Колоидные цементные растворы

    Применяемый в качестве заполнителя строительный песок предварительно просеивался через сито с ячейками 2,5мм; в дальнейшем при приготовлении КЦР использовался песок, прошедший через ячейки сита этих размеров. Песок более крупной фракции не применялся, так как предварительными исследованиями было установлено, что увеличение фракции песка в сторону увеличения размера частиц значительно понижает водонепроницаемость гидроизоляционного покрытия из КЦР и вместе с тем затрудняет устройство покрытий.

    Применяемый в качестве заполнителя при устройстве гидроизоляции из КЦР, относится к группе мелких песков.

    Таблица 2

    Характеристика  минеральных  исходных  материалов 

Таблица 3

    Характеристика  ПАВ  и минеральных  добавок

    В  таблице 4 приведены химический и минералогический  состав  цементов.

    Химический  состав  цементов                       Таблица 4

    С помощью  метода  фазового  рентгеноструктурного анализа  наполнители  разделили  на группы  по  сходным физико-механическим свойствам  и  по химическому  составу  основного  компонента. (Таблица 5)

    Группа  наполнителей                                 Таблица 5

    В табл. 6 приведен зерновой состав используемого при исследовании в качестве заполнителя песка.

Зерновой  состав песка                  Таблица   6 

    Определение оптимальных составов коллоидного  цементного раствора   проводилось  с  учетом   кинетики  структурообразования, максимальной заданной водонепроницаемости, по минимальной усадке и повышенной деформативности, обеспечивающей сплошность гидроизоляционного покрытия из КЦР.

    Водонепроницаемость зависит от характера поровой структуры затвердевшего цементного раствора. Однородная микрокапиллярная мелкокристаллическая структура такого покрытия обеспечивает его повышенную водонепроницаемость. Такая структура в основном определяется структурой затвердевшего вяжущего и контактной зоной на границе с заполнителем.

    Поэтому для определения оптимальных  составов коллоидного цементного раствора целесообразно в первую очередь исследовать различные составы вяжущего, представляющего собой смесь портландцемента и микронаполнителя. Последний имеет существенное значение для создания упорядоченной мелкокристаллической микрокапиллярной структуры цементного камня, играя роль «готовых подложек», на поверхности которых преимущественно образуются зародыши гидратных новообразований. Эти двухмерные зародыши прочно фиксируются на поверхности микронаполнителя и в дальнейшем, жестко закрепляясь на поверхности частиц, интенсифицируют организованный рост структуры цементного камня в направлении, перпендикулярном поверхности частиц микронаполнителя. В отсутствие микронаполнителя зародыши кристаллов новообразований образуются преимущественно на частицах исходного цемента, так как их физико-химические свойства наиболее близки к возникающим новообразованиям. Однако в дальнейшем происходит растворение в воде с поверхности частицы исходного цемента его составляющих, и поверхность, на которой закреплен зародыш, становится нестабильной.

    Зародыши  кристаллов новообразований при этом смываются с поверхности частицы водой, входящей в состав раствора, и оказываются в ней во взвешенном состоянии. В дальнейшем в результате участия этих частиц коллоидных размеров в тепловом броуновском движении происходят их случайные столкновения и при условии фиксации на расстоянии ближней коагуляции — срастание. Структура цементного камня при этом становится случайной, неорганизованной.

    В процессе формирования структуры цементного камня в цементно-водной системе с момента затворения вяжущего водой происходит постепенное изменение характера связей между дисперсными фазами. В начальном периоде — периоде формирования— в системе преобладает коагуляционная структура с незначительной долей кристаллизационной. В этот период, характеризуемый преобладанием квазиобратимых по прочности коагуляционных контактов, на цементно-водную пасту возможны механические воздействия, которые не приводят к понижению прочности затвердевшего цементного камня. Этот период, называемый «жизнеспособностью» цементно-водной системы и совпадающий по времени с индукционным периодом  структурообразования,   является  важной  технологической характеристикой гидроизоляционного материала на основе цементного вяжущего. Коллоидные цементные растворы с оптимально подобранным составом вяжущего технологичны, хорошо наносятся на изолируемые поверхности. По окончании периода формирования структуры вследствие резкого возрастания содержания в системе прочных фазовых необратимо разрушающихся контактов между кристаллами новообразований цемента в цементно-водной системе начинает преобладать конденсационно-кристаллизационная структура. Такая структура из-за наличия фазовых контактов между частицами новообразований тиксотропно не восстанавливаема и механические воздействия на нее приводят к необратимой потере прочности.

    Определение «жизнеспособности» вяжущего коллоидного  цементного раствора осуществляется с  помощью конического пластометра  МГУ.(Рис.3)

    В основе метода коническою пластометра лежит изменение величины пластической прочности Р_т во времени, которая рассчитывается по глубине погружения конуса в исследуемую систему:

    Р_т = К_α F/h²_m,

где К_α— постоянный коэффициент для конуса при угле а = 45;

      h_m — глубина погружения конуса, равная 0,5см; F — нагрузка на конус.  

    Рычажный  конический пластометр системы МГУ  представляет собой рычаг, укрепленный на стойке с опорной плитой. Расстояние А от оси до центральной оси площадки нагружения пластометра регулируется выдвигаемым штоком.

    Рис. 3. Конический пластометр системы МГУ

1— опорная плита; 2— подъемный столик; 3— площадка для нагружения;

4 — шток; 5 — конус; 5 — площадка; 7 — направляющая втулка; 8 — скоба; 9 — ограничитель перемещения рычага;   10— индикатор;    11 —-ось;    12—противовес;    13 — стойки. 

    Перед началом работы рычажная система приводится в равновесие противовесом. Измерение величины погружения конуса в исследуемую цементно-водную систему осуществляется индикатором. Исследуемая цементно-водная система помещается в специальные чашечки высотой 1см, устанавливаемые при измерении на подъемный столик пластометра. Перед началом нагружения рычажной системы поверхность уложенного раствора приводится в соприкосновение с вершиной конуса. Первый отсчет снимается через 5 мин после приготовления растворной смеси, последующие — с промежутками в 20—30 мин. Расчет   величины   нагрузки   на   конус   осуществляется   по формуле

F = PкА/а,

где k — коэффициент, учитывающий трение; Р — масса груза, устанавливаемого на площадку, кг;  А/а — соотношение плеч рычага.

  По  результатам строится кривая структурообразования. За жизнеспособность материала принималось время, характеризующее период формирования структуры. На графике этот период отображается кривой изменения пластической прочности Р_т в зависимости от времени от начала осей координат до точки резкого изменения направления кривой.