К настоящему времени выполнен ряд исследований реологических особенностей цементных систем с СП [54]. Вместе с тем интересно оценить изменение наиболее важных реологических параметров цементного теста при введении наряду с СП добавок — замедлителей схватывания.
При исследовании структурированных дисперсных систем, к которым относятся и цементно-водные системы, часто применяют ротационную реометрию, так как с ее помощью могут быть реализованы практически неограниченные деформации сдвига с заданной скоростью.
Для определения реологических характеристик цементного теста нами использован ротационный вискозиметр РВ-4 (с коаксиальными цилиндрами). Такие ротационные вискозиметры позволяют получать зависимости типа деформация — напряжение сдвига и вязкость — напряжение сдвига. Для этого пространство между коаксиальными цилиндрами заполняют цементным тестом, последовательно задают ряд значений напряжений сдвига и определяют частоту вращения одного цилиндра относительно другого.
Исследованы цементные пасты с В/Ц=0,3 при определении реологических свойств через 5; 20 и 60 мин после затворения. Найдены зависимости градиента скорости ε цементного теста от напряжения сдвига Р при использовании различных цементов и ПФМ. Градиент ε, характеризующий перепад скоростей по толщине слоя материала, заключенного в узком зазоре между цилиндрами,
где R=20 мм и r=5 мм — радиусы наружного и внутреннего цилиндров; n — частота вращения внешнего вращающегося цилиндра.
Напряжение сдвига
где k0 — константа прибора; F — вес груза, соответствующая началу вращения внешнего цилиндра прибора.
Константа прибора
где h — глубина погружения внутреннего цилиндра в исследуемую массу; g — ускорение свободного падения.
Принимаем k0 = 27 500 (м·с2)-1.
Зависимости ε от Р представлены на рис. 5—7. Они характеризуют реологические кривые в диапазоне ε=1...20 с-1 на линейном (бингамовском) участке. Реологические кривые структурированных твердообразных систем позволяют выделить ряд дополнительных характеристик. В частности, при пересечении продолжения бингамовского участка кривой с осью Р можно найти условный динамический предел текучести Pk2. На бингамовском участке зависимости ε от Р эффективная вязкость
Значения Pk2 и эффективной вязкости цементного теста с добавлениями ПФМ при различном времени с начала затворения приведены в табл. 6, откуда видно, что вязкость цементного теста с добавками С-3 и ПФМ на порядок меньше, чем без добавок. Кинетика изменения реологических параметров при введении С-3 и ПФМ с замедлителями схватывания существенно отличается. Если в первом случае через 60 мин ηm и Pk2 приближаются к значениям, характерным для чистого цементного теста, то во втором удается их в значительной мере стабилизировать. Наибольший эффект стабилизации ηm и Pk2 наблюдается через 60 мин после затворения при введении сахаросодержащих ПАВ, наименьший — при введении СДБ и КО СЖК. Так, если при введении добавок КП и МС через 60 мин после затворения теста снижается почти в 4 раза, то при введении СДБ — всего в 1,25 раза.
Повышение алюминатности цемента способствует заметному увеличению как вязкости, так и условного предела текучести цементного теста.
Для характеристики структурно-механических свойств вязких сред, к которым можно отнести и цементное тесто, распространение получили пенетрационные методы и особенно метод погружения конуса. Этот метод, разработанный П. А. Ребиндером, отличается простотой и удобством и позволяет по изменению пластической прочности объективно судить о кинетике структурообразования цементного теста.
Испытания проведены на коническом пластомере конструкции МГУ. На рис. 8 представлены результаты определения пластической прочности цементного теста нормальной густоты как без добавок, так и с добавками СП и ПФМ.
Из рис. 8 следует, что все композиционные добавки в течение первых 2... 4 ч замедляют процессы структурообразования. В последующий период скорость процессов структурообразования постепенно выравнивается. Наблюдается существенное различие в наборе пластической прочности в зависимости от вида замедляющего агента в составе ПФМ и содержания алюминатной фазы в цементе. В наибольшей мере удлиняют период формирования структуры ПФМ с фосфатным замедлителем, бурой, сахарной патокой и молочной сывороткой. Эффект их воздействия при оптимальных дозировках примерно одинаков. Вместе с тем в последующий период упрочнения структуры влияние этих ПФМ различно. Наибольшая скорость упрочнения структуры характерна для цементного теста с сахаросодержащими добавками.
Повышение содержания С3А в цементах способствует в целом более интенсивному росту пластической прочности. В меньшей мере алюминатность цементов сказывается на росте пластической прочности при добавках ПФМ с СДБ, что, по-видимому, объясняется избирательным адсорбционным воздействием лигносульфонатов на С3А.
Введение в цемент опоки и шлака не сказалось существенно на кинетике роста пластической прочности цементного теста. Эти данные согласуются с известными экспериментальными результатами [59], где показано, что присутствие добавки С-3 либо ускоряет, либо замедляет структурообразование цементного теста в зависимости от содержания С3А в клинкере портландцемента. Последнее объясняется тем, что при повышении алюминатности цемента пептизация гидратирующихся частиц преобладает над стабилизацией коагуляционной структуры, что в конечном счете ускоряет структурообразование. В низкоалюминатных цементах наблюдается обратный эффект и в присутствии С-3 процессы структурообразования замедляются. Из рис. 8 видно, что введение замедляющих агентов в композиции с СП нивелирует это различие. Независимо от содержания С3А в цементе ПФМ удлиняют период формирования структуры, хотя в высокоалюминатных цементах этот эффект несколько ниже.