Do omówionych w tym punkcie zależnościach wpływu właściwości superplastyfikatora i cementu na reologię zaczynów, jakkolwiek trudno przecenić ich wartość poznawczą i użyteczność, trzeba podchodzić, uwzględniając specyfikę reologii mieszanek cementowych.
Wielu autorów wykazuje, że reologiczne efekty działania superplastyfikatora na zaczyn i mieszankę mogą być odmienne (Banfill [11, 12, 13], Ferraris et al. [56, 57], Ramachandran [153], Szwabowski [180] Tattersall i Banfill [188]). Superplastyfikator dodany do zaczynu zawsze zmniejsza jego granicę płynięcia t0 i lepkość plastyczną r|pi (Asaga i Roy [6, 157, 158], Daimon i Roy [28, 29], Grzeszczyk [80], Ramachandran [153], Rudziński [159]).
W przypadku mieszanek na spoiwie cementowym superplastyfikator również zmniejsza granicę płynięcia x0, jednak, jak to pokazano w rozdz. 3.2, zależnie od składu mieszanki zmniejsza, nie wpływa lub zwiększa jej lepkość plastyczną r|p|. Z tego też powodu utrudnione jest wnioskowanie o wpływie superplastyfikatora na właściwości reologiczne mieszanki tylko na podstawie badania jego wpływu na właściwości reologiczne zaczynu.
Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. 45
Należy przy tym pamiętać, że reologia zaczynów jest bardziej złożona od reologii zapraw i mieszanek betonowych i, co ważniejsze, znacznie się od niej różni (Banfill [11, 12, 13], Banfill i Tattersall [188], Mierzwa i Urban [128] Szwabowski [180]). Na reologię zaczynu duży wpływ ma powierzchnia cementu, natomiast reologia mieszanek zależy w dużym stopniu od efektów masy, wynikających z dominującego udziału kruszywa w mieszance. W próbie płynięcia zaczyn cementowy, w przeciwieństwie do mieszanek, ujawnia właściwości ciała plastycznego o wysokim stopniu nieliniowości, które w trakcie przepływu ze stałą szybkością ścinania wykazuje dodatkowo bardzo silne cechy tiksotropowe (Grzeszczyk [80], Kurdowski [114], Masood i Agrawal [127], Rudziński [159], Tattersall i Banfill [188]). O ile więc do opisu właściwości Teologicznych mieszanek wystarczający jest model Binghama, o tyle zaczyny wymagają modeli bardziej złożonych. Atzeni et al. [7] oraz Papo [145] stwierdzili, że właściwości reologiczne zaczynu cementowego najlepiej opisują kolejno modele Herschela-Bulkleya, Robertsona-Stiffa i Ellisa. Równocześnie stwierdzili oni, że modelu Binghama nie można stosować do opisu reologii zaczynów, a ewentualnie może być używany tylko w wąskim zakresie przy bardzo dużym stosunku w/c lub przy dużym dodatku superplastyfikatora.
Zaczyn cementowy najsilniej upłynniają superplastyfikatory PC i PE, a następnie SNF.
Najsłabsze działanie upłynniające wykazują superplastyfikatory SMF. Badania Andersona et al. [4, 5], Bonena i Sarkara [17], Costy et al. [26], Kima et al. [104], Magarotto et al. [122]
wykazują większą efektywność upłynnienia zaczynu przez superplastyfikatory o większej masie cząsteczkowej. Badania Kinoshity et al. [107], Maedera i Schobera [121], Nawy et al.
[136], Shonaki et al. [161], Sugiyamy et al. [168], Yamady et al. [212, 215] pokazują natomiast, że silniejsze działanie upłynniające superplastyfikatorów PC i PE wynika nie tyle z ich dużej masy cząsteczkowej, ile z przestrzennej struktury tworzących je polimerów.
Przy podobnej masie cząsteczkowej superplastyfikatory, zawierające polimery o dłuższych łańcuchach bocznych, silniej upłynniają zaczyn, a zmniejszenie upłynnienia w czasie jest wolniejsze (tabl. 3.1, rys. 3.12). Badania Grzeszczyk i Sudoła [83] oraz Hamady et al. [84]
pokazują że superplastyfikatory PE, zawierające polimery o dłuższych łańcuchach bocznych, nadają zaczynowi większą lepkość plastyczną t|pi. Ferrari et al. [53] oraz Grzeszczyk i Sudoł [82, 83] wykazali, że superplastyfikatory PC i PE, zawierające polimery o różnym stosunku bloków merów pochodnych karboksylowych do polieteroestrowych, w różnym stopniu upłynniają zaczyn. Wykazali również, że istnieje zależny od właściwości cementu optymalny ze względu na efekt upłynnienia stosunek tych merów; wąski zakres badań nie pozwala, niestety, na uogólnienia.
46 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.
Tablica 3.1 Czynniki struktury polimeru superplastyfikatora wpływające na stopień upłynnienia zaczynu cementowego
i czas jego utrzymania wg [168]
Rys. 3.12. Wpływ długości łańcuchów bocznych i głównego superplastyfikatora PC na rozpływ zaczynu [215]
Fig. 3.12. Effect of length of main and side chains of PC superplasticizer on paste flow [215]
15 ■ siarczanu wapnia jako regulatora wiązania cementu oraz powierzchnia właściwa cementu.
Liczne badania pokazują że przy danym stałym dodatku superplastyfikatora zaczyny z cementami o mniejszej zawartości C3A charakteryzują się większym stopniem upłynnienia (Costa et al. [26], Ramachandran [153]). Według Bonena i Sarkara [17] oraz Hanna et al. [85]
upłynnienie zaczynu koreluje z iloczynem powierzchni właściwej cementu i zawartością C3A i maleje wraz ze wzrostem tego iloczynu (rys. 3.13). Według Baragano i Maciasa [14] stopień upłynnienia zaczynu superplastyfikatorami SNF i SMF zależy od stosunku C3A/Ca2SC>4 w cemencie; wzrost tego stosunku powoduje zmniejszenie efektu upłynnienia.
Upłynnienie zaczynu superplastyfikatorami SNF w obecności dwuwodnego siarczanu wapnia jest o wiele większe niż w przypadku jego formy półwodnej (Bonen i Sarkar [17], alkaliów w cemencie upłynnienie zaczynu superplastyfikatorami SMF i SNF jest największe (rys. 3.14). Efekt ten według Jianga, Kima et al. [97, 98, 104 - 106] wyjaśnić można następująco. Gdy superplastyfikatory SNF i SMF dodaje się do zaczynu z cementu o małej zawartości alkaliów, to większość ich polimerów jest adsorbowana na fazach glinianowych i przechwytywana w produktach hydratacji, co zmniejsza ilość efektywnie działającego superplastyfikatora i upłynnienie zaczynu. Przy zwiększonej zawartości alkaliów wzrasta natomiast ilość jonów siarczanowych w roztworze, co zwiększa jego silę jonową i również powoduje słabsze upłynnienie zaczynu oraz sprzyja szybszemu zanikowi efektu upłynnienia w czasie. Z drugiej jednak strony, zwiększona ilość jonów siarczanowych hamuje adsorpcję superplastyfikatora na fazach glinianowych. Zwiększa się tym samym jego adsorpcja na fazach krzemianowych i/lub jego stężenie w roztworze, zwiększając efekt upłynnienia.
Magarotto et al. [122], Matsuhisa et al. [126], Moulin i Broyer [134], Yamada et al.
[211 - 216], oraz Yamaguchi et al. [216] wykazali, że upłynnienie zaczynu cementowego superplastyfikatorami PC i PE koreluje z zawartością rozpuszczalnych alkaliów w cemencie.
Płynność zaczynów z cementami o dużej zawartości alkaliów jest obniżona, nawet wtedy gdy do ich upłynnienia stosowane są superplastyfikatory PE i PC z długimi łańcuchami bocznymi
48 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne..
200
30 60 90 120
CZAS, min 150
100
w/c = 0,50
Cement #1;SP-1%
Cement #2; SP-0,5%
Cement #3; SP-0,5%
Cement #4; SP-0,5%
Cement #5; SP-0,5%
Cement #6; SP-1%
Rys. 3.14. Zmiana upłynnienia zaczynów cementowych z superplastyfikatorem SNF w funkcji czasu hydratacji [104]
Fig. 3.14. Flow loss of cement pastes with SNF superplasticizer as a function of hydration time [104]
CZAS, min
Rys. 3.15. Wpływ ilości rozpuszczalnych alkaliów w cemencie na rozpływ zaczynu z superplastyfikatorem PE [122]
Fig. 3.15. Influence of soluble alkaline sulfates on flowability of cement pastę with PE superplasticizer [122]
(rys. 3.15). Efekt ten według Grzeszczyk i Sudoła [82], Sugiyamy et al. [168] i Uchikawy [196] wyjaśnić można zmianą konformacji (skłębieniem się) łańcuchów głównego i bocznych pod wpływem jonów S 0 42' i w wyniku tego zmniejszeniem się efektu sterycznego.
Przy większym stopniu rozdrobnienia cementu wpływ superplastyfikatora na stopień upłynnienia zaczynu, niezależnie od rodzaju domieszki, jest mniejszy (Nawa i Euguchi [137]). Uzyskane w wyniku dodania superplastyfikatora większe upłynnienie zaczynu cementowego nie jest efektem trwałym i maleje z upływem czasu. Ponieważ jednak o zmianach stopnia upłynnienia decyduje szybkość procesu hydratacji cementu, a ta w obecności superplastyfikatora jest zmniejszona, utrata upłynnienia zaczynów cementowych z dodatkiem superplastyfikatorów jest zwykle wolniejsza niż bez ich dodatku. Spadek stopnia upłynnienia jest największy w przypadku zaczynów z dodatkiem SMF; superplastyfikatory
Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. 49
SNF działają dłużej, jednak i w tym przypadku efekt upłynnienia może szybko maleć w czasie i po 15 - 30 minutach osiągać już znaczny spadek (rys. 3.14). Superplastyfikatory PC i PE zwykle utrzymują upłynnienie zaczynu na stałym poziomie przez 60 min i dłużej (rys. 3.14), szczególnie długo wtedy, gdy zawarte w nich polimery charakteryzują się dużą masą cząsteczkową i/lub długimi łańcuchami bocznymi (Houst et al. [90, 91], Nawa et al.
[136], Yamada et. al. [215]). W pewnych przypadkach upłynnienie takich zaczynów może się nawet początkowo zwiększać z upływem czasu. Większy dodatek superplastyfikatora zmniejsza spadek upłynnienia w czasie; szybką utratą upłynnienia w czasie charakteryzują się natomiast zaczyny z małą ilością wolnego superplastyfikatora lub uzyskane z cementów adsorbujących dużą jego ilość w czasie (Bonen i Sharkar [17], Kim et al. [104], Yamada i Hanehara [212]). Utrata upłynnienia zwiększa się wraz ze wzrostem powierzchni właściwej cementu i zawartością C3A w cemencie (rys 3.12). Ilość i forma siarczanu wapnia również wpływają na szybkość utraty upłynnienia zaczynu, jednak w tym przypadku trudno wskazać na jednoznaczne tendencje. Bonen i Sarkar [17] oraz Femon et al. [59] stwierdzili, że utrata upłynnienia zaczynu maleje wraz ze spadkiem siły jonowej roztworu. Utrata upłynnienia zaczynu zależy też od zawartości alkaliów rozpuszczalnych w cemencie; w przypadku zaczynów z dodatkiem SNF i SMF jest ona najmniejsza przy zawartości alkaliów 0,4 •*- 0,5%, a w przypadku zaczynów z dodatkiem PC i PE zwiększa się ze wzrostem zawartości alkaliów (rys. 3.14, 3.15).
3.4 . W p ły w c z a su w p r o w a d z e n ia su p e rp la sty fik a to ra
Zjawiska zachodzące w mieszance związane z hydratacją cementu powodują że czas dodania superplastyfikatora może mieć duży wpływ na jej parametry reologiczne. Większa skuteczność działania superplastyfikatorów SNF i SNF dodawanych do mieszanki z opóźnieniem jest powszechnie znana, a jej mechanizm wyjaśnili Chiocchio i Paolini [21], Penttala [146] oraz Uchikawa [197]. Jak pokazują zależności na rys. 3.16, opóźnione dodanie do mieszanki superplastyfikatorów SNF i SMF powoduje zmniejszenie granicy płynięcia t0
(g) tym większe, im większe było to opóźnienie oraz nieznaczny spadek, brak zmian lub nieznaczny wzrost lepkości plastycznej r\pi (h). Im wcześniej więc superplastyfikatory te zostaną dodane do mieszanki, tym do uzyskania wymaganych jej parametrów Teologicznych konieczna będzie większa ich ilość. Opóźnione dodawanie superplastyfikatorów PC i PE zwykle nie wpływa wyraźnie na parametry reologiczne mieszanki. Jak jednak pokazują
50 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne..
Rys. 3.16. Wpływ czasu wprowadzenia superplastyfikatorów SNF i SMF na parametry reologiczne zapraw [69]
Fig. 3.16. Influence of addition time of SNF and SMF superplasticizers on mortars rheological parameters [69]
160
Rys. 3.17. Wpływ czasu wprowadzenia superplastyfikatorów PC i PE na parametry reologiczne zapraw3
Fig. 3.17. Influence ofPC and PE superplasticizers addition method on rheological parameters of mortars 3
3 Szwabowski J., Gołaszewski J.: Efekty oddziaływania domieszek upłynniających do zapraw i betonów w układzie zmiennych czynników technologicznych. Projekt badawczy KBN Nr 8 T07E031 20, 2003.
Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. 51
zależności na rys. 3.17, opóźnione dodanie tych superplastyfikatorów do mieszanek z cementami o dużej zawartości C3A i Na2 0e zmniejsza efektywność ich działania.
Mechanizm takiego wpływu superplastyfikatorów PC i PE, jak wyjaśnił Uchikawa [197], związany jest ze zmianami ich konformacji i zmniejszeniem zasięgu bariery sterycznej. Efekt opóźnionego dodania superplastyfikatora, niezależnie od jego rodzaju, maleje ze wzrostem w/c mieszanki, ilością dodanego superplastyfikatora oraz w obecności dodatków mineralnych, a rośnie ze wzrostem zawartości C3A w cemencie (Szwabowski i Gołaszewski [69,170]).
3.5 . W p ły w te m p e r a tu r y na efek ty d zia ła n ia su p e r p la sty fik a to r a
Właściwości reologiczne mieszanek z dodatkiem superplastyfikatorów zmieniają się znacznie w wyniku zmian temperatury. Pomimo znaczenia tego zjawiska nie było ono przedmiotem wielu badań, a ilość dostępnych danych z tego zakresu jest niewielka.
Systematyczne dane wpływu temperatury na właściwości reologiczne mieszanek przedstawili Maeder et al. [120] oraz autor i Szwabowski [69, 72, 73].
Wzrost temperatury mieszanki bez superplastyfikatora w zakresie od 10 do 35°C zwiększa znacznie granicę płynięcia x0 (g) tym silniej, im większa jest reaktywność cementu.
Wzrostowi temu towarzyszy zwykle nieznaczny spadek lepkości plastycznej rjpi ( h ) . Taki charakter zmian właściwości Teologicznych jest wynikiem przyspieszenia procesu hydratacji cementu i zmniejszenia ilości wody wolnej w mieszance.
W obecności superplastyfikatora zmiany właściwości Teologicznych mieszanki mają odmienny charakter. Z badań omówionych w pracach [69, 72, 73, 77, 120] wynika, że wzrost
Rys. 3.18. Wpływ temperatury na parametry reologiczne zapraw z superplastyfikatorem PC [120]
Fig. 3.18. Effect of temperature on rheological parameters of mortars with PC superplasticizer [120]
52 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne..
temperatury mieszanki z superplastyfikatorami SNF, PC i PE powoduje również wzrost granicy płynięcia t0 (g), któremu towarzyszyć może spadek lub wzrost lepkości plastycznej flpi (h) (rys. 3.18). Zakres zmian parametrów Teologicznych może być jednak bardzo różny, a zależy przede wszystkim od stosunku w/c oraz od rodzaju i właściwości cementu i superplastyfikatora; zwykle jednak zakres zmian granicy płynięcia t0 (g) jest mniejszy, a lepkości plastycznej rjpi (h) większy niż w przypadku mieszanek bez dodatku superplastyfikatora. Charakter i zakres wpływu temperatury na właściwości reologiczne mieszanek wynikają z nakładania się następujących efektów: wzrostu prędkości przebiegu procesu hydratacji cementu ze wzrostem temperatury, a więc zmniejszenia zawartości wody wolnej w mieszance, zmiany stopnia adsorpcji superplastyfikatora, która zwiększa się ze wzrostem temperatury (Nawa et al. [135]) oraz, w przypadku superplastyfikatorów PE i PC, zmiany konformacji zawartych w nich polimerów. W wyższych temperaturach łańcuch główny i łańcuchy boczne ulegają skłębieniu, a efekt steryczny maleje (Grzeszczyk i Sudoł [83], Jolicoeur et al. [102], Nawa et al. [136], Roncero et al. [156]). Dodatkowo, wzrost temperatury powoduje zwiększenie spójności kapilarnej mieszanki i w efekcie zwiększenie jej granicy płynięcia t0 (g) (Szwabowski [179, 180]).
3.6. W p ły w cz a su na e fe k ty d z ia ła n ia su p e r p la s ty fik a to r a
W wyniku hydratacji cementu wraz z upływem czasu granica płynięcia x0 (g) i lepkość plastyczna r)pi (h) mieszanek zarówno bez, jak i z dodatkiem superplastyfikatora zmieniają się. Zmiany te w przypadku mieszanek bez dodatku superplastyfikatora są zwykle szybsze niż w przypadku mieszanek o takim samym w/c lecz z superplastyfikatorem, a więc o zmienionej konsystencji. Jednak gdy porównuje się ze sobą mieszanki o takiej samej konsystencji bez i z dodatkiem superplastyfikatora, to często szybsze zmiany parametrów Teologicznych występują w mieszankach z superplastyfikatorem, zwłaszcza gdy różnica stosunków w/c tych mieszanek jest duża.
Granica płynięcia t0 (g) wzrasta z upływem czasu (rys. 3,3, 3.4, 3.7 - 3.11, 3.16, 3.17).
Wzrost ten w przypadku mieszanek z dodatkiem SNF jest mniejszy niż w przypadku mieszanek o identycznym stosunku w/c bez jego dodatku. W tych samych warunkach wzrost granicy płynięcia x0 (g) mieszanek z dodatkiem SMF może być nawet dwukrotnie większy.
W przypadku mieszanek z dodatkiem PE i PC wzrost granicy płynięcia t0 (g) jest wolny; w takich samych warunkach nawet trzykrotnie mniejszy od mieszanek z dodatkiem SNF.
Zwiększenie dodatku superplastyfikatora zmniejsza wzrost granicy płynięcia t0 (g) w czasie.
Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne.. 53
Kierunek i zakres zmian lepkości plastycznej r|pi (h) w czasie zależą od stosunku w/c mieszanki, rodzaju superplastyfikatora, a w przypadku superplastyfikatorów PC i PE również od masy cząsteczkowej i budowy tworzących je polimerów. W przypadku mieszanek z dużym dodatkiem superplastyfikatora lub o relatywnie dużym stosunku w/c, a także w przypadku mieszanek o dużym stopniu wypełnienia kruszywa zaczynem <pz/k występuje tendencja do wzrostu lepkości plastycznej r]pi (h) z upływem czasu (rys. 3,3, 3.4, 3.8 - 3.10, 3.16). Przy małym stosunku w/c, małym dodatku superplastyfikatora oraz przy małym wskaźniku wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaczynem <pz/k lepkość plastyczna r|pi (h) mieszanek może wykazywać wyraźną tendencję do zmniejszania się z upływem czasu (rys. 3,3, 3.4, 3.7 - 3.11, 3.16, 3.17). Zakres zmian lepkości plastycznej r)pi (h) w czasie mieszanek z dodatkiem PC i PE maleje ze wzrostem masy cząsteczkowej i długości łańcuchów bocznych polimerów zawartych w tych superplastyfikatorach.
Wolniejszy wzrost granicy płynięcia t0(g) i lepkości plastycznej r|pi (h) stwierdzono, jak można się tego spodziewać, w przypadku mieszanek z cementami z dodatkami i o małej zawartości C3A (rys. 3.10, 3.11).
Opóźnienie dodania superplastyfikatora SNF zmniejsza zakres zmian granicy płynięcia T0 (g) w czasie, czemu nie towarzyszą większe zmiany lepkości plastycznej r)pi (h).
Opóźnienie dodania superplastyfikatorów PC i PE nie wpływa na zakres zmian parametrów Teologicznych mieszanki w czasie.
Kierunek i zakres zmian parametrów Teologicznych w czasie są wyraźnie związane z temperaturą mieszanki i mogą się zmieniać w szerokim zakresie w zależności przede wszystkim od rodzaju i właściwości cementu i superplastyfikatora, ilości dodanego superplastyfikatora oraz od stosunku w/c. Dotychczasowe prace obejmujące te zagadnienia nie pozwalają jednak na uogólnienia.
Analiza dostępnych wyników badań pokazuje, że zmiany parametrów reologicznych mieszanki w czasie są również związane z zawartością zaczynu w mieszance oraz początkową wielkością parametrów reologicznych. Im mniejszy jest wskaźnik wypełnienia stosu okruchowego kruszywa zaczynem q>z/k, tym zmiany parametrów reologicznych mieszanki w czasie są większe (rys. 3.9). Im większa jest początkowa granica płynięcia x0 (g), tym szybkość jej wzrostu jest również większa (rys. 3.9).
54 Wplyw superplasty fikatorów na właściwości reologiczne..
3 .7 . W p ly w d o m ie s z e k c h e m ic z n y c h i d o d a tk ó w m in e r a ln y c h na efek ty d z ia ła n ia s u p e r p la s ty fik a to r a
W skład zaprawy i betonu często wchodzą domieszki chemiczne i dodatki mineralne.
Odgrywają one ważną rolę w technologii betonu, gdyż ich stosowanie pozwala na korzystne zmiany właściwości mieszanki betonowej i betonu oraz uzyskanie znacznych korzyści technicznych i ekonomicznych. Ponadto, stosowanie dodatków jest często równoznaczne z utylizacją odpadów przemysłowych. Właściwości i podstawowe efekty stosowania typowych dodatków i domieszek omówiono w opracowaniach monograficznych (Aitcin [1], Giergiczny et al. [65], Neville [138], Nocuń-Wczelik [140], Ramachandran [153]).
100
80 ■
w/c = 0,40 Cement:
g po 1 0 min C3A - 2%, Swc - 370 m /kg, S 03 - 3%
ILOŚĆ AE, % C Na2Oe - 0,3%
— PE1/b0,5%
— PE3/b0,5%
— PC/b0,5%
-Na2Oe - 1,1%
- PE1/b-0,5%
— PE3/b-0,5%
-PC/b-0,5%
ILOŚĆ AE, % C Na2Oe - 0,3%
* — PE1/b-0,5% ■
■ — PE3/b-0,5% ■ k— PC/b-0,5% ■
Na20 „ - 1,1%
>— PE1/b-0,5%
3— PE3/b-0,5%
i — PC/b-0,5%
Rys. 3.19. Wpływ domieszki napowietrzającej na parametry reologiczne zapraw z cementami o 2% C3A i superplastyfikatorami PE i PC [68, 71]
Fig. 3.19. The effect of air-entrained admixture on rheological parameters of mortars with 2% C3A cements and PC and PE superplasticizers [68, 71]
Wplyw superplastyfikatorów na właściwości reologiczne. 55
DODATEK SF, % C g po 10 min g po 60 min -Cement A — » — Cement A - Cement B — A— Cement B
DODATEK SF, % C h po 10 min h po 60 min -Cement A — ■ — Cement A
- Cement B A Cement B
Cement Składniki [%]
S * [cm2/g]
C3S C2S C3A C4AF S03 Na20 „
A 58 15 12 10 3,0 0,3 3700
B 59 16 12 9 3,0 1,1 3700
Rys. 3.20. Wpływ pyłu krzemionkowego na parametry reologiczne zapraw z dodatkiem superplastyfikatora PE [74]
Fig. 3.20. The influence of silica fume on rheological parameters of mortars with PE superplasticizer [74]
Stosowanie dodatków i domieszek powoduje zwykle znaczne zmiany parametrów Teologicznych mieszanki. Ze względu na znaczenie problemu wpływ domieszek i dodatków na właściwości reologiczne mieszanek był przedmiotem licznych badań, m. in. Farouga et al.
[51, 52], Giergicznego et al. [65], Gjorva [66, 67], de Larrarda [115], Soutsosa i Domonea [164, 165], Szwabowskiego i Gołaszewskiego [174], Tattersalla i Banfilla [180], Urbana [200], Wallevika et al. [201, 204]. W badaniach tych koncentrowano się głównie na zagadnieniach wpływu rodzaju oraz ilości domieszek i dodatków na Teologię mieszanek bez i z dodatkiem różnych superplastyfikatorów. Ze względu na szeroki zakres badań, prace te pozwalają na pewne uogólnienia, dotyczące wpływu dodatków mineralnych, a szczególnie pyłu krzemionkowego, popiołu lotnego, mielonego granulowanego żużla wielkopiecowego, metakaolinitu, mączki ceglanej oraz domieszek napowietrzających na parametry reologiczne mieszanek. Uogólnienia takie przedstawiono w pracach Tattersalla [190], Szwabowskiego [180], de Larrarda [115], Gjorva [66, 67].
Stosunkowo mniej uwagi poświęcano przy tym zagadnieniom efektywności działania superplastyfikatorów w obecności różnych domieszek chemicznych i dodatków mineralnych oraz ich wpływowi na reologiczną kompatybilność układu cement - superplastyfikator.
56 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne..
Analiza wyników badań, np. Collepardiego et al. [24], Farouga et al. [51, 52], Giergicznego et al. [65], Gołaszewskiego et al. [68, 74], Kucharskiej et al. [122], Takady [186], Urbana [200], Wallevika [201], wykazuje, że w przypadku równoczesnego stosowania superplastyfikatorów oraz innych domieszek chemicznych i dodatków mineralnych zmiany parametrów Teologicznych mieszanki mogą nie stanowić prostej addytywności wpływu tych czynników. Wpływ domieszki napowietrzającej oraz pyłu krzemionkowego przedstawiono kolejno na rys. 3.19 i 3.20.
3 .8 . P o d s u m o w a n ie
Omówienie danych literaturowych pozwala na pewne uogólnienia wpływu superplastyfikatorów na parametry reologiczne mieszanek. Podstawowe tendencje wpływu superplastyfikatorów na parametry reologiczne i ich zmiany w czasie zapraw i mieszanek betonowych zestawiono w tabl. 3.2.
Na podstawie przedstawionej analizy można stwierdzić, że pomimo dużej liczby badań wciąż nie uzyskano dostatecznych danych, pozwalających na racjonalne stosowanie superplastyfikatorów. Większość opublikowanych prac dotyczy superplastyfikatorów SNF i SMF. Niewiele prac omawia natomiast wpływ superplastyfikatorów PC i PE, których stosowanie warunkuje wykonywanie betonów wysoko wartościowych i samozagęszczalnych.
Jest to związane ze stosunkowo krótkim czasem od wprowadzenia tych superplastyfikatorów do praktyki budowlanej. Brakuje również systematycznych badań wpływu właściwości fizykochemicznych cementów i superplastyfikatorów na charakter i wielkość zmian parametrów Teologicznych mieszanek, obejmujących szerszy zakres zmian tych czynników i jednocześnie uwzględniających występowanie współzależności między nimi. Nie pozwala to na skuteczne prognozowanie wpływu superplastyfikatorów na parametry reologiczne mieszanki w oparciu o jej podstawowe właściwości i właściwości cementu. Nie jest dotychczas szerzej rozpoznany problem zmienności efektów działania superplastyfikatorów, zwłaszcza superplastyfikatorów PE i PC, w obecności najczęściej stosowanych dodatków mineralnych. Brakuje także systematycznych prac, dotyczących wpływu temperatury na parametry reologiczne mieszanek w zależności od właściwości fizykochemicznych superplastyfikatora i cementu. Interpretację dostępnych danych o Teologicznych efektach działania superplastyfikatorów dodatkowo komplikuje brak ujednoliconych metod badań oraz niepełna charakterystyka stosowanych materiałów.
58 Wpływ superplastyfikatorów na właściwości reologiczne...
Skłoniło to autora do podjęcia systematycznych badań, obejmujących w dużym zakresie zmienności wpływu następujących czynników na parametry reologiczne mieszanek z superplastyfikatorami:
■ właściwości cementów i superplastyfikatorów,
■ rodzaju i ilości dodatku mineralnego - popiołu lotnego, zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego oraz pyłu krzemionkowego,
■ obniżonych i podwyższonych temperatur.
W oparciu o wyniki tych badań opracowano modele matematyczne, ujmujące wpływ właściwości cementu na parametry reologiczne mieszanek z superplastyfikatorami i ich zmiany w czasie. Mając na względzie pracochłonność badań, a jednocześnie konieczność wyeliminowania wpływu zmian uziamienia kruszywa na właściwości reologiczne mieszanek, przeprowadzono je na zaprawach normowych wg PN EN 196 - 1, jednak o różnym stosunku w/c. Równocześnie, jak to wykazano w rozdz. 1.4, zjawiska zachodzące w zaprawach i mieszankach betonowych m ają ten sam charakter, a tendencje zmian ich właściwości reologicznych pod wpływem dodatku superplastyfikatora są analogiczne.
ROZDZIAŁ 4