в Україні . ________ _______________________________ ___________
№ Види комплексних Виробник Витрата Міцність на стиск Рухливість 
поліфункціональних ,% від (%, вище від бездо- бетонної 
домішок мас. Ц бавочного складу) суміші, П
1 доба 28 доба (ОК)
1 2 3 4 5 6 7
1 Sika ViscoCrete 24 НЕ 8іка 1,0-3,0 95 30 П4
(Швейцарія)
2 Glenium АСЕ 430 ВА8й 1,0-3,0 80 45 П4
(Німеччина)
3 Dynamon NRG 1020 Мареі 1,0-3,0 100 50 П5
(Італія)
4 Cementol Omega F ТКК 1,0-3,5 50 20 П4
(Словенія)
5 Addiment BE АббішеШ 2,0-4,5 100 50 П4
(Німеччина)
6 Stachement FR 8іасйеша 1,5-3,5 100 ЗО 114
(Чехія)
7 MC-Techniilow 71 МС- 1,0-3,0 90 20 ПЗ
Ваисіїетіе
(Німеччина)
34
Таблиця 1.7 - Поліфункціональні домішки вітчизняних виробників, найбільш 
відомі в Україні __ __ _______________  ________
№ Функціональність Витрата,% Приріст міцності на Рухливість 
комплексних домішок від мас. Ц стиск (%), від бетонної 
бездобавочного складу суміші, П 
1 доба 28діб (ОК)
1 Г ексален - органо- 7,5 82 37 ПІ
мінеральна домішка (1-4 см)
для безпрогрівної 
технології цементних 
бетонів
2 Комплексний 3 130 40 ПЗ
прискорювач твердіння (10-15 см)
цементних бетонів на 
основі гальванічного 
алюмошлама
3 Мобет-3 - комплексна 2,5-3,2 38 10 П2
домішка пластифіку- (8-9 см)
вальної дії та 
прискорювач
4 Комплексна домішка 2,6 107 59 П2
на основі ефірів (8-9 см)
полікарбоксілатів 
електролітів і 
гідрофобізатора
5 Петролафс- 1,25 50 30 П2
прискорювач твердіння (8-9 см)
для бетонів з ефектами 
пласти-фікації і 
підвищення кінцевої 
міцності виробів.
6 Реламікс -  комплекс-на 1-2% 50 20 П2
домішка пластифі- (8-9 см)
кувальної дії та 
прискорювач
7 Релаксол Універсал- 7 80 70 П2
ВМ - комплексні (8-9 см)
домішки
пластифікувальної та 
прискорювальної дії
8 МБ Ембеліт 10 95 35 П2
комплексний (8-9 см)
модифікатор
пластифікувальної та 
зміцнювальної дії
35
З табл. 1.6 і 1.7 видно, що Український ринок комплексних домішок 
насичений зарубіжними і вітчизняними продуктами. їх характерною 
особливістю є їх великий вміст в бетонній суміші, від 3,0% до 10,0% від маси 
цементу (дозування залежить від основного очікуваного ефекту), при цьому 
досягається рухливість сумішей, як правило, невисока (марки по рухливості ТИ
ПА). Приріст міцності на першу добу варіюється від 38 до 130%. Таким чином, 
вище показано, що повільний набір міцності в процесі твердіння - один з 
небагатьох недоліків цементного бетону. Для його усунення застосовуються 
різні варіанти теплової обробки, що дозволяють вже через добу отримувати 
бетонні вироби з необхідною відпускною міцністю рівній 70-80% від проектної. 
Однак, теплова обробка енергозатратна, її тривалість становить 70-80% 
загальної тривалості технологічного циклу виготовлення виробів в заводських 
умовах. Для досягнення відпускної 70% від марочної міцності в нормальних 
умовах потрібно 6-7 діб або 13-15 годин тепловологістної обробки по 
стандартному режиму 2 + 3 + 6 + 2 годин, тобто теплова обробка скорочує 
термін досягнення відпускної міцності приблизно в 11 разів. Найбільш 
ефективним технологічним прийомом прискорення твердіння бетону є 
комплексний метод, що включає активацію цементу (домол), застосування 
хімічних домішок-електролітів спільно з водоредукуючими, підвищення 
жорсткості бетонної суміші, зниження В/Ц в поєднанні з термообробкою. В 
комплексі прискорення твердіння бетону в порівнянні з нормальними умовами 
вносять свій внесок кожен [17]: - тепловоложна обробка прискорює твердіння в 
10-11 разів; - активація цементу (без ТВО) - в 1,4-1,5 рази; - хімічні домішки 
(без ТВО) - в 1,16-1,2 рази; - підвищення жорсткості бетонної суміші (без ТВО) 
- в 1,06-1,08 рази; - комплексні методи без ТВО - в 2,26-2,54 рази; - комплексні 
методи з ТВО - в 24-28 рази. Це неминуче позначається на вартості конструкції. 
До того ж вона викликає внутрішні напруги, що призводять до накопичення 
великої кількості мікротріщин, які знижують його марочну міцність і, більшою 
мірою, морозостійкість. Вирішення цього завдання дозволить створити 
високоефективні комплексні модифікатори поліфункціональної дії, що 
дозволяють створити безгірогрівні технології прискореного твердіння бетону, 
які успішно конкурують з ТВО. Застосування поліфункціональних
36
модифікаторів дозволить, ймовірно, більш ефективно і економічно 
використовувати екзотермічні процеси гідратації цементу з метою 
самотермообробки бетону без подачі додаткового тепла ззовні.
1.4. Корозійна стійкість бетону та вплив багатофункціональних домішок
Вище показана, теоретична і практична ефективність застосування 
хімічних домішок, однак їх введення до складу бетону змінює співвідношення 
між його компонентами (перш за все їх взаємодія з цементом) і додатково 
ускладнює завдання прогнозування довговічності бетону [21,31]. Довговічність 
може бути визначена як здатність матеріалу або конструкції з цього матеріалу 
зберігати експлуатаційну придатність протягом певного заданого в проекті 
терміну її служби. В якості основних причин зниження довговічності 
залізобетону є: 1. порушення правил експлуатації конструкцій (перевантаження, 
«втома» матеріалу, протоки агресивних рідин і т.п.); 2. стирання і зношування;
3. поперемінне заморожування і відтавання; 4. вплив газоповітряного 
середовища (зміни температури та вологості, дія вуглекислоти); 5. хімічний 
вплив речовин, розчинених у воді або контактуючих з бетоном (корозія II і III 
видів - дія кислот, сульфатів, солей, органічних кислот і ін.); 6. внутрішня 
корозія (взаємодія лугів цементу і реакційноздатного заповнювача); 7. корозія 
арматури; 8. несумісність матеріалів бетону (відмінність в деформативних 
властивостях і ін.). Корозія бетону з хімічними домішками проявляється у 
випадках з впливом газоповітряного середовища і при корозії II і III видів.
У випадку з впливом газоповітряного середовища корозія з'являється 
внаслідок міграції вологи в масиві бетону (наприклад, стіни) і її випаровування 
з поверхні, що супроводжується утворенням білястих і (або) кольорових 
сольових розлучень - "висолів". Водно-сольова корозія (особливо від дії 
хлоридів і сульфатів) призводить до утворення нових сильно гідратованих 
сольових структур складного типу, істотно збільшують кристалізаційний тиск. 
Так, наприклад, №С1 реагує з алюмінатними мінералами, компонентами 
цементного каменю з утворенням гідрохлоралюмінатів, сульфати грунтових вод 
реагують з трьохкальцієвим алюмінатом ЗСа0 *АІ202 з утворенням об'ємної 
структури ЗСаО * АЬО? * ЗС а804 * 30Н2О (еттрінгіта), що в підсумку веде до 
руйнування матеріалу. В склади в'яжучого, заповнювачів і води замішування не
допускається введення хлористих солей для залізобетонних конструкцій: з 
напруженою арматурою; з ненапружуваною дротяною арматурою класу В-І 
діаметром 5 мм і менше; експлуатованих в умовах вологого або мокрого 
режиму; виготовлених з автоклавною обробкою; піддаються електрокорозії. Не 
допускається також введення хлористих солей до складу бетонів і розчинів для 
ін'єктування каналів, а також для замонолічування швів і стиків збірних і 
збірномонолітних конструкцій. Також вводять обмеження на загальний вміст 
хлоридів в бетоні (в перерахунку на іон хлору), який мав би перевищувати: 1% 
маси в неармованому бетоні; 0,4% маси в бетоні з ненапружуваною арматурою; 
0,1% маси в бетоні з напруженою арматурою. Європейські найкращі доступні 
технології вводять ще більш жорстке обмеження за змістом хлоридів, так згідно 
Б Ш 1164-1, максимальний вміст хлоридів для всіх цементів обмежується 0,1% 
[32]. Останнім часом в умовах дефіциту наповнювачів з низьким вмістом 
реакційноздатного кремнезему стала проблема розробки безлугових домішок 
при підвищеному вмісті лугів (0,6%) гідроокис лужного металу (КОН, МаОН) 
реагує з реакційноздатним двоокисом кремнію з утворенням гелю кремнієвої 
кислоти, який поглинаючи воду і кальцій, може створювати тиск розширення, 
що викликає пошкодження бетону:
2КОН + 8іС)2 + пН20  —> К 28 і0 3 * пН20 , в присутності Са (ОН)2 цей 
лужносилікатний гель може утворювати фази С-8-Н і при цьому знову 
вивільняти гідроокис лужного металу: К28 і0 3 * пН20  + Са (ОН)2 + Н20  —> 
С а8 і0 3 * пН20  ~1~ 2КОН, як видно з формули реакції, лімітуючим фактором для 
затухання реакції є кількість вільного Са(ОН)2. Тому для усунення небезпеки 
виникнення лужної корозії, виробники стали знижувати допустимі дозування 
солей лужних металів в якості домішок в бетон [33]. Обмежується можливість 
застосування в складі бетонів домішок нітратів, нітритів, тіоціанатів (роданідів) 
і форміатів у випадках: з напруженою арматурою; з ненапружуваною дротяною 
арматурою класу В-І діаметром 5 мм і менше; експлуатованих в умовах 
вологого або мокрого режиму; з автоклавною обробкою; піддаються 
електрокорозії, а також в захисних складах, використовуваних для ремонту і 
відновлення залізобетонних конструкцій, що експлуатуються в умовах впливу 
агресивних середовищ.
38
Висновки за розділом 1
1. До недавнього часу при заводському виробництві ЗБВ не було 
альтернативи тепловологістної обробки, з метою прискорення твердіння бетону, 
що скорочує енерговитрати, з метою отримання економічного ефекту. Однак 
така можливість з'явилася завдяки застосуванню в бетонах прискорювальних 
хімічних домішок, тобто хімічної модифікації бетону.
2. До теперішнього часу за своєю дією найбільш ефективним 
прискорювачем твердіння цементних систем є хлорид кальцію, однак його 
застосування в більшості залізобетонних конструкцій обмежена і навіть 
заборонено (на заході) з огляду на корозійний вплив на сталеву арматуру. У 
зв'язку з цим пошук нових, не менш ефективних, ніж хлористий кальцій, але 
безхлорідних домішок-прискорювачів твердіння, залишається однією з 
найактуальніших завдань в технології цементного бетону.
3. На заводах будіндустрії застосовують, в основному, монофункціональні 
домішки. Але прогресуюча в світі тенденція застосування високотехнологічних 
бетонів, тобто з високими показниками всього комплексу їх властивостей, 
викликає необхідність створювати багатоцільові комплексні модифікатори, 
поліфункціональність яких забезпечується неадитивним в т.ч. синергічним 
ефектом спільної дії їх компонентів. У зв'язку з викладеним, робоча гіпотеза 
дослідження полягає в наступному: оскільки прискорення твердіння цементу в 
бетоні пов'язано з цілим рядом чинників (насамперед, за рахунок зміни 
розчинності в'яжучого і продуктів його гідратації, внаслідок зміни іонної сили 
розчину, викликаної присутністю електролітів), то з'являється принципова 
можливість їх об'єднання в одній комплексній добавці з припущенням 
синергічного ефекту, що становлять її компоненти. З огляду на те, що одним з 
головних факторів, що впливають на кінетику структуроутворення цементного 
каменю, є В/Ц, його зниження найбільш ефективно досягається за допомогою 
суперпластифікаторів, то основою комплексної хімічної домішки 
прискорювальної дії повинен бути ефективний суперпластифікатор разом з 
водорозчинними неорганічними солями лужних металів прискорюючими і 
щільність упаковки кристалогідратів.
39
РОЗДІЛ 2. М ЕТОДИКА ДОСЛІДЖ ЕННЯ БЕТОНУ ТА ДОМІШ ОК, 
ЗАСТОСОВНИХ ПРИ СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ БАГАТОПОВЕР
ХОВОГО М ОНОЛІТНОГО КАРКАСНОГО БУДІВНИЦТВА  
2Л. Характеристика вихідних матеріалів.
Для аналізу досліджень були використані наступні матеріали: а)
портландцементе: використані цементи дікількох цементних заводів марки
500Д0 або ЦЕМ І 42,5 Б бездобавочні, що відрізняються один від одного
вмістом трьохкальцієвого алюмінату, до якого «чутливі» пластифікатори.
Таблиця 2.1 - Мінералогічний склад цементів
Портландцемент Зміст мінералів,%
С3Б С гБ С3А с 4а б
ЦЕМ І 42, Б 60 16 6,2 12,7
. В А Г  «Мордовцемент»
ПЦ500Д0 63 12 8 9,5
В А Т  «Сода»
ПЦ 500ДО 65 13 5 14
В А Т  «Новотроїцький цемент»
ЦЕМ 1 42 ,5Б 67,2 12,3 6,5 17,5
ГОВ «Азія цемент»
Г1Ц 500ДО 60 17 4,5 15
В А Т  «Вольскцемент»
Таблиця 2.2 - Фізико-механічні характеристики цементів
Вид цементу Н ормальна Питома Терміни Середня міцність 
густота поверхня схоплю вання, год: хв. при стисненні, 
цементного цементу, М Па
тіста см2/г Початок Кінець Після 28 доба
т в о
1 2 3 4 5 6 7
ЦЕМ 1 42, Б 28,4 3671 2-50 4:10 32,1 51,0
«Мордовцемент»
ПЦ500Д0 28.2 3560 3:10 4:20 31,6 48,7
«Сода»
ПЦ 500Д0 28,4 3540 3:20 4:25 34,3 4 8 ,0
«Нов отроТц ь к и й не м е н т»
ЦЕМ 1 42,5 Б 28,5 3750 2:40 3:50 37,2 61
« Аля цемент»
ЦЕМ 1 42, Б 27,6 3610 2:55 4:15 38,0 59
«Вольскцемент»
Портландцемент відповідає марці ПЦ500.
40
б) Як дрібний заповнювач використовували кварцовий пісок, що задовольняє 
вимогам діючих стандартів. Властивості піску наведені в таблиці 2.3.
Таблиця 2.3 - Фізико-механічні властивості піску
№ Найменування характеристики Одиниця Значення
вим. характеристики
1 Насипна щільність kt/mj 1500 ... 1600
2 Справжня щільність kt/mj 2600 ... 2700
3 Модуль крупності - 2 3
4 Зміст пилоподібних, глинистих частинок % 1
5 Порожнечність % 38 ... 45
6 Водопотреба % 6...8
7 Ultimate крупність зерна мм 5
8 Зміст фракцій: %
5 > 0> 2,5 16
2,5 > 0 >  1,25 20
1,25 >0 > 0,63 21
0,63 >0 > 0,315 24
0,315 >0 > 0,14 15
0,14 > 0 >  0,063 3
0 >0,14 1
в) як крупний заповнювач використовувався щебінь гранітний. 
Якісні характеристики наведені в таблиці 2.4.
Таблиця 2.4 - Якісні характеристики щебеню
№ Найменування показника Одиниця вим. Значення
1 Зерновий склад % по масі
Зміст зерен більше 20 мм 5,0
П овний залиш ок на ситі 15мм 31,4
Повний залиш ок на ситі 10 мм 59,2
Повний залиш ок на ситі 5мм 94,7
Повний залиш ок на ситі менш 5мм 2,1
2 Зміст пилоподібних і глинистих частинок % по масі 0,35
менш е 0,16мм
3 Зміст глини в грудках %  по масі 0
4 М арка за стиранням НІ
5 М арка за подрібню ваністю МІ 400
6 М орозостійкість цикл F400
7 Насипна щільність кг/мз 1520
8 Зміст зерен пластинчастої і голчастої форми %  по масі 9
41
г) в якості пластифікуючих домішок використовувалися ефективні вітчизняні та 
зарубіжні суперпластифікатори: Поліпласт СП-1 - не злежуючий порошок, 
легкорозчинний у воді. В СП-1 вміст активної речовини в перерахунку на суху 
речовину не менше 69%, вміст золи не більше 38%; МеШих-2651Р ВА8Р 
(Тгоьйэе!^, Німеччина) - суперпластифікатор, який представляє порошковий 
продукт, отриманий методом розпилювальної сушки на основі модифікованого 
поліефіркарбоксилата; С іеп іит 115 ВА8Р (Trostberg, Німеччина) - являє собою 
водний розчин полікарбоксилатного ефіру певного складу і конфігурації 
макромолекул; 8ікаР1азІ 2436 - ефективна суперпластифікувальна і
суперводоредукувальна домішка, яка представляє собою водну композицію 
модифікованих лігносульфанатів і полікарбоксилатних ефірів.
Таблиця 2.5 - Основні характеристики пластифікуючих домішок
Найменування СП-1 Ме1йих-2651Р О е п і и т  115 ЗікаРІавГ 2436
показників
Форма порошок порошок рідина рідина
Колір коричневий жовтий коричневий коричневий
Насипна 0,5-0,7 0,4-0,6 1.04-1,08 1,105-1,135
щільність, кг/м3
pH при 20 ° С 7-9 6.5-8,5 5,6-6,2 5-7
Рекомендоване 0,6-1.0 0.3-0,6 0,3-0,7 0,4-0,8
дозування,%
д) в якості прискорювачів твердіння були розглянуті водорозчинні неорганічні 
сполуки (солі лужних металів сильних кислот).
Неорганічні сполуки, що складаються з основних груп хлоридів, 
сульфатів, а також тіоціанатів, форміатів, відходів і полувідходів 
промисловості. Розчинність солей у воді при температурі +20°С представлена в 
таблиці 2.6.
Сульфат натрію 18а28 0 4 - являє собою кристали білого кольору з жовтим 
відтінком. Дозування сульфату натрію в бетонну суміш становить 1-3% від маси
ц.
Сульфат калію К 28 0 4 - кристалічний порошок рожевого кольору. Дозування 
сульфат калію в бетонну суміш становить 1-4% від маси Ц.
Сульфат заліза Ре2(8 0 4)3- вдає із себе речовину жовтого кольору у вигляді 
кристалогідрату, відповідає вимогам ГОСТ 12966-85. Дозування сульфату заліза 
в бетонну суміш становить 1 -4% від маси Ц.
42
Сульфат алюмінію А12(8 0 4)3 - являє собою речовину білого кольору. Дозування 
в бетонну суміш становить 1 -4% від маси Ц.
Сульфат магнію - безбарвні призматичні кристали, що вивітрюються на
повітрі. Дозування в бетонну суміш становить 1-3% від маси Ц. Тіосульфат 
натрію Ма2820 3 - відхід виробництва хромових з'єднань. Не злежуються 
безбарвні кристали, добре розчинні у воді. Дозування тіосульфату натрію в 
бетонну суміш становить 1-3% маси Ц. Хлорид кальцію СаС12 - кальцієва сіль 
соляної кислоти у вигляді гігроскопічних кристалів, з гірко-солоним смаком, 
без кольору і запаху. Дозування до складу бетонної суміші становить 2-3% від 
маси Ц.
Хлорид магнію М^С12 - являє собою білі пластинчасті кристали з 
перламутровим блиском. Дозування до складу бетонної суміші становить 1-3% 
від маси Ц.
Хлорид алюмінію А1С13 - розпливаючі на повітрі безбарвні або білі 
гексагональні кристали. Дозування до складу бетонної суміші становить 1-10% 
від маси Ц.
Хлорид калію КС1 - являє собою дрібні кристали сірувато-білого кольору. 
Дозування до складу бетонної суміші становить 1-3% від маси Ц.
Хлорид заліза РеС13 - являє собою кристали червоно-коричневого кольору, 
добре розчинний у воді, сильно гігроскопічний.
Дозування до складу бетонної суміші становить 2-5% від маси Ц.
Нітрат кальцію Са(їчЮ3)2 - продукт безбарвний у вигляді кристалів. Дозування 
до складу бетонної суміші становить 0,5- 1,5% від маси Ц.
Нітрит кальцію Са(]8Ю2)2 - продукт безбарвний (або злегка жовтуватий) у 
вигляді кристалів. Дозування до складу бетонної суміші становить 1-3% від 
маси Ц.
Нітрит натрію МаРЮ2 - являє собою білий або злегка жовтуватий кристалічний 
порошок. Дозування до складу бетонної суміші становить 1-10% від маси Ц. 
Нітрат натрію 1Ма]8Ю3 - являє собою безбарвні прозорі кристали з
ромбоедричною або тригональною кристалічною решіткою без запаху.
Дозування до складу бетонної суміші становить 1 4% від маси Ц. Форміат
натрію Н С 0 2Ха це кристалічний порошок білого або злегка сіруватого кольору,
43
напівпродукт одержуваний при виробництві пентаерітріта. Дозування до складу 
бетонної суміші становить 1-5% від маси Ц.
Натрій фтористий ІЧаР продукт у вигляді безбарвних кристалів з кубічними 
решітками. Дозування до складу бетонної суміші становить 1-4% від маси Ц. 
Содосульфатна суміш (ІЧа^СД - 71%, К а20  - 3,9%, А120 3 - 2,7%, ]\іа2СОз - 
22,4%) - побічний продукт при виробництві глинозему з бокситів, 
е) для замішування цементних композицій використовувалася водопровідна 
питна вода.
Методи випробувань
У процесі дослідження визначалися наступні показники: нормальна 
густота і терміни схоплювання цементного тіста, рухливість бетонної суміші, 
міцність при стисненні цементного каменю, а також міцність при стисненні і 
розтягуванні при вигині модифікованого бетону.
Нормальна густоту і терміни схоплювання цементного тіста визначалася 
на приладі Віка за стандартною методикою. Рухливість бетонної суміші 
визначалася по розпливанням конуса.. Межа міцності при стисненні цементного 
каменю визначалася на зразках - кубиках розмірами 20x20x20 мм. Міцність при 
вигині і стиску цементнопіщаного розчину визначалася на зразках 40x40x160 
мм. Межі міцності важкого бетону визначалася на зразках - кубах 100x100x100 
мм. Межі міцності при стисненні і розтягуванні бетону при вигині визначалися 
на пресах УММ-10, МИИ-100 і МС-500.
Морозостійкість важкого бетону визначалася на зразках-кубах 100 х 100 х 
100 мм. Водонепроникність оцінювалася експрес методом за допомогою 
приладу Агама-2РМ. Прилад призначений для прискореного визначення 
проникності матеріалу (бетону, розчину та ін.) в зразках, виробах і 
конструкціях, в т. ч. визначення опору бетону проникненню повітря і контролю 
за цим показником водонепроникності бетону.
Деформації усадки і набрякання цементного каменю визначали так: 
зразки-балочки розміром 40x40x160 мм встановлювали в пристрій, призначений 
для вимірювання деформацій усадки зразків.
Модуль пружності і призматична міцність важкого бетону визначалася на 
зразках призмах розміром 100x100x400 мм. Висолоутворення важкого бетону
44
перевірялося за методикою [51]. Виготовляли серію зразків-призм розміром 
70x70x280 мм з бетону контрольного та основного складів. Після твердіння 
зразків в нормально-вологісних умовах протягом 28 діб їх занурюють у 
вертикальному положенні на 3-5 см в індивідуальну ємність з водою, обдувають 
повітрям з температурою (20 ± 5)°С не менше 3 год щодня протягом 7 діб. 
Методи досліджень.
Водневий показник середовища водного розчину визначався за 
допомогою електронного рН-метра фірми «НаппаіпзїгитгЩ». Принцип дії рН- 
метра полягає у вимірюванні величини ЕРС електродної системи, пропорційної 
активності іонів водню в розчині, тобто водневого показника рН.
Вимірювальна схема даного приладу складається з вольтметра, 
проградуйованого безпосередньо в одиницях рН для конкретної електродної 
системи (зазвичай вимірювальний електрод - скляний, а допоміжний - 
хлорсрібний) [22].
Дослідження кінетики тепловиділення при гідратації цементного тіста 
проводилися на приладі «Темп 3.1». Даний прилад застосовують для реєстрації 
процесів зміни температури цементного тіста протягом заданого часу.
Повний обсяг пір цементного каменю серії зразків Пп в процентах 
визначають з похибкою до 0,1% за формулою
(2.1)
де рц - щільність подрібненого в порошок цементного каменю, яка
# о
визначена за допомогою пікнометра або приладу Ле-Ш ательє, кг/м ; р0 -
щі• льні• сть сухого цементу в серії зразків, кг/м 7 .
Обсяг відкритих капілярних пор цементного каменю в серії зразків у 
відсотках визначають за формулою:
(2 .2)
де - об'ємне водопоглинання цементного каменю в серії зразк ів ,,%.
Обсяг відкритих некапілярних пір цементного каменю окремих зразків 
(обсяг зернових порожнеч) в процентах за обсягом визначають за формулою
(2.3)
45
де V - об'єм зразка, см3; У х - обсяг зразка, насиченого в воді протягом 24
год, після чого визначення їх обсягу в об'ємомі• рі• , см З.
Обсяг умовно-закритих пір цементного каменю в серії зразків у відсотках 
визначають за формулою
Пз = Пп - П 0 - П м  (2-4)
Кінетика набору пластичної міцності Рт, яка характеризується 
граничним напруженням зсуву, визначалася конічним пластоміром конструкції 
П.А. Ребиндера [25] і обчислювалася за формулою:
Рт = К рЛі2, кг/см2 (105Па), (2.5)
де р - навантаження, яке діє на конус, кг; Ъ - глибина занурення конуса, 
см; К  - константа приладу, що залежить від кута конуса при вершині.
Контракція цементного каменю : у віці 24 год. проводилося
контракціометричним методом, що базується на зв'язку активності цементу з 
процесами зменшенням абсолютного обсягу цементного тіста в процесі 
гідратації. Для цього був обраний автоматичний контракціометричний прилад 
«Цемент-прогноз», розроблений підприємством «Інтерприлад».
Активність И-ц (МПа) цементу, згідно з методиками МІ 2486-98 і МІ 2487- 
98, визначають по контракції ДУ0 проби матеріалу масою 1000 г за перші З 
години твердіння після змішування з водою, тому тривалість експрес 
випробування на вимірнику контракції цементу «Цемент-прогноз» за оцінкою 
активності цементу складає не більше трьох годин.
У віці 28 діб визначалася за методом В.В. Некрасова в скляній посудині 
при В/Ц = 0,5 за методикою, викладеною в роботі [34].
Луж на і сульфатна корозія. Корозійна стійкість бетону (лужну і 
сульфатну) визначаль на зразках-балочках 40x40x160 мм. Коефіцієнт стійкості 
Кс обчислюється як відношення величин середньої межі міцності при вигині 
балочок після 120 діб перебування їх в агресивному розчині до величини 
середньої межі міцності при вигині після 120 діб перебування у воді. Коефіцієнт 
стійкості обчислюється з точністю до 0,01. В якості агресивних середовищ були 
використані 20% розчини Ма28 0 4 (сульфатна середа) і №С)Н (лужне 
середовище).
46
Зміст хімічно зв'язаної води в зразках визначався за допомогою зміни 
маси наважки досліджуваного зразка, твердіючого 1 добу в нормально- 
вологісних умовах, після її висушування в сушильній камері при температурі и 
= 120 (для видалення вільної і адсорбційної води) і випалу в печі при 
температурі Ї2 = 900 - 1000 [35].
Рентгенофазовий аналіз заснований на явищі дифракції рентгенівських 
променів в кристалічній решітці речовини. Для виконання якісного і кількісного 
фазового аналізу використовувався багатофункціональний рентгенівський 
дифрактометр марки Карраарех, виробництва фірми Вгикег А Х 8С тВ Н  
(Німеччина).
Диференційно-термічний аналіз вивчає багато фізико-хімічних процесів, 
пов'язаних з виробництвом і застосуванням будівельних матеріалів. Сутність 
диференційно-скануючої калориметрії полягає у визначенні теплових ефектів, 
супроводжуючих хімічні реакції і фазові переходи [36].
Інтенсивність відповідних піків реакцій та супроводжуючих їх втрати 
маси використовували в якості основи для кількісного визначення фази. 
Обробка результатів проводилася при зіставленні отриманих піків з еталоном 
[37].
Аналіз домішки поліфункціональної дії
В основу аналізу нової поліфункціональної домішки прискорювально- 
пластифікувальної дії (комплексного модифікатора) було обрано такі класи 
домішок: прискорювачі схоплювання і твердіння, а також пластифікатори 
(суперпластифікатори). Виходячи з практики бетонного будівництва та власних 
досліджень, були введені наступні шість критеріїв ефективності домішки 
поліфункціональної дії в цементному камені (табл. 3):
Літературний огляд показав (табл. 1.4 і табл. 1.5), що 
суперпластифікувальний ефект у більшості домішок (як вітчизняних так і 
зарубіжних) знаходиться в інтервалі від 0,2 до 1,0% від маси цементу.
При введенні домішок, у великих дозах, всі частинки твердої фази 
покриваються колоїдно-адсорбційними шарами молекул ПАР. В результаті 
ускладнюється доступ води до поверхні гідратуючого цементу, що призводить 
до уповільнення гідратації і структуроутворення [47], а й зниження
47
ефективності через міцелоутворення молекули ПАР. Тому для розробки 
поліфункціональної домішки необхідний суперпластифікатор з мінімальною 
витратою.
При цьому ефективність прискорювачів підвищується з їх кількістю (табл.
1.2, табл. 1.3), але при цьому знижується корозійна стійкість бетону [10]. Слід 
зазначити, що в літературі відсутні відомості про дії солей електролітів при 
дозуваннях менш 1 %, крім хлорвмісних солей.
Таблиця 2.6 - Прийняті критерії для поліфункціональної домішки
№ Показники для забезпечення Вимоги до Вимоги до 
властивостей цементного тіста і пластифікаторів прискорювачів
цементного каменю
1 Дозування домішки (Д.,% від маси не більше 0,8% не більше 1,5%
цементу) при якому 
спостерігається ефект її дії
2 Водопотреба цементного тіста Максимальне Допустиме 
(нормальна густота) зниження НГ при збільшення НГ не 
мінімальному більше 5%
дозуванні
3 Початок схоплювання цементного Уповільнення <45 Прискорення до 
тіста хв 90 хв
4 Зміна міцності на 1 добу твердіння Втрати не більше Приріст не менше 
цементного каменю 5% 30%
5 Зміна міцності на 28 добу Приріст не менше Приріст не менше 
твердіння цементного каменю 10% 20%
6 Дефекти цементного каменю відсутність відсутність
(розширення, висолоутворення і 
ін.)
2.2. Вплив прискорювачів твердіння на властивості цементного каменю
Вище вже відмічалося про класифікацію домішок (неорганічні 
прискорювачі) для бетонів за механізмом їх дії на процес твердіння в'яжучого 
[1], які віднесені до домішок першого класу - електроліти, які змінюють 
розчинність в'яжучих речовин, але не вступають з ними в хімічну реакцію, і 
електроліти, що містять однойменні з в ’яжучим іони.
48
Відомо, що всі солі-прискорювачі з одного боку, ефективні при великих 
дозах (1,5% і більш від маси цементу), тому що при введенні подібних дозувань 
можлива їх реакція з гідроксидом кальцію з утворенням відповідних подвійних 
солей, завдяки чому підвищується розчинність Са(ОН)2, С38 і (3-С28 [1], з 
іншого - великий вміст солей негативно впливає на корозійну стійкість бетону і 
сталевої арматури.
Тому критерієм ефективності прискорювача твердіння прийнятий 
показник максимального прискорювального ефекту (і як наслідок підвищення 
міцності в початкові терміни твердіння) при його мінімальному змісті (табл.2.6).
2.2.1 Вплив група хлоридів на властивості цементних систем 
Солі на основі хлоридів добре зарекомендували себе в якості 
прискорювачів. Вплив реологічних і механічних характеристик цементного 
тіста і цементного каменю при дозуваннях 0,5; 1 і 1,5% показано на мал.2.1-2.4.
На мал. 2.1 штрихпунктирною лінією відзначена межа за нормальною 
густотою (критерій ефективності №2) і на мал. 2.2 - відзначена межа за 
початком терміну схоплювання (критерій ефективності №3). Показники 
міцності на 1 і 28 добу (критерії ефективності №4 та № 5) повинні бути вище 
червоної лінії як показано на мал. 2.3-2.4.
Хдорщі Хлорид Хлорид Хлорид Хлорид
калію кальцію магнію алюмінію зашза
Примітка: - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,8%
М ал.2.1 - Вплив домішок хлоридів на нормальну густоту цементного каменю.
Нормальна густота (мал. 2.1.) при дозуванні 0,5% (від маси Ц) у всіх
хлоридів становить близько 29, тому всі солі даної групи задовольняють
другому критерію. При дозуванні хлоридів 1% і 1,5% (від маси Ц) відбувається
49
підвищення НГ більше 5%, що не відповідає введеному критерію для розробки 
поліфункціональної домішки.
5 Л00 ^ш—гд • ю-л-ь-п ш̂..
§ 180  склад
§ 100 і ■
о1 140 4— 
х
иы 120 ; 
Н22  ІАА .• ̂....к.р.іггеріи.
2 єфекппшосіі
№
60 -
Хлорид Хлорид Хлорид Хлорид Хлорид
калію кальція магнію алюмінію ладна
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,5%
Мал.2.2 - Вплив домішок хлоридів на початок схоплювання.
а ?0  і,  5 .
?  «  т  ^  ї ї
1 60 *4 ‘. ®к®р»и т«есфсКТШаІ®
р» ій . . В  2 2  ї і і  11 ' 1.5
ІКК*Т®*ІК  } "'&* ** "Д «»»» |;і| «Ц ***» *«*» ЩІ *«*» ®®» *®® ®*® **®* ,і Щ®®* і
' ІІУр і1ї   і1| &і|1  •*в<  !1!  1.  ші,5
І, Ш  В і.й   яI I  .із  0-.5 « І
.5 45
й - 1 - а -
■10
35
30 ! V I  '
Хлорид Хлорид Хлорид Хлорид Хлорид
калію кальцію магнію алюмінію заліза
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 5,0 %.
Мал.2.3 - Вплив домішок хлоридів на міцність при стисненні в 1 добу 
твердіння цементного каменю
З малюнка 2.2 видно, що хлориди при мінімальних дозах 0,5% і 
1,0% входять у встановлений діапазон третього критерію ефективності. Початок 
схоплювання, однак, при дозуванні 1,5% від маси Ц  або прискорення 
схоплювання становить понад 90 хвилин в порівнянні з контрольним 
бездобавочним складом, що не відповідає вимогам ефективності для 
поліфункціональної домішки.
50
Четвертому критерію (мал. 2.3) відповідає хлорид калію при дозуванні 1 і 
1,5%, і хлорид кальцію при всіх розглянутих дозуваннях.
П'ятому критерію (мал.2.4) не відповідають всі хлориди при малих дозах 
(0,5 і 1,0% від маси Ц), тому що міцність в марочному віці менше 20%.
Хлорид Хлорид Хлорид Хлорид, Хлорид 
кадио кальцію магнію алюмінію заліза
Примітка* - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів дорівнює 5,3%
Мал.2.4- Вплив домішок хлоридів на міцність при стисненні в марочному 
віці твердіння цементного каменю
Таким чином, встановлено, що всі солі незначно впливають на 
водопотребу цементного тіста. При цьому солі в кількості 0,5% і 1,0% від ваги 
цементу надають практично однаковий вплив на терміни схоплювання, а саме 
прискорюють. Слід зазначити, що хлориди кальцію і калію при дозуванні 0,5% 
дозволяють отримати максимальний приріст міцності в порівнянні з іншими 
солями. Відомо, що хлористий кальцій сприяє підвищенню пластичності 
бетонної суміші [38], при цьому, кожен відсоток введеного (хлористого 
кальцію) дозволяє зменшити кількість води зачинення приблизно на 5% (ефект 
сильніше виражений в жорстких сумішах). Отримані результати при малих 
дозах хлористого кальцію мають ту ж тенденцію, так нормальна густота 
цементного тіста контрольного складу з НГ = 28,0 при введенні хлористого 
кальцію в кількості 1,5% від маси цементу знизилося до 26,9%.
Механізм дії пластифікувальної дії пояснюється зниженням пластичної 
міцності при введенні хлористого кальцію, за рахунок електроповерхневого 
механізму взаємодії з продуктами гідратації цементу [38].
51
2.2.2 Вплив групи сульфатів на властивості цементних систем
В аналітичному огляді були показані механізми дії сульфатів на процеси 
схоплювання і твердіння, зокрема автори [18] встановили, що сульфат натрію 
реагує з гидроксидом кальцію Са(ОН)2, що виділяється при гідролізі аліта (С38). 
Виникаємий при цьому високодисперсний гіпс реагує з С3А швидше, ніж гіпс, 
що додається при помелі портландцементного клінкеру.
Вплив сульфатів на реологічні і механічні характеристики цементного 
тіста і цементного каменю при дозуваннях 0,5%, 1% і 1,5%, а також вибір їх за 
критерієм ефективності для розробки поліфункціональної домішки показано на 
мал. 2.5-2.8.
За критерієм водопотреби (мал. 2.5) видно, що сульфат калію, сульфат 
натрію і сульфат алюмінію при дозуваннях від 0,5% до 1,5% від маси Ц входять 
в діапазон, розглянутого критерію.
Сульфат Сульфат Сульфат Сульфат Сульфат
калію натрію заліза алюмінію магнію
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,9%
М ал.2.5 - Вплив домішок сульфатів на нормальну густоту цементного 
каменю
З мал. 2.5 видно, що сульфат калію знижує водопотребу цементного тіста 
на 5%, а інші сульфати, навпаки, підвищують. Таким чином, виявлено 
водоредукуючий ефект сульфату калію. Спочатку термінів схоплювання всі 
сульфати знижують терміни твердіння цементного тіста (мал. 2.6), і тому 
входять в діапазон показників по третьому критерію.
Розглянувши зміну міцних показників (мал.2.7) видно, що на 1 добу 
твердіння цементного каменю сульфатом калію і сульфатом натрію при 
дозуваннях від 0,5% до 1,5%, а також сульфат алюмінію при дозуванні 1,5%
52
відповідають вимогам критеріїв ефективності, тому приріст міцності вище 30% 
в порівнянні з контрольним складом (цементного каменю без домішки).
200
(XЯ
180
ЯЗ 160
1  140
ЗЗ 120
о Ю0 критерій
&
ииа  8*) ефективності
° №4
« 60
ЕОГ
С  40
Сульфат Сульфат Сульфат Сульфат Сульфат
калію нагрію заліза алюмінію магнію
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищ ує 4,5%.
Мал.2.6 - Вплив домішок сульфатів на початок схоплювання 
На 28-у добу твердіння в нормально-вологісних умовах (мал.2.8) 
прийнятим критеріям по приросту міцності вище 20% відповідають, тільки, 
солі: сульфат калію і сульфат натрію.
1.5 1.5
^  65 : І  
1,5
I '  бо критерій  ° ' А
п г^ іек ти ш ю п її 1.5
№ 4 0.51 1,5
£ Ч
50 І
0.5
сз ш
н
.а 40
Сульфат Сульфат Сульфат Сульфат Сульфат 
калію натрію заліза алюмінію магнію
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 5,2%
Мал.2.7 - Вплив домішок сульфатів на міцність при стисненні в 1 добу 
твердіння цементного каменю
53
Сульфат Сульфат Сульфат Сульфат Сульфат 
калію  натрію заліза алю мінію  магнію
Примітка: * - сер ійний  коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищ ує 5,5%.
Мал.2.8 - Вплив домішок сульфатів на міцність при стисненні в марочному віці 
твердіння цементного каменю.
Таким чином, сульфати натрію і калію показали максимальне скорочення 
термінів схоплювання і підвищення міцності як на 1-шу так і на 28-му добу.
2.2.3 Вплив групи нітратів і нітритів на властивості цементних систем
Вплив групи нітритів і нітратів при дозуваннях 0,5%, 1% і 1,5% від маси 
цементу на реологічні і механічні характеристики цементного тіста і 
цементного каменю, а також вибір їх за критерієм ефективності для розробки 
поліфункціональної домішки показано на мал. 2.9-2.12.
За нормальною густотою всі солі нітратів та нітритів при мінімальному 
дозуванні 0,5% відповідають прийнятому другому критерію. При 1% солі 
нітратів у порівнянні з нітритами показують більш низьку водопотребу і 
входять в діапазон прийнятого критерію. При дозуванні 1,5%, тільки нітрат 
натрію показує мінімальні значення в порівнянні з іншими нітритами і 
нітратами.
Як видно з початку термінів схоплювання цементного каменю (мал.2.10), 
всі солі нітратів та нітритів (при дозуваннях від 0,5 до 1,5%) відповідають 
прийнятому критерію, крім нітриту кальцію при дозуванні 1,5%.
За зміною міцності на першу добу тверднення цементного каменю 
(мал.2.11), тільки сіль нітрату натрію при дозуваннях від 0,5 до 1,5% 
задовольняє четвертому критерію ефективності (приріст міцності вище 30%),
54
приріст міцності при дозуванні 0,5% склав 59%, при 1% приріст - 64%, і при 
дозуванні 1,5% приріст -70%.
Ііиграт Нитрит Витрат Ніггріп
ШЕрШ датрия кальшія кальщія
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,9%.
Мал.2.9 - Вплив домішок нітратів на нормальну густоту цементного тіста. 
Виходячи з діаграми (мал. 2.12), видно, що приріст міцності в марочному 
віці цементного каменю при додаванні нітрату натрію в кількості 0,5%, 1%, 
1,5% і нітриту натрію 1% і 1,5% задовольняють п'ятому критерію (приріст 
міцності вище 20%).
ШІ1Ш шшшя
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,4%.
Мал.2.10 - Вплив домішок нітратів на початок схоплювання цементного 
каменю.
55
Шир» Ніггршг Втрат Вяцвд
натрій натри каяьщш каящия
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4, 5%
Мал.2.11 - Вплив домішок нітратів на міцність при стисненні в 1 добу 
твердіння цементного каменю
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,8%
Мал.2.12 - Вплив домішок нітратів на міцність при стисненні в марочному 
віці твердіння цементного каменю.
Таким чином, щодо зниження нормальної густоти нітрити та нітрати 
перевищують хлориди і сульфати, щодо скорочення термінів схоплювання 
близькі до хлоридів. З мал. 2.11 слідує, що нітрат натрію (1,5%) має найбільшу 
зміцнюючу дію, особливо на добову міцність (на 70%). Нітрат кальцію значно 
знижує нормальну густоту (на 14%) і в 2 рази початок схоплювання (мал.2.10) і 
перевершує по своєму ефекту прискорення схоплювання всі сульфати і 
хлориди, трохи поступаючись їм (№ 28 0 4, СаС12) по добовій і марочній міцності
56
(мал. 2.11-2.12). Характерно, що нітрит натрію по своєму ефекту близький до 
сульфату натрію.
Таким чином, в групі нітритів і нітратів поставленим критеріям (табл. 2.6) 
за нормальною густотою, за термінами схоплювання, а також по міцності на 1 і 
28 добу відповідає, лише, нітрат натрію: крім мінімальної НГ, він набагато 
перевершує інші солі цієї групи за впливом на ранню добову і нормативну 
міцність цементного каменю.
2.2.4 Вплив окремих типів натрієвих солей на властивості цементних систем
Для підвищення економічної ефективності застосування прискорювачів 
твердіння доцільно використовувати відходи або дешеві напівпродукти, що 
мають в своєму складі необхідні хімічні сполуки. Існують заводи виробники 
хімічних неорганічних солей, які використовують в номенклатурі сировинної 
продукції содосульфатні суміші. Хімічний склад содосульфатної суміші: Ыа28 0 4 
- 71%, Х а20  - 3,9%, А120 3 - 2,7%, 1Ча2С 0 3 - 22,4%. Саме зміст сульфату натрію і 
соди вказує на можливість використання цього продукту в якості прискорювача 
твердіння бетону [42].
Карбонати натрію (соди) в незначних (1-2%) дозуваннях діють як прискорювачі 
твердіння, а в великих (3-5%) - як сповільнювачі. Прискорення твердіння 
бетонів і розчинів з карбонатом натрію відбувається в ранньому віці, проте в 
марочному віці (28 діб.) міцність бетону без домішки перевершує міцність 
бетону з содою [22].
Вплив окремих солей при дозуваннях 0,5 - 1% від маси цементу на 
реологічні і механічні характеристики цементного тіста і цементного каменю 
показано на мал. 2.13 - 2.16.
Всі солі даної групи при дозуванні до 1% відповідають поставленому 
другому критерію. При підвищенні дозування до 1,5% відбувається підвищення 
водопотреби цементного каменю, однак, склади з содосульфатною сумішшю і 
тіосульфатом натрію входять в рамки за критерієм ефективності.
По термінах схоплювання цементного каменю (мал.2.14), солі 
содосульфатної суміші і тіосульфату натрію при дозуваннях 0,5%, 1% і 1,5% 
задовольняють поставленому третьому критерію.
57
Солоеуяьфатиая Тиосульфат
смесь ншрш
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,5%.
Мал.2.13 - Вплив різних солей на нормальну густоту цементного тіста.
Фторид натрия Содостутльтф аткая Формиат натрия Титостурлжьфіат
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,7%
Мал.2.14 - Вплив різних солей на початок схоплювання цементного каменю.
*о
Фторішшщш Сщотсутт&ф їптя Фаршмт натрии Ъштр$тртфт 
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 5,0%
Мал.2.15 - Вплив домішок нітратів на міцність при стисненні в 1 добу твердіння 
цементного каменю.
58
3 мал. 2.15 видно, що поставленому четвертому критерію задовольняє 
тільки содосульфатна суміш і значно перевершує інші солі даної групи по 
набору добової міцності при дозуванні 0,5-1,0%.
По міцності цементного каменю в марочному віці (мал.2.16) також як і на 
першу добу тверднення, тільки содосульфатна суміш при дозуваннях 0,5% 1% і 
1,5% задовольняє п'ятому критерію ефективності.
Таким чином, з мал. 2.14-2.16 слідує, що всі розглянуті солі, значно 
скорочують терміни схоплювання, особливо фторид натрію. Содосульфатна 
суміш «помірно» скорочує терміни схоплювання, прискорює твердіння і 
міцності на 1 і 28 добу.
ия Содосудьфйішш Формиат нагрші Тиосульфат 
смесь натрия
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,9%.
Мал.2.16 - Вплив домішок нітратів на міцність при стисненні в марочному 
віці твердіння цементного каменю.
Слід зазначити, що до складу багатьох ефективних прискорювачів
входить тіосульфат натрію, незначні отримані результати ми пояснюємо тим,
що при зберіганні тіосульфат натрію розкладається на сульфат натрію і сірку:
2Па2820 3 + 0 2 = 2 № 28 0 4 + 28
При цьому, слід зазначити, що тіосульфат натрію, який використовується
в будівництві виходить в процесі очищення відведених коксохімічних газів по
содово-миш'яковому методу, тому навіть мізерно малі домішки миш'яку або
сурми виступають сильними каталізаторами описаного вище розкладання.
2.3.5 Вплив відібраних солей на властивості дрібнозернистого бетону
З усіх розглянутих солей при малих концентраціях 0,5 і 1% були обрані:
сульфат натрію, сульфат калію, нітрат натрію, содосульфатна суміш і оцінено їх
вплив на дрібнозернистий бетон (табл.2.7).
59
Таблиця 2.7 - Вплив неорганічних солей (водних електролітів) на 
властивості цементно-піщаного розчину.
№ Цемент, Пісок, Домішка Дозування В/Ц РК, Приріст 
п/п г г домішки,% мм міцності у 
віці
1 доби,%
Р-ІЗГ Р  ст
1 500 1500 - - 0,38 140 0 0
2 500 1500 Сульфат 0,5 0,38 140 зо 64
500 1500 натрію 1 0,38 139 35 71
3 500 1500 Сульфат калію 0,5 0,38 145 32 68
500 1500 1 0,38 152 35 74
4 500 1500 Нітрат натрію 0,5 0,38 139 39 76
500 1500 1 0,38 138 42 82
5 500 1500 содосульфатна 0,5 0,38 138 35 72
500 1500 суміш 1 0,38 136 37 77
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 5,5%
З табл. 2.7 видно, що нітрат натрію найбільш ефективний, збільшуючи, як 
і на цементний камінь і рухливість розчину та його міцність (на 39% при вигині 
і на 76% при стисканні). Сульфат калію проявив найбільший пластифікуючий 
ефект при 1%, який раніше в літературі не був відзначений.
2.3. Вплив суперпластифікаторів на властивості цементного каменю  
З огляду на те, що одним з головних факторів, що впливають на кінетику 
структуроутворення цементного каменю, є В/Ц, а його зниження забезпечується 
найефективніше за допомогою суперпластифікаторів [39-41], то аналіз розробки 
хімічної домішки поліфункціональної дії повиний базуватися на основі одного з 
ефективних суперпластифікаторів в поєднанні з розчинними неорганічними 
солями лужних металів, які позитивно впливають на кристалоутворення і 
щільність упаковки кристалогідратів. Тому при розробці поліфункціональної 
домішки прискорювальної зміцнювальної дії необхідно правильно вибрати 
суперпластифікатор, так як він крім водоредукуючих ефектів, може мати ефект
60
уповільнення твердіння цементу [32]. В цьому випадку необхідно підібрати таке 
дозування домішки, при якій досягається і значний водоредукуючий ефект при 
малих дозах і відсутність уповільнення твердіння бетону [42]. На основі вище 
сказаного, наступним етапом нашого дослідження став вибір пластифікатора 
(табл.2.8).
Таблиця 2.8 - Терміни схоплювання цементного тіста і міцність 
цементного каменю з суперпластифікаторами
Терміни М іцність на 
Дозування схоплювання, СТИСК, МПа
№ п/п Домішка НГ,%
домішки, % годин-хв.
початок кінець і доба 28 діб
і - - 28 3-35 5-05 44 73
2 0,4 26 3-47 5-15 56,4 99
3 СП-1 0,5 25 4-05 5-50 54,1 101
4 0,6 24 4-30 6-30 53,2 102
5 0,2 25 3-50 5-35 58,0 100
M elflux 
6 0,3 23 4-15 6-00 55,4 103
2 651F
7 0,5 21 4-46 7-15 53,1 105
8 0.3 25 3-45 5-20 53,0 87
9 Sika Plast 0.5 24 4-00 6-40 51,7 89
2436
10 0.7 23 4-30 7-30 49,1 91
11 0.4 25 3-55 6-25 52,7 98
12 Glenium
0.6 23 4-10 6-50 53,5 100
115
13 0.8 21 4-30 7-15 54,2 103
П римітка: * - сер ійний  коеф іцієнт вар іац ії для всіх складів не перевищ ує 5,2% .
Оптимальна кількість пластифікаторів визначається з їх впливу на 
міцність цементного каменю. З табл. 2.8 видно, що всі пластифікатори в 
інтервалі взятих концентрацій знижують нормальну густоту, збільшують 
терміни схоплювання, добову і нормативну міцність, при цьому максимальний 
водоредукуючий ефект спостерігається у кожній добавці при «своїй» 
оптимальній концентрації,%: СП-1 (С-3) -0, 6; Melflux 2651F -0,5; Sika Plast 
2436 - 0,7; Glenium 115 - 0,8.
О ОД ОД 03 0,4 0,5 б.б 0.7 0,8
Дозування пластифікатора, % від мас Ц. (С%)
♦  контрольний склад
В  С П -І
A Melflux 2651F
•  S ika  Plast 2436
Примітка: - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,6%
Мал. 2.17 - Залежність нормальної густоти цементного каменю (НГ) від 
дозування пластифікуючих домішок.
Щ об оцінити концентраційну ефективність домішки була побудована 
графічна залежність НГ,% від їх змісту (рис 2.17). Вони всі виявилися прямими, 
кут нахилу яких до осі абсцис (С,%) може добре характеризувати їх 
ефективність. Прямі Melflux 265IF і SikaPlast 2436 виходять з нульової 
концентрації, тобто EOT цементу без домішок, з яких виходить перевага 
ефективності першого (Melflux 265IF). Кут нахилу прямих Melflux 265IF, 
Glenium 115 і СП-1 однаковий, проте друга і третя зрушені по концентрації 
вправо. При рівній концентрації домішок 0,4% водоредукуючий ефект 
підвищується в ряду СП-1, Glenium 115, SikaPlast 2436, Melflux 2651F. 
Зниження НГ з 28% (вихідний ПЦ) до 24% можна отримати, вводячи 0,25% - 
Melflux 265IF, 0,5% - SikaPlast 2436 і Glenium 115, 0,6% - СП-1. Найбільш 
ефективним за концентрацією виявився також Melflux 265 IF. Однак в межах 
досліджених дозувань домішок (крім SikaPlast 2436) питома ефективність їх 
однакова: для зниження НГ на 1% потрібно 0,1% Melflux 265IF, 0,1% Glenium 
115 і 0,1% СП-1, але «стартові» концентрації різні.
62
В табл. 2.9. представлені результати математичної обробки кривих 
залежності нормальної густоти цементного тіста від дозування пластифікуючих 
домішок мал. 2.17.
Таблиця 2.9 - Рівняння і достовірність апроксимації нормальної густоти 
від дозувань пластифікуючих домішок
Найменування РІВ Н Я Н Н Я Достовірність
домішок апроксимації апроксимації
СП-1 у = -1 Ох + 31 1
Melflux 2651F у = -12,11х + 28,15 і
Sika Plast 2436 у = -5х + 27,5 і
Glenium 115 у = -10х + 30 1
60
58
_ 46
»а
а  44
З 4  5 б
~мігу%
Н 1 - контрольний склад 1 2 -С П -1  «З-М еШ их 2 65ІР  И 4 -8 їк а  РІа8ї243б I I 5 - Оіешош 115
П рим ітка: - серійний  коеф іцієнт варіац ії для всіх  складів не перевищ ує 4,3%
Мал.2.18 - Залежність міцності при стисненні цементного каменю в 
добовому віці твердіння від зниження нормальної густоти цементного тіста у 
відсотках (А НГ,%) і при оптимальних концентраціях суперпластифікаторів.
63
На мал. 2.18 представлені залежності і 1 добової міцності цементного 
каменю від зниження НГ (-А НГ,%) при різних видах і дозуваннях 
пластифікуючих домішок, який обумовлюється, в основному, зниженням В/Ц 
(або НГ%).
- 4 Н Г ,%
І! І- контрольний склад Ш 2 -СП-1 ■З-МеШіїх 2651.F «T-Sika Plast 2436 ■ 5«0ІепішїїШ
П римітка: * - серійний  коеф іц ієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 4,5%
Мал.2.19 - Залежність міцності на стиск в нормативному віці твердіння 
цементного каменю від -А НГ і при оптимальних концентраціях різних 
суперпластифікаторів.
З мал. 2.19 видно, що добова міцність цементного каменю з домішками
вище, ніж у бездобавочного, проте у всьому інтервалі зниження -А НГ (від 1 до 
6%) приріст міцності знаходиться в межах 12-16 М Па і лише при дозуванні 
0,2% Melflux 2651F ( -А НГ = 2%) вона досягає 14 МПа. Приріст 28 добової 
міцності більш значний (мал. 2.19) значні - з 73 М Па до 103-105 МПа (AR28C = 
64-32 МПа). При цьому найбільше збільшення міцності - добової і нормативної 
спостерігається при введенні Melflux 2651F (0,2-0,5%). Зміцнення цементного 
каменю з додаванням СП-1 і Glenium 115 практично однаково, SikaPlast 2436 
менше інших суперпластифікаторів підвищує добову і нормативну міцність на 
стиск.
64
Найбільш ефективним видом суперпластифікатора по поєднанню 
водоредукуючого ефекту з ранньою і 28 добовою міцністю є МеШих 2651И при 
концентрації 0,3% від маси цементу. Вплив цієї домішки на властивості 
цементно-піщаного розчину представлено на мал. 2.20, з якого слідує, що 
оптимальним дозуванням МеШих 2651Б є 0,3% від портландцементу - при 
високій рухливості з найбільшим прирістом міцності при вигині і стиску на 
першу добу тверднення. Перевищення цієї оптимальної концентрації 
призводить до істотного зниження ефекту.
вз
(•ЦІ
ті
я
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Д озування, %  від маси Ц
П рим ітка: * - сер ійний  коеф іцієнт вар іац ії для всіх складів  не перевищ ує 4,7%
Мал. 2.20 - Ефективність суперпластифікатора МеШих 2651 Б на
дрібнозернистому бетоні: 1 - міцність на стиск на першу добу тверднення; 2 - 
міцність на вигин на першу добу тверднення; 3 - В/Ц.
У табл. 2.10. представлені результати математичної обробки кривих 
ефективності суперпластифікатора МеШих 2651 Б на дрібнозернистому бетоні 
(мал. 2.20).
65
Таблиця 2.10 - Рівняння і достовірність апроксимації ефективності
суперпластифікатора МеШих 2651Б на дрібнозернистому бетоні.
№ ПОЗИЦІЇ
Рівняння апроксимації Достовірність апроксимації
1 у = -456,6х3 + 308,Зх2 - 39,4х + 13 1
у = -95,ЗЗх3 + 65,16х2 - 9,07х + 3,47
2 1
3 у = 5,ЗЗЗх3 - 4х2 + 0,386х + 0,46 1
2.4. Аналіз спільного впливу відібраних солей з домішкою «МеШих» 
в цементних системах
Важливо, щоб відібрані солі (сульфат натрію, сульфат калію, нітрат 
натрію і содосульфатна суміш) були антагоністами до пластифікатора і навпаки, 
щоб відібраний пластифікатор не чинив негативного впливу на солі.
У табл. 2.11 представлені результати впливу обраних електролітів на 
пластифікуючу здатність домішки МеШих 2651Б. Тому було вивчено спільний 
вплив солей з обраним пластифікатором МеШих 2651Б на властивості 
цементної композиції (портландцемент марки ЦЕМ  І 42,5 Б виробник ВАТ 
«Мордовцемент») на нормальну густоту цементного тіста (табл.2.11) і кінетику 
набору міцності цементного каменю (мал. 2.21). Введення тільки МеШих 2651Б 
в оптимальній кількості 0,3% знижує НГ,% з 28 до 24, добова міцність 
цементного каменю знижується з 60 до 55 МПа, але далі - зростає і в 
нормативному віці досягає 103 МПа. У складах з №3 по 14 містяться бінарні 
домішки: МеШих 2651Б (0,3%) з різними солями концентрацій 0,5%; 1% і 1,5%. 
З табл.2.11 видно, що збільшення вмісту солей з 0,5% до 1,5% (крім сульфату 
калію) призводить до збільшення водопотреби суміші з 5% до: содосульфатна 
суміш - 35%, № N 6)3 -21%, № 28 0 4 - 31%. При введенні К 28 0 4 в кількості 0,5% 
від маси цементу водопотреба знизилася на 5%.
Таблиця 2.11 - Підбір оптимального дозування електролітів
суперпластифікатором МеШих 2651Б в складі полі функціональної домішки
М*Шшс СдаСС, КаИОз, Ліа2804, К2504,
ш щ % шг
г 265 В , % % %
1 - - . , » 01
2 - » » - 24
3 0,5 * - . .25
4 1.0 . » - , 2:1
5 1*5 « , 31
# * 0,5 ; , Ш
7 - 1.0 » . 21
1 - 1 :ЧІ і : 29
І _ - 0*5 * 24
1# - - 1Л . Ж
401
1! 0,3 ■ » , 1,5 « ЗІ
1-І-,2 ... , - 11
*»,
13 - - * їм 26
14 » - - 1,5 щш.
15 ча» , 14
І і , 0,5 - 24
17 - 0.5 о з - 24
18 0.5 » , т 23
19 * І З » 03 23
20 » . 0,5 0,5 В
67
На мал. 2.5 - 2.7 отримані результати представлені у вигляді гістограм кінетики 
набору міцності складів цементного каменю, що відрізняються при рівному 
відсотку МеШих 2651Б (0,3%), різним вмістом різних електролітів (0,5%; 1%; 
1,5%).
«  і ІЗ
Дозування добавки, % Дозування добавки, %
В »
%X т
аЗ і» 
Vн ш
Ш
в{5 Ш
§ Ю>
<3 щ
А І І® і І ІЗ
Дозування добавки, % Дозування добавки, %
Примітка: - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,5%
Мал. 2.21 - Кінетика набору міцності цементного каменю через 12 годин (А), 16 
годин (Б), 24 години (В) і 28 діб (Г) твердіння: 1 - МеШих 2651Б (0,3%) + 
содосульфатна суміш (0,5% ); 2 - МеШих 2651Б (0,3%) + нітрат натрію (0,5%); З
- МеШих 2651Б (0,3%) + сульфат калію (0,5%); 4 - МеШих 2651Б (0,3%) + 
сульфат натрію (0,5%).
З мал. 2.21 видно, що збільшення НГ при введенні всіх солей до 1,5%
підвищується міцність на всіх термінах тверднення, наприклад, в добовому віці 
з содосульфатною сумішшю від 68 МПа при 0,5% до 79 МПа при 1,5%; з М аЖ )3
- від 70 до 80 МПа; з К 2Б 0 4 - від 65 до 70 МПа, Па28 0 4 - від 59 до 65 МПа. У 28 
добовому віці збільшення дозування солей з 0,5 до 1,5% також підвищує 
міцність на стиск, хоча і незначно (на 5 - 1 0  МПа).
68
1НІ
і) 4 ¥ і ;  и> : о  24 2К
Ч ас, діб
Примітка: - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,2%
Мал. 2.22 - Кінетика набору міцності цементного каменю при дозуванні 
змішаних домішок-прискорювачів. Склади:
1 - МеШих 2 6 5 4  (0,3%) + содосульфатна суміш (0,5%) + нітрат натрію (0,5%); 2 - 
МеШих 2 6 5 4  (0,3%) + содосульфатна суміш (0,5%) + сульфат натрію (0,5%);
3 - МеШих 2 6 5 4  (0,3%) + нітрат натрію (0,5%) + сульфат натрію (0,5%);
4 - МеШих 2 6 5 4  (0,3%) + содосульфатна суміш (0,5%) + сульфат калію (0,5%); 5 - 
МеШих 2 6 5 4  (0,3%) + нітрат натрію (0,5%) + сульфат калію (0,5%);
6 - МеШих 2 6 5 4  (0,3%) + сульфат натрію (0,5%) + сульфат калію (0,5%);
У табл. 2.12. представлені результати математичної обробки кривих
кінетики набору міцності цементного каменю при дозуванні змішаних домішок-
прискорювачів (мал. 2.22).
Таблиця 2.12 - Рівняння і достовірність апроксимації кінетики набору
міцності цементного каменю при дозуванні змішаних домішок-прискорювачів
№ складу Рівняння апроксимації Достовірність
апроксимації
1 у = -0,125х4 + 4,879х3 - 42,53х2 + 113,6х + 2,321 0,9985
2 у = -0,093х4 + 3,673х3 - 32,72х2 + 92,80х + 1,500 0,9993
3 у = -0,095х4 + З,742х3 - 33,25х2 + 93,42х + 5,658 0,9988
4 у = -0,092х4 + З,646х3 - 32,57х2 + 92,68х + 3,180 0,9991
5 у = -0,091 х4 + 3,603х3 - 32,19х2 + 92,18х - 0,656 0,9990
6 у = -0,086х4 + 3,398х3 - 30,14х2 + 85,46х + 5,180 0,9994
69
85
0.5 1 1*5 2 2,3 З і
Час, діб
—# ~ 1  - МеШих 265 Ш 0,3%)+Солосудьфатна суміш (0,5% Р Н ітрат натри« (0,5%)
—а —2 - МеІПих 2 6 5 Щ0.3°о)-К2одосульфатна суміш (0,5со)-гСульфаі калію (0.5%)
■ • 3 - МеШих 265 Щ03%>+Суя:ьфат каиііоГ0.5%)+Ш трат нагрін>(0,5%)
—*—4 - Меіііих 2 6 5 1 Р(0,л%)-Го;юсу.тгьфатна суміш (Д.5%) Н і трат натрію (0,5%)
<— 5 - МеІПих 2 6 5 1Р(0,3%)-К.'одосудьфатна су міні (0 ,5 °<>)~Сульфат натрію (0,5°4)
-6 - МеШих 2651Г(0,3% )1 Сульфат натрію (0 ,5% ); Сульфат калію (0,5%)
Мал. 2.23 - Кінетика набору міцності цементного каменю до 3 діб твердіння. 
Автори [1] показали, що комбінація солей більш ефективна, ніж одинарні солі, 
які впливають на прискорення процесів гідратації цементу.
Склади № 15 - 20 (табл. 2.8) містять, поряд з суперпластифікатором МеШих 
265 Щ  парні комбінації солей, взятих по 0,5% від маси цементу кожен. 
Результати табл. 2.8 свідчать, що склад № 18 (0,3% МеШих 2651Б + 0,5% 
содосульфатна суміш + 0,5% К 28 0 4) має мінімальну водопотребу (НГ = 19%), а 
найбільшу добову і нормативну міцність (мал. 2.22) (при НГ = 24%) 80 і 124 
МПа, відповідно, забезпечує парна сіль содосульфатної суміші і № N 6)3. 
Узагальнені дані впливу парних солей в порівнянні з одинарною сіллю 
представлені в табл. 2.13.
70
Таблиця 2.13 - Ефективність домішок на 1 добу твердіння цементного каменю.
Найменування складу Міцність при Приріст
Ефективність,
№ домішки (%, від мас. Ц) стисненні на МІЦНОСТІ,%
1 добу, М Па %
Контрольный
1 бездобавочний 44 0
склад
2 Цементний камінь+МеШих 55 25
265 № (0,3)
Цементний камінь +МеШих 
3 265 Щ О ,3)+ С СС( ) 71 61 0
од і
Цементний камінь +МеИ1их 
4 265 Щ 0,3 )+  НН (1) 73 66 0
Цементний камінь +МеШих 
5 265 Щ О ,3)+ СодСС (0,5)+ 80 82 + 34,4 + 24,2
НН (0,5)
З таблиці. 2.13 видно, що нітрат натрію на першу добу при дозуванні 1% 
показав 73 МПа, а содосульфатна суміш -71МПа, то їх спільна дія при 0,5% 
кожного від маси цементу показує 80 МПа. Це вище міцності отриманої при 
складі окремих солей в кількості 1%. Приріст міцності при додаванні 1% 
содосульфатної суміші до складу цементного тіста з суперпластифікатором, 
щодо контрольного бездобавочного складу, склало 61%, при додаванні 1% 
нітрату натрію - 66%, тоді як при введенні пари солей з вмістом кожної солі в 
кількості 0,5% приріст міцності склав 82%. Щодо 1% вмісту содосульфатної 
суміші парна комбінація солей показала приріст на 34.4% і відносно 1% вмісту 
нітрату натрію - 24,2%. Таким чином, виявлено синергізм дії пари солей 
содосульфатної суміші (0,5%) і нітрату натрію (0,5%). Така ж картина 
спостерігається і на 28-му добу твердіння цементного каменю (мал. 2.9). 
Поліфункціональну домішку можна проводити двома способами:
1. Сухим перемішуванням компонентів (в турбозмішувачі до 200 об./хв.);
2. Приготуванням 30% водного розчину при температурі 20 °С. Компоненти 
беруть в наступному співвідношенні, мас.%: - прискорювач содосульфатна 
суміш - 38; - прискорювач нітрат натрію - 38; - полікарбоксилатний 
пластифікатор МеШих 2651 й - 24.
71
Висновки за розділом 2.
1. Обґрунтовано критерії вибору компонентів для отримання домішки 
пластифікувально - прискорювально - зміцнювальної дії.
2. Досліджено вплив малих концентрацій (0,5-1,0%) солей лужних металів 
сильних кислот на властивості цементного тіста і цементного каменю (терміни 
схоплювання, нормальну густоту, добову і нормативну міцність).
3. Встановлено, що приріст міцності цементного каменю в марочному віці з 
хлоридами становить менше 20%, що не відповідає зміцнюючому критерію.
4. Найбільшу ефективність серед прискорювачів твердіння розглянутих груп 
(сульфатів, нітратів і нітритів, форміатів і ін.), які відповідають поставленим 
критеріям при дозуваннях 0,5 і 1% показали сульфат калію, сульфат натрію, 
нітрат натрію і содосульфатні суміші.
5. Серед пластифікуючих домішок суперпластифікатор МеШих 2651Р в 
кількості 0,3% від маси цементу задовільняє поставленим критеріям.
6. Виявлено, що комбінація солей більш ефективна, ніж одинарні солі і 
виявлений синергізм дії пари солей содосульфатної суміші (0,5%) і нітрату 
натрію (0,5%) в усі терміни тверднення.
7. Проаналізовано оптимальний склад поліфункціональної домішки 
пластифікувальної - зміцнювальної - прискорювальної дії, що представляє 
собою суміш трьох сухих водорозчинних компонентів (мас.%): содосульфатна 
суміш - 38,0; нітрат натрію - 38,0; полікарбоксилатний пластифікатор МеШих 
2651Р - 24,0.
8. Поліфункціональну домішку можна виробляти перемішуванням сухих 
компонентів і приготуванням 30% водного розчину цієї суміші при температурі 
20°С.
9. Введена в кількості 1,3% від маси цементу поліфункціональна домішка 
знижує нормальну густоту з 28 до 25% (на 12,5%), підвищує ранню і 
нормативну міцність: 12-ти годинну в нормативних умовах з 34 до 50 МПа (на 
47%), добову - з 44 до 80 МПа (на 82%) і 28-добову з 76 до 124 М Па (на 63%).
72
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ВПЛИВУ ДОМІШ ОК, ЩО МАЮ ТЬ ДЕКІЛЬКА  
ФУНКЦІЙ ОДНОЧАСНО НА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ЦЕМЕНТНИХ  
КАМЕНІВ
В даному розділі наводяться аналізи результатів дослідження 
поліфункціональної домішки на структуроутворення цементного каменю з 
метою оцінки ефективності. Досліджено її вплив на технологічні властивості 
цементного тіста і фізико-механічні властивості цементного каменю. 
Дослідження проводилися на портландцементі ЦЕМ І 42,5 Б.
ЗЛ Вплив поліфункціональної домішки на структуроутворення
цементного тіста і каменю.
Процес гідратації цементного тіста тісно пов'язаний з процесом 
структуроутворення. Тому представляє великий інтерес простежити зміни 
цементного каменю в перші 10-12 годин твердіння, коли закладається основна 
структура, що визначає комплекс важливих властивостей цементних
композицій. Процес структуроутворення цементних паст умовно поділяють на З 
періоди. У перший, індукційний період криві наростання пластичної міцності 
практично паралельні осі абсцис. У цей період відбувається накопичення 
гідратів колоїдного ступеня дисперсності. У другій період в твердіючій системі 
електростатичні і Ван-дер-ваальсові сили взаємодії між частинками, що 
формують коагуляційно-кристалізаційну структуру. Початок третього періоду, 
як правило, збігається з кінцем схоплювання цементного тіста.
Структуроутворення оцінювали по зміні: - пластичної міцності; - температури 
гідратації; - змісту хімічно зв'язаної води; - контракції цементного тіста і 
цементного каменю; - параметрів рентгенофазового і диференційно-термічного 
аналізу; - рН цементного каменю.
ЗЛЛ Вплив поліфункціональної домішки на терміни схоплювання
цементного тіста.
На першому етапі було визначено вплив оптимального складу домішки і її 
окремих складових на терміни схоплювання цементу (табл.3.1). Домішки 
вводили з водою замішування.
73
Таблиця 3.1 - Терміни схоплювання цементного тіста з домішками
Початок Кінець
№ Найменування складу Цемент,
НГ схоплювання, схоплювання,
п/п (дозування домішки,%) г хв.. хв.
Контрольний бездобавочний 
1 склад 400 28 160 270
2 МеШих 2651Б (0,3) 400 23 175 285
МеШих 2651Б (0,3) + 
3 Содосульфатна суміш (0,5) 400 24 135 265
МеШих 2651Б (0,3) + Н аЖ )3 
4 (0,5) 400 23 125 240
МеШих 2651Б (0,3) + 
5 Содосульфатна суміш (0,3) + 400 24 115 2 10
№ Ж ) 3 (0,5)
З таблиці. 3.1 видно, що при додаванні МеШих 2 6 5 \¥  відбувається незначне 
уповільнення схоплювання цементного тіста. Нітрат натрію більше скорочує 
терміни схоплювання, ніж содосульфатна суміш і не впливає на водопотребу 
тіста. При додаванні содосульфатної суміші спільно з нітратом натрію 
спостерігається синергізм дії - найбільше прискорення схоплювання: час 
початку схоплювання скорочується на 40%, а кінець схоплювання - на 30%, так 
само відбувається зменшення нормальної густоти на 16%.
3.1.2 Вплив поліфункціональної домішки на температуру екзоефекта 
гідратації цементного тіста.
Скорочення термінів схоплювання (табл.3.1) пов'язане зі збільшенням 
швидкості гідратації, яка простежується по зсуву екзотермічних піків гідратації 
цементного тіста з використовуваними домішками (мал.3.1).
В табл. 3.2. представлені результати математичної обробки кривих зміни 
температур цементного тіста при гідратації з різними складами домішок (мал. 
3.1).
74
    1- Контрольний склад ЧвС, ГОДИН
«••***  2 - М е1 :й ш (0 ,3°Л)
3 - M el flux  (0.3?4)+Содосуль( jreom; суміш (0 5%)
—* — 4 - M elfiux (0,3% )+ Н ітрат натрію (0 5%)
   5- Содосульфатяа суміш(0 .5%)+Нітрат натрію (о.5%)
>5- Me [flax (G, Ш)+ Содосуяьфатиа. суміш: (0,5%)-+ Нітрат натрію (ft 5%)
Примітка: - серійний коефіцієнт варіації для всіх не перевищує 4,3%
Мал.3.1 - Зміна температур цементного тіста при гідратації з різними складами 
домішок.
Таблиця 3.2 - Рівняння і достовірність апроксимації зміни температур 
цементного тіста при гідратації
№ Рівняння апроксимації Достовірність
складу апроксимації
1 у = -2Е-05х6 + 0,00їх 5 - 0,037х4 + 0,441х3 - 2,102х2 + 3,506х + 24,34 0,991
2 у = 2Е-0бх6 + 5Е-05х5 - 0,006х4 + ОДЗІх3 - 0,894х2 + 1,800х + 25,59 0,986
3 у = -2Е-05х6 + 0,00їх 5 - 0,037х4 + 0,461х3 - 2,326х2 + 4,078х + 25,95 0,999
4 у = -1Е-05х6 + 0,000х5 - 0,023х4 + 0,267xJ - 1,168х2 + 1,751х + 26,86 0,994
5 у = -ЗЕ-05х6 + 0,002х5 - 0,046х4 + 0,404х3 - 1,098х2 + 0,979х + 28,00 0,975
6 у = -ЗЕ-05Х6 + 0,00їх 5 - 0,039х4 + 0,378х3 - 1,238х2 + 1,423х + 27,11 0,992
Видно синергізм дії солей в комплексній добавці, максимум на 
термометричній кривій 6 вище, а час його досягнення менше, ніж в разі окремих 
компонентів домішки і гідратація цементного каменю починається раніше.
3.1.3 Кінетика набору пластичної міцності цементного тіста і міцності 
цементного каменю при введенні домішок.
Відомо [43], що цементне тісто може відносно тривалий час перебувати в 
пластичному стані, так як процес формування структури цементного каменю
75
протікає відносно повільно. Перший період формування структури - період 
коагуляційного структуроутворення - закінчується через кілька годин. 
Інтенсивне скорочення коагуляційного періоду структуроутворення 
спостерігається при використанні прискорювачів твердіння. Другий період - 
кристалізаційного структуроутворення характеризується інтенсивним 
зростанням міцності тіста в порівняно короткий проміжок часу. Для вивчення 
тимчасових інтервалів протікання цих процесів досліджено кінетику зростання 
пластичної міцності цементного тіста з комплексною домішкою і з її окремими 
складовими (мал.3.2), яка характеризується граничним напруженням зсуву 
дисперсної системи, визначаємим зануренням конуса в твердну масу [23].
0 50 100 150 200
час, хвилин
і.. Контрольний склад
*“ • “  2 - МеШїЩО .3% )
—• —З- Содосуіафатнасуміш{0Л*гі)4.:шірктжірім (0.5««)
— 4«МеШпх{0.3%)+! Содосульфатна суміш (0.5%}+ нітрат натрію (0.5%)
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 4,2%.
Мал.3.2 - Кінетика набору пластичної міцності цементного тіста з різними 
домішками.
З мал. 3.2 видно, що суперпластифікатор МеШих 2651Б збільшує 
індукційний період твердіння в порівнянні з бездобавочним контрольним 
складом приблизно зі 160 до 190 хв. Останні домішки прискорюють процес 
структуроутворення. У випадку з поліфункціональною домішкою індукційний 
період початку твердіння цементного тіста скорочується від 160 до 50 хв [42]. У 
табл. 3.3. представлені результати математичної обробки кривих кінетики 
набору пластичної міцності цементного тіста з домішками 1-4 мал. 3.2.
76
З мал. 3.3 видно, що суперпластифікатор МеШих2651Р уповільнює набір 
міцності цементного каменю в першу добу тверднення і прискорює в наступні 
терміни за рахунок високого водоредукуючого ефекту. Введення солей - 
прискорювачів більшою мірою збільшує міцність в перші години твердіння (на 
30-50%) і в меншому ступені в наступний період. Найбільшу міцність, як у 
перші години твердіння, так і в марочному віці має цементний камінь з 
поліфункціональною домішкою.
Таблиця 3.3 - Рівняння і достовірність апроксимації кінетики набору пластичної 
міцності цементного тіста з різними домішками
№ Достовірність
Рівняння апроксимації
складу апроксимації
і у = 1Е-09х3 - 4Е-07х4 + 5Е-05х3 - 0,002х2 + 0,046х - 0,208 0,9893
2 у = 9Е-1 Ох5 - 4Е-07х4 + 8Е-05х3 - 0,006х2 + 0,209х - 2,044 0,9971
3 0,9995
V = 2Е-10х6 - 9Е-08х5 + 1Е-05х4 - О.ООІх3 + 0,045х2 - 0.843х + 5.655
4 0,9991
V = -бЕ-ІОх5 + ЗЕ-07х4 - 4Е-05х3 + 0.002х2 - 0.089х + 0.885
(і Л 6 9 *1 15 !Я *| НА а
Час. діб
«««»» 1-ковгфоя.ьний склад 
~«~2-М<Мш2бЯГШЩ 
і ■ і'сдСС
Нітрат натрію (0.5%)
нітрат натрію фМ&
П римітка: * - серійний  коеф іц ієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 4,8%
Мал. 3.3 - Кінетика набору міцності цементного каменю з різними домішками.
В табл. 3.4. представлені результати математичної обробки кривих кінетики 
набору міцності цементного каменю з домішками 1-5 мал. 3.3.
77
Таблиця 3.4 - Рівняння і достовірність апроксимації кінетики набору міцності 
цементного каменю з різними домішками
№ складу Рівняння апроксимації Достовірність
апроксимації
і у = 1Е-09х5 - 4Е-07х4 + 5Е-05х3 - 0,002х2 + 0,046х - 0,208 0,9893
2 у = 9Е-10х5 - 4Е-07х4 + 8Е-05х3 - 0,006х2 + 0,209х - 2,044 0,9971
3 у = 2Е-10х6 - 9Е-08х5 + 1Е-05х4 - 0,001х3 + 0,045х2 - 0,843х + 5,655 0,9995
4 у = -6Е-10х5 + ЗЕ-07х4 - 4Е-05х3 + 0,002х2 - 0,089х + 0,885 0,9991
В цілому набір міцності цементного каменю з домішками в умовах 
нормального твердіння, корелює з кінетикою структуроутворення цементного 
тіста - переходу від коагуляційної структури до кристалізаційної.
3.1.4 Визначення змісту хімічно зв'язаної води в складі цементного каменю.
Прискорення структуроутворення також можна побічно простежити за 
змістом хімічно зв'язаної води (рис 3.4). Також оцінювалася зміна змісту 
хімічно зв'язаної води в цементному камені залежно від вмісту домішок.
:і 2  4 4  5 <>
П рим ітка: * - серійний  коеф іцієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 5,1%
Рис 3.4 - Зміна вмісту хімічно зв'язаної води: 1-контрольний склад; 2- 
МеШих 2651Б (0,3%); З-МеШих 2651¥ (0,3%) + содосульфатна суміш (0,5%); 4- 
МеШих 2651Б (0,3%) + нітрат натрію (0,5%); 5-содосульфатна суміш (0,5%) + 
нітрат натрію (0,5%); 6 МеШих 2 6 5 ( 0 , 3 % )  + содосульфатна суміш (0,5%) + 
нітрат натрію (0,5%).
Як видно з наведених в мал. 3.4 даних, введення суперпластифікатора 
знижує кількість хімічно зв'язаної води, що і підтверджується уповільненням 
твердіння при їх використанні, а введення солей збільшує цей показник. Так, у
78
контрольного складу, зміст хімічно зв'язаної води становить 4,5%, а у зразка з 
поліфункціональною домішкою становить 4,4%. Найбільша ступінь хімічного 
зв'язування води спостерігається при введенні комплексу солей (склад 5) - 5%.
3.1.5 Дослідження контракційної усадки цементного тіста і каменю з 
поліфункціональною домішкою.
Оскільки контракція є прямим наслідком хімічних реакцій з'єднання 
речовин то, слідкуючи за швидкістю контракційної усадки, можна визначити 
швидкість гідратації цементного каменю (мал.3.5).
Час, год, хв..
П римітка: * - сер ійний  коеф іц ієнт вар іац ії для всіх  складів  не перевищ ує 4,2% .
Мал. 3.5 - Контракційна усадка цементного каменю протягом 19 годин: 1- 
контрольний склад; 2 МеШих 2651Б (0,3%); З-МеШих 2651Б (0,3%) + 
Содосульфатна суміш (0,5%); 4-МеШих 2651Р (0,3%) + Нітрат натрію (0,5%); 5 
МеШих 265 ЇЙ (0,3%) + Содосульфатна суміш (0,5%) + Нітрат натрію (0,5%).
З мал. 3.5 видно, що швидкість реакції у складу з поліфункціональною 
домішкою в перші 12 годин вище, ніж у бездобавочного складу. Тоді як, на 28 
добу (мал. 3.6) контракція при використанні поліфункціональної домішки щодо 
контрольного складу знижується, так як ефект прискорення підтверджується 
виділенням тепла і кількістю хімічно зв'язаної води. Зниження контракції 
обумовлено утворенням великої кількості гідросульфоалюмінатів кальцію, які 
не дають усадку, а навпаки збільшують свій обсяг. Даний факт підтверджується
79
даними рентгенофазового і диференціального термічного аналізу, які наведені в 
пункті 3.1.6.
ДУмм *
35
ЗО
25
20
15
10
5
0
0 2 -і б 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Час, діб
П римітка: * - серійний  коеф іц ієнт варіац ії для всіх складів не перевищ ує 4,9% .
Мал. 3.6 - Контракційна усадка цементного каменю протягом 28 діб: 1- 
контрольний склад; 2 МеШих 2651Б (0,3%); З-МеШих 2651Б (0,3%) + 
содосульфатна суміш (0,5%); 4-МеШих 2651Б (0,3%) + нітрат натрію (0,5%); 5 
МеШих 2651 й (0,3%) + содосульфатна суміш (0,5%) + нітрат натрію (0,5%).
У табл. 3.5. представлені результати математичної обробки кривих
контракційної усадки цементного каменю з домішками 1-5 протягом 28 діб мал.
3.5.
Таблиця 3.5 - Рівняння і достовірність апроксимації контракційної усадки 
цементного каменю протягом 28 діб.
№ Рівняння апроксимації Достовірність
складу апроксимації
і у = -9Е-06х6 + 0,000х5 - 0,028х4 + 0,503х3 - 4,523х2 + 19,68х + 2,297 0,976
2 у = -8Е-06хб + 0,000х5 - 0,027х4 + 0,46їх 3 - 3,909х2 + 15,20х + 2,945 0,906
3 у = -6Е-06хб + 0,000х5 - 0 ,017х4 + 0,304х3 - 2,608х2 + 10,56х + 1,836 0,942
4 у = -8Е-06хб + 0,000х5 - 0,025х4 + 0,427х3 - 3,656х2 + 14,73х + 2,680 0,936
5 у = -7Е-06хб + 0,000х5 - 0,022х4 + 0,382х3 - 3,256х2 + 12,81х + 2,500 0,911
80
3.1.6 Визначення продуктів гідратації в складі цементного каменю
3.1.6.1 Вплив поліфункціональної домішки на особливості формування 
новоутворень цементного каменю.
Рентгенографічне дослідження цементного каменю полягало у визначенні 
його фазового складу, відносного вмісту в них аморфної і кристалічної фаз і 
відносної міри гідратації (мал.3.7 а, б, в) [44]. З метою виявлення синергічного 
ефекту впливу компонентів поліфункціональної домішки на 
структуроутворення цементного каменю був визначений фазовий склад 
новоутворень рентгенографічним методом. Як видно з представлених 
рентгенограм, помітні зміни фазового складу вже відбуваються в першу добу 
тверднення, що корелює зі зміною фізико-механічних властивостей цементного 
каменю. Поступове розчинення силікатної фази портландцементу (С38, С28) 
супроводжується зменшенням відповідних відображень мінералів на 
іонізаційних рентгенограмах (мал. 3.7. В) і одночасним збільшенням піків 
гідросилікатів кальцію (б = 3,027А; сі = 2,77А; б = 2,74А; б = 2,18А).
Таблиця 3.6 - Зміст гідроксиду кальцію і еттрінгіта в цементному камені 
на 1 добу твердіння
Зміст мінералів,%
Склади Портландіт -А Еттрінгіт - О
Цемент 6,5 8,5
Цемент + МеШих 5 7,9
Цемент + поліфункціональна 5,3 9,4
домішка
81
2-ТІжІа - Зсаіе
сі, А М інерал сі, А Мінерал сі, А Мінерал
9,687 еттр ін гіт 3,381 Аліт 2,603 еттрінгіт
7,276 еттр ін гіт 3,337 Кварц 2,438 Портландіт
5,593 еттр ін гіт 3,027 Кальцит 2,314 Аліт
4,905 П о ртлан д іт 2,964 еттрінгіт Аліт + Беліт
2,182
4,675 еттр ін гіт 2,771 Аліт+Беліт 2,053 Браунмілеріт
3,858 К альци т 2,740 Аліт 1,978 Беліт
Портландіт + Беліт Портландіт + Аліт
3,647 Б раун м ілер іт 2,624 1,927
М ал.3.7.а - Рентгенографічна картина продуктів гідратації в віці 1 доби 
твердіння портландцементного каменю
82
2-ТИеіа - Зсаіе
Мал.3.7.б - Рентгенографічна картина продуктів гідратації в віці 1 доби 
твердіння портландцементного каменю з МеШих 2651Б
2-ТНеіа - Бсаіе
М ал.3.7.в - Рентгенографічна картина продуктів гідратації в віці 1 доби 
твердіння портландцементного каменю з проаналізованою домішкою.
Аналіз інтенсивностей ліній портландіта Са(ОН)2 в складах цемент і 
цемент + МеШих 2651Б вказує на зменшення їх при введенні 
суперпластифікатора в першу добу на 28%, що вказує на зниження ступеня 
гідратації алітової фази. Крім того, з'являється яскраво виражений пік (б = 4,24
83
А), відповідний мінералу ксонотліту, утворення якого призводить до зміцнення 
структури цементного каменю [45].
При введенні комплексу солей, як видно з рентгенограм, відбувається 
збільшення частки портландіта, а значить, прискорюється реакція гідратації 
цементу. Введення домішок содосульфатної суміші + № N (>3 призводить до 
більш активному утворенню моногідросульфоалюміната кальцію (А Р т) і 
еттрінгіта (АРІ). Про це свідчить підвищення інтенсивності ліній з 
міжплощинними відстанями 4,67; 2,88; 2,45 А для А Р т  і 9,68; 5,57; 3,85 А..
Такі зміни відбуваються через збільшення кількості сульфатіонів при 
твердінні цементного каменю. Збільшення кількості моногідросульфоалюміната 
кальцію і еттрінгіта призводить до прискорення набору міцності цементного 
каменю в першу добу тверднення. З картини новоутворень (мал.3.8. А, б, в) в 
цементному камені після 28 діб нормального твердіння видно, що при 
використанні комплексної домішки відбувається значне зниження портландіта 
Са(ОН)2. При цьому відбувається збільшення інтенсивності піків гідросилікатів 
кальцію. Зменшення частки портландіта призводить до підвищення міцності 
цементного каменю, так як його міцність значно нижче міцності інших 
новоутворень.
Якщо порівнювати склади з комплексною домішкою у віці 1 і 28 діб 
помітно зниження інтенсивності піків еттрінгіта, а кількість А Рт-ф ази  
практично не змінилося. Це факт позитивно позначається на довговічності 
цементного каменю.
Таблиця 3.7 - Зміст гидроксида кальцію і еттрінгіта в цементному камені 
на 28 добу твердіння
Зміст мінералів,%
Склади
Портландіт - еттр ін гіт
Цемент 7 0,9
Цемент +МеШих 5,3 6,6
Цемент + ПФД 3,4 8,5
84
2-ТЬеІа - всаіе
Мал.3.8.а - Рентгенографічна картина продуктів гідратації в віці 28 діб 
портландцементного каменю.
2-ТИеІа - Зсаіе
Мал.3.8. б - Рентгенографічна картина продуктів гідратації в віці 28 діб 
портландцементного каменю з МеШих 2651 Б.
Уп (Срз)
85
Мал.3.8.в - Рентгенографічна картина продуктів гідратації в віці 28 діб 
портландцементного каменю з проаналізованою домішкою
Таким чином, введення комплексної домішки поліфункціональної дії в 
цементній системі дозволяє скоротити період раннього структуроутворення 
цементних систем. Прискорення твердіння цементного каменю в першу добу 
обумовлено зниженням В/Ц і збільшенням частки моногідросульфоалюміната 
кальцію і еттрінгіта в утвореному цементному камені.
3.1.6.2 Диференційно-термічний аналіз цементного каменю.
Характерні для цементного каменю ендотермічні реакції викликані 
зневодненням гідратів новоутворень і руйнуванням їх кристалічної структури, в 
той час як екзотермічні реакції обумовлені утворенням при високих 
температурах нових з'єднань. За допомогою диференційно-термічного аналізу в 
цементному камені вдається визначити гідроксид кальцію, кальцит, 
гідросилікати кальцію різного складу, гідроалюмінати кальцію, різноманітні 
комплексні сполуки, різні види і модифікації гіпсу та інші новоутворення [47].
86
ДСТК ж'Діш
Д8.Т%Г5Г|
100 200 300 400 500 гс-600 700 600 900
Мал.3.9. а - Термограма продуктів гідратації портландцементного каменю у віці 
1 доби.
ДТГ
Мал.3.9. б - Термограма продуктів гідратації портландцементного каменю з 
МеШих 2651Б у віці 1 доби
87
ДТГ
т
- о . і
43.2
-0.8
-0.5
43.6
43.7
Мал.3.9.в- Термограма продуктів гідратації портландцементного каменю з 
проаналізованою домішкою у віці 1 доби.
тгт ЦС Д
t жЖжМ.щВТШГ7) 0ШШ5 
0.0
•0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
- 1.2
Мал.3.10. а - Термограма продуктів гідратації портландцементного каменю в 
віці 28 діб
100 200 300 400 Ттт0щ0т0щ 7®і*С600 700 В00 Ш
Мал.3.10. б - Термограма продуктів гідратації портландцементного каменю з 
МеШих 2651Б у віці 28 діб.
ДТГ 'фоПАШ} 
ТГ ДС
100* ІшК ̂жтВМї)
ш*
ш  -
94- 
92 - 
90 - 
88* 
Ш' 
84 ■
іоі) ' 200 "ЙГ 400" ’ іоіГ г ?Ст  іт ’ ті’ т
Мал.3.10.в - Термограма продуктів гідратації портландцементного каменю з 
проаналізованою домішкою у віці 28 діб.
На мал. 3.9.а, б, в і 3.10.а, б, в присутні три основних ендотермічних 
ефекти: 1 - викликаний видаленням адсорбційної води з гелеподібних продуктів 
гідратації і кристалогідратної води з гідросульфоалюміната кальцію (0- 110 °С); 
2 - дегідратацією Са(ОН)2 (410-450 °С). З - дисоціацією С аС 03 (600 700°С).
На деріватограмах гідратованого цементу після 1 доби (мал. 3.9.а, б, в) 
нормального тверднення присутні ендотермічні ефекти. Однак за величиною і
89
температурним інтервалом своїх максимумів модифіковані склади 
відрізняються від вихідного цементу вже після першої доби твердіння. Так, 
наприклад, при введенні суперпластифікатора МеШих 2651Б зменшується 
величина ефекту, що характеризує дегідратацію гідроксиду кальцію, а також 
гідросульфоалюміната кальцію. Це обумовлено сповільною дією домішки 
суперпластифікатора, пов'язаним з його адсорбцією на поверхні зерен цементу і 
блокуванням доступу води для гідратації. Однак частка високоосновних і 
двоосновних гідросилікатів кальцію збільшується, що добре корелюється з 
більш високою міцністю модифікованого цементного каменю. Введення до 
складу комплексу прискорювачів твердіння збільшує кількість гідроалюмінатів 
і гідросульфоалюмінатів кальцію в першу добу, але не впливає на збільшення 
обсягу гідроксиду кальцію. Крім того, відбувається збільшення ендоефекта в 
області 610-700 °С, обумовлене збільшенням частки гідросилікатів кальцію, що, 
в свою чергу, позначається на збільшенні міцності цементного каменю. Таким 
чином, при використанні поліфункціональної домішки зміцнення цементного 
каменю в першу добу тверднення пов'язано з ростом кількості не тільки 
гідроалюмінатів і гідросульфоалюмінатів кальцію, але і зі збільшенням частки 
гідросилікатів кальцію (мал. З.ІО.в).
3.1.7 рН цементного тіста з ПДФ.
До факторів, що визначають швидкість гідратації портландцементного 
клінкеру, відносяться тонкість помелу цементу, вміст в ньому трьохкальцієвого 
силікату (аліта) і його гідравлічна активність, а також солі, що збільшують 
розчинність мінералів клінкеру або сприяють виведенню продуктів гідратації зі 
сфери реакцій гідратації.
Наявність в складі домішки солей-електролітів сприяє зміні рН рідкої 
фази цементного тіста.
Зміна рН середовища з окремими компонентами домішки показано на 
мал.3.10 і 3.11.
З рис 3.10 видно, що всі домішки збільшують рН цементної суспензії, 
підвищуючи розчинність цементу і кінцевих продуктів його гідратації внаслідок 
зміни іонної сили розчину.
90
Зменшення pH розчину через 2 години є фактом зменшення концентрації 
гідроксид-іонів Са(ОН)2. Через 3 години pH середовища стає більше 12, що 
позитивно позначиться на захисних властивостях бетону по відношенню до 
арматури.
Час, годин
Мал. 3.11 - Зміна рН цементного тіста з домішками в процесі твердіння в 
нормальних умовах: 1-контрольний склад; 2 - МеШих 2651Б (0,3%); 3 - 
содосульфатна суміш (0,5%); 4 -нітрат натрію (0,5%); 5 -содосульфатна суміш 
(0,5%) + нітрат натрію (0,5%).
91
Час, годин
Мал. 3.12 - Зміна рН цементного тіста з домішками (МеШих 2651Б + 
неорганічні солі) в процесі твердіння в нормальних умовах: 1 МеШих 2651Б 
(0,3%); 2 МеШих 2651Б (0,3%) + содосульфатна суміш (0,5%); 3 -МеШих 2651Б 
(0,3%) + нітрат натрію (0,5%); 4 - МеШих 2651Б (0,3%) + содосульфатна суміш 
(0,5%) + нітрат натрію (0,5%).
3.1.8 Показники пористості цементного каменю з поліфункціональною  
домішкою.
Введення домішок електролітів у цементний бетон зменшує частку 
капілярних пір і збільшує кількість пір гелю і мікропор в розчині бетону. 
Пористість цементного каменю приведена в табл.3.8.
Таблиця 3.8 - Результати випробування пористості цементного каменю.
№ і 2 3
Найменування домішки - МеШих 2651Р ПФД
Дозування домішки - 0,3 1,3
Повний обсяг пір,% 28,0 26,6 25,1
Обсяг відкритих капілярних пор,% 16 15 14
Обсяг відкритих некапілярних пір,% 11 9,4 6
Обсяг умовно-закритих пір,% 1 2,2 5,1
92
За отриманими результатами запропонованими в табл. 3.8 видно, що 
введення поліфункціональної домішки зменшує капілярну і некапілярну 
пористість, збільшуючи умовно-закриту пористість. Це пов'язано зі зменшенням 
розмірів пір, що має привести до зменшення водопоглинання бетону і, як 
наслідок, до збільшення його морозостійкості.
3.2 Вплив поліфункціональної домішки на властивості різних 
портландцементів
Існує твердження, що «зі збільшенням вмісту СзА в портландцементі
зростає адсорбція СП і, відповідно, погіршується пластификація або (що
еквівалентно) зростає дозування СП для досягнення заданої рухливості».
Тому розглянуто вплив видів портландцементів (з різним вмістом
трьохкальцієвого алюмінату) на ефективність в бетонах проаналізованої
домішки (табл. 3.9). Склад бетону був пі• ді• браний: цемент = 350 кг/м З ; пісок = 
850 кг/м3; щебінь = 1100 кг/м3.
Таблиця 3.9 - Вплив виду цементу на ефективність поліфункціональної 
домішки в важких бетонних сумішах.______ __________ _____________ __________
Р ухли вість  
Щ ільн ість
б етон н о ї 
п ф д сум іш і п овітровтягува бетон но ї
№ М арка цементу С3А В/Ц
% (O K ), см
ння,% сум іш і,
кг/м 3
0,48 - 12,7 3,3 2520
Цем 1-42.5Б
1 6,2 0,39 1,3 13,0 2,5 2530
(ПАТ Мордовцемент)
0,47 - 12,5 4,1 2490
ПЦ500Д0
2 8
0,37 1,3 14,1 3,9 2510
(ПАТ «Сода»)
0,48 - 14,0 3,7 2560
ПЦ 500 ДО
3 (ПАТ «Новотроїцький цементний завод») 5
0,36 1,3 13,3 3,0 2580
0,48 - 12,5 3,8 2500
Цем 1-42.5Б
4 6,5 0,36 1,3 13,0 3,4 2512
(«Азія цемент»)
0,48 - 13,0 3,9 2502
ПЦ 500Д0
5 4,5 0,35 1,3 13,5 3,4 2506
(ПАТ «Вольскцемент»)
93
З табл. 3.9 випливає, що в бетонах на всіх видах досліджених 
портландцементів, поліфункціональна домішка, проявляє однакову дію, 
незначно відрізняється при різних змістах С3А (від 4,5 до 8%): збільшується 
рухливість бетонної суміші, найбільша у бетонній суміші на цементі ВАТ 
«Сода» (8% С3А), при зниженні В/Ц; знижується повітровтягування бетонної 
суміші і відповідно зростає її щільність.
Кінетика затвердіння різних цементів з домішкою 1,3% 
поліфункціональної домішки представлена у вигляді гістограм (мал. 3.13).
П римітка: * - сер ійний  коеф іц ієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 5.4%
Мал. 3.13 - Кінетика набору міцності різних видів портландцементів з 
додаванням поліфункціональної домішки (1,3 мас.% від маси Ц.) при твердінні 
в нормальних умовах.
З мал. 3.13. слідує, що додавання поліфункціональної домішки позитивно 
впливає на зростання міцності ПЦ в усі терміни тверднення, і перевищення 
цього показника в 28 - добовому віці над «бездобавочним» становить 9-10 МПа. 
Поліфункціональна домішка володіє пришвидшувальною і зміцнювальною дією 
на всі види досліджених цементів, підвищуючи не тільки ранню (1 доба) 
міцність бетону (більш ніж в 3 рази), а й збільшуючи її в наступні терміни 
твердіння (7,14 і 28 добу в 2; 1,5 і 1,2 рази, відповідно).
94
Висновки за розділом 3. Таким чином, висока ефективність домішки 
поліфункціональної дії забезпечена наступними змінами фізико-технічних 
властивостей цементного тіста і цементного каменю: - прискоренням початку 
термінів схоплювання на 45 хв, кінець схоплювання - на бОхв і зменшенням НГ 
на 16% від контрольного бездобавочного складу; - підвищенням максимуму 
температури гідратації цементного тіста з 39,5°С до 49°С і до скорочення часу 
досягнення максимального піку з 12 годин до 10 годин; -скорочення 
індукційного періоду початку твердіння цементного тіста з 160 до 50 хв в 
порівнянні з контрольним складом; -зменшення кількості хімічно зв'язаної води 
в порівнянні з контрольним складом на 7%; -зменшення контракційної усадки 
протягом 28 діб на 43%, що пов'язано з утворенням великої кількості 
гідросульфоалюмінатів; - зниженням частки портландіта в першу добу 
тверднення в порівнянні з контрольним зразком з 6,5 до 5,3, збільшенням 
моногідросульфоалюміната кальцію і еттрінгіта з 8,5 до 9,4, за рахунок чого 
прискорюється реакція гідратації цементу; - з рентгенографічної картини 
новоутворень в цементному камені після 28 діб нормального твердіння видно, 
що при використанні комплексної домішки відбувається значне зниження 
портландіта Са(ОН)2. При цьому відбувається збільшення інтенсивності піків 
гідросилікатів кальцію. Зменшення частки портландіта призводить до 
підвищення міцності цементного каменю, так як його міцність значно нижче 
міцності інших новоутворень. Якщо порівнювати склади з комплексною 
домішкою у віці 1 і 28 діб помітно зниження інтенсивності піків еттрінгіта, а 
кількість А Р т-ф ази  практично не змінилося. Цей факт позитивно позначається 
на довговічності цементного каменю. Отримані дані узгоджуються з даними 
термограми продуктів гідратації портландцементного каменю; - збільшення рН 
з 12,27 до 12,33 в перші дві години твердіння цементної суспензії, за рахунок 
чого відбувається підвищення розчинності продуктів гідратації; -зниження 
обсягу відкритих капілярних пор на 14%, відкритих некапілярних пір на 83% в 
порівнянні з контрольним складом; - зниження повітровтягування суміші на 
30%. При цьому, встановлено, що вид цементу не впливає на зміну 
пластифікувальних властивостей поліфункціональної домішки.
95
РОЗДІЛ 4. АНАЛІЗ ДОДАВАННЯ КОМ ПЛЕКСНОЇ БАГАТО
ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ДОМ ІШ КИ НА ВЛАСТИВОСТІ ВАЖКОГО  
БЕТОНУ
4Л Аналіз критеріїв ефективності домішки у важких бетонах.
Дослідження ефективності домішки слід починати з визначення 
основного позитивного ефекту, для досягнення якого домішка призначена, а 
саме з пластифікувального, що оцінюється по зміні рухливості (табл. 4.1).
Таблиця 4.1 - Зміна рухливості (ОК, см) і міцності важкого бетону при 
введенні суперпластифікатора МеШих 2651Б і поліфункціональної домішки.
Витрата матеріалу на кг/м3 М іцність при стисканні, 
Наймену ОК,
№ МПа * (приріст до 
вання В /Ц
Цемент Пісок Щ ебінь контрольного складу, %
домішки см Ідоба Здоби 28 діб
1 350 850 1100 б/д 0,45 4 13,8 20 45,1
M elflux 2651F 16,2 31 52
2 350 850 1100 0,41 22
(0,3%) (17) (55) (15)
Поліфунк 27,8 41,8 58,7
3 350 850 1100 ціональна 0,41 21
доміш ка (1,3% ) (101) (109) (30)
П рим ітка: * - серійний  коеф іцієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 4,5% .
Оцінку ефективності пластифікувальної дії домішки виробляли шляхом 
порівняння величин рухливості бетонних сумішей і міцності бетону 
контрольного та основних складів за критеріями ефективності.
З табл. 4.1 видно, що домішка володіє однаковим з домішкою Melflux 
2651F пластифікуючим ефектом і може бути віднесена до 1-ої групи - 
суперпластифікаторів. Слід при цьому зазначити, що поліфункціональна 
домішка знижує водопотребу цементу в бетоні так само як і M elflux 2651F (В/Ц 
= 0,41) в порівнянні з контрольним складом (В/Ц = 0,45).
4.1.2 Визначення водоредукувального ефекту бетонної суміші.
Основним критерієм пластифікуючих домішок є показник зниження 
водопотреби цементних систем при рівній рухливості, тобто водоредуціювання 
(АВ/Ц). Для виявлення водоредукувального ефекту домішки, виготовлялися 
склади важкого бетону з рухливістю П І (табл. 4.2) і ПЗ (табл. 4.3).
96
Водоредукуючу дію домішки визначали по зниженню В/Ц бетонної суміші з 
домішкою щодо В/Ц бездобавочних складів [49].
Таблиця. 4.2 - Водоредукуючий ефект поліфункціональної домішки і
МеШих 2651Р при рухливості бетонної суміші ПІ
В и тр ата  м атер іалу  на к г /м 3 М іцн ість  при 
Н ай м ен  ок, водореду- стисненн і, М П а * 
№ В /Ц (приріст контр. 
ування кувальний  
см складу,
Ц ем ен т П ісок Щ ебінь дом іш ки еф ект, %
1 доба 28 діб
1 12,5 44,2
б/д 0,45 3 -
(0) (0)
М еШ их 18,8 51,0
2 350 850 1100 0,32 4 46
2 6 5 1 Б (0,3% ) (50) (15)
поліф ункц іо 42 70,6
3 нальна 0,33 4 45 (236) (44)
д ом іш ка
П рим ітка: * - сер ійний  коеф іцієнт вар іац ії для всіх  складів  не перевищ ує 4,7% .
Як виходить з табл.4.2 поліфункціональна домішка належить до виду 
водоредукуючих (АВ/Ц = 46%), як і суперпластифікатор МеШих 2651Б (Д В Ц  = 
45%), зміни В/Ц практично однакові, при цьому поліфункціональна домішка 
дає приріст міцності на першу добу 236% і на 28 добу - 59%.
Таблиця. 4.3 - В одоредукувальний ефект поліфункціональної домішки і
МеШих 2651Б при рухливості бетонної суміші ПЗ
Міцність при 
В итрата м атер іалу  на к г /м 3 Н ай м ен у В одоредук
ОК, стисненні, М Па *
№ В /Ц (приріст до контр. 
вання увальни й
см складу, %)
Цемент Пісок Щ ебінь дом іш ки еф ект, % 1 доба 28 діб
9,7 42,5
1 б/д 0,57 12 -
___Ц>1 . 101
2 МеШих 265Ш  13,8 48,4
0,41 13 27
3 5 0 8 5 0 1100 (0,3%) (42) (14)
П о л іф ун  29,2 68
3 кц іональн а 0,42 12 24 (201) (60)
дом іш ка
(1 ,3% )
П рим ітка: * - серійний  коеф іцієнт варіац ії для всіх  складів  не перевищ ує 4,6% .
97
За отриманими результатами, представленими в табл.4.3 видно, що 
водоредукувальний ефект поліфункціональної домішки при рівній з 
контрольним складом рухливості бетонної суміші ПЗ (ОК = 11-15) має велике 
значення, знизилося В/Ц (на 26%), а приріст міцності бетону з 
поліфункціональною домішкою на 1 добу склав 201% і на 28-у добу - 60%.
4.1.3 Поліфункціональна домішка як прискорювач твердіння бетону.
Ефективність прискорювальної дії проаналізованої домішки оцінювали 
по зміні міцності бетону в основних складах в порівнянні з контрольним 
складом в ранні терміни твердіння в віці 28 діб. [49]. Результати представлені у 
вигляді кінетичних кривих набору міцності бетону в нормальних умовах 
мал.4.1.
Всі три криві мають однаковий характер і після 3-х діб твердіння вони 
еквідістанти (майже паралельні ділянки прямих).
10 12 14 16 18 20  22 24 26 Ж
Час твердіння, діб
П рим ітка: * - серійний коеф іцієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 4,7% .
Мал.4.1 - Кінетика набору міцності бетону з домішками при нормальних 
умовах твердіння: 1 - контрольний бездобавочний склад; 2-МеШих 2651Б 
(0,3%); 3 - поліфункціональна домішка (1,3%).
Видно, що набір міцності складу з поліфункціональною домішкою 
практично в 2 рази вище, ніж у контрольного і з домішкою МеШих 265ІБ.
Відповідно проаналізована домішка за основним ефектом дії - збільшення 
міцності у віці 1 доби більше 30%, відноситься до виду домішок, що регулюють 
кінетику твердіння - прискорювачам. Слід зазначити, що на 28 добу міцність
98
бетону з поліфункціональною домішкою вище, ніж у контрольного складу на 
58%, а у бетону з домішкою МеШих 2651Б лише на 16%. Тому домішка 
поліфункціональної дії не тільки прискорює твердіння бетону, але і зміцнює 
його в усі терміни тверднення в порівнянні з контрольним і з пластифікованим 
складами.
В табл.4.4. представлені результати математичної обробки кривих 
кінетики набору міцності бетону з домішками при нормальних умовах 
твердіння мал. 4.1.
Таблиця 4.4 - Рівняння і достовірність апроксимації кінетики набору 
міцності бетону
№  складу Р івн ян н я ап рокси м ац ії Д остов ірн ість
ап роксим ац ії
1 у =  -0 ,0 2 2 х ч + 0,882х" - 8,071х^ + 25 ,21х  - 1Е-09 0,9993
2 у =  -0 ,0 2 7 х ч + 1,096х" - 10,02х^ +  30 ,95х  - 1Е-09 0,9991
3 у =  -0 ,058хч + 2 ,2 8 їх" - 20 ,37х /  + 58 ,14х  - 2Е -09 0 ,9997
Таким чином, проаналізована домішка - поліфункціональна і за 
основними критеріями ефективності відноситься до пластифікувальної - 
прискорювальної - зміцнювальної дії.
4.2 Аналіз збереженості рухливості бетонної суміші.
Важливою характеристикою бетонної суміші, що визначає її 
технологічність, особливо для товарних бетонів, до яких висуваються вимоги 
щодо легкоукладальності, часу перемішування і транспортування, є 
збереженість рухливості (життєздатність). Ефективність домішок МеШих 
265ІБ, домішки поліфункціональної дії і О іеп іит АСЕ 430, оцінювали шляхом 
порівняння часу зберігання рухливості бетонної суміші (табл. 4.5).
З мал. 4.2 видно, що бетонна суміш з домішкою поліфункціональної дії 
втрачає легкоукладуваність через 30-40 хвилин, поступаючись по 
життєздатності контрольному складу і з домішками високоефективних 
пластифікаторів МеШих 2651Б і О іепіит АСЕ 430. Отже, її доцільно 
використовувати в заводських умовах виробництва ЗБВ. При монолітному 
виробництві бетонних робіт домішку поліфункціональної дії можна додавати в
99
змішувач (автоміксер) безпосередньо перед укладанням бетонної суміші в 
опалубку.
24
в :2и
І ' 2
І  8
|  4 
0
о т т 96 п а ї не
час, хвилин
—*— І -контрольний склад (вез добавки)
2*Ме(Г1іжС0.ї,Ш)
-^з-пФдаз%)
— 4-Ш етгаи А С В 4ЇІ (2,5%)
П рим ітка: * - сер ійний  коеф іцієнт варіац ії для всіх  складів  не перевищ ує 4,0%
Мал. 4.2 - Збереженість рухливості бетонної суміші з різними домішками 
В табл.4.5. представлені результати математичної обробки кривих зберігання 
бетонної суміші з складами 1-4 мал. 4.2.
Таблиця 4.5 - Рівняння і достовірність апроксимації збережності бетонної 
суміші
№ Рівняння ап рокси м ац ії Д остов ірн ість
ап роксим ац ії
1 у = 1Е-09Х5 - 6Е-07х4 + 0,000х3 - 0,008х2 + 0,033х + 23 1
2 у = 2Е-07х4 - 6Е-05х4 + 0,008х2 - 0,597х + 24 1
3 у = -ЗЕ-05х3 + 0,006х2 - 0,605х + 24 1
4 у = -4Е-05Х3 + 0,005х2 - 0,433х + 23 1
4.3 Аналіз впливу умов твердіння важкого бетону.
З отриманих вище даних слідує, що домішка поліфункціональної дії 
дозволяє значно прискорити набір міцності бетону, тим самим дозволяючи 
збільшити оборот форм оснащення на заводах ЗБВ, що позитивно позначиться 
на економіці підприємства. Крім того, з'являється можливість енергозбереження
- адже відомо, що частка пари в собівартості ЗБВ становить 10-15% (в
середньому витрата пари на заводах будіндустрії становить від 0,35 Гкал до 1,0
Гкал на 1 м З залі• зобетонних виробі• в). Тому дослі•джувався вплив температури
пароповітряного середовища на твердіння бетону, модифікованого домішкою 
поліфункціональної дії і для порівняння відомою комплексною домішкою
100
реламікс Т-2. Результати представлені гістограмами на мал.4.2 (а, б, в, г) набору 
міцності контрольного складу та модифікованих при температурі 
тепловологістної обробки рівній 30°С, 40 °С, 60 °С і 80 °С і в добовому віці 
нормального тверднення.
Таблиця 4.6 - Склади важкого бетону
Витрата матері• алі• в, кг/м3
М арка
№ ВВ,
п/п Цемент Пісок Щ ебінь Домішка Вода, В/Ц рухли %
(% от Ц) л вості
1 б/д 225 0,53 3,4
Реламікс
2 184 0,42 3,9
Т-2(2,0%)
350 850 1100 ПЗ
домішка 
3 поліфункціо 
нальної дії 175 0,41 3,1
(1,3%)
Таблиця 4.7 - Режими тепловологісної обробки
Т ри вал ість  етапу
№ С пуск Т ривалість  
П оп ередн я витри м ка П ідйом И зотерм ія реж им у, годин
тем ператури тем п ератури
1 4 години при 1=20°С 3 години до 6 годин при 3 години до 
16
1=80°С 1=80°С 1=23 °С
2 4 години при 1=20°С 3 години до 6 годин при 3 години до 
16
1=60°С 1=60°С 1=23 °С
3 4 години при 1=20°С 3 години до 7 годин при 2 години до 
16
Щ40°С 1=40°С 1=20°С
4 4 години при 1=20°С 2 години до 8 годин при 2 години до 
16
1=3 0°С 1=30°С 1=20°С
З порівняння гістограм видно, що за прискорювальним і зміцнювальним 
ефектом домішка поліфункціональної дії перевершує реламікс Т-2 при всіх 
температурах твердіння, а при 30°С (мал.4.2. а) міцність бетону з домішкою 
поліфункціональної дії (34 МПа) навіть перевищує його добову міцність при 60 
°С (32 МПа) і практично дорівнює міцності до контрольного складу при ТВО 80 
°С .
Для більш наочного уявлення закономірностей температури впливу на 
процес твердіння в пароповітряному середовищі дані гістограм представлені у
101
вигляді кривих «міцність ТВО - температура» при постійному часу витримки - 
4 години (мал. 4.3). Видно, що з ростом температури міцність бетону 
закономірно зростає у всіх трьох зразків, причому найбільш інтенсивно у 
бездобавочного складу. Реламікс Т-2 і особливо домішки поліфункціональної 
дії прискорюють процес твердіння при невисоких температурах: до 60°С, а при 
80°С залишаюча позитивна різниця в міцності скорочується при перевазі 
домішки поліфункціональної дії.
70  80
Температура,°С
Мал.4.3 - Вплив температури тепловологісної обробки на інтенсивність 
набору міцності бетонів: 1 - контрольний бездобавочний склад; 2 - Реламікс Т-2 
(2,0%); 3 - домішки поліфункціональної дії (1,3%).
Так як активність домішок-електролітів проявляється при підвищених 
температурах і реакції гідратації прискорюються, то додатково було вивчено 
вплив невисоких позитивних температур навколишнього середовища на 
ефективність домішки поліфункціональної дії від 8°С до 24°С. Зразки 
випробовувалися через добу твердіння. Перед випробуванням на міцність 
бетонні зразки витримувалися 4 години до постійної кімнатної температури 20 
± 5°С. Результати аналізу дослідження представлені на рис 4.4.
102
8 12 16 18 2 0  П  24
Тттщшгурй̂С
т -тттрамытМ тта т% ШЩ
П рим ітка: * - серійний коеф іцієнт варіац ії всіх складів  не перевищ ує 5,2% .
Мап.4.4 - Вплив температури навколишнього середовища на міцність 
модифікованого бетону.
З цих даних випливає, що домішка поліфункціональної дії «дозволяє» 
більш інтенсивно протікати реакції гідратації цементу при високих позитивних 
температурах, ніж в її відсутності, що має практичне значення при монолітних 
роботах на будівельному об'єкті. Перевищення міцності модифікованого бетону 
над контрольним зростає зі збільшенням температури від 8°С до 24°С з 80% (на
4,1 МПа) до 300% (на 20,2 МПа). Оптимальною з точки зору безпрогрівної 
технології виробництва бетону та залізобетону є інтервал температур з 18°С до 
24°С.
4.4 Порівняння ефективності домішки поліфункціональної дії з 
існуючими аналогами комплексних домішок.
В даний час на ринку хімічних домішок представлена велика кількість 
прискорювачів. По складу вони також представляють собою суміш 
пластифікуючих домішок і солей прискорювачів різної природи. В якості 
аналогів були обрані відомі домішки-прискорювачі Реламікс Т-2, Універсал П- 
4, а також поширені суперпластифікатори з пришвидшувальним ефектом на 
основі полікарбоксілатів - 8іка УНсоСгйе 20 НЕ і Оіепішп АСЕ 430. 
Концентрація домішок була обрана по рекомендованим дозуванням виробників. 
Ефективність домішок визначалася на зразках важкого бетону.
103
Таблиця 4.8 - Вплив домішок прискорювачів на властивості бетону
о
Склад бетону на 1 кг/м М іцність на с т и с к ,
Домішка МПа*
№ в/ц 1 7 28
Цемент Пісок Щ ебінь (% от маси. Ц)
доба діб діб
7,2 24,0 36,7
1 б/д 0,54
(0) (0) (0)
22,1 57,9 69,5
2 Поліфункціональ- 0,34
на домішка (1,3%) (207) (141) (89)
14,9 42,1 56,8
4 350 850 1100 Реламикс Т-2 (2,0%) 0,41
(107) (75) (55)
ЗікаУізсоСгеїе 20 НЕ 17,7 43,2 57,4
6 0,39
(1,5%) (145) (80) (56)
Оіепіиш АСЕ 430 19,2 44,8 58,2
7 0,38
(2,0%) (166) (87) (59)
П рим ітка: * - сер ійний  коеф іцієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 4,9% .
Як видно з табл. 4.8, використання всіх представлених домішок знижує 
водопотребу бетонних сумішей, але найбільше зниження спостерігається при 
використанні домішки поліфункціональної дії. У першу добу тверднення 
міцність бетону при використанні домішки поліфункціональної дії підвищилася 
на 207%. У аналогів це перевищення склало всього від 107 до 166%. На 7-у добу 
твердіння найбільший приріст міцності (141%) спостерігається також у бетону з 
домішкою поліфункціональної дії. У решти складів бетону з домішками приріст 
міцності в цьому віці склав 75-87%. У марочному віці також найбільшу міцність 
на стиск має бетон з домішкою поліфункціональної дії - 89 МПа, що на 89% 
більше ніж у бездобавочного складу. Таким чином, домішка 
поліфункціональної дії за впливом на технічні властивості бетонної суміші і 
отверділого бетону з її змістом 1,3% від маси портландцементу, не поступається 
відомим комплексним домішкам на будівельному ринку України.
104
Висновки за розділом 4.
Домішка поліфункціональної дії при 1,3% надає на бетонну суміш таку ж 
пластифікувальну дію, як і МеШих 2651Б (0,3%) - осідання конуса зростає з 4 см 
до 21-22 см (в порівнянні з бездобавочннм складом). Проаналізована домішка 
має сильний водоредукуючий ефект: при рівнозначних з контрольним складом 
рухливостям бетонної суміші ПІ і ПЗ (ОК = 1-4 см і 11-15см) водопотреба 
знизилася на 45% і 24% відповідно, а приріст міцності бетону з домішкою 
поліфункціональної дії на 1‘шу добу склав 20 % і на 28'му добу-60%.
Бетонна суміш з домішкою поліфункціональної дії втрачає 
легкоукладуваність через 30-40 хвилин, що досить для практичної технології 
формування залізобетонних виробів.
Зміцнююча дія домішки поліфункціональної дії зростає зі зменшенням 
температури твердіння бетону з 80 до 30 градусів, дозволяючи перейти до 
малопрогрівної технології аж до твердіння в нормально-вологісних умовах. При 
цьому, ефективність домішки поліфункціональної дії вище ніж відомої 
комплексної вітчизняної домішки Реламикс, і вона зростає зі зменшенням 
температури ізотермічної витримки (по прискорювальній і зміцнювальній дії 
домішки поліфункціональної дії перевершує Реламикс Т-2 при всіх 
температурах твердіння) а міцність бетону з домішкою поліфункціональної дії 
твердіння при 30°С (34 МПа), практично дорівнює міцності контрольного 
складу при ТВО 80°С. Оптимальною з точки зору безпрогрівної технології 
виробництва бетону та залізобетону є інтервал температур з 18°С до 24°С. 
Порівняльні випробування з промисловими аналогічними домішками показали, 
що домішка поліфункціональної дії має найбільшу ефективність по зміцненню 
важкого бетону в усі терміни тверднення.
Таким чином, домішка поліфункціональної дії володіє трьома ефектами 
впливу на цементний бетон: пластифікуючим, прискорювальним і
зміцнювальним.
105
РОЗДІЛ 5. ОБГРУНТУВАННЯ ТА АНАЛІЗ ДОМІШ ОК  
БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНОЇ ДІЇ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ В
БАГАТОПОВЕРХОВОМ У М ОНОЛІТНОМ У КАРКАСНОМУ
БУДІВНИЦТВІ
5.1. Аналіз особливостей порової структури дрібнозернистого бетону з 
використанням багатофункціональної домішки
Застосування пластифікаторів, що знижують водопотребність бетонної 
суміші при збереженні рухливості, збільшує не тільки міцність отверділого 
бетону, але і його довговічність, внаслідок перш за все зменшення капілярної 
пористості. Зниження В/Ц зменшує водопоглинання і водо- газопроникність 
бетону, сприяючи стійкості і заморожування відтаювання, а також дії хімічних 
агресивних середовищ. Однак, присутність в добавці поліфункціональної дії 
розчинних неорганічних солей, що не вступають у реакцію з цементом і 
продуктами його гідратації, може привести до інтенсивного висолоутворення і 
зниженню стійкості до водних агресивних середовищ. У зв'язку з цим доцільно 
виявити вплив домішки поліфункціональної дії не тільки на морозостійкість, а й 
на висолоутворення і хімічну стійкість.
Водопоглинання дрібнозернистого бетону досліджувалося на зразках 
розміром 70x70x70 мм, які були приготовлені з цементно-піщаного розчину 
(співвідношення Ц:П становило 1:3). Дослідження проводилися після 28 діб 
тверднення в нормально-вологісних умовах. Як домішки, крім домішки 
поліфункціональної дії, використовувалися аналоги комплексних домішок: 
Реламікс Т-2 в кількості 2,0%, 8іка УізсоСгеїе 24 НЕ - 1,5% і Сіепішп АСЕ 430- 
2,0% від маси Ц. Результати дослідження водопоглинання цементно-піщаних 
розчинів наведені на мал.6.1. За отриманими даними на мал. 6.1 видно, що 
величина водопоглинання зразків з домішкою поліфункціональної дії нижче в 
порівнянні з контрольним (на 40%) і з комплексними прискорювальними 
домішками.
106
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації всіх складів не перевищує 5,5%
Мал. 5.1 - Кінетика водопоглинання дрібнозернистого бетону з домішками: 1 - 
контрольний склад; 2 - домішка поліфункціональної дії; 3 - Реламікс Т-2; 4 - 
8іка У ібсоСгєіє 24 НЕ; 5 - Оіепішп АСЕ 430.
В табл.5.1. представлені результати математичної обробки кривих кінетики 
водопоглинання дрібнозернистого бетону з складами 1-5 мал. 4.2.
Таблиця 5.1 - Рівняння і достовірність апроксимації кінетики водопоглинання 
дрібнозернистого бетону
№
складу Рівняння апроксимації Достовірність
апроксимації
1 у = -70,19х4 + 305,7х3 - 313,2х2 + 86,04х - 2Е-09 0,9995
2 у = -36,їх4 + 156,9х3 - 160,Ох2 + 44,88х - 1Е-09 0,9991
3 у = -42,04х4 + 182,7х3 - 186,3х2 + 51,86х - 1Е-09 0,9998
4 у = -33,5їх4 + 147,5х3 - 157,Ох2 + 50,06х - 1Е-09 0,9994
5 у = -38,30х4 + 167,Зх3 - 173,7х2 + 51,32х - 1Е-09 0,9990
Для пояснення зниження водопоглинання зразків при введенні домішки 
поліфункціональної дії зроблено розрахунок пористості дрібнозернистого 
бетону. Характеристики порової структури представлені в табл. 5.2.
107
Таблиця 5.2 - Основні показники структури пір дрібнозернистого бетону
Водонасичення Показник Показник 
зразків, % * Показник однорід середньо
середнього 
ності го радіусу 
Wt=0 25 W t=l радіусу 
Склад бетону Wmax капілярів розмірів капілярів,
через Wmax
через через (допоміж
1 год. пір, а X
15 хв. 14 діб ний) Хі
Wmax
wt=0,25 и ч= і
Контрольний
4,1 6,75 8,83 0,46 0,76 1,45 0,61 1,75
ПФД 2,15 3,60 6,80 0,32 0,53 0,80 0,45 0,61
Реламикс Т-2
2,48 4,10 6,46 0,38 0,63 1,05 0,55 1,15
SikaVisco 2,47 4,44 7,65 0,32 0,58 0,93 0,62 0,70
Crete 24 НЕ
G lenium  
2,49 4,30 7,14 0,35 0,60 0,97 0,59 0,94
АСЕ 430
П римітка: * - серійний  коеф іцієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 5,1% .
Показники пористості визначалися з кінетики водопоглинання. За 
розрахунками пористості наведених в таблиці 5.2 бачимо, що додавання 
домішки поліфункціональної дії в дрібнозернистий бетон призводить до 
зниження капілярної пористості (на 81%) і поліпшенню показників пір (на 
186%) у порівнянні з контрольним складом і аналогами комплексних домішок.
5.2. Вплив домішки на морозостійкість та водонепроникність важкого 
бетону.
Експлуатація будівельних конструкцій в умовах позитивних і негативних 
температур призводить до зниження міцності важкого бетону. Матеріали, що 
володіють невисокою водовбирною здатністю, краще зберігають свої 
характеристики під дією зміни температур. Морозостійкість важкого бетону,
108
вивчалася на зразках розмірами 10x10x10 см при одноразовому заморожуванні 
до температури -20°С.
Водонепроникність важкого бетону визначалася прискореним методом за 
допомогою приладу Агама-2 РМ. Результати аналізу випробування наведені в 
табл.5.3.
Таблиця 5.3 - Вплив домішки поліфункціональної дії і аналогів комплексних 
домішок на експлуатаційні характеристики.
Витрата матеріалу на кг/м3 Вид і кількість F*, w*,
№ Цемент Пісок Щебінь Вода домішки, (%) цикли МПа
1 189 б/д 100 0,6
2 112 П Ф Д  (1,3) 200 0,8
3 137 Реламикс Т-2 (2,0) 200 0,8
350 850 1100
Sika Visco 
4 133 200 0,8
Crete 24 НЕ (1,5)
Glenium 
5 130 200 0,8
АСЕ430 (2,0)
П римітка: * - сер ійний  коеф іц ієнт вар іац ії для всіх складів не перевищ ує 5,5% .
Як видно з табл. 5.3, при введенні домішки поліфункціональної дії 
водопотреба бетонної суміші знижується більше, ніж з іншими домішками. 
Зниження В/Ц, в свою чергу, сприяє підвищенню морозостійкості бетону, тому 
що капілярна пористість знижується, і, отже, підвищується морозостійкість (Р) 
на 1-2 ступені. Зниження пористості призводить до підвищення 
водонепроникності бетону (\¥).
5.3. Вплив проаналізованої домішки на деформаційні властивості важкого 
бетону
Для більш повного уявлення про якість модифікованого цементного 
бетону, і конкретно його фізико-механічні властивості, крім міцності, було 
вивчено вплив домішки поліфункціональної дії і його аналогів (комплексних 
домішок) на деформативні властивості бетонних зразків. Необхідність оцінки 
деформативних характеристик модифікованого бетону обумовлена доцільністю
109
його застосування у відповідальних несучих конструкціях і спорудах, що 
піддаються статичним і динамічним навантаженням. Були визначені модуль 
пружності і призматична міцність важкого бетону, результати яких 
представлені в табл. 5.4.
Таблиця 5.4 - Порівняльні характеристики впливу домішки
поліфункціональної дії з аналогами комплексних домішок (по модулю 
пружності і призмової міцності). __________________ ___________ __________
Компоненти суміші, КІ М5 Вид і кількість Модуль Призмова 
№ домішки, (%) пружності, міцність, 
Цемент Пісок Щебінь Вода ГПа * М Па *
189 - 25 33
1
2 112 П Ф Д  (1,3) 30 47
Реламикс Т-2 (2,0)
3 137 27 44
350 850 1100
Sika Visco 
4 133 26 43
Crete 24НЕ (1,5)
Glenium 
5 130 28 44
АСЕ 430 (2,0)
П рим ітка: * - серійний  коеф іцієнт вар іац ії для всіх  складів  не перевищ ує 4,9% .
Введення домішки поліфункціональної дії призводить до підвищення 
модуля пружності на 17% і призмової міцності на 33% від контрольного 
бездобавочного складу, а також не поступається відомим комплексним 
домішкам. Призмова міцність бетону, що містить 1,3% (від мас. Ц.) домішки 
поліфункціональної дії, також вище, ніж у випадку інших домішок.
5.4. Висолоутворення важких бетонів з поліфункціональною  
домішкою.
На мал. 5.2.а. і 5.2.6. наведені бетонні зразки після випробування. 
Випробувані серії зразків-призм розміром 70x70x280 мм з бетону контрольного 
та основного складів, що пройшли твердіння в нормально-вологісних умовах у 
вертикальному положенні на 3-5 см в індивідуальній ємності з водою, 
обдуваються повітрям з температурою (20 ± 5)° С не менше 3 годин щодня
110
протягом 7 діб. Наявність висолів на відкритій поверхні зразків зазначалося 
візуально по появі вицвітів або нальоту солі. На рис 5.2.а-5.2.б видно, що 
висолоутворень на поверхні зразків з домішкою поліфункціональної дії (мал. 
5.2.6) значно нижче в порівнянні з бездобавочним складом (рис 5.2.а).
М ал.5.2 Висолоутворення. а - висолоутворення на поверхні бетонних 
зразків без домішок; б - висолоутворення на поверхні бетонних зразків з 
домішкою поліфункціональної дії
5.5. Вплив домішки на лужну і сульфатну корозію дрібнозернистого бетону
Корозійна стійкість бетону визначалася на зразках-балочках 40x40x160 
мм. Коефіцієнт стійкості Кс обчислювався як відношення величин середньої 
межі міцності при вигині зразків-балочок після 120 діб перебування їх в 
агресивному розчині до величини середньої межі міцності при вигині після 120 
діб перебування їх у воді. Коефіцієнт стійкості обчислювався з точністю до 
0,01. В якості агресивних середовищ були використані 20%-ні розчини Na2S 0 4 і 
NaOH. Зразки-балочки були виготовлені з рівнорухливих розчинових сумішей. 
Результати аналізу випробування сульфатостійкості наведені в табл.5.5.
Таблиця 5.5- Вплив домішки поліфункціональної дії на сульфатостійкість 
дрібнозернистого бетону.
М іц н ість  (М П а) * М іцн ість  (М П а) * 
на вигин  після на стиск  п ісля 
Д озування збер ігання: збер іган ня:
№ п ол іф у н к К оеф іц ієн т 
ц іон альн о ї су л ьф ато сті й кості, 
п/п дом іш ки , в розчині у розчин і К с
%
У воді N a2S 0 4 У воді N a2S 0 4
1 - 7,4 2,45 50,4 10,7 0,33
2 1,3 8,3 4,67 56,2 38,4 0,56
I l l
Видно, що введення до складу бетонної суміші домішки 
поліфункціональної дії збільшує сульфатостійкість майже в 2 рази.
Відомо, що стійкість гідратних новоутворень портландцементу залежить 
від виду і концентрації сульфатних середовищ. Найменш стійким утворенням в 
умовах сульфатних середовищ є гідроксид кальцію. Вступаючи в обмінні 
реакції з сульфатами, він утворює сполуки, що створюють в цементному камені 
внутрішні напруги, що призводять до зниження міцності бетону.
Сульфат натрію вступає у взаємодію з гідроксидом кальцію по реакції: Na2S 0 4 + 
Са(ОН)2 + 2Н20  = C aS 0 4-2H20  + 2NaOH, при цьому утворюємий гіпс підвищує 
кристалізаційний тиск в порах і капілярах цементного каменю. Далі була 
вивчена лугостійкість дрібнозернистого бетону з домішкою поліфункціональної 
дії (табл.5.6).
Таблиця 5.6 - Вплив поліфункціональної домішки на лугостійкість
дрібнозернистого бетону.
Дозування М іцність (МПа) * Міцність (МПа) * Коефіцієнт
домішки на вигин після на стиск після лугостій
№
поліфунк зберігання: зберігання: кості,
п/п Кл
ціональної в розчині в розчині 
У воді У воді
ДІЇ5% NaOH NaOH
-
1 7,4 6,9 50,4 45,6 0,93
1,3 8,3 9,9 56,2 48,5 1,19
2
П римітка: * - сер ійний  коеф іц ієнт варіац ії для всіх складів  не перевищ ує 4,8% .
З табл.5.6 видно, що введення до складу бетонної суміші домішки 
поліфункціональної дії також збільшує коефіцієнт лугостійкості бетону на 28%. 
Це пов'язано з тим, що на лугостійкість великий вплив робить щільність бетону, 
яка вище у складі з домішкою поліфункціональної дії.
5.6. Вплив домішки на усадочні деформації дрібнозернистого бетону.
Вимірювання лінійних деформацій усадки дрібнозернистого бетону 
проводилися за такою методикою: в торцеві поверхні зразків-балочок
112
40x40x160 мм заглиблюють репера з нержавіючої сталі, зразки зберігаються в 
нормально-вологісних умовах (20 ±  5)°С. Замір проводився через 1, 3, 7, 14, 28 
діб. Вплив домішки поліфункціональної дії і домішок-аналогів на величину 
усадочної деформації показано на мал.5.3.
Час, діб
« ^ “ 4-8іка¥і*со«т.е 24 Ш  <**-3-Шеи$итАЄВ43в
Примітка: * - серійний коефіцієнт варіації для всіх складів не перевищує 5,4%
М ал.5.3 - Деформація усадки дрібнозернистого бетону з різними видами 
домішок.
У табл.5.7. представлені результати математичної обробки кривих 
деформацій усадки дрібнозернистого бетону з складами 1-5 мал. 4.2.
Таблиця 5.7 - Рівняння і достовірність апроксимації деформації усадки 
дрібнозернистого бетону.
№ складу Рівняння апроксимації Достовірність
апроксимації
і у = 4Е-05х4 - 0,002х2 + 0,066х2 - 0,697х + 0,633 0,998
2 у = - 0 ,019х2 + 0,317х2 - 1,932х + 1,634 0,9998
3 у = - 0 ,0 18х3 + 0,297х2 - 1,818х + 1,538 0,9992
4 у = - 0 ,0 18х^ + 0,294хг - 1,782х + 1,505 0,9995
5 у = - 0,017х3 + 0,284х2 - 1,767х + 1,499 0,9998
З мал. 5.3 видно, введення в дрібнозернистий бетон домішки 
поліфункціональної дії також як і її аналогів приводить до зменшення усадки 
дрібнозернистого бетону, причому найменше значення отримано у складі з
113
домішкою поліфункціональної дії. Це пов'язано з підвищеною швидкістю і 
ступенем гідратації цементу в присутності модифікуючих домішок.
5.7. Обгрунтування результативності використання багатофункціональної 
домішки
У звичайному виробництві0  заводів бетонних виробг'*і в для отримання 1 м З
бетону витрачається 0,7% домішки Поліпласт СП-1 і 0,38 Гкал тепла в літній 
час і 0,5 Ккал тепла в зимовий час. При використанні проаналізованих домішок 
прискорювачів витрата тепла в будь-який час складе 0,05 Гкал в літню пору і 0,1 
Гкал в зимовий час. Витрата домішки ПФД 1,3% від маси цементу або в
о
середньому на 1 м (400 кг цементу) 5,2 кг.
У розрахунках прийнята ціна 1 Гкал 504 грн., ціна домішки Поліпласт СП- 
1 становить 21,5 грн., ціна домішки ПФД (СП-1) становить 19,5 грн., ціна 
домішки ПФД (Melflux 265 ^ с т а н о в и т ь  90 грн..
Таблиця 5.8 - Витрати на домішки ПФД
№ Витрати Витрати на Витрата Витра Загальні 
Найменування тепла, тепло, грн. домішки, ти на витрати на 
компонента ГКал кг домішку тепло і 
грн. домішки, грн.
1 0,38 192 2,8 60 252
Теплова обробка
2 Твердіння 3 0,05 25 5,2 132 157,3
домішкою ПФД
              -----------
Як видно з табл. економія при виробництві 1 м бетону в літній час при
використанні домішки ПФД становить 94 грн. або при продуктивності заводу 5
о
000 м збірного залізобетону на місяць 473 млн. грн.
Таблиця 5.9 - Витрати на домішки ПФД (СП-1)
№ Витрати Витрати на Витрата Витрати на Загальні витрати на 
Найменування тепла, тепло, грн. домішки, домішку, тепло і домішки, 
компонента гКал кг грн. грн.
1 0,5 252 2,8 60 312
Теплова обробка
2 Твердіння 3 од 50 6,8 132 182,5
домішкою ПФД
114
О о о
Як видно з табл. економія при виробництві 1 м бетону в літній час при 
використанні домішки ПФД (СП-1) становить 129 грн. або при продуктивності
о #
заводу 5 000 м збірного залізобетону на місяць 649 млн. грн.. 
Ресурсовитратність отримання первинних комплексних домішок обумовлює їх 
високі собівартість і ціну на ринку.
Тому настільки важливий розрахунок коефіцієнта техніко-економічної 
ефективності застосування домішок, який характеризує, по суті, вартість 
ефекту:
Kef = 8F/5C, де 5F - відносна зміна інтегрального показника якості матеріалу, 5С 
- відносна зміна його вартості.
Таблиця 5.10 - Порівняння ефективності ПФД і промислових випускаємих 
аналогів.
Тип домішки Дозування Вартість Приріст 
Коефіцієнт 
від маси домішки, міцності 
ефективності KEF
цементу, % грн. / кг. на 1 добу 
твердіння,%
ПФД 1,3 48,5 207 0,34
Реламікс Т2 1,2 30,5 107 0,299
Sika Visco 2,0 54 145 0,138
Crete 24 НЕ
Gienium 2,5 46,5 166 0,146
АСЕ 430
ПФД Реламікс Т2 Sika Visco C rete Gienium АСЕ 
24 HE 430
Мал.5.4 — Гістограма порівняння ефективності ПФД і промислових випускаємих аналогів за 
коефіцієнтом ефективності
Репозиторій ЧДТУ
