Что такое реология цементного раствора

УДК 691.55:666.99

(Кызылординский Государственный Университет им. Коркыт Ата)

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

Модификация строительных смесей производится эфирами целлюлозы, редиспергируемыми порошками и другими добавками, что существенно влияет на физико-механические свойства растворов. Добавки позволяют достичь таких свойств, которых обычные цементные растворы проявить не могут.

Специальные реологические свойства необходимо придавать и таким смесям, как штукатурки, которые при перекачке должны свободно течь по шлангу, а после нанесения на стену фиксироваться без сползания. Для приклеивания потолочной плитки требуется хорошая клейкость пастообразного раствора.

Реология – это раздел физики, изучающий течение и деформацию сплошных сред, обладающих вязкостью, пластичностью, упругостью; она занимает промежуточное положение между гидродинамикой и теорией упругости.

Как известно, сухие строительные смеси с точки зрения коллоидной химии относятся к дисперсным системам. Все дисперсные системы можно разделить на две большие группы – бесструктурные системы, лишенные сплошной структуры, пронизывающей вес объем, и структурированные системы (дисперсные структуры).

В бесструктурных системах частицы дисперсной фазы, являясь свободными, не связаны друг с другом в сплошную сетку, движутся независимо друг от друга в окружающей среде под действием внешних сил, например, при седиментации, под действием тяжести или центробежных сил.

При этом каждая отдельная частица дисперсной фазы может представлять собой либо первичную массивную частицу в отсутствие заметной коагуляции, либо агрегат таких частиц. Все эти системы обладают общим признаком: их механические свойства являются качественно такие же, что и у дисперсионной среды в чистом виде. По агрегатному состоянию эти системы являются такими же, что и чистая дисперсионная среда, — они обладают постоянной вязкостью и не наблюдается статическая упругость при сдвиге, то есть не обладают механической прочностью.

Количественное различие в таких системах сводится к тому, что их вязкость является повышенной, как это впервые было теоретически установлено А.Эйнштейном, за счет заполненности части объема дисперсионной среды, причем относительное повышение вязкости при частицах заданной формы не зависит от абсолютных размеров частиц и от молекулярной природы частиц и среды.

В отличие от систем со свободными частицами структурированные системы обладают в качестве основного признака более или менее развитыми твердообразными механическими свойствами.

Дисперсные системы, обладающие способностью к образованию сплошной структуры, по своим физическим свойствам занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми телами, приближаясь к тем или иным, в зависимости от степени развития и прочности структурной сетки. К таким системам относятся гели, суспензии различной концентрации, включая и предельно концентрированные суспензии – пасты, а также концентрированные эмульсии и пены.

Именно наличие структуры придает дисперсной системе своеобразные механические свойства. Эти свойства – упругость, прочность, пластичность, вязкость, зависят от химической природы веществ, образующих данную систему, определяются молекулярными силами сцепления между элементами структуры, взаимодействием их с дисперсионной средой и степенью развития структуры во всем объеме системы. Таким образом, вязкость раствора меняется при различных условиях приготовления его замеса, поэтому изготовители сухой смеси должны указывать, какое количество воды требуется при применении того или иного механизма или при ручном замесе.

Как правило, полученные, из сухих смесей строительные растворы состоят из многих компонентов с различной реологией. На твердые частицы раствора воздействуют внешние усилия не только от рабочего инструмента, но также силы притяжения и отталкивания, которые зависят от вида и дозировки модифицирующих добавок, физических и химических свойств цемента и заполнителей.

Одним из способов устранения этого недостатка является введение в сухие смеси диспергирующих добавок, поверхностно-активных веществ, снижающих поверхностное натяжение воды. Кроме диспергирующего действия такие добавки снижают толщину водяных пленок между твердыми частицами в растворе. Иногда для повышения подвижности раствора и тем самым снижения В/Ц в сухие смеси вводят порообразующие добавки.

Большую роль играет правильный подбор компонентов сухой смеси и с точки зрения предотвращения седиментации заполнителя.

Таким образом, и добавка дисперсионного порошка оказывает воздействие на реологию строительного раствора. Иногда небольшое количество дисперсионного порошка добавляют для улучшения пластичности и удобоукладываемости раствора. Это объясняется упруго-эластичными свойствами частиц полимера. Такие частицы уменьшают трение между зернами инертных наполнителей.

Таким образом, химические добавки незаменимы при производстве высококачественных строительных материалов, в том числе для придания им необходимых реологических свойств.

1. Калашников В.И., Демьянова В.С., Дубошина Н.М. Сухие строительные смеси на основе местных материалов // строит. материалы. 2000. №5. С 30-34.

2. Кузьмина В.П. Организация собственного производства смешанного цемента для ССС// строит. материалы. 2006. №12. С49-51.

тампонажный состав для цементирования горизонтальных стволов скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству скважин, в основном к цементированию эксплуатационных колонн, расположенных в наклонно-направленной (с отклонением от вертикали более 45°) и горизонтальной части ствола. Технический результат заключается в повышении эффективности состава при цементировании скважин, в том числе пологих и горизонтальных, с малыми кольцевыми зазорами, за счет повышения прочностных показателей при малых концентрациях минеральной добавки при одновременном сохранении низких фильтрационных свойств, отсутствии водоотделения и обеспечении технологически требуемых сроков схватывания. Тампонажный состав для цементирования горизонтальных стволов скважин, включающий тампонажный портландцемент ПТЦ- IG-CC-1, понизитель фильтрации ГИДРОЦЕМ, суперпластификатор — полиэфиркарбоксилат Melflux F или сульфированный меламинформальдегид ЦЕМПЛАСТ МФ, пеногаситель ПОЛИЦЕМ ДФ, ускоритель сроков схватывания — хлорид кальция и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит минеральную добавку — метакаолин, или Мета-Микс-1, или CONMIX SF1, или MIKRODUR, при следующем соотношении компонентов, мас.%: ПЦТ IG-CC-1 93,35-98,9, ГИДРОЦЕМ 0,1-0,5, указанный суперпластификатор 0,05-0,3, ПОЛИЦЕМ ДФ 0,1-0,3, указанная минеральная добавка 0,5-1,0, хлорид кальция 0,1-2,0, вода до водоцементного отношения 0,45-0,55. 2 табл.

Формула изобретения

Тампонажный состав для цементирования горизонтальных стволов скважин, включающий тампонажный портландцемент ПТЦ IG-CC-1, понизитель фильтрации ГИДРОЦЕМ, суперпластификатор-полиэфиркарбоксилат Melflux F или сульфированный меламинформальдегид ЦЕМПЛАСТ МФ, пеногаситель ПОЛИЦЕМ ДФ, ускоритель сроков схватывания — хлорид кальция и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит минеральную добавку — метакаолин или Мета-Микс-1, или CONMIX SF1, или MIKRODUR, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству скважин, в основном к цементированию эксплуатационных колонн расположенных в наклонно-направленной (с отклонением от вертикали более 45°) и горизонтальной части ствола.

К числу таких скважин относятся и боковые стволы (с наклонно-направленной или горизонтальной частью ствола), строительство которых ведется из фонда ранее пробуренных скважин. Соотношение диаметров ствола и хвостовика в таких скважинах определяет наличие уменьшенных кольцевых зазоров.

Особенность цементирования скважин в условиях уменьшенных кольцевых зазоров заключается в том, что к свойствам тампонажного раствора предъявляются особые требования. При уменьшенных кольцевых зазорах важное значение в процессе цементирования имеет реология цементного раствора. Если в процессе цементирования скважин с нормальными кольцевыми зазорами (более 20 мм) реологические характеристики цементного раствора незначительно влияют на гидравлические потери, возникающие при цементировании, то при уменьшенных кольцевых зазорах высокие реологические показатели свойств цементного раствора могут привести к аварийной ситуации в процессе цементирования.

Важно в процессе цементирования скважин с уменьшенными кольцевыми зазорами иметь такие реологические показатели тампонажного раствора, которые обеспечивают безаварийность процесса цементирования и проникновение тампонажного раствора в труднодоступные узкие зазоры между стенкой скважины и обсадной колонной.

Регулирование реологических свойств тампонажного состава осложняется тем, что при цементировании эксплуатационных колонн изолируется продуктивный пласт. Одной из главных задач при этом является сохранение продуктивного пласта от негативного влияния на него фильтрата цементного раствора. Поэтому тампонажные составы обрабатываются понизителями фильтрации. Снижение фильтрации цементных растворов в большинстве случаев производится путем загущения жидкой фазы цементного раствора, что неизбежно приводит к загущению и самого цементного раствора, а, следовательно, и к повышению реологических показателей.

Наличие водоотделения приводит к тому, что после схватывания цемента у верхней стенки скважины на контакте с цементным кольцом образуется микрозазор, который впоследствии может стать причиной межпластового перетока.

Другой причиной образования микрозазоров в цементном кольце может стать явление контракции, характерное для цемента. Чтобы скомпенсировать это явление в цемент добавляют различные расширяющие добавки, применение которых, в зависимости от активности и концентрации могут компенсировать усадочные явления, сделать цементный камень расширяющимся или напрягающимся. Основной целью расширяющей добавки в тампонажных составах для цементирования является компенсация усадочных явлений и усиление плотности контакта цементного камня с вмещающими поверхностями.

Кроме расширяющей добавки улучшить контакт при сцеплении цементного камня с вмещающими поверхностями возможно за счет применения адгезионных добавок, которые усиливают плотность контакта цементного камня с вмещающими поверхностями за счет химического взаимодействия контактирующих поверхностей.

При цементировании скважин, имеющих уменьшенные кольцевые зазоры особенно актуальна оптимизация вышеперечисленных свойств тампонажных составов, которые, в конечном счете, влияют на качество формируемого цементного кольца и на его контакт с вмещающими поверхностями.

Известен тампонажный раствор для цементирования нефтяных и газовых скважин (Патент РФ № 2386660), содержащий в масс.%: портландцемент 95; микрокремнезем конденсированный 5; и сверх 100: поливинилацетатную дисперсию 0,3-0,6, конденсированную сульфат спиртовую барду 0,2, полипропиленовое волокно длиной 6-12 мм, диаметром 14-18 мкм 0,05-0,1. Тампонажный раствор содержит воду до водоцементного отношения 0,38-0,42. Известный раствор обеспечивает повышение сопротивляемости цементного камня к ударным нагрузкам и повышение адгезии цементного камня к ограничивающим поверхностям.

Однако его недостатком является то, что он разработан для условий умеренных температур и испытывался при соответствующей температуре 75°C. Кроме того, известный раствор содержит замедлители схватывания, наличие которых удлиняет сроки схватывания в нормальных температурных условиях, что снижает его функциональные возможности. Кроме того, этот тампонажный раствор имеет низкую растекаемость и высокие реологические показатели, что является неприемлемым для цементирования малых кольцевых зазоров.

Также известен тампонажный состав для крепления пологих и горизонтальных скважин (Патент РФ № 2256775), который является близким к предлагаемому изобретению по назначению. Задачей известного состава является комплексное решение проблемы качественного крепления пологих и горизонтальных скважин и разобщения пластов за счет подавления процесса седиментации и предотвращения связанного с ним осаждения твердой фазы на нижнюю стенку ствола и образования канала у верхней стенки путем повышения седиментационной устойчивости раствора до уровня, при котором значения параметра СР не превышают 79%, а также сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта и защиты приствольной зоны от загрязнения фильтратом тампонажного раствора за счет снижения его водоотдачи при сохранении нормальных технологических параметров раствора, обеспечивающих его закачку и продавку в затрубное пространство. Известный тампонажный состав содержит тампонажный цемент, реагент-стабилизатор с функцией понизителя фильтарации, минеральную добавку — хлорид натрия или хлорид калия и воду.

Недостатком указанного известного тампонажного состава является то, что он разработан и испытывался для умеренных температурных условий, т.е 75°C, кроме того заявленный тампонажный состав имеет низкую растекаемость, что может создать проблемы при цементировании малых кольцевых зазоров.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков является расширяющийся тампонажный состав (патент РФ № 2360949), содержащий в масс.%: портландцемент ПЦТ IG-CC-1 91,3-98,3; понизитель фильтрации ГИДРОЦЕМ 0,1-0,5; суперпластификатор — полиэфиркарбоксилат Melflux F или сульфированный меламинформальдегид ЦЕМПЛАСТ МФ 0,1-0,7; пеногаситель ПОЛИЦЕМ ДФ 0,1-0,3; ускоритель сроков схватывания — хлорид кальция 0,1-3,0; расширяющую добавку — окись алюминия и/или сульфоалюминат кальция 0,5-5,0; и воду до водоцементного отношения 0,47-0,78.

Недостатком известного состава является недостаточные прочностные свойства при повышенном содержании суперпластификатора.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности состава при цементировании скважин, в том числе пологих и горизонтальных, с малыми кольцевыми зазорами за счет повышения прочностных показателей при малых концентрациях минеральной добавки и суперпластификатора, при одновременном сохранении низких реологических и фильтрационных свойств, отсутствия водоотделения, и обеспечении технологически требуемых сроков схватывания.

Указанный технический результат достигается предлагаемым тампонажным составом для цементирования горизонтальных стволов скважин, включающим тампонажный портландцемент ПЦТ IG-CC-1, понизитель фильтрации ГИДРОЦЕМ, суперпластификатор — полиэфиркарбоксилат Melflux F или сульфированный меламинформальдегид ЦЕМПЛАСТ МФ, пеногаситель ПОЛИЦЕМ ДФ, ускоритель сроков схватывания — хлорид кальция и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит минеральную добавку: метакоалин, или Мета-Микс-1, или CONMIX SF1, или MIKRODUR, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Применение предлагаемого тампонажного состава позволит цементировать скважины с малыми кольцевыми зазорами без избыточных гидродинамических потерь, что снизит гидравлические давления в процессе цементирования, а соответственно давления на продуктивный пласт при цементировании эксплуатационных колонн. Кроме того, это обеспечит проникновение состава в узкие зазоры между стенкой скважины и обсадной (эксплуатационной) колонной. Достижение указанного результата обеспечивается низкими реологическими характеристиками заявляемого тампонажного состава: пластическая вязкость тампонажного состава не превышает 180 мПа*с; динамическое напряжение сдвига не более 139 дПа, даже при более низкой концентрации суперпластификатора по сравнению с прототипом.

В интервале продуктивного пласта применение предлагаемого тампонажного состава с низкой фильтрацией предохранит продуктивный пласт от воздействия на него фильтрата цементного раствора. Отсутствие водоотделения позволит исключить формирование флюидопроводящего канала между стенкой скважины и породой в период формирования цементного камня.

Совокупность придаваемых заявляемому тампонажному составу свойств позволит обеспечить качественное и эффективное цементирование скважин с осложняющими процесс цементирования условиями, а именно, пологих и горизонтальных скважин с малыми кольцевыми зазорами.

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет определенного подбора компонентов (качественного и количественного) в заявляемом тампонажном составе, т.е. этот результат носит синергетический характер.

В качестве основы для получения данного тампонажного состава используется цемент марки ПЦТ IG-CC-1. Преимущества использования этого типа цемента: хорошая совместимость с различными добавками; высокие прочностные свойства; низкая проницаемость цементного камня; сульфатостойкость.

Введение в тампонажный состав минеральной добавки в совокупности с другими компонентами позволит при заявляемом их количественном соотношении, за счет изменения структуры цементного камня: улучшить адгезионные свойства; снизить фильтрацию цементного раствора; исключить водоотдачу; уменьшить седиментационные явления; улучшить реологические свойства. Основные эффекты от введения минеральной добавки в тампонажный состав — это микронаполняющий и пуццоланический (химическая активность по отношению к Са(ОН) 2 ).

В качестве мелкодисперсной минеральной добавки в предлагаемом составе также могут быть использованы метакоалин, или Мета-Микс-1, или CONMIX SF1, или вяжущий материал очень мелкой дисперсности: MIKRODUR.

Метакоалин представляет собой дегидроксилированную форму глинистого минерала каолинита, он формируется, когда чистый каолин нагревают до температур между 1,200 F и 1,750 F (650°C — 900°C). Такая обработка, также известная как кальцинирование, коренным образом меняет структуру частиц, создавая высоко реактивный аморфный пуццолан. Метакаолин поставляется в двух видах: в виде клинкера и в виде порошка.

Модификатор МетаМикс-1 представляет собой высокоактивный минеральный комплекс (смесь метакаолина и микрокремнезема), активным действующим компонентом которого является метакоалин, имеющий пуццоланическую активность (способность связывания извести) на уровне 1050-1100 мг/г. Благодаря своей глинистой природе, Метамикс-1 улучшает пластичность и связность растворных и бетонных смесей.

CONMIX SF1 высокоэффективная сухая микрокремнеземистая присадка к бетону. Это сверхтонкая сферическая суперактивная минеральная присадка, соответствующая стандарту ASTM С1240, созданная на основе кремнезема. Мельчайший размер частиц CONMIX SF1 позволяет им заполнить матрицу цемента, тем самым уплотняя цементный камень. Указанную микрокремнеземистую присадку получают с помощью измельчения кварца высокой чистоты с коксом в электродуговых печах в процессе производства силиконовых и ферросиликоновых сплавов. Основным компонентом его является диоксид кремния аморфной модификации. Он является высокоэффективным природным пуццолановым материалом. Это обусловлено тем, что микрокремнезем очень тонко измельчен, и имеет высокую концентрацию кремнезема. Микрокремнезем в присутствии влаги вступает во взаимодействие с цементом с образованием гидросиликата кальция, отличающегося более развитой пространственной структурой.

MIKRODUR оказывает влияние на прочностные свойства цементного камня. Диаметр зерен MIKRODUR в 6-10 раз меньше частиц самого цементного клинкера. Благодаря малому размеру (диаметр зерен patent-2508307.pdf

Реферат: Реологические свойства бетонной смеси

Бетон – это сегодня самый применяемый строительный материал. К бетону предъявляется ряд требований, выполнить которые зачастую невозможно без использования так называемых модификаторов и пластификаторов, т.е. химических добавок, позволяющих придать бетонной смеси свойства, обеспечивающие требования как проектировщиков, так исполнителей работ.

Идеал строителей – бетонные смеси, которые имеют высокую подвижность, замедленное схватывание и быстрый набор прочности, длительное время транспортировки с последующей легкой заливкой в формы, универсальность применения, получения конструкций, не требующих значительных затрат на гидроизоляционные работы. При этом не следует забывать, что основной задачей является обеспечение требуемой прочности и долговечности бетонной конструкции, т.е. возможностью длительное время противостоять механическим нагрузкам, химическим и физическим воздействиям окружающей среды. Поэтому применение добавок в современном строительстве не только рекомендуется, но и просто жизненно необходимо.

Химические добавки применяются также для достижения необходимых свойств бетона, снижения расхода материальных и энергетических ресурсов при изготовлении этого материала и при применении его для производства конструкций, возведения зданий и сооружений. В настоящее время предприятия по изготовлению бетона, изделий и конструкций на его основе наряду со сравнительно дешевыми добавками, получаемыми часто из промышленных отходов, все шире применяют специально синтезируемые добавки на основе дорогого химического сырья. Такие добавки-модификаторы позволяют обеспечить высокое качество бетона и в широком диапазоне регулировать его свойства, однако при оценке целесообразности их введения, замены ими традиционных дешевых добавок приходится достигаемый технический эффект соизмерять с необходимыми дополнительными затратами.

1. Общие физико-химические свойства бетонной смеси

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону. Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости. Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.

1)Технические свойства бетонной смеси

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:

-подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси;

-жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси;

-связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью. Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.

2) Удобоукладываемость бетонной смеси

Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м 3 ) распределяется между цементным тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси — подвижность и жесткость. Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков. Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность.

3) Деформативные свойства бетона

Под нагрузкой бетон ведет себя иначе, чем сталь и другие упругиe материалы. Конгломератная структура бетона определяет его поведение при возрастающей нагрузке осевого сжатия. Область условно упругой работы бетона — от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины. Опыты подтвердили, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружения для бетона характерна упругая деформация, подобная деформации пружины. Модуль упругости бетона возрастает при увеличении прочности и зависит от пористости: увеличение пористости бетона сопровождается снижением модуля упругости. При одинаковой марке по прочности модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе меньше в 1,7-2,5 раза тяжелого. Еще ниже модуль упругости ячеистого бетона. Таким образом, упругими свойствами бетона можно управлять, регулируя его структуру. Модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой: Есж =Ер=Еб.

Ползучестью называют явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки. Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя — щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть, поэтому легкие бетоны имеют большую ползучесть по сравнению с тяжелыми. Преждевременное высыхание бетона ухудшает структуру и увеличивает его ползучесть. Однако насыщение водой затвердевшего бетона может вызвать рост ползучести. Ползучесть и связанная с ней релаксация напряжений может играть отрицательную роль. Например, ползучесть бетона приводит к потере натяжения; в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

4) Усадка и набухание бетона

При твердении на воздухе происходит усадка бетона, т.е. бетон сжимается и линейные размеры бетонных элементов сокращаются. Усадка слагается из влажностной, карбонизационной и контракционной составляющих. Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в. наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне. Для снижения усадочных напряжений и сохранения монолитности конструкций стремятся уменьшить усадку бетона. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Введение заполнителя уменьшает количество вяжущего в единице объема материала, при этом образуется своеобразный каркас из зерен заполнителя, препятствующий усадке. Поэтому усадка цементного раствора и бетона меньше, чем цементного камня.

Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания, которые могут вызвать появление микротрещин и разрушение бетона.

5) Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона определяют путём попеременного замораживания в холодильной камере при температуре от 15 до 20°С и оттаивания в воде при температуре 15-20°С бетонных образцов кубов с размерами ребра 10, 15 или 20 см (в зависимости от наибольшей крупности заполнителя). Образцы испытывают после 28 сут выдерживания в камере нормального твердения или через 7 сут после тепловой обработки. Контрольные образцы, предназначенные для испытания на сжатие в эквивалентном возрасте, хранят в камере нормального твердения. Морозостойкость бетона зависит от качества примененных материалов и капиллярной, пористости бетона. Объем капиллярных пор оказывает решающее влияние на водопроницаемость и морозостойкость бетона. Морозостойкость бетона значительно возрастает, когда капиллярная пористость менее 7%.

6) Водонепроницаемость бетона

С уменьшением объема капиллярных макропор снижается водонепроницаемость и одновременно повышается морозостойкость бетона. Для уменьшения водонепроницаемости в бетон при его изготовлении вводят уплотняющие (алюминат натрия) и гидрофобизующие добавки. Нефтепродукты (бензин, керосин и др.) имеют меньшее, чем у воды, поверхностное натяжение, поэтому они легче проникают через обычный бетон. Для снижения фильтрации нефтепродуктов в бетонную смесь можно вводить специальные добавки (хлорное железо и др.). Проницаемость бетона по отношению к воде и нефтепродуктам резко уменьшается, если вместо обычного портландцемента применяют расширяющийся.

7) Теплофизические свойства бетона

Теплопроводность — наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий. Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии 1,2 Вт/(м.°С), т.е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготавливают с внутренним слоем утеплителя. Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах -0,75-0,92 Вт/(м.С°). Линейный коэффициент температурного расширения бетона составляет около 0,00001 °С, следовательно, при увеличении температуры на 50 °С расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружений большой, протяженности разрезают температурно-усадочными швами. Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, имеют различный коэффициент температурного расширения и будут по разному деформироваться при изменении температуры. Большие колебания температуры (более 80°С) смогут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещины распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполнителя. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если позаботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициентами температурного расширения.

2. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

КОМПЛЕКСНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ЦЕМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ

В данный момент на российском рынке строительных материалов появился широкий ассортимент сухих смесей с очень большим разбегом по качеству и по цене. Дать полный анализ огромному количеству материалов и уровню их производителей в одной маленькой статье – дело безнадежное, да и задача в данном случае такая не стоит. Попробуем лишь классифицировать эти материалы и дать оптимальные рекомендации по их применению.

Первая группа – это обычные цементно-песчаные смеси или, как их иногда называют, “горцовки”. Песок применяется обычно либо фракционированный, либо молотый. Применение цементно-песчаных смесей дороже, чем покупка отдельно цемента и песка примерно в 2-2,5 раза, но существенно удобнее из-за стабильного качества песка.

Вторая группа – сухие смеси с реологическими добавками. Это группа материалов более дорогая, чем “горцовки”, но ее также можно отнести к дешевым. От обычной песчаной смеси эти материалы отличаются наличием реологических добавок. Обычно эту роль выполняют эфиры целлюлозы.

Помимо реологии цементного раствора эти добавки могут улучшать водоудержание и первичную адгезию к поверхности. Соответственно благодаря им обычная цементно-песчаная смесь превращается в штукатурку, плиточный клей или удобный в работе кладочный раствор.

Третья группа – наиболее дорогая. В нее входят сухие смеси, содержащие как реологические, так и прочностные добавки. В зависимости от назначения они могут повышать стойкость цементного камня к излому, к разрыву, к истиранию, повышать водостойкость и т.д.

Эта группа сухих смесей наиболее большая по ассортименту и ориентирована на требовательного покупателя с тугим кошельком.

Разумеется, напрашивается вопрос: “Как можно получить качественный цементный раствор со всеми положительными свойствами, которые имеют дорогие сухие смеси, но за меньшие деньги?”.

На первый взгляд задача неразрешимая. Ведь вполне понятен принцип – “хороший товар должен хорошо стоить”.

Так что же делать большинству россиян, которым приходится внимательно считать свои расходы?

На самом деле выход есть – это жидкие модификаторы.

Я не буду рассматривать сухие смеси специализированного назначения, типа наливных полов или “гидростопов” для бассейнов. Остановимся на наиболее массовых продуктах, на долю которых приходится 90-95% рынка данных материалов. К этой группе относятся: кладочные растворы, штукатурки, шпатлевки и клей для кафельной плитки.

Все эти материалы можно получить из обычной цементно-песчаной смеси при помощи модификатора цемента. В принципе этот метод не нов. До сих пор многие мастера добавляют стиральный порошок в качестве реологической добавки в кладочный раствор, ПВА в клей для кафельной плитки для повышения первичной адгезии, а также прочности и водостойкости цементного камня. Эти приемы не являются ошибочными, просто они устарели на фоне специализированных добавок.

Давайте рассмотрим подробно, какие результаты можно получить на примере модификатора цементных растворов производства ООO “Предприятие ВГТ”, а также несколько способов его применения.

Для приготовления грунтовки модификатор разбавляют водой в соотношении от 1:2 до 1:0,5. Обрабатываемая поверхность (бетонное, цементное или цементно-известковое основание) должно быть предварительно очищено от загрязнений, остатков старых покрытий, плохо держащихся слоев и т.д. Грунтовку наносят кистью или щеткой в один слой. Дальнейшие работы производятся после полного высыхания грунтовки (40-60 мин).

В готовый цементный раствор необходимо добавлять неразведенный модификатор (в расчете на 10 кг сухой цементно-песчаной смеси):

n для кладочных растворов от 150 до 250 г;

n для штукатурок от 350 до 1 кг;

n для укладки керамической плитки от 500 до 1,5 кг.

При этом необходимо иметь в виду, что добавка модификатора значительно улучшает пластичность раствора, в связи с чем при добавлении модификатора нужно следить за сохранением требуемой консистенции.

С учетом того, что оптовая цена модификатора не превышает 16,5 руб./кг без учета тары, вывод об экономической выгоде напрашивается сам по себе.

Применение модификатора позволяет улучшить первичную адгезию материала, его стабильность, а также прочностные характеристики и водостойкость самого покрытия. Это объясняется наличием в его составе полимерной дисперсии, которая создает более плотную структуру, заполняя мелкие поры поверхности, что снижает водопоглощение и уменьшает растрескивание. Такие свойства особенно важны при проведении штукатурных и кладочных работ.

Количество введенного модификатора позволяет регулировать клеевые свойства раствора, которые важны при проведении облицовочных работ, где используется тонкий слой материала. При его увеличении возрастает клеящая способность приготовленного раствора.

Используя способность модификатора продлевать время жизни материала, в который он вводится, можно значительно увеличить производительность труда при кладке и штукатурке поверхности, поскольку появляется возможность нанести раствор на большую площадь, а также экономить сам раствор, так как нет потерь, связанных с его пересыханием. Это обеспечивают загустители, входящие в состав модификатора. Они связывают воду, уменьшая водоотдачу из раствора в поверхность