ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ С РЕДИСПЕРГИРУЕМЫМИ ПОЛИМЕРНЫМИ ПОРОШКАМИ ПОСЛЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРЕВАНИЯ - ОСТЫВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Изменение свойств строительных растворов с редиспергируемыми полимерными порошками после циклического нагревания-остывания

Г.В. Несветаев, В.В. Осипов Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: исследовано влияние редиспергируемых полимерных порошков на изменение свойств строительных растворов после 60 циклов нагревания до 60оС и остывания. Выявлено повышение предела прочности на сжатие от 11 до 27% при дозировке РПП от 1 до 3%, причем введение в состав воздухововлекающей добавки не способствует повышению предела прочности на сжатие. Установлено значительное повышение соотношения пределов прочности «растяжение при изгибе/сжатие», при этом предел прочности строительных растворов на растяжение при изгибе с ростом дозировки РПП практически не изменяется, причем повышение прочности на растяжение при изгибе происходит в меньшей степени, чем у строительных растворов без РПП, а наличие воздухововлекающей добавки способствует повышению предела прочности на растяжение при изгибе. Установлено снижение начального модуля упругости практически независимо от дозировки РПП до значений 0,82 - 0,84, а при наличии воздухововлекающей добавки до 0,9 относительно нормальных условий твердения. Выявлено снижение прочности сцепления с бетонным основанием до значений 0,59 - 0,75 относительно нормальных условий твердения. Наличие воздухововлекающей добавки приводит к росту прочности сцепления после циклического нагревания-остывания более чем в 4 раза.

Ключевые слова: редиспергируемые полимерные порошки, прочность сцепления, модуль упругости, предел прочности при сжатии и изгибе, циклическое нагревание-остывание.

Широкое применение сухих строительных смесей (ССС) для получения строительных растворов (СР) различного назначения [1,2] предопределяет актуальность исследований в области совершенствования рецептур ССС в зависимости от особенностей эксплуатации СР (при средней плотности менее 2100 кг/м ) или мелкозернистых бетонов (МЗБ при средней плотности более

"5

2000 кг/м ) [3-5], при этом закономерно уделяется внимание как

совершенствованию рецептур с целью получения требуемых показателей смесей и СР или МЗБ [6], в т.ч. с применением эффективных вяжущих [7.8], так и повышению эффективности применяемых при производстве ССС модифицирующих добавок в связи с высокой долей их себестоимости в составе ССС [9,10], которая в значительной степени зависит от дозировки добавки.

В соответствии с СП 29.13330.2011 монолитные стяжки под полы, в т.ч. в обогреваемые, могут изготавливаться из цементно-песчаных растворов «на основе смесей сухих строительных напольных на цементном вяжущем с прочностью на сжатие не менее 15 МПа». Для напольных ССС, в т.ч. для обогреваемых полов, ГОСТ 31358-2019, нормирует предел прочности на растяжение при изгибе СР от 2,5 МПа до не менее 7 МПа, предел прочности при сжатии от 15 МПа до не менее 30 МПа, прочность сцепления (адгезия) с основанием от 0,6 МПа до не менее 0,75 МПа.

В соответствии с ГОСТ Р 56387-2018, для обогреваемых полов нормируется прочность клеевого соединения после выдерживания при высоких температурах, при этом понижение прочности сцепления не допускается. Поскольку при производстве ССС для регулирования модуля упругости и прочности сцепления с основанием применяются редиспергируемые полимерные порошки (РПП), исследование влияния их дозировки на изменение свойств СР или МЗБ после выдерживания в условиях повышенных по ГОСТ Р 56387-2018 либо циклически изменяющихся, в т.ч. знакопеременных, температур представляет актуальную задачу.

Экспериментальные исследования проведены с использованием материалов и методик, описанных в [11]. Для исследования влияния циклически изменяющейся положительной температуры на свойства исследуемых СР принята методика [12], сущность которой состоит в сопоставлении свойств исследуемых материалов после 60 циклов нагревания до 60оС и остывания с эталонными показателями после выдерживания в

нормальных условиях (НУ). По данным [12], указанное воздействие приводит к «расшатыванию» структуры с закономерным изменением показателей свойств, что позволяет использовать указанное воздействие в качестве критерия стойкости бетонов к циклическим температурным воздействиям. Для сопоставления с влиянием знакопеременных циклических температур (замораживание-оттаивание) использованы результаты [13]. Подобные воздействия характерны, например, для штукатурных покрытий [4], ремонтных составов для восстановления железобетонных конструкций [5] и др. Кроме того, исследования свойств и стойкости полимерцементных композиций, в т.ч. при циклических температурных воздействиях, представляют актуальную задачу [14,15].

На рис. 1 представлено соотношение пределов прочности на сжатие исследованных материалов относительно свойств при выдерживании в НУ в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания.

45

40

И*

чо

£ 35

30

Р5

«С *

и

сс и

Е

О

и

Ъ 25

Си

н

г;

О* £ 20

1=1

15

**

✓О ¿г -

•у

15

20 25 30 35

Предел прочности на сжатие, НУ, \Ша

40

бОЦ О

- 70 С

— 751' бОЦ 1 60Ц 2 60Ц-3 бОЦ 2ВВ 60ц

— ГОСТ

Рис. 1. - Соотношение пределов прочности на сжатие после выдерживания в условиях Т Условия Т: 60Ц - циклическое нагревание-остывание, 70С - выдерживание 14

сут при 70оС, 75F - 75 циклов замораживания-оттаивания [13]; 0,1,2,3 -соответственно содержание РПП, %; ВВ - составы, содержащие ВВ и РПП 2%;

Зависимость предела прочности на сжатие Ят после выдерживания в условиях Т (циклическое нагревание до 60оС с последующим остыванием, выдерживание в течение двух недель при 70оС и циклическое замораживание-оттаивание по ГОСТ Р 56387-2018) в сравнении с пределом прочности на сжатие после выдерживания 28 сут в нормальных условиях (НУ) ЯНУ описывается уравнением:

К- = (1)

в котором значения коэффициента кЯ и показатель степени достоверности аппроксимации Я , в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания представлены в табл. 1.

Таблица №1

Коэффициенты уравнений регрессии, описывающих изменение предела прочности на сжатие после выдерживания в условиях Т

№ Содержание РПП, % ВВД Условия выдерживания

60Ц 70оС1 [1 1] Б752[13]

кя я2 кя я2 кя я2

1 0 - 1,06 (1,0) 0,994 1,038 (1,0) 0,998

2 1 - 1,116 (1,05) 0,989 1,05 (1,01) 0,998

3 2 - 1,171 (1,10) 0,994 1,116 (1,08) 0,999

4 3 - 1,268 (1,20) 0,994 1,157 (1,11) 0,998

5 2 есть 1,04 (0,98) 0,999 1,053 (1,01) 0,994

6 От 0 до 3 1,146 0,988 1,087 0,996 1,019 0,992

Примечания: 60Ц - циклическое нагревание-остывание (фиолетовый пунктир на рис.1); 70оС - при высоких температурах в соответствии с ГОСТ Р 563872018; Б75 - 75 циклов замораживания-оттаивания; 1 - по [11]; 2 - по [13];

Из представленных на рис. 1 и в табл. 1 результатов очевидно, что:

- выдерживание в вышеуказанных условиях Т не привело к снижению предела прочности на сжатие исследованных материалов;

- по степени убывания «жесткости воздействий» условия Т можно расположить в ряд: замораживание-оттаивание, выдерживание в течение 2 недель при 70оС, 60 циклов нагревания до 60оС и остывания;

и

- с ростом дозировки РПП значения коэффициента кк при воздействии

положительных температур возрастают;

- наличие ВВД не способствует росту коэффициента кК.

На рис. 2 представлено соотношение пределов прочности на растяжение при изгибе исследованных материалов относительно свойств при выдерживании в НУ в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания.

Рис. 2. - Соотношение пределов прочности на растяжение при изгибе после выдерживания в условиях Т обозначения - см. рис.1 Зависимость предела прочности на растяжение при изгибе Я^ после выдерживания в условиях Т в сравнении с пределом прочности на растяжение при изгибе после выдерживания 28 сут в нормальных условиях (НУ) Я/,НУ описывается уравнением:

Ег- = кГшЯ г _ , (2)

в котором значения коэффициента к/ и показатель степени достоверности аппроксимации Я в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания представлены в табл. 2.

Таблица №2

Коэффициенты уравнений регрессии, описывающих изменение предела

прочности на растяжение при изгибе после выдерживания в условиях Т

№ Содержание ВВД Условия выдерживания

РПП, 60Ц 70оС1 [1 1] Б752 [13]

% кг Я2 кг Я2 кг Я2

1 0 - 1,881 (1,0) 0,927 1,802 (1,0) 0,94

2 1 - 1,48 (0,79) 0,918 1,514 (0,84) 0,912

3 2 - 1,493 (0,79) 0,965 1,597 (0,89) 0,953

4 3 - 1,504 (0,80) 0,957 1,685 (0,94) 0,947

5 2 есть 1,766 (0,94) 0,993 1,79 (0,99) 0,992

6 От 0 до 3 1,565 0,938 1,637 0,939 1,033 0,996

Примечания: см. примечания к табл.1

Из представленных на рис.2 и в табл.2 результатов очевидно, что:

- выдерживание в вышеуказанных условиях Т не привело к снижению предела прочности на растяжение при изгибе исследованных материалов;

- условия Т по степени убывания «жесткости воздействий» на предел прочности при изгибе можно расположить в ряд: замораживание-оттаивание, 60 циклов нагревания до 60оС и остывания, выдерживание в течение 2 недель при 70оС, т.е. циклические температурные воздействия в большей степени влияют на прочность при изгибе в сравнении с прочностью на сжатие;

- с ростом дозировки РПП значения коэффициента к^ при воздействии

циклических положительных температур практически не изменяется;

- наличие ВВД оказывает положительное влияние на величину коэффициента

N Инженерный вестник Дона, №2 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n2y2023/8210

- меньшие значения показателя достоверности аппроксимации Я2 в сравнении с прочностью на сжатие свидетельствуют о более высокой чувствительности предела прочности при изгибе, к рецептурным факторам.

На рис. 3 представлено соотношение пределов прочности на сжатие и растяжение при изгибе исследованных материалов в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания.

ю

X

а

С 9

и

а я

ь

8

«

• 1 9 у

4 • • - - * * >

• • /

к Л •

Л * Г'« А • • * •• *** * _ * • **

? у * Л- Л.

10 15 20 25 30 35

Предел прочности на сжатие, МПа

40

• НУ 60Ц 70С Р75 ~ "[12]

45

Рис. 3. - Соотношение пределов прочности на сжатие и растяжение при изгибе после выдерживания в условиях Т обозначения - см. рис.1; [15] - обработанные авторами данные табл.5 [15]

Соотношение пределов прочности исследованных материалов на сжатие Ят и растяжение при изгибе Я^т после выдерживания в условиях Т описывается уравнением:

М Инженерный вестник Дона, №2 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n2y2023/8210

= (3)

в котором значения коэффициента а/, показателя степени х и показатель степени достоверности аппроксимации Я в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания представлены в табл. 3.

Таблица №3

Коэффициенты уравнений регрессии, описывающих соотношение пределов прочности на сжатие и растяжение при изгибе после выдерживания в условиях Т

Условия выдерживания Параметры ф.(3)

а/ X Я2

НУ 1,092 0,394 0,105

60Ц 0,98 0,554 0,45

70С1 [8] 0,827 0,628 0,53

Б752 [10] 1,59 0,39 0,79

Примечания: см. примечания к табл.1

Из представленных на рис.3 и в табл.3 результатов очевидно, что:

- зависимость ф.(3) характеризуется невысокими значениями показателя достоверности аппроксимации Я2' что свидетельствует о значительном влиянии свойств цемента и рецептурных факторов;

- результаты авторов хорошо согласуются с данными [15] для модифицированных полимером на основе винилацетата (некоторые, использованные в данной работе РПП, имеют ту же основу) в нормальных условиях;

- условия Т привели к существенному росту соотношения Я/Я, при этом условия Т по степени убывания «жесткости воздействий» можно расположить в ряд: замораживание-оттаивание, 60 циклов нагревания до 60оС и остывания, выдерживание в течение 2 недель при 70оС.

и

На рис. 4 представлено соотношение значений начального модуля упругости исследованных материалов относительно свойств при выдерживании в НУ, в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания.

16000

14000

а

о чв

£ 12000

Си н

А С?

« юооо

«

3 х л

5 8000 И

6000

у * У У У

у у У у У У

У у у у У у • • • <

У ' * У • Л' • >* • •

• /Л > •

8000

10000 12000 14000

Начальный модуль упругости, НУ, \1Па

16000

• 60Ц-0 --70 С

- 75Г 60Ц-1 60Ц-2 60Ц-3

• 60Ц-2ВВ 60ц

Рис. 4. - Соотношение значений начального модуля упругости после выдерживания в условиях Т обозначения - см. рис.1

Зависимость модуля упругости Е0тТ после выдерживания в условиях Т в сравнении с модулем упругости после выдерживания 28 сут в нормальных условиях (НУ) Е0,ну описывается уравнением:

Е:, - = к£ (4)

в котором значения коэффициента кЕ и показатель степени достоверности аппроксимации Я в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания представлены в табл. 4.

М Инженерный вестник Дона, №2 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n2y2023/8210

Таблица №4

Коэффициенты уравнений регрессии, описывающих изменение начального модуля упругости после выдерживания в условиях Т

Условия выдерживания

№ РПП, % ВВД 60Ц 70оС1[11] Б752 [13]

кЕ Я2 кЕ Я2 кЕ Я2

1 0 - 0,816 (1,0) 0,995 0,817 (0,99) 0,998

2 1 - 0,838 (1,03) 0,996 0,806 (1,0) 0,999

3 2 - 0,82 (1,0) 0,998 0,823 (1,03) 0,998

4 3 - 0,838 (1,03) 0,995 0,842 (0,98) 0,999

5 2 есть 0,895 (1,10) 0,993 0,803 0,993

6 От 0 до 3 0,832 0,995 0,817 0,998 1,026 0,998

Примечания: см. примечания к табл.1

Из представленных на рис.4 и в табл.4 результатов очевидно, что:

- воздействие повышенных температур привело к снижению начального модуля упругости на 16-18%, при циклическом замораживании-оттаивании снижение начального модуля упругости не произошло;

- дозировка РПП практически не влияет на значения коэффициента А:Е при

воздействии положительных температур.

На рис. 5 представлено соотношение прочности сцепления с бетонным основанием исследованных материалов относительно свойств при выдерживании в НУ в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания.

Зависимость прочности сцепления с бетонным основанием АСцТ после выдерживания в условиях Т в сравнении с прочностью сцепления после выдерживания 28 сут в нормальных условиях (НУ) АСцНУ описывается уравнением:

А-—- = ку^л-^-; (5)

М Инженерный вестник Дона, №2 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n2y2023/8210

в котором значения коэффициента кСц и показатель степени достоверности аппроксимации Я в зависимости от дозировки РПП и условий выдерживания представлены в табл. 5.

Рис. 5. - Соотношение значений прочности сцепления с бетонным основанием после выдерживания в условиях Т обозначения - см. рис.1

Таблица №5

Коэффициенты уравнений регрессии, описывающих изменение прочности сцепления с основанием после выдерживания в условиях Т

Условия выдерживания

№ РПП, % ВВД 60Ц 70оС1 [11] Б752 [13]

кса Я2 кса Я2 кса Я2

1 0 - 0,643 (1,0) 0,53 0,704 (1,0) 0,417

2 1 - 0,587 (0,91) 0,84 0,71 (1,0) 0,712

3 2 - 0,753 (1,17) 0,828 0,387 (0,55) 0,399

4 3 - 0,668 (1,04) 0,669 0,48 (0,68) 0,656

5 2 есть 2,789 (4,33) 0,904 0,97 (1,38) 0,911

6 От 0 до 3 0,672 0,684 0,497 0,508 1,02 0,992

Примечания: см. примечания к табл.1

Из представленных на рис.5 и в табл.5 результатов очевидно, что:

- выдерживание при повышенных температурах привело к снижению прочности сцепления с бетонным основанием, за исключением составов с ВВД;

- циклическое замораживание-оттаивание не привело к снижению прочности сцепления с бетонным основанием;

- с ростом дозировки РПП изменение значений коэффициента кС]1

неоднозначно, т.е. существенно зависит от рецептурных факторов (тип цемента, вид и дозировка РПП).

Заключение

Выдерживание строительных растворов после 60 циклов нагревания до 60оС и остывания приводит:

- к повышению предела прочности на сжатие от 11 до 27% при дозировке РПП от 1 до 3%, при этом введение в состав ВВД не способствует повышению предела прочности на сжатие;

- значительному повышению соотношения пределов прочности изгиб/сжатие, при этом предел прочности СР на растяжение при изгибе с ростом дозировки РПП практически не изменяется, причем повышение прочности происходит в меньшей степени, чем в СР без РПП, а наличие ВВД способствует повышению предела прочности на растяжение при изгибе;

- к снижению начального модуля упругости практически независимо от дозировки РПП до значений 0,82 - 0,84, а при наличии ВВД - до 0,9 относительно НУ твердения;

- к снижению прочности сцепления с бетонным основанием до значений 0,59 -0,75, а при наличии ВВД - к росту прочности сцепления более чем в 4,33 раза относительно НУ твердения.

Литература

1. Кузьмина В.П. Защита и ремонт железобетонных сооружений // Сухие строительные смеси. 2017. №2. С.23-25.

2. Пичугин, А.П., Хританков В.Ф., Белан И.В. и др. Разработка составов сухих строительных смесей с повышенными эксплуатационными характеристиками // Вестник ВолгГАСУ. 2014. №36 (55). С.68-77.

3. Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Беликов Д.А. К проблеме проектирования сухих ремонтных смесей с учетом сродства структур // Вестник РААСН. 2014. № 18. С.112-119.

4. Муртазаев С-А.Ю, Успанова А.С., Хаджиев М.Р., Хадисов В.Х. Повышение прочности сцепления штукатурного покрытия с основанием // Строительные материалы и изделия. 2020. Т. 3. № 6. С. 17-26.

5. Коровкин М.О., Короткова А.А., Ерошкина Н.А. Ремонтные сухие строительные смеси для восстановления геометрических характеристик железобетонных конструкций // Образование и наука в современном мире. Инновации. 2020. № 5 (30). С. 122-128.

6. Кашибадзе Н. В., Загороднюк Л.Х., Стрекозова М.А. Разработка и оптимизация свойств сухих строительных смесей для наливных полов с использованием шлаков // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 3. С. 89-94.

7. Калабина Д. А., Яковлев Г., Кузьмина Н.В. Безусадочные фторангидритовые композиции для устройства полов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. № 1(55). С. 24-38. DOI 10.52409/20731523_2021_1_24.

8. Бычкова О. А. Быстротвердеющие стяжки на основе гипсоглиноземистого расширяющегося цемента и портландцемента // Инженерный вестник Дона. 2018. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5103.

9. Баталин, Б. С. Исследования эффективности добавок, применяемых для производства сухих строительных смесей // Успехи современного естествознания. 2007. № 7. С. 60-62.

10. Несветаев Г.В., Козлов А.В., Филонов И.А., Осипов В.В. Оценка эффективности добавок для сухих строительных смесей с нормируемыми показателями прочности сцепления с основанием // Инженерный вестник Дона. 2022. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2022/7406.

11. Несветаев Г.В., Осипов В.В. Изменение свойств строительных растворов с редиспергируемыми полимерными порошками после выдерживания при высоких температурах // Инженерный вестник Дона. 2022. №9. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n9y2022/7945.

12. Миронов С.А., Малинский Е.Н. Основы технологии бетона в условиях сухого жаркого климата. - М.: Стройиздат, 1985. 317 с.

13. Несветаев Г. В., Долгова А.В. Влияние редиспергируемых порошков и низкомодульных включений на свойства мелкозернистого бетона после многократного замораживания-оттаивания // Инженерный вестник Дона. 2019. № . URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2019/6029.

14. Polymer-Modified Concrete: Reported by ACI Committee 548. URL: 548.3R-03. 5483r_03 .PDF-Yandex.Documents.

15. Dvorkin, L. I. The influence of polyfunctional modifier additives on properties of cement-ash fine-grained concrete // Magazine of Civil Engineering. 2020. No 1(93). Pp. 121-133. DOI 10.18720/MCE.93.10.

References

1. Kuzmina V.P. "Suxie stroitefny'e smesi". 2017. №2. pp. 23-25.

2. Pichugin A.P., Xritankov V.F., Belan I.V. i dr. Vestnik VolgGASU. 2014. №36 (55). pp. 68-77.

3. Lesovik V.S., Zagorodnyuk L.X., Belikov D.A. Vestnik RAASN. 2014. № 18. pp. 112-119.

4. Murtazaev S-A.Yu, Uspanova A.S., Xadzhiev M.R., Xadisov V.X. StroiteFny'e materialy' i izdeliya. 2020. T. 3. № 6. pp. 17-26.

5. Korovkin M.O., Korotkova A.A., Eroshkina N.A. Obrazovanie i nauka v sovremennom mire. Innovacii. 2020. № 5 (30). pp.122-128.

6. Kashibadze N. V., Zagorodnyuk L.X., Strekozova M.A. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo texnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuxova. 2009. № 3. -pp. 89-94.

7. Kalabina D. A., Yakovlev G., Kuzmina N.V. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arxitekturno-stroiteFnogo universiteta. 2021. № 1(55). pp. 24-38. DOI 10.52409/20731523_2021_1_24.

8. Bychkova, Inzhenernyj vestnik Dona. 2018. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5103.

9. Batalin B.S. Uspexi sovremennogo estestvoznaniya. 2007. №7. pp. 71-73.

10. Nesvetaev G.V., A. V. Kozlov, I. A. Filonov, V. V. Osipov. Inzhenernyj vestnik Dona. 2022. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2022/7406.

11. Nesvetaev G.V., Osipov V.V. Inzhenernyj vestnik Dona. 2022. №9. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n9y2022/7945.

12. Mironov S.A., Malinskij E.N. Osnovy' texnologii betona v usloviyax suxogo zharkogo klimata [Fundamentals of concrete technology in dry, hot climates]. M.: Strojizdat, 1985. 317 p.

13. Nesvetaev G.V., Dolgova A.V. Inzhenernyj vestnik Dona. 2019. № 6. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2019/6029.

14. Polymer-Modified Concrete: Reported by ACI Committee 548. URL: 548.3R-03. 5483r_03 .PDF-Yandex.Documents.

15. Dvorkin, L. I. Magazine of Civil Engineering. 2020. No 1(93). Pp. 121-133. DOI 10.18720/MCE.93.10.

М Инженерный вестник Дона, №2 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n2y2023/8210