Способ потенциометрического определения сроков схватывания и ложного схватывания вяжущих

 

Союз Советских

С"-цмапистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 15.1179 (21) 2840364/18-25 (51) hh с присоединением заявки ¹

G 0) М 27/26

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 230881. Бизллетень № 31

Дата опубликования описания 230881 (53} УДК 543.257 (088. 8) /

А,С.Кошмай, И.A,Êðûæàíîâñêàÿ и О.П.Мчедлов-ФггрОсян !

f (72) Авторы изобретения с

Государственный всесоюзный институт пФ проектированию и научно-исследовательским работам" "10жгипроцемент" (21) Заявитель

{ 54 ) СПОСОБ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СРОКОВ СХВАТЫВАНИЯ И ЛОЖНОГО СХВАТЫВАНИЯ

ВЯЖУЩИХ

Изобретение относится к способам определения скорости структурообразования вяжущих веществ и может быть использовано в промышленности строительных материалов для определения

5 сроков схватывания и ложного схватывания вяжущих.

Известен электрохимический способ определения сроков схватывания вяжущих, основанный на измерении разности потенциалов между свинцовым и медным электродами, погруженными в свежеприготовленные цементное тесто, раствор или бетон. Этим способом сроки схватывания определяются по резкому 15 изменению разности потенциалов, вызываемому окислительно-восстановительными процессами на поверхности электродов вследствие проникновения кислорода воздуха в капилляры и поры схва- 20 тывающегося вяжущего (13.

Недостаток этого способа - сильная зависимость его от множества второстепенных факторов, например от содержания примесных химических ве25 шеств, влияющих на окислительно-восстановительные процессы, от парциального давления ки лорода воздуха, оТ степени чистоты материала электрол в и подготовки их рабочей поверх- 30 ности. В результате этого связь между структурными изменениями твердеющего вяжущего и окислительно-восстановительными процессами на электродах косвенная. Поэтому резкие изменения измеряемой разности потенциалов характеризуют не начало к конец схватывания, а неопределенный период схватывания, лишь произвольно сопоставимый с результатами гостирован. ых механических определений на приборе

Вика.

Кроме того, указанному способу присуща трудоемкость. Требуется предварительная тщательная очистка электродов от окислов в соляной кислоте и погружение этих электродов в тесто вяжущего с особыми предосторожностями. Причем .воспроизводимость эксперимента при этом невысокая.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения сроков схватывания гидравлических цементов путем измерения разности потенциалов между двумя электродами. Началом схватывания при этом считают время от момента затворения цемента водой до момента падения потенциала. Концом .схватывания считают время от начала

857842 эатворения до момента прекращения падения потенциала (23 .

Недостатком известного способа является зависимость величины и характера изменения потенциала железного .электрода от окислительно-восстановительных процессов, протекающих на его поверхности и непосредственно не связанных со структурными изменениями в твердеющем цементном тесте„ а также зависимость величины потенциала и характера его изменения от 10 материала электрода (чистое железо, сталь, марка стали), что создает чисто практические трудности. Кроме того, этот способ не пригоден для определения возможных случаев ложного схватывания цемента.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности определения сроков схватывания и определение лож-, ного схватывания вяжущих. 20

Для достижения поставленной цели измеряют разность потенциалов между двумя электродами сравнения, помещенными в емкости с растворами электролита различной концентрации и разделенными мембраной из твердеющего вяжущего.

При этом в качестве электродов сравнения. используют хлорсеребряные электроды, а в качестве электролита раствор хлористого калия. 30

Разность потенциалов в электрохимической цепи: Ад, AgCi, КС1„„„, мембрана из твердеющего вяжущего, КС1 и

АgС1, Аg, соответствующая предлагаемому способу, определяется выражениями

Е = Ч -9+0 (1)

Е = 2 (1- t — ) — 1п — 1 -, (3)

RT m f се где ш„ и я — мольные концентрации растворов; 4$

f u f — коэффициенты активнос1 и тей водных растворов

КС 1, соответствующие концентрациям rn„ H m;

У„ и Ч,2 — потенциалы хлорсерео- Я ряных электродов;

D — диффузионный потенциал;

t è г — числа переноса ионов

К и СГ; 55

Т - — температура исследуемой среды>

- число Фарадея;

R — газовая постоянная.

В рассматриваемой электрохимической цепи возникает заметный диффузионный потенциал вследствие того, что мембрана из твердеющего вяжущего, являющегося капиллярно-пористым телом, изменяет соотношение между числами переноса ионов.

Капиллярно-пористое тело, обладающее отрицательным поверхностным зарядом на границе твердой и жидкой фаз, увеличивает числа переноса катионов.

При положительном поверхностном заряде увеличиваются числа переноса анионов.

Продукты гидратации алита ибелита в цементном тесте имеют отрицательный поверхностный заряд. Продукты гидратации алюминатной и алюмоферритной составляющих, а также гипс и эттрингит имеют положительный поверхностный заряд. Твердеющее цементное тесто имеет суммарный отрицательный поверхностный заряд.

Таким образом, в рассматриваемой электрохимической цепи мембрана из цементного теста увеличивает числа переноса катионов (tк+), что приводит к значительному росту диффузионного потенциала в положительную сторону.

Способность изменять числа переноса ионов зависит также от состояния капиллярно-пористой структуры тела.

Поэтому цементное тесто, изменяя свою физическую структуру в процессе твердения, вызывает изменение диффузионного потенциала и следовательно разности потенциалов в рассматриваемой электрохимической цепи в соответствии с уравнениями 1-3.

В период схватывания цементное тесто теряет тиксотропные свойства и пластичность из-за процессов ингенсивного структурообразования в цементном геле. При этом быстро об- . разуется разветвленная сеть микрокапилляров и пор. Следовательно в этот период мембрана из твердеющего цементного теста вызывает наиболее быстрое изменение разности потенциалов.

Рост чисел переноса ионов К приводит к росту диффузионного потенциала 0 и разности потенциалов E в соответствии с уравнением 2. Начало и конец резкого изменения величины

Е определяет период схватывания цемента.

Началом схватывания следует считать время от момента затворения цемента водой до момента резкого возрастания разности потенциалов Е.

Концом схватывания. следует считать время от момента затворения до момента прекращения резкого возрастания величины Е.

На .графике функциональной зависимости E g (время) начало и конец схватывания определяют по точкам перегибов кривой Е-E (O).

Предлагаемый способ может быть использован также для определения ложного схватывания цементного теста.

Ложное схватывание заключается в том, что затворенный водой цемент очень быстро загустевает и схваты857842 вается, но при перемешивании вновь разжижается и в дальнейшем показывает нормальные сроки схватывания.

Причиной ложного схватывания является дегидратация двуводного гипса ! при недостаточном охлаждении клинке5 ра перед помолом цемента и нагревание в процессе помола.

Использование цементов, обладающих ложным схватыванием, приводит к потере удобоукладываемости цементным раствором или бетоном.

Образующийся при дегидратации пол водный гипс быстро схватывается в затворенном цементном тесте, одновременно ускоряя гидратацию трехкальциевого алюмината с образованием гидросульфоалюмината кальция. Таким образом, при ложном схватывании появляется тиксотропная капиллярно-пористая структура, образуемая указанными соединениями и имеющая положительный 20 поверхностный заряд. Следовательно, цементное тесто в период ложного схватывания увеличивает числа переноса анионов. В рассматриваемой электрохимической цепи при наличии мембра- 75 ны из цемента, обладающего ложным схватыванием, наблюдается уменьшение величины Е, вызванное ростом диффузионного потенциала в отрицательную сторону в соответствии с уравнениями 1 и 3. Следует считать, что цемент обладает ложным схватыванием, если в течение некоторого времени с момента затворения происходит уменьшение . величины Е, измеряемой в рассматриваемой цепи.

На фиг. 1 показана графическая зависимость изменения разности потенциалов Е от времени твердения трех различных цементов. Сроки схватывания, определенные по предлагаемому 40 способу, отмечены на кривых Е-E(i) индексами g и 8 . Сроки схватывания, определенные по стандартной методике, отмечены на этих же кривых крестиками. Как следует иэ анализа приведенных кривых сроки схватывания, определенные по предлагаемому способу и по стандартной методике хорошо коррелируют между собой, относительное расхождение между ними не превышает 5Ъ.

На фиг. 2 показана графическая. зависимость функции Е-Е(ь} для цемента, обладающего ложным схватыванием. В начальный период твердения наблюдается уменьшение величины

Е (интервал d. -p>, характерное для процессов ложного схватывания. В дальнейшем наступает нормальный процесс схватывания и следует подъем кривой Е-Е(7 ).

Предлагаемый способ отражает существо процессов, протекающих при схватывании вяжущих, так как он основан непосредственно на тех эффектах структурообразования, которые возникают в этот период и не связан с произвольными допущениями, что позволяет более точно и достоверно определять сроки схватывания. При э:.ом он отличается меньшей трудоемкостью, чем известные, и может быть применен в схеме автоматического управления и контроля процессов производства вяжущих.

Использование предлагаемого способа в текущем контроле производства цемента позволяет также своевременно обнаруживать ложное схватывание и устранять вызывающие его причины.

Формула изобретения

1. Способ потенциометрического определения сроков схватывания и ложного схватывания вяжущих путем измерения разности потенциалов между двумя электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения, измеряют разность потенциалов между двумя электродами сравнения, помещенными в емкость с растворами электролита различной концентрации и разделенными мембраной иэ твердеющего вяжущего.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, в качестве электродов сравнения используют хлорсеребряные электроды, а в качестве электролита — раствор хлористого калия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Й.Aschan nDetermlnlng the

setting time of cement paste, mortaг

and concrete". Magaz1nå Concrete

Research, 1966, ч.18, Ф 56, р.153160.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 171664, кл. С 01 и 27/26, 1965 (прототип).

857842 б d (Гас/

Ф /Aa

Составитель С. Чижевский

Техред М, Коштура Корректор М. Коста

Редактор О. Малец

Филиал ППП "Патент",r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7232/72 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5