CC BY
28
-□ □-
Наведено результати дослидження влас-тивостей реакцшних порошкових бетотв, як являють собою композицию з портландцементу, дрiбного заповнювача й поверхнево-активних речовин, що утворюють мцели, призначених для створення спещальних будi-вельних конструкцш, у першу чергу моно-лтних. Показана здаттсть поверхнево-активних речовин, як утворюють мщели, тдвищувати швидтсть формування мщнос-тi означеного бетону
Ключовi слова: бетон, мщтсть, поверх-нево-активш речовини, мщелярний каталiз,
цемент, порошок, заповнювач, швидтсть □-□
Приведены результаты исследования свойств реакционных порошковых бетонов, которые представляют собой композицию из портландцемента, мелкого заполнителя и мицеллообразующих поверхностно-активных веществ, предназначенных для создания специальных строительных конструкций, в первую очередь монолитных. Показана способность мицеллообразующих поверхностно-активных веществ повышать скорость формирования прочности указанного бетона Ключевые слова: бетон, прочность, поверхностно-активные вещества, мицелляр-ный катализ, цемент, порошок, заполнитель, скорость -□ □-
1. Вступ
З кожним роком у свиовш практищ виробництва бетону й залiзобетону стрiмкими темпами зростае ви-пуск високояюсних, високо й особливо мщних бетошв i цей прогрес став об'ективною реальшстю, обумовле-ною значною економieю матерiальних i енергетичних ресурав. Значш науковi досягнення в обласп створення суперпластифжованих в'яжучих речовин, мь кродисперсних сумшей з мжрокремнеземами, з реак-цiйно-активними порошками з високомщних гiрських порiд, дозволили довести водоредуцируючу дiю до 60 % з використанням суперпластифiкаторiв олiгомерного складу й гiперпластифiкаторiв полiмерного складу.
Найб^ьше повно сучаснi можливостi технологii бетону вщбилися в створеннi й виробництвi високоя-кiсних, високотехнологiчних, високофункцiональних бетошв (High Performance Concrete, HPC). Шд цим тер-мiном, прийнятим в 1993 р. стльною робочою групою ЕКБ/Ф1П, об'eднанi багатокомпонентнi бетони з ви-сокими експлуатацiйними властивостями, мщшстю, довговiчнiстю, адсорбцiйною здатнiстю, низьким кое-фiцieнтом дифузii й стираннiстю, надшними захисни-ми властивостями стосовно сталевоi арматур, високою хiмiчною стiйкiстю, бактерицидшстю й стабiльнiстю об'ему. Концепцiя НРС була досить докладно розро-блена [1]. Вш описуе НРС як «шженерний» бетон, у якому одне або трохи з його специфiчних властивостей
УДК 666.948 : 666.972.112
|DOI: 10.15587/1729-4061.2016.58718|
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ НАНОКАТАЛ1ЗУ НА ФОРМУВАННЯ М1ЦНОСТ1 РЕАКЦ1ЙНОГО ПОРОШКОВОГО БЕТОНУ
О . О . Ш и ш к i н а
Кандидат технiчних наук, доцент* E-mail: 5691 180@gmail.com О . О . Ш и ш KÍ н
Доктор техычних наук, професор* *Кафедра технологií будiвельних виробiв, матерiалiв i конструкцiй Криворiзький нацюнальний унiверситет вул. ХХ11-го партз'íзду, 11, м. Кривий Pir, Украíна, 50027
полшшеш шляхом обгрунтованого вiдбору компонен-tíb, проектування складу, а також ретельних укладан-ня й догляду.
Тим часом, передовi краши активно розвивають новi поколiння реакцiйно-порошкових бетошв у тому Í3 прискореними строками твердшня й набору мщноси бетонами, особливо в монолiтному будiв-ництвi. Особливо перспективнi отриманi наприкшщ 80-х рокiв двадцятого сторiччя у Францп так званi реакцiйнi порошковi бетони - Reactive powder concretes (RPC). Це нове поколшня бетошв з мщшстю при стиску ввд 200 до 800 МПа й мщшстю при розтяганш 25-150 МПа, енерпею руйнування 3000 Дж/м3 i серед-ньою щiльнiстю 2500-3000 кг/м3. Компонентами тако-! го бетону е портландцемент, тонкозернистий порошок типу мжрокремнезему (25-30 % маси цементу), дрiб-нозернистий пiсок з максимальною крупшстю зерен 0,3-0,4 мм, сталева мiкрофiбра й суперпластифiкатор (2,0-3,0 % маси цементу) при водотвердому вщношен-ш в дiапазонi 0,12-0,15. Бетон названий реакцшним порошковим унаслiдок високо! дисперсностi компо-нентiв i тдвищеного кiлькостi гiдравлично активних матерiалiв. Концепщя RPC полягае в одержаннi ма-терiалу, що володiе мiнiмумом дефекпв структури -мiкротрiщин i пор.
Бетони, призначеш для виготовлення спещаль-них будiвельних конструкцiй, особливо монолггних, повиннi мати певнi специфiчнi властивость У першу
!с о. о. шишкина, о. о. шишк1н. 20x6
чергу, це висока мщшсть i деюлька пiдвищена дефор-мативнiсть, яка дозволить демпфiрувати коливання конструкцiй, що виникають, наприклад, при сейсмiч-них впливах, що разом з тдвищеною мщшстю дозволить пiдвищити надiйнiсть будинюв i споруджень. Крiм цього таю бетони повинш мати велику швидюсть формування мiцностi для скорочення термтв будiв-ництва.
2. Аналiз лiтературних даних i постановка проблеми
Для прискорення твердшня бетону при вироб-ництвi конструкцiй використовують рiзноманiтнi методи:
- мехашчш - пiдвищення питомо! поверхш цементу;
- тепловi - вплив шдвищено! температури твердшня бетону, як при нормальному атмосферному, так i при пiдвищеному тиску;
- хiмiчнi - уведення добавок, що прискорюють твердiння [2].
Кожний iз означених методiв мае сво! недолiки.
Пiдвищення питомо! поверхнi цементу мае сво! об-меження як за величиною, перевищення яко! призво-дить до зворотно! агрегацi'i часток цементу [3]. Окрiм цього значно збшьшують витрати на виготовлення бетону.
Теплова обробка бетошв також мае сво! обмежен-ня. Так навiть згвдно нормативних документiв [2], для одержання високояюсних (у тому числi морозостш-ких) бетонiв треба зменшувати температуру iзотермiч-ного прогрiву до 333 К.
Традицшно для розв'язування задачi прискорення формування мiцностi бетону застосовуються добав-ки-прискорювачi твердiння [4]. Однак !х недолiком е втручання в хiмiчнi процеси твердiння в'яжучих речо-вин, зокрема, змiни !х спрямованост й утворювання нових «нестандартних» мiнералiв [4].
Аналiз результатiв наукових дослщжень в областi поверхнево-активних речовин показав, що практично всi сучаснi поверхнево-активш речовини, що вико-ристовуються в технологи бетону, вщносяться до мо-лекулярних. У той же час, з погляду фiзико-хiмiчно'i механiки найб^ьш доцiльне застосування коло!дних або (за класифжащею академiка П. О. Ребшдера) на-твколо!дних поверхнево-активних речовин. Даш види поверхнево-активних речовин е мщелоутворюючими поверхнево-активними речовинами - МПАР, тобто при певнш концентрацп, !х молекули поеднуються в мiцели, властивостi яких вiдрiзняються вiд власти-востей молекул. У першу чергу, мщели мають розмiри й форму, вiдповiднi до розмiрiв i форми наночастинок, тобто е наночастинками. Даш наночастинки - мщели, у значно меншому ступеш в порiвняннi з молекуляр-ними ПАР екранують зернини цементу, що знижуе !х вплив на строки тужавшня й твердiння бетону. Крiм цього мiцели МПАР практично не приводять до гiдрофобiзацп поверхнi часток цементу, поглинаючи при цьому гщрофобш частки, якi могли потрапити в бетонну сумш або спецiально уводяться в не!.
Системи «цемент-вода» являють собою складш системи, що входять до мережi субреакцш, якi вщно-сяться до багатокомпонентних реакцiй (БКР). Одним
з недолтв багатьох БКР, як i системи «цемент-вода» е !хня достатньо низька швидкiсть. Так, для реакцп гщратацп цементних мiнералiв звичайним часом пе-ретворення е юлька тижнiв або навiть мкящв, тому пошук ефективних методiв прискорення цих реакцш е актуальним завданням.
У цей час стшкою тенденцiею стало застосування рiзних видiв каталiзу практично до в«х реакцiй, ви-користовуваних у хiмп [5]. Навiть тi перетворення, як ранiше проводилися без використання будь-яких каталiзаторiв, зараз залученi в коло каталггичних про-цесiв, що вщбивае загальний генеральний напрямок.
Слщ зазначити, що застосування каталiтичних методiв для пiдвищення ефективностi багатокомпонентних реакцш (БКР) мае особливу специфжу. Тому традицшш методи прискорення хiмiчних процесiв (використання високих температур, кислот або основ) найчастiше не дають бажаного результату [6]. Звичай-но, вони джть неселективно, прискорюючи побiчнi двокомпонентш реакцГ!, приводячи до появи небажа-них продуктiв у системi.
Так, використання гранищ роздiлу фаз в емульаях i суспензiях для прискорення хiмiчних реакцiй, а також проведення синтезiв у тонких плiвках на поверх-нi неорганiчних матерiалiв дозволило розвити новi пiдходи до одержання найрiзноманiтнiших речовин, включаючи гетероциклiчнi сполуки. До подiбних ме-тодiв, що пiдвищують ефективнiсть хiмiчного синтезу, можна ввднести застосування мiцелярних розчишв [7], що набувае все б^ьшу популярнiсть в останнi роки. Зв'язок мiж структурою поверхово активно! сполуки й морфолопею агрегату, так само, як i рiзнi молекулярш взаемодГ!, що визначають властивостi агрегату, зараз стають б^ьш зрозумiлими [8]. В оргашзованих серед-овищах реакцп можуть бути, як прискореш, так i iнгi-бованi в порiвняннi з реакцiями в чистiй водь 1нтерес до мiцелярних розчинiв виникае через !хню загальну здатнiсть солюбШзувати хiмiчнi речовини у водних системах, i виконувати роль каталiзатора в хiмiчних реакцiях. Каталiз мiцелами включае, принаймш, три стадГ! [9]. Спочатку вщбуваеться зв'язування субстра-тiв з мщелою, а потiм у цш мiцелi або на !! поверхш йде хiмiчна реакцiя. На третш стадi! видiляеться цiльовий продукт. Мщелярний прискорювальний ефект викли-каеться комбшащею не ковалентних взаемодiй мiж мщелами з однiе! сторони й реагентами й активованим комплексом з шшо! сторони. Тому що мщелярний роз-чин можна розглядати як мжрогетерогенну систему, на реакщю, що каталiзуеться мщелами, впливае також локальний ефект середовища.
Орiентування й концентрирування молекул солю-бiлiзованих речовин у мщелах призводить до штотно! змiни кiнетики хiмiчно! взаемодГ! солюбШзованих молекул мiж собою й з шшими речовинами, розчиненими в середовишд.
У деяких випадках солюбШзащя супроводжуеть-ся значним збiльшенням швидкосп хiмiчно! взаемодi!, що лежить в основi нового напряму хiмiчно! кшети-ки - мiцелярного каталiзу [10].
В результат дослiджень синтезу оргашчних речовин установлено, що мжроемульсшш системи, що включають м1целоутворююч1 поверхнево-актив-нi речовини (МПАР), звичайнi ПАР (найчаспше це спирти С5-С12) i воду, а також системи, утримуючi,
KpiM перерахованих речовин, електролгти, придбали особливе значення в останш роки [10].
У той же час вщомо [11], що уведення полiспиртiв до складу реакцшних порошкових бетонiв призводить до збшьшення 1х мiцностi.
Тобто поеднання МПАР та полiспиртiв в комплек-снiй добавцi до системи «цемент - вода» може призве-сти, як до збшьшення швидкосп процесiв гiдратацii цементу, що призведе до збшьшення швидкостi форму-вання мщност бетону, так i до збшьшення абсолютноi величини цiеi мщность
Однак застосування мiцелярного каталiзу для ба-гатокомпонентних реакцiй мае й своi обмеження. Для появи вираженого ефекту прискорення ва вихiднi ре-агенти повиннi добре розчинятися в полярнш частинi мiцели, а якщо нi, то вони будуть перебувати в рiзних фазах i швидюсть реакцii рiзко впаде. Багато ПАР, що утворюють мiцели (МПАР) мають також специфiчну каталiтичну активнiсть.
Полшпирти, як вiдомо, розчиняють оксиди бага-товалентних металiв, у тому чи^ кальцiю, якi знахо-дяться в системi «цемент - вода», що тужавiе.
Таким чином, на основi аналiзу лiтературних даних встановлено шнування явища каталiзу багатокомпо-нентних реакцш органiчних речовин комбiнованими мiцелами, що складаються з МПАР та звичайно'! моле-кулярно'! ПАР [5-8], даних же про застосування мще-лярного каталiзу багатокомпонентних реакцiй неор-гашчних речовин в науковiй лiтературi не визначено.
3. Цшь i завдання дослщжень
Проведенi дослiдження ставили перед собою щль визначення впливу на швидюсть формування мщнос-тi RPC поверхово-активних речовин, що утворюють мщели.
Для досягнення поставленоi мети були виршеш наступнi завдання:
- визначити вплив мщелярного розчину, який складаеться iз поверхнево-активних речовин, що утворюють мщели та звичайних поверхнево-активних речовин, на мщшсть порошкових реакцшних бетошв;
- визначити вплив вмкту мщелярного розчину, який складаеться iз поверхнево-активних речовин, що утворюють мщели та звичайних поверхнево-активних речовин в реакцшному порошковому бетош на його мщшсть.
4. MaTepia™ та методи дослщження впливу МПАР, на швидюсть формування мщносл peaкцiйного порошкового бетону
4. 1. Дослщжуваш мaтepiaли та обладнання, що використовувались в експеримент
Для виготовлення бетону використовували портландцемент М400 ПАТ «Криворiжцемент» (Украiна), у якостi дрiбного заповнювача - ввдходи збагачення залiзних руд Новокриворiзького прничозбагачуваль-ного комплексу ПАТ «Арселор Мiтал Кривий Рiг», що мають максимальний розмiр часток 0,63 мм. У яко-стi мщелоутворюючих ПАР (МПАР) - олеат натрт (Simagchem Corp., Китай).
Компоненти бетонноi сумiшi дозувалися в необхщ-них, згвдно iз планом експерименту, юлькостях, пере-мiшувалися в лабораторному змiшувачi протягом 3 хв. Отримана сумш мiстилася в металеву форму-куб, що мае розмiр сторiн 15 см. Вщформоваш в такий спосiб зразки бетону твердши протягом 28 доби при вологос-тi навколишнього середовища 70±10 % i температурi навколишнього повiтря 293±2 К.
Дослiдження морфолопчних особливостей части-нок, фазового складу й структури цементного каменю проводили з використанням рентгенофазового аналь зу (дифрактометр ДРОН-3).
4. 2. Методика визначення показниюв властивос-тей зразюв
Опосередковану оцiнку впливу модифiкаторiв на ю-нетику твердiння цементу при водоцементному стввщ-ношеннi (В/Ц) 0,26 здшснювали за результатами визначення термжв тужавлення на приладi Вжа, фiксуючи у часi глибину занурення у цементне ткто голки приладу.
За основний показник, що характеризував кше-тику твердшня цементу тсля його тужавiння була прийнята мщшсть при стиску реакцшного порошкового бетону. Склад бетону був прийнятий постшним у вах дослiдженнях iз спiввiдношенням цемент/дрiбний заповнювач =1/2. Визначення величини межi мiцностi при стиску зразюв проводилося у вiдповiдностi до стандартних методик. Контроль мщност зразюв ро-били на унiверсальнiй машиш УММ-100.
5. Результати дослiджeння показнимв властивостей бетонних зpaзкiв
Результати визначення термжв тужавлення цементного пста (В/Ц 0,26) в залежностi вщ кiлькостi й виду поверхнево-активних речовин приведено в табл. 1.
Таблиця 1
Вплив поверхнево-активних речовин на шдекс розпкання та термши тужавлення цементного пста
№ Вид i юльюсть поверхнево активных речовин, 105 % Термши тужавлення, год. - хв.
МПАР ПАР початок кшець
1 - - 2-15 4-48
2 40 - 2-18 4-32
3 - 10 2-00 4-26
4 40 10 2-12 4-30
У наслiдку проведення дослщжень було встановлено, що введення до складу реакцшних порошкових бетошв (RPC) МПАР призводить до збшьшення мщ-ност бетону (рис. 1).
У процес виконаних експерименпв установлено, що введення в дослщжувану систему реакцшного порошкового бетону (RPC) мщелоутворюючого ПАР (МПАР) призводить до рiзкого збшьшення мiцностi одержуваного бетону у ввд 7 дiб (рис. 2). При цьому вщзначаеться наявшсть оптимального вмiсту МПАР у юлькост 0,0004 % вiд маси цементу, яке забезпечуе формування максимальноi мщност системи.
Збiльшення мiцностi бетону, як показника ступеш протiкання реакцiй гщратацп мiнералiв цементу, при
зазначеному незначному вмкт МПАР, свщчить про 1х каталiтичний характер.
Вшносна мщшсть.% 125
Вшносна мщшсть.%
120
115 110
105
100
< у= -0.0 19*2 +1,250х + К2 =0,932 100,3
/
/
Вшст МПАР,% Рис. 1. Вплив МПАР на мщшсть RPC
Вшносна мщшсть,'
170
160 150 140 130 120 110 100
у
-0,0 37х2 + 1^ = 1 \
,942
10
20
30
40
50
60
70
ВмктМПАР. 105,'
Рис. 2. Вплив вмюту МПАР на мiцнiсть RPC при стиску у вiцi 7 дiб
Враховуючи загальнi положення мiцелярного ка-талiзу, на наступному етапi експерименту в систему вводили додаткову ПАР (полкпирт). У результат експериментiв установлене, що введення цих речовин, сприяе збiльшенню мiцностi бетону у вщ 7 дiб (рис. 3).
У вщ 28 доби характер впливу МПАР на мщшсть дослiджуваного бетону трохи вiдрiзняеться вiд уста-новленого у вщ 7 доби (рис. 4, 5).
Результати дослщжень методом рентгенофазового аналiзу проб затвердiлого цементного каменю, отри-маного без уведення добавок i з комплексною хiмiчною добавкою на основi МПАР (рис. 6, 7), свщчать про те, що ви проби цементiв мають iдентичний фазовий мь нералогiчний склад.
200 180 160 140 120 100
у= -0,03 бх + 3,4б9х + 103,3 = 0,942
\
♦ МПАР ■ МПАР+ПАР
- у= -0.037хг + 2.ва1х+ 100,2 - 0,942
0 10 20 30 40 50 60 70
Вист МПАР, 10\%
Рис. 3. Вплив додатковоТ ПАР на мщшсть бетону у вiцi 7 дiб
Вшносна мщшсть.% 107
106 105 104 103 102 101 100
/ ♦ \ \
/ \
/ У = -0,00 5х2 4 0,34йх 4 100,2 \ 1^-0.965 \
/
/
10
20
30
40
50
60
70
ВмктМПАР. Ю3.%
Рис. 4. Вплив змкту МПАР на мщнють RPC при стиску у вiцi 28 дiб
Мщшсть п )И стиску, М Па
/ / у
У/ — ♦ - ПАР МПАР+ПАР
// // —• - без добавок
1/
Термш, д1б
Рис. 5. Кшетика формування мщносп RPC до вку у 28 дiб
Рис. 6. Дифрактограмма проби № 1 (вихщний цемент)
Рис. 7. Дифрактограмма проби № 2 (добавка МПАР+Гл)
Taким чишэм, в прoцеci ви^тання дocлiдження пo-газниюв влacтивocтей бетoнних зрaзкiв вcтaнoвленi ïx мехaнiчнa мiцнicть y рiзнoмy вщ^ a тaкoж кiнетикa фoрмyвaння мiцнocтi тa рентгенoфaзoвий aнaлiз прo-дукпв гiдрaтaцiï цементy.
6. Обговорення результата дослiджень впливу мiцел поверхнево-активних речовин на мщшсть реaкцiйних порошкових бетошв
При визнaченнi ефективнocтi кoмплекcнoï пoверx-невo-aктивнoï речoвини нa прoцеc тyжaвлення, як витiкae з oтримaниx резyльтaтiв (тaбл. 1), зaкoнoмiр-ним e прaктичнa cтaбiльнicть 4acy пoчaткy й кшця тyжaвлення дocлiджyвaнoгo цементy. Це oбyмoвленo тим, щo мiцели, яю yтвoрилa MПAР, не yтвoрили cy-цiльниx aдcoрбцiйниx шaрiв нa пoверxнi клiнкерниx мiнерaлiв, якi yпoвiльнюють прoцеcи дифузп ioнiв гщ-рoкcилiв тa yтвoрення криcтaлoгiдрaтiв. Слiд зaзнa-чити, шр приcyтнicть дoбaвки звичaйнoï ПАР тaкoж прaктичнo не призвелa дo змiни термiнiв тyжaвiння цементу. Boчевидь тaкий меxaнiзм впливу ПАР пoзнa-чaeтьcя ïï мaлoю кiлькicтю.
Отримaнi дaнi шoдo впливу кoмплекcнoï пoверx-невo-aктивнoï речoвини нa прoцеc тyжaвлення цементу, дoзвoляють cтверджyвaти нacтyпне: нa перших cтaдiяx тyжaвiння кoмплекcнa пoверxневo-aк-тивнa речoвинa прaктичнo не впливae нa швидкicть реaкцiй.
Резyльтaти визнaчення меxaнiчнoï мiцнocтi зрaз-кiв цементнoгo кaменю нa рaннix cтaдiяx твердiння з B/Ц 0,26 (риа 1) вкaзyють нa те, шр збiльшення тан-центрaцiï MПAР вище грaницi ïï мiцелoyтвoрення та певний 4ac прoтiкaння реaкцiй тyжaвiння, при-звoдить дo збiльшення мiцнocтi бетoнy (риc. 1). To6-то, збiльшення кoнцентрaцiï MПAР дo кoнцентрaцiï, Шo вiдпoвiдae фoрмyвaнню мiцел, cyпрoвoджyeтьcя збiльшенням швидкocтi прoтiкaння реaкцiй гiдрaтaцiï мiнерaлiв цементу, шo фiкcyeтьcя зрocтaнням мщто^ тi бетoнy. При дocягненнi MПAР певнoï кoнцентрaцiï в cиcтемi cпocтерiгaeтьcя нaйбiльш низький пoверxне-вий татяг i мaкcимaльнa мiцнicть, яга зaлежнo вiд йoгo cклaдy бетону в цьoмy випaдкy cтaнoвить 120-250 % мiцнocтi бетoнy без дoбaвoк.
Пoдaльше збiльшення вмicтy MПAР пoнaд них KKM, як вiдoмo, не привoдить дo змiни пoверxневoгo ттягу, a при збiльшеннi дo певнoï межi cyпрoвoджyeтьcя знижен-ням мiцнocтi бетoнy. Toбтo пoдaльше збiльшення юль-
кocтi MПAР призвoдить дo зменшення швидкocтi фoр-мyвaння мiцнocтi бетону, тобто зменшення ïï величини у певний 4ac ïï фoрмyвaння. Це пoяcнюeтьcя тим, шo зaйвi мoлекyли MПAР у виглядi мiцел пoчинaють екрaнyвaти чacтки цементу, знижуючи стутнь ïx гiдрaтaцiï.
Це дocтaтньo нaoчнo пiдтверджyeтьcя вдентичш-cтю вигляду зaлежнocтi мiцнocтi бетoнy, якa бyлa cфoрмoвaнa нa певний 4ac гiдрaтaцiï (риа 2), тa зaгaль-нo вдамш зaлежнocтi [9] швидкocтi xiмiчнoï реaкцiï вiд вмicтy MПAР (риc. 8).
Рис. 8. Залежнють швидкостi хiмiчноï реакци ацилiрування салiцилальдоксима n-нiтрофенiловим ефiром триметiлоцтовоï кислоти (за даними [8])
Bведення в cиcтемy дoдaткoвoï ПАР (у дaнoмy ви-пaдкy - пoлicпиртy - Гл), призвoдить дo змiни cклaдy i cтрyктyри мщел (риc. 9) тa cприяe збшьшенню мщ-нocтi бетoнy у ввд 7 дiб (риc. 3), oднaк при цьoмy не cпocтерiгaeтьcя oптимyмy у вмicтi MПAР. Boчевидь, це пoяcнюeтьcя видoм yтвoренoï мiцели, яга у дaнoмy випaдкy не пльки aдcoрбyeтьcя нa пoверxнi чacтинoк цементу зa рaxyнoк мoлекyл MПAР, a й рoзчиняe цi чacтики мoлекyлaми дoдaткoвoï ПАР.
У вiцi 28 дoби знaчнo зменшений вплив MПAР нa мiцнicть бетoнy (риc. 4), шр ще рaз пiдтверджye toro кaтaлiтичний xaрaктер. Toбтo дo цьoгo 4acy реaкцiï гiдрaтaцiï прaктичнo зaкiнчyютьcя, як у звичaйнoгo цементу, тaк i у цементу, дo я^то дoдaнo кoмплекcнy пoверxневo-aктивнy речoвинy. Перевищення мiцнocтi бетoнy, який мicтить тамплекгау пoверxневo-aктивнy речoвинy, у пoрiвняннi iз цементoм без дoбaвoк oбy-мoвлене, aбo дieю дoдaткoвoï ПАР, aбo пoкaзye мщ-нicть, яку мoже дocягнyти бетoн без дoбaвoк у бшьший термiн твердiння. Це питaння пoтребye дoдaткoвoгo дocлiдження, aле не cкacoвye визнaчений ефект мще-ляр^то кaтaлiзy.
Рис. 9. Мщели МПАР та МПАР+ПАР: а - мщела МПАР; б - мщела МПАР+ПАР
Кшетика формування мщносп бетону до вiку у 28 дiб (рис. 5) показуе, що найбiльший вплив на швид-кiсть формування мiцностi бетону, тобто протжання реакцiй гiдратацii, МПАР спостер^аеться у вiцi вiд 3 до 7 дiб. У подальшому iх вплив зменшуеться, тобто зменшуеться прискорення реакцш гiдратацii, але й у подальшому мщшсть порошкового реакцiйного бетону з мщелярним розчином залишаеться вищою за мiцнiсть того ж бетону без добавок.
Дослщжуваний бетон iз використанням МПАР (мiцелярного каталiзу) за 4 доби набувае мщноси 50 МПа (рис. 5), а бетон аналопчного складу, але без добавок набувае тiеi ж мщносп у вiцi 28 дiб (рис. 5).
У вщ 28 дiб мiцнiсть бетону з мiцелярним розчином стоновить 70 МПа, а бетону без добавок 50 МПа (рис. 5).
Рентгенофазовый аналiз проводили на дифрак-тометре «Дрон-4». На дифрактограмах ушх проб (рис. 6, 7) вщзначеш дифракцiйнi вiдбиття в рент-генiвських спектрах, що належать наступним фазам:
- алггу CзS з мiжплощинними вiдстанями d/n= =0,304; 0,299; 0,277; 0,274; 0,261; 0,232; 0,218 нм;
- белиу p-C2S ^/п=0,305; 0,287; 0,281; 0,279; 0,274; 0,271; 0,260; 0,232 нм);
- трикальщевому алюмшату С3А (d/n=0,305; 0,299; 0,278; 0,270; 0,220; 0,204 нм);
- чотирикальщевому алюмофериту C4AF (d/n= =0,723; 0,270; 0,265; 0,217; 0,204 нм);
- портландиту Са(ОН)2 (d/n=0,493; 0,311; 0,263 нм);
- етринпту C3A•3CaSO4•32H2O (d/n=0,973; 0,561; 0,388 нм).
На пiдставi аналiзу отриманих даних можна зроби-ти наступнi висновки.
У рентгешвських спектрах усiх проб практично присутш дифракцiйнi вiдбиття вихiдних клшкерних мiнералiв. Причому iнтенсивнiсть цих ввдбитпв зменшуеться в пробах з добавкою МПАР, що, вочевидь, пов'язане з iхнiм впливом на гiдролiзно-гiдратацiйнi процеси в цементному камеш, що твердiе.
Слiд зазначити, що максимальна юльюсть портландиту (як ввдбиття поглиблення гiдратацii C3S i С^) спостерiгалася в пробi з добавкою МПАР.
Узагальнення отриманих результатiв рентгено-фазового аналiзу проб показуе наступне. По-перше, вiдсутнiсть хiмiчноi взаемодii добавки iз продуктами гiдролiзу й пдратацп клiнкерних мiнералiв, що тдтверджуеться практичною iдентичнiстю фазового складу проб чистого цементу й утримуючого комплек-сну хiмiчну добавку (МАПР+ПАР).
По-друге, зниження вмшту (вiдбиттiв) клiнкерних мiнералiв у пробах з добавкою, у порiвняннi iз пробами без добавки, свщчить про бiльш глибокий розвиток процеав гiдратацii цементу в присутностi даноi добавки. Результатом е ркт мiцностi цементного каменю, а на цш основi - i цементного бетону.
7. Висновки
1. Встановлено зб^ьшення мщност при стиску реакцшних порошкових бетонiв при введеннi до '¿х складу мiцелярного розчину, який складаеться iз по-верхнево-активних речовин, що утворюють мiцели, та звичайних поверхнево-активних речовин.
Даний процес ввдбуваеться за рахунок протжання процесiв, що пiдкорюються закономiрностям мщеляр-ного каталiзу.
2. Доведено, що величина мщност при стиску ЯРС залежить вiд вмiсту в ньому мщелярного розчину, який складаеться iз поверхнево-активних речовин, що утворюють мщели, та звичайних поверх-нево-активних речовин в складi цього бетону. При цьому оптимальний вмшт означеного мщелярного розчину коливаеться в межах вщ 0,00030 % до 0,00070 %.
Лиература
1. Aitcin, Р.-С. High Performance Concrete [Техт] / P.-C. Aitcin. - E&FN Spon. 2004. - 140 p.
2. Шишкшб, О. О. Технолопя бетону [Текст]: тдручник / О. О. Шишкш, О. П. Хшьченко. - Кривий Pir: «Видавничий д1м», 2007. - 376 с.
3. Ходаков, Г. С. Тонкое измельчение строительных материалов [Текст] / Г. С. Ходаков. - М.: Стройиздат, 1972. - 239 с.
4. Ратинов, В. Б. Добавки в бетон [Текст] / В. Б. Ратинов, Т. И. Розенберг. - М.: Стройиздат, 1989. - 187 с.
5. Стрижак, П. 6. Сучасш проблеми нанокатал1зу [Текст] / П. 6. Стрiжак // Вюник НАН Украши. - 2014. - № 7. - С. 16-24.
6. Березин, И. В. Физико-химические основы мицеллярного катализа [Текст] / И. В. Березин, К. Мартинек, А. К. Яцимир-ский // Успехи химии. - 1973. - Т. XLU, № 10. - С. 1729-1756. doi: 10.1070/RC1973v042n10ABEH002744
7. Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии [Текст] / под ред. Н. Миттел. - М.: Изд-во «Мир», 1980. - 598 с.
8. Паничева, Л. П. Влияние структуры эмульсионных и мицеллярных систем на кинетику каталитического окисления алкил-ароматических углеводородов [Текст]: автореф. дис. ... д-р хим. наук / Л. П. Паничева. — Москва, 1998. - 44 с.
9. Стрижак, П. Е. Наноразмерные эффекты в гетерогенном катализе. [Текст] / П. Е. Стрижак // Теоретическая и экспериментальная химия. - 2013. - Т. 49, № 1. - С. 1-19.
10. Щукин, Е. Д. Коллоидная химия [Текст] / Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. - М.: Издательство московского университета, 1982. - 348 с.
11. Shishkin, А. Low-shrinkage alcohol cement concrete [Text] / A. Shishkin, A. Shishkina, N. Vatin // Applied Mechanics and Materials. - 2014. - Vol. 633-634. - P. 917-921. doi: 10.4028/www.scientific.net/amm.633-634.917
