CC BY
30
УДК 691.544 DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-1-133-139
Е.Е. САБИТОВ, Д. С. ДЮСЕМБИНОВ, Д. О. БАЗАРБАЕВ, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИИ БЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛИМЕРНОЙ ЭМУЛЬСИИ
В статье рассмотрены вопросы улучшения качества ячеистого бетона путем применения ряда технологических процессов, позволяющих значительно улучшить потенциал используемых компонентов и при этом получить материал с высокими качественными показателями.
Проведены исследования композиционного газобетона с улучшенными физико-механическими свойствами. Для получения высоких показателей качества в технологии применяли роторно-пульсационный аппарат, который, создавая высокочастотные колебания, сопровождающиеся кавитацией, обеспечил получение качественной эмульсии полимерного компонента и алюминиевой пудры. За счет качественного омыления газо-образователь равномерно распределился по структуре раствора и вступил в реакцию с цементным вяжущим, создав равномерное поровое пространство. А полимерный компонент, обволакивая пору, обеспечил гидрофобность материала и усилил его прочность.
Ключевые слова: газобетон; модификатор; полимерный компонент; морозостойкость; теплоизоляция; эмульсия; диспергатор.
Для цитирования: Сабитов Е.Е., Дюсембинов Д.С., Базарбаев Д.О. Исследование свойств композиции бетона с использованием полимерной эмульсии // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. Т. 22. № 1. С. 133-139. DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-1-133-139
E.E. SABITOV, D.S. DUSEMBINOV, D.O. BAZARBAYEV, L.N. Gumilyov Eurasian National University
CONCRETE COMPOSITION PROPERTIES MODIFIED BY POLYMER EMULSION
The paper deals with the quality of gas concrete by using a number of process technologies that can significantly improve the potential of the added components. The proposed technology for composite gas concrete production improves its physical-and-mechanical properties due to the use of a rotary-pulsation apparatus, which creates high-frequency vibrations accompanied by cavitation and produced a high-quality polymer emulsion and the aluminum powder. Due to high-quality saponification, the gasifier evenly distributes in the concrete paste structure and reacts with the cement binder, thereby creating a uniform pore space. And the polymer emulsion envelopes pores and improves the material hydrophobicity and strength.
Keywords: gas concrete; modifier; polymer emulsion; frost resistance; thermal insulation; powder dispenser.
For citation: Sabitov E.E., Dusembinov D.S., Bazarbayev D.O. Issledovanie svoistv kompozitsii betona s ispol''zovaniem polimernoi emul''sii [Concrete composition properties modified by polymer emulsion]. Vestnik Tomskogo gosudarstven-
© Сабитов Е.Е., Дюсембинов Д.С., Базарбаев Д.О., 2020
nogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta - Journal of Construction and Architecture. 2020. V. 22. No. 1. Pp. 133-139.
DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-1-133-139
В современных условиях развития строительства в Казахстане на фоне быстро развивающихся технологий ставится вопрос о внедрении новых перспективных технологий, в основе которых предполагается широкое использование местных сырьевых ресурсов и новых технологических приемов с целью получения высокоэффективных материалов.
Следовательно, вопрос обоснования и разработки экологической и безопасной технологии производства композиционных газобетонных изделий является актуальным.
Цель работы: исследование полимерной эмульсии для получения композиционного ячеистого бетона путем диспергирования компонентов. Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:
- проведен научно-технический анализ актуальности разработанной технологии;
- определены методы получения эффективной полимерной эмульсии;
- разработана технология производства модификаторов для композиционного ячеистого бетона;
- обосновано применение разработанной эффективной полимерной эмульсии при производстве композиционного ячеистого бетона.
Методы исследования
Для определения эффективности добавок-модификаторов были проведены испытания прочности на сжатие (ГОСТ 10180-2012), водопоглощение по массе (ГОСТ 12730.3-78), теплопроводность (ГОСТ 7076-99). Были применены также методики, разработанные ведущими научно-исследовательскими институтами и университетами России и Казахстана - НИИЖБом, МГСУ, ВНИИжелезобетоном, НИИцементом, а также НИИСтромпроектом (г. Алма-ты) и др. [1-7].
Вопросы применения полимерного вяжущего в производстве композиционных ячеистых бетонов являются новым направлением и недостаточно хорошо изучены.
При решении проблемы эффективного совмещения полимерного компонента (ПВА), газообразователя (алюминиевой пудры) с минеральным вяжущим были учтены ряд вопросов взаимодействия водорастворимого полимера, алюминиевой пудры и цементного вяжущего.
На качество приготовленной эмульсии могут оказывать влияние способ диспергирования (эмульгирования) и температурный режим. Температурный режим был определен от 55 °С. Такая температура позволяет полимеру ПВА эффективно снять парафиновую пленку с поверхности алюминиевой пудры [8, 9].
В качестве диспергатора применяли роторно-пульсационный аппарат (РПА) представленный на рис. 1. Особенности работы аппаратов типа РПА изучены и апробированы [8, 9].
Основными факторами, которые определяют процесс эмульгирования в диспергаторе типа РПА, являются давление (0,5-1,0 МПа) и центробежное
воздействие (частота вращения ротора ~1200 об/мин). Эти факторы обусловливают возникновение в роторно-пульсационном аппарате высокочастотных колебаний, сопровождающихся кавитацией и гидродинамическими процессами, и тем самым позволяют получить качественную эмульсию [8, 9].
Рис. 1. Роторно-пульсационный аппарат РПА
Производство качественной эмульсии из водорастворимого полимера, воды и алюминиевой пудры для композиционного газобетона представлено на рис. 2.
Рис. 2. Схема получения качественной эмульсии полимера ПВА к производству композиционного газобетона
Согласно схеме приготовления полимерной эмульсии (рис. 2), на первом этапе алюминиевую пудру необходимо перемешать с полимерным компонентом, после чего на втором этапе совместно с водой провести через РПА. Данный процесс обеспечивает получение качественной полимерной эмульсии и высокий уровень омыления алюминиевой пудры. Также важно учитывать температуру воды, которая должна быть не ниже 55 °С, что обеспечит эффек-
тивное смешивание всех компонентов. Необходимо учитывать и количество всех компонентов при изготовлении эмульсии. Основной целью является:
1) получение легкорастворимой эмульсии полимера ПВА в воде затво-рения цементного вяжущего;
2) омыление поверхности алюминиевой пудры, которое позволяет улучшить контактную зону с цементным вяжущим и максимально вступить в химическую реакцию.
На основе проведенных исследований нами была разработана полимерная эмульсия для получения композиционного газобетона.
Принятый состав полимерной эмульсии и схема ее приготовления приведены в табл. 1 и на рис. 3.
Таблица 1
Состав полимерной эмульсии
Компоненты Содержание, %
Водорастворимый полимер ПВА 40
Вода 20
Алюминиевая пудра 40
Рис. 3. Технологический процесс приготовления эмульсии:
1-3 - термообогреваемые бункеры ПВА, алюминиевой пудры и воды; 4 - дозаторы; 5 - термообогреваемый смеситель; 6 - насос; 7 - РПА; 8 - электродвигатель; 9 - вентиль
Приготовление эффективной эмульсии осуществляли в соответствии с рекомендациями различных ученых [9].
В бетоносмесительном цехе эффективную эмульсию, для омыления, совмещают с газообразователем (2). В данном случае полимерный компонент (1), помимо роли второго вяжущего вещества, выполняет функции
«омылителя», омыляя зерна алюминиевой пудры и нейтрализуя гидрофобные свойства парафиновой пленки на зернах газообразователя. Применение ро-торно-пульсационного аппарата (7) усиливает эффект омыления газообразователя за счет высокочастотных колебаний, сопровождающихся кавитацией, способствующих усилению процесса снятия парафиновой пленки с поверхности алюминиевой пудры.
При производстве композиционного газобетона выполняются следующие операции. В смеситель загружается цементное вяжущее, мелкий заполнитель и тщательно перемешивается с добавлением воды В/Ц 0,45 в течение 5-7 мин, после чего добавляется эффективная полимерная эмульсия. Полученная смесь распределяется по формам до определенного уровня в зависимости от проектируемой плотности изделия.
Композиционный газобетон, полученный на основе полимерной эмульсии, имеет ряд преимуществ:
1. При производстве газобетонных изделий исключается пыление алюминиевой пудры, влияющие на здоровье персонала завода-изготовителя.
2. Увеличивается количество выделяемого газа от химической реакции с цементным вяжущим, что обеспечивает максимальную эффективность алюминиевой пудры.
3. Полимерный компонент позволяет равномерно распределить алюминиевую пудру по всей структуре газобетонного раствора.
На рис. 4 представлена схема распределения компонентов композиционного газобетона.
Рис. 4. Схема распределения компонентов композиционного газобетона с применением эффективной эмульсии полимера и газообразователя:
1 - частицы цементного вяжущего; 2 - полимерное вяжущее; 3 - песок; 4 - алюминиевая пудра
На рис. 4 видно, что полимерный компонент (2) обволакивает поверхность цементного вяжущего (1) и песка (3), создавая гидрофобную оболочку поровой структуры, обеспечивая тем самым низкие показатели водопоглоще-
4
ния, теплопроводности, увеличение прочности и морозостойкости. Омыленная поверхность алюминиевой пудры (4) эффективно вступает в контакт с частицами цементного вяжущего, образуя качественную поровую структуру. Результаты исследования физико-механических свойств композиционного газобетона представлены в табл. 2.
Таблица 2
Качественные показатели композиционного газобетона средней плотностью 600 кг/м3
Газобетон Предел прочности на сжатие Ясж, МПа Водопоглощение, % Коэффициент теплопроводности X, ккал/ч-м2-°С при 20 °С
Композиционный 4,5 12 0,11
Традиционный 3 30,5 0,14
Представленные результаты табл. 2 свидетельствуют о том, что композиционный газобетон по прочности превышает традиционный на 33 %, водо-поглощение ниже традиционного на 59 % и теплопроводность ниже традиционной на 27 %, что подтверждает эффективность предлагаемой технологии.
Выводы
Установлено, что совмещение газообразователя и полимерного компонента в роторно-пульсационном аппарате РПА способствует снятию с поверхности алюминиевой пудры парафиновой пленки. Помимо омыливающей способности полимерного компонента и температуры совмещения с водой, дополнительно на поверхность парафиновой пленки воздействуют высокочастотные колебания, сопровождающиеся кавитацией, что также способствует эффективному снятию пленки. Данные процессы значительно улучшают газообразующую способность алюминиевой пудры, а полимерный компонент, обволакивая структуру поры, обеспечивает гидрофобные свойства газобетону.
Библиографический список
1. Баженов ЮМ. Технология бетона. Москва : АСВ, 2011. 501 с.
2. Ткач Е.В., Рахимова Г.М., Серова Р.Ф., Ткач С.А. Получение эффективного модифицированного газобетона с использованием отходов промышленности и вторичного сырья // Международный журнал экспериментального образования. 2015. № 8-2. С. 41-46.
3. Микульский В.Г., Сахаров Г.П., Козлов В.В. Строительные материалы. Москва : АСВ, 2011. 520 с.
4. Соловьев В.И. Бетоны с гидрофобизирующими добавками. Алматы : Наука, 1990. 112 с.
5. Соловьев В.И., Ергешев Р.Б. Эффективные модифицированные бетоны. Алматы : КазГосИНТИ, 2000. 285 с.
6. Соловьев В.И., Серова Р.Ф., Ткач С.А. Исследование пористости цементного камня, модифицированного комплексными органоминеральными модификаторами // Фундаментальные исследования. 2014. № 8 (часть 3). С. 590-595.
7. Семенов В.С., Ткач Е.В., Ткач С.А. Повышение гидрофизических свойств газобетона с использованием отходов промышленности // Научное обозрение. 2015. № 14. С. 194-196.
8. Ткач Е.В., Ткач С.А., Серова Р.Ф., Стасилович Е.А. Получение модифицированных газобетонных изделий на основе отходов промышленности и вторичного сырья // Современные проблемы науки и образования (электронный журнал). 2015. № 1-2. С. 83-88.
9. Tkach E.V, Semenov V.C., Tkach S.A., Rozovskaya T.A. Highly effective water- repellent concrete with improved physical and technical properties // Procedia Engineering 24th Sep. XXIV R-S-P Seminar - Theoretical Foundation of Civil Engineering. 2015. P. 763-769.
References
1. Bazhenov Yu.M. Tekhnologiya betona [Concrete technology]. Moscow: ASV, 2011. 501 p. (rus)
2. Tkach E.V., Rakhimova G.M., Serova R.F., Tkach S.A. Polucheniye effektivnogo modifitsiro-vannogo gazobetona s ispol'zovaniyem otkhodov promyshlennosti i vtorichnogo syr'ya [Modified gas concrete production based on industrial wastes and recyclable materials]. Mezhdu-narodnyy zhurnal eksperimental'nogo obrazovaniya. 2015. No. 8-2. Pp. 41-46. (rus).
3. Mikul'skiy V.G., Sakharov G.P., Kozlov V.V. Stroitel'nyye materialy [Construction materials] Moscow: ASV, 2011. 520 p. (rus)
4. Solov'yev V.I. Betony s gidrofobiziruyushchimi dobavkami [Concrete with water repellents]. Almaty: Nauka, 1990. 112 p. (rus)
5. Solov'yev V.I., Yergeshev R.B. Effektivnyye modifitsirovannyye betony [Effective concrete modification]. Almaty: KazGoslNTI, 2000. 285 p. (rus)
6. Solov'yev V.I., Serova R.F., Tkach S.A. Issledovaniye poristosti tsementnogo kamnya, modi-fitsirovannogo kompleksnymi organomineral'nymi modifikatorami [Porosity of cement paste with complex organic-mineral modifiers]. Fundamental'nyye issledovaniya. 2014. No. 8. Pp. 590-595. (rus)
7. Semenov V.S., Tkach E.V., Tkach S.A. Povysheniye gidrofizicheskikh svoystv gazobetona s ispol'zovaniyem otkhodov promyshlennosti [Hydrophysical properties improvement of gas concrete using industrial waste]. Nauchnoye obozreniye. 2015. No. 14. Pp. 194-196. (rus)
8. Tkach E.V., Tkach S.A., Serova R.F., Stasilovich E.A. Polucheniye modifitsirovannykh gazo-betonnykh izdeliy na osnove otkhodov promyshlennosti i vtorichnogo syr'ya [Gas concrete products modified by industrial wastes and recyclable materials]. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya. 2015. No. 1-2. Pp. 83-88. (rus)
9. Tkach E.V, Semenov V.C., Tkach S.A., Rozovskaya T.A. Highly effective water-repellent concrete with improved physical and technical properties. Procedia Engineering 24th Sep. XXIV R-S-P Seminar 'Theoretical Foundation of Civil Engineering'. 2015. Pp. 763-769.
Сведения об авторах
Сабитов Ерлан Енжилович, канд. техн. наук, доцент, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, 010008, Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сатпае-ва, 2.
Дюсембинов Думан Серикович, канд. техн. наук, доцент, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, 010008, Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сатпае-ва, 2.
Базарбаев Данияр Омарович, канд. техн. наук, доцент, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, 010008, Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сатпае-ва, 2.
Authors Details
Erlan E. Sabitov, PhD, A/Professor, L.N. Gumilyov Eurasian National University, 2, Satpaev Str., 010008, Astana, Republic of Kazakhstan.
Duman S. Dusembinov, PhD, A/Professor, L.N. Gumilyov Eurasian National University, 2, Satpaev Str., 010008, Astana, Republic of Kazakhstan.
Daniyar O. Bazarbayev, PhD, A/Professor, L.N. Gumilyov Eurasian National University, 2, Satpaev Str., 010008, Astana, Republic of Kazakhstan..
