CC BY
41УДК 667.621.72
А.П. ПУСТОВГАР, А.Ф. БУРЬЯНОВ, кандидаты техн. наук, ГОУ ВПО Московский государственный строительный университет; П.Г. ВАСИЛИК, инженер, ЗАО «ЕвроХим-1» (Москва)
Особенности применения гиперпластификаторов в сухих строительных смесях
Термин «гиперпластификатор» прочно вошел в обиход производителей бетона и сухих строительных смесей, хотя официально пока не определен. ГОСТ 24211—2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические требования» классифицирует пластифицирующие добавки по эффекту действия на 4 группы: слабо-, средне-, сильнопласти-фицирующие и суперпластификаторы». Данная классификация пластифицирующих добавок полностью перешла из ГОСТ 24211—91 «Добавки для бетонов». Однако ввиду значительного различия эффекта действия «старых» суперпластификаторов на основе сульфонаф-талинформальдегида натрия и сульфомеламинфор-мальдегида натрия и пластификаторов на основе поли-карбоксилатов новый термин все чаще встречается в научно-технической литературе [1].
Гиперпластификаторы широко применяются в составах для устройства полов, в шпатлевках, клеевых, ремонтных и огнеупорных составах, а также в составах самоуплотняющихся бетонных смесей, при этом в качестве вяжущего может применяться портландцемент, различные модификации гипса-полугидрата, ангидрит, алюминатные цементы, пуццолановые цементы, а также смешанные вяжущие.
Применение любых модифицирующих добавок, как правило, определяется балансом технологических и качественных преимуществ, приобретаемых строительным раствором, и его ценой и требует экономического обоснования. При разработке новых составов сухих строительных смесей с применением дорогостоящих модифицирующих добавок необходимо учитывать не только основной эффект действия добавки, в данном случае пластифицирующий, но и дополнительные эф-
фекты, получаемые при ее использовании. Например, применение современных гиперпластификаторов позволяет существенно увеличить жизнеспособность смесей для устройства полов и сохранить их высокую подвижность; введение в шпатлевку или плиточный клей класса С2 всего 0,008—0,03% современного гиперпластификатора полностью решает проблему агломерации при затворении водой и увеличивает открытое время.
Механизм действия гиперпластификаторов напрямую зависит от их химической природы и пространственной структуры полимера. Поликарбоксилатные эфиры имеют структуру привитого сополимера, имеющего основную цепь и нанизанные на нее боковые ответвления (рис. 1).
Действие поликарбоксилатных гиперпластификаторов основано на совокупности электростатического и стерического эффектов, при этом стерический эффект достигается за счет боковых гидрофобных полиэфирных цепей молекулы поликарбоксилатного эфира. Благодаря этому водоредуцирующий и пластифицирующий эффекты действия таких пластификаторов в несколько раз выше и продолжительнее, чем у традиционных пластификаторов, использующих один из данных эффектов.
В зависимости от условий синтеза получают поли-карбоксилаты с различными длинами боковых полиэфирных цепочек и с разным значением дзетта-потен-циала (рис. 2). Это позволяет создавать материалы с разным соотношением стерического эффекта и анионной активности (рис. 3). Уменьшение замедляющего эффекта, характерного для поликарбоксилатов, связывают с изменением соотношения длин основной и боковых цепей. Увеличение длин боковых цепочек и сокращение
-а-12
^3
с-а-12
т^а
со2№ сн — сн2
Z
анз
-с-сн2 --
с^о с
сн
сн2
1--Р
Поликарбоксилатная цепь
Анионы
X
и
Рис. 1. Схематическая структура поликарбоксилатных эфиров
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
¿и! декабрь 2010 б7"
Рис. 2. Дзетта-потенциал гиперпластификаторов на поликарбоксилат-ной основе
основной приводит к уменьшению плотности адсорбции пластификатора на поверхности зерен вяжущего, что позволяет сохранить часть активных центров от перекрытия пленками полимера.
Поликарбоксилаты первых поколений сильно влияют на кинетику гидратации вяжущих и используются, как правило, в бетонах и строительных растворах в летний период, когда нужно сохранить подвижность при высокой температуре окружающего воздуха, а также в системах, содержащих глиноземистый цемент. Данные марки нашли широкое применение и при производстве огнеупорных бетонов, так называемых неформованных
огнеупорах, которые все шире применяются при футеровке тепловых агрегатов.
Применение в составах бетонов и строительных растворов микрокремнезема, в том числе и для огнеупорных составов, потребовало новых решений в конфигурации поликарбоксилатных гиперпластификаторов; длины боковых цепей поликарбоксилатных полимеров гармонизированы с величиной дзетта-потен-циала, обеспечивающего максимальный эффект действия в случае применения пуццолановых добавок.
В работе [2] рассмотрено влияние гиперпластификаторов на прочность при сжатии и изгибе комплексного вяжущего, состоящего из гипсового вяжущего марки Г5 (80%) и быстротвердеющего портландцемента СЕМ 11/А-К(Ш-П) 32,5Б с комплексной минеральной добавкой — шлаком (11%) и пуццолановой добавкой (8%). По данным [3], в подобных системах кристаллы двуводного гипса создают каркас первичной структуры, а гидросиликаты являются цементирующей связкой. При этом авторы [3] считают, что в данных системах возможно применение традиционных суперпластификаторов с электростатическим эффектом действия. Проведенные в НОЦ НСТМ МГСУ исследования показали, напротив, низкую эффективность применения в таких системах суперпластификаторов только с электростатическим эффектом действия, что подтверждается результатами, полученными в [2]. Предел прочности при сжатии и изгибе (рис. 4, 5) составов с гиперпластификаторами с оптимизированными значениями электростатического и стерического эффектов (МеШих 558Щ VP STQ 6) до 20% выше, чем для гиперпластификаторов ранних поколений.
Оптимизация соотношения стерического эффекта и дзетта-потенциала гиперпластификатора позволяет
62
научно-технический и производственный журнал
декабрь 2010
ы ®
Особенности применения гиперпластификаторов на поликарбоксилатной основе
Свойства Основные свойства Система
Диспергирующий (пластифицирующий) эффект Низкая дозировка Отсутствие замедления + я а й 0 о - (Л Я - 1 + Н 2 с и с С + я а н Й ™ ш ^ о О « (Л 03 0 я Б 2 и с =Г с Содержит микрокремнезем Возможность применения с лимонной кислотой Короткое время растворения Замедляющий эффект Гипсовые системы
Незначительный стерический эффект + высокий дзетта-потенциал Х Х ХХ Х
Высокий стерический эффект + низкий дзетта-по-тенциал Х Х ХХ ХХ
Высокий стерический эффект + высокий дзетта-потенциал ХХ ХХ ХХ ХХ Х Х ХХ Х
Оптимизированные значения стерического эффекта и дзетта-потенциала ХХ ХХХ ХХ ХХХ Х Х Х Х ХХХ
Незначительный стерический эффект + низкий дзетта-потенциал Х Х Х Х Х
Более высокая
ые цепи а-потенциал
Боковая цепь
Более длинная
Рис. 3. Типы поликарбоксилатных пластификаторов МПа
7 6 5 4 3 2 1 п
-
- 1 2 3 4 5 6
| | | | |
Рис. 4. Влияние различных добавок и В/Т на прочность при изгибе образцов из комплексного вяжущего: 1 - контрольный, В/Т 0,54; 2 - № 1 контрольный + Ме1теП F 15 в, В/Т 0,35; 3 - № 2 контрольный+ МеШих 164^, В/Т 0,32; 4 - № 3 контрольный + МеШих 265^, В/Т 0,31; 5 - № 4 контрольный + МеШих 558^, В/Т 0,29 ; 6 - № 5 контрольный + УР $ТО 6, В/Т 0,26
МПа 35 30 25 20 15 10 5 0
Рис. 5. Влияние различных добавок и В/Т на прочность при сжатии образцов из комплексного вяжущего: 1 - контрольный, В/Т 0,54; 2 - № 1 контрольный + Ме1теП F 15 в, В/Т 0,35; 3 - № 2 контрольный+ МеШих 164^, В/Т 0,32; 4 - № 3 контрольный + МеШих 265^, В/Т 0,31; 5 - № 4 контрольный + МеШих 558^, В/Т 0,29 ; 6 - № 5 контрольный + УР STQ 6, В/Т 0,26
Высокий
л
Дзетта-потенциал
подбирать марку поликарбоксилатных эфиров с учетом исходного фазового состава минеральной части сухой строительной смеси и образующихся при ее затворении водой продуктов гидратации. Так, ионы SO42-, CO32- и PO43- препятствуют адсорбции поликарбоксилатов с низким значением дзетта-потенциала и короткими боковыми цепями, существенно снижая его пластифицирующий эффект действия. Количество и модификация отдельных цементных фаз, например С3А, также существенно меняют эффект действия пластификатора.
Следует также учитывать, что современные сухие строительные смеси, в особенности смеси для устройства полов, являются сложными многокомпонентными системами, в состав которых входят разнообразные модифицирующие добавки, которые в значительной мере влияют на эффект действия гиперпластификаторов. При этом нарушение принципа оптимизации соотношения стерического эффекта и дзетта-потенциа-ла может проявляться в виде снижения пластифицирующей способности, вплоть до ее полного отсутствия, а в отдельных случаях и до аномального повышения вязкости состава. Например, эффективность применения гиперпластификаторов с различными видами замедлителей также определяется оптимальным соотношением стерического эффекта и величиной дзетта-потенциала.
Гиперпластификаторы с низким показателем дзетта-потенциала и незначительным стерическим эффектом в составах сухих строительных смесей, как правило, применяют только в сочетании с винной кислотой. Применение других замедлителей, например лимонной кислоты, возможно только для гиперпластификаторов с высокими значениями дзетта-потенциала и высоким стерическим эффектом. Расширение номенклатуры применяемых совместно с гиперпластификаторами замедлителей позволяет существенно, до 20%, повысить прочность затвердевших строительных растворов и регулировать в широких пределах реологические характеристики и жизнеспособность строительных растворов.
Особенности применения различных гиперпластификаторов представлены в таблице.
Для многих систем на основе портландцемента различных российских производителей наиболее эффек-
Г ^ . научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
¿и! декабрь 2010
тивными являются гиперпластификаторы, обладающие высоким стерическим эффектом и высоким значением дзетта-потенциала [1]. Данный тип гиперпластификаторов показывает хорошие результаты и в составах на основе гипсовых вяжущих.
Таким образом, можно сделать вывод, что при позднем разжижении целесообразно применять гиперпластификатор с более высоким дзетта-потенциалом.
При быстром падении подвижности раствора во времени необходимо рассмотреть возможность применения гиперпластификатора с низким дзетта-по-тенциалом или введения сильного анионактивного агента — кислотного замедлителя или сульфата щелочного металла.
Применение гиперпластификаторов с оптимизированным соотношением стерического эффекта и дзетта-потенциала в системах на комплексном вяжущем позволяет получить более высокую прочность как при сжатии, так и при изгибе.
Список литературы
1. Несветаев Г.В, Давидюк А.Н. Гиперпластификаторы «Melflux» для сухих строительных смесей и бетонов // Строит. материалы. 2010. № 3. С. 2—3.
2. Василик П.Г., Бурьянов А.Ф., Гонтарь Ю.В., Чало-ваА.И. Влияние супер- и гиперпластификаторов на водопотребность и прочностные характеристики затвердевшего камня на основе комплексного вяжущего. Материалы V Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий». Казань. 8—10 сентября 2010 г. С. 47—51.
3. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение) / Под общ. ред. А.В. Ферронской. М.: АСВ, 2004. 488 с.
Информационно-консалтинговая фирма
«ИТКОР»
4jP
Научно-практическая конференция «Текущее состояние строительного комплекса и перспективы посткризисного развития промышленности строительных материалов в РФ» 16 февраля 2011 г. Москва
В программе:
■ Текущее состояние строительного комплекса Российской Федерации
■ Деятельность подотраслей промышленности строительных материалов за 2008-2010 гг.
■ Стратегия развития промышленности строительных материалов до 2020 г.: обсуждение и предложения по дальнейшему совершенствованию
■ Перспективные направления инвестиционной деятельности
■ Пути преодоления кризисных явлений в отрасли и перспективы посткризисного развития
Докладчики: ведущие отраслевые аналитики и исследователи рынка строительных материалов; руководители профессиональных Союзов и Ассоциаций стройиндустрии; представители органов исполнительной власти и инвестиционных компаний.
www.ikf-itcor.ru,ikf-itcor@ikf-itcor.ru, itkor@mail.ru Телефон/факс: (495) 232-47-56
Информационные партнеры конференции научно-технические и производственные журналы «Строительные материалы»® и «Жилищное строительство»
Отршггелыы: .А •
ГТРВШДЬШО
II Международная конференция НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧНОГО И ДОЛГОВЕЧНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
14-17 марта 2011 г. Каир, Египет
Организаторы конференции
Египетско-российский университет (ERU), Национальный исследовательский центр жилья и строительства (HBRC).
Ижевский государственный технический университет
Egyptian Russian University
Я^-ujjjl AXdbhil
Соорганизаторы
Томский политехнический университет, Омский государственный технический университет, Казанский государственный архитектурно-строительныйе университет, Московский государственный строительный университет. Российский университет дружбы народов, ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова
Тематика конференции
> Нанокомпозиты в строительных материалах • Производство лакокрасочных материалов с нанодобавками
> Нанотехнология в строительстве • Нанотехнологии в стеклах
> Защита от пожара с помощью наночастиц • Нанотехнологии для энергоэффективности в зданиях
> Нанотехнологии в кондиционировании воздуха • Моделирование нанокомпозитов
> Наноструктурирующие материалы в архитектуре • Модификация наносистемами минеральных вяжущих
В дни проведения конференции будет работать выставка нанопродуктов, нанооборудования и других специализированных изделий. Информационная поддержка - журнал «Строительные материалы»® Сайт конференции: http://inter.istu.ru/russian/nano_r.html
Строительные Материалы
В Египте: Профессор Шериф Солиман
Египетско-российский университет Cairo High Road Badr City - Suez
E-mail: president@eruegypt.com Тел.: +20 (02) 28643349, (02) 28643341 Факс: +20 (02) 28643332
Контактная информация в России
Профессор Григорий Иванович Яковлев
Ижевский государственный технический университет
426069 Ижевск, Россия
ул. Студенческая, д. 7
E-mail: gyakov@istu.ru
Тел.: +7(3412) 59 33 07
Факс: +7(3412) 59 25 55
www.rifsm.ru
научно-технический и производственный журнал (Q'ff
декабрь 2010
