Оксид железа как пигмент и гидратация цемента: влияние на сроки схватывания и прочность

Коротко говоря: Пигмент на основе оксида железа представляет собой мелкий порошок, а мелкие порошки конкурируют со всеми остальными компонентами бетонной смеси за воду и добавки. На большинстве предприятий влияние на срок схватывания и прочность через 28 дней незначительно и ошибочно приписывается пигменту, тогда как истинная причина лежит в другом. Проведите один контрольный замес и один окрашенный замес, используя один и тот же цемент, одно и то же водоцементное отношение и одинаковые условия твердения, затем сравните сроки схватывания и результаты испытаний кубиков. Эта единственная пара замесов даст ответ на настоящий вопрос вашего заказчика.

На заводе-бетонном узле цвет меняют в пятницу, а результаты испытаний кубиков, полученные во вторник, оказываются заниженными. В первую очередь винят пигмент — ведь он единственный компонент, чётко заметившийся как изменившийся. Иногда это справедливо. Чаще — нет.

Вот что действительно происходит в смесителе при добавлении колера.

Пигмент — это второй порошок в перегруженной системе

Цементные зёрна гидратируются и при этом поглощают воду и выделяют тепло. Оксид железа красный (Fe2O3) не обладает ни одним из этих свойств. Он химически инертен в системе портландцемента, поэтому сохраняет цвет на протяжении десятилетий.

Однако он добавляет поверхность. Пигмент в типичной дозировке для сквозного окрашивания бетона вводит большое количество очень мелких частиц. Эти частицы требуют воды, и им нужна вода именно в тот момент, когда смесь ещё остаётся пластичной. В результате обычно наблюдается небольшое повышение потребности в воде и пластичная смесь кажется несколько более жёсткой при том же значении осадки конуса.

Существует второй эффект, который часто ставит производственные предприятия в тупик. Поверхность мелких пигментных частиц может частично поглотить воздухововлекающую или пластифицирующую добавку до того, как она достигнет цемента. Доза, указанная вами в карте замеса, по-прежнему находится в барабане. Однако её действующая часть уменьшается.

Первым признаком этого становится изменение сроков схватывания

Процесс схватывания — это тепловое и химическое явление. Трикальцийсиликат (C3S, основная фаза, обеспечивающая прочность в портландцементе), начинает реагировать, и цементное тесто загустевает. Любые факторы, замедляющие доступ воды к цементным зёрнам, смещают эту кривую вправо.

На практике окрашенная смесь зачастую схватывается немного позже контрольной. Смещение на десять–двадцать минут — типичное явление и обычно не представляет опасности. Важно лишь, остаётся ли смещение стабильным и изменяется ли оно при увеличении дозы пигмента.

Существует два метода определения этого параметра. Метод иглы Вика (ASTM C191 — испытание на проникновение иглы в цементное тесто) даёт чёткое численное значение в лабораторных условиях. Метод сопротивления проникновению (ASTM C403 — вдавливание зонда в просеянный раствор) лучше подходит для реальной смеси с заполнителем. Любой из этих методов, применённый как к контрольному образцу, так и к окрашенному образцу из одной и той же партии цемента, позволяет определить величину смещения.

Изолирование пигмента от всего остального

Потеря прочности имеет множество причин. Вариации партий цемента, влажность заполнителя, допуски при дозировании, условия твердения и температура укладки — всё это влияет на результат. Если одновременно изменить и пигмент, и состав смеси, вы ничего не узнаете.

Сохраняйте контрольный образец объективным: тот же силос цемента, тот же штабель заполнителя, то же водоцементное отношение (В/Ц — масса воды, делённая на массу цемента), та же партия добавок. Меняйте только пигмент. Изготавливайте цилиндрические образцы из обеих смесей, твердите их рядом друг с другом и проводите испытания на сжатие в возрасте 7 и 28 дней по стандарту ASTM C39.

Если прочность окрашенной смеси ниже контрольной на обоих сроках, а разница увеличивается, это подтверждает реальное влияние пигмента, и первым параметром, требующим проверки, является дозировка. Если же результаты двух образцов укладываются в пределы естественного разброса ваших собственных испытаний, пигмент не является причиной проблемы — следует обратить внимание на условия твердения и влажность.

Будьте честны и в отношении разброса результатов. Два цилиндра — это недостаточное основание. Заводы по производству бетонных смесей, спорящие о половине мегапаскаля на основе отдельных кубиков, как правило, спорят о шуме измерений.

Три фактора важнее цвета

Дозирование пигмента по массе, а не по объёму. Пигмент, взвешенный с точностью до килограмма для замеса объёмом 2 кубических метра, допустим. Пигмент, добавленный лопатой, недопустим; при этом возникающие колебания цвета обычно ошибочно приписывают поставщику.

Время диспергирования. Пигмент, добавленный в конце цикла и выгруженный через тридцать секунд, никогда не диспергируется должным образом. В результате возникают полосы, а полученная смесь ведёт себя иначе, чем та, что была протестирована в лаборатории. Предоставьте полное время перемешивания и проследите за выгрузкой.

Обязательное твердение. Окрасленный бетон оценивают по поверхности, а именно на поверхности первыми проявляются последствия твердения. Окрашенная плита, которая высыхает преждевременно, выглядит пятнистой, и это ошибочно расценивают как дефект пигмента. Обычно это не так.

То, где завод допускает ошибку, почти всегда связано именно с этими тремя параметрами, а не с барабаном пигмента.

Испытание, которое даёт ответ на вопрос за один замес.

1. Возьмите номер партии цемента, которую вы фактически будете использовать, и сохраните контрольную и испытательную смеси на этой же партии.
2. Зафиксируйте водоцементное отношение и дозировку добавки на бумаге до начала работ и запишите целевое значение осадки конуса.
3. Приготовьте контрольную смесь без пигмента. Отформуйте цилиндры и измерьте время схватывания по Викату или глубину проникновения.
4. Приготовьте окрашенную смесь в производственной дозировке. Используйте тот же цемент, те же заполнители и то же водоцементное отношение. Отформуйте цилиндры и проведите измерения тем же способом.
5. Запишите значения осадки конуса для обеих смесей. Если потребность в воде изменилась, укажите, сколько воды или добавки потребовалось для восстановления целевого значения осадки.
6. Разрушьте цилиндры в возрасте 7 и 28 дней. Храните результаты вместе с записями по замесам, а не в чьей-либо личной тетради.
7. Если в производстве применяется более одной дозировки пигмента, повторите испытание при верхнем пределе диапазона. Эффект зависит от дозировки.
8. Сохраняйте образец партии пигмента (утвержденный образец, хранящийся для сравнения) вместе с образцом партии цемента, чтобы в споре в следующем году у вас были доказательства.

Что поставщик пигментов обязан предоставить вам в данном случае

Поставщик пигментов не может сообщить вам, как его продукт ведёт себя в вашем смесителе. Он может указать состав продукта и обеспечить поставку одного и того же продукта из партии в партию, чтобы ваши испытания оставались валидными.

Мы производим пигменты на основе оксидов железа в течение 26 лет: красные (Fe2O3), жёлтые (α-FeOOH), чёрные (Fe3O4), коричневые, а также композитные зелёные и синие марки для бетона, строительного раствора, асфальта, покрытий, пластмасс и резины. Минимальный объём заказа — 1 тонна (1000 кг); пробные количества могут быть взяты из той же производственной партии, на которую ссылается коммерческое предложение; номер партии и сертификат анализа предоставляются совместно.

Если вы решаете задачу по достижению заданного времени схватывания или прочности на окрашенной смеси, направьте нам состав смеси и партию цемента, которую вы используете. Мы подберём партию пигмента, соответствующую ей, чтобы единственной переменной в вашем испытании осталась та, которую вы намеревались проверить.

Контакт: [email protected] | +86-13400211655