CC BY
3
УДК 666.946
Мясников А. К., Сычева Л.И.
ВЛИЯНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО ВЯЖУЩЕГО
Мясников Арсений Кириллович - обучающийся 1 курса магистратуры кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов; arsensenia@yandex.ru
Сычева Людмила Ивановна - кандидат технических наук, профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Статья посвящена исследованию свойств сухой строительной смеси на основе композиционного вяжущего. Определен состав композиционного вяжущего и влияние на его свойства таких функциональных добавок как гиперпластификатор, эфир целлюлозы и редиспергируемый полимерный порошок.
Ключевые слова: сульфоалюминатный цемент, гиперпластификатор, эфир целлюлозы, редиспергируемый полимерный порошок.
THE EFFECT OF FUNCTIONAL ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF THE COMPOSITE BINDER
Myasnikov A.K.; Sycheva L.I.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article is devoted to the study of the properties of a dry building mixture based on a composite binder. The composition of the composite binder and the influence on its properties of such functional additives as hyperplasticizer, cellulose ether and redispersible polymer powder have been determined. Keywords: sulfoaluminate cement, hyperplasticizer, cellulose ether, redispersible polymer powder.
Введение
Бетоны и строительные растворы, приготовленные на основе портландцемента, являются самыми распространенными материалами в строительстве. Однако бетоны и растворы имеют ряд недостатков, таких как: невысокий предел прочности на изгиб, пониженная химическая стойкость, достаточно продолжительные сроки схватывания. Для улучшения свойств бетонов и строительных растворов в их составы вводятся различные функциональные добавки.
Увеличивающиеся объемы строительства в нашей стране требуют создание новых удобных в применении высококачественных строительных материалов. Многолетний опыт строительства показывает, что для гидроизоляции бетонных конструкций и сооружений, наиболее эффективны цементные покрытия, в результате твердения которых происходит расширение твердеющей системы, обусловленное образованием быстрорастущих кристаллов гидросульфоалюмината кальция трехсульфатной формы [1]. Быстро увеличивающиеся в объеме эти высоководные кристаллогидраты заполняют поры и межпоровое пространство цементного камня, уплотняя и расширяя его структуру. Поэтому наиболее эффективным вяжущим для получения гидроизоляционных сухих строительных смесей являются расширяющиеся и напрягающие цементы.
Сульфоалюминатные цементы обладают рядом замечательных свойств по сравнению с другими гидравлическими вяжущими: ранние сроки схватывания, высокая водостойкость и коррозионная стойкость, возможность комплексного применения с
другими видами вяжущих, в частности с ПЦ. Этот цемент можно применять при отрицательных температурах и подвергать тепловлажностной обработке.
Большой вклад в изучение технологии сульфоалюминатного цемента внесли российские ученные И.В. Кравченко, Т.В. Кузнецова, Т.А. Атакузиев и др.
Основным минералом сульфоалюминатного цемента является сульфоалюминат кальция С4Аэ§. Из-за дорогих сырьевых компонентов таких как боксит, технический глинозем выпуск сульфоалюминатного цемента очень лимитирован и использование его потенциала ограничено.
Целью данной работы явилось повышение эксплуатационных характеристик цементного камня из композиционного вяжущего путем его модификации функциональными добавками.
Исходные материалы
По результатам ранее проведенного исследования было выбрано композиционное вяжущие, состоящее из 95 % портландцемента в качестве основного вяжущего и 5 % сульфоалюминатного цемента. Высокое содержание сульфоалюминатного цемента не целесообразно, так как приводит к понижению прочности из-за высокого расширения при твердении композиционного вяжущего.
В качестве функциональных добавок выбраны: гиперпластификатор Melflux 1641f,
редиспергируемый полимерный порошок VINNAPAS 5043 N и эфир целлюлозы Samsung PMC-40HS (табл. 1).
Гиперпластификатор (ГП) - водоредуцирующая добавка для снижения водопотребности и повышения
пластичности растворной смеси. Редиспергируемый полимерный порошок (РПП) для повышения адгезии раствора и его эластичности. Эфир целлюлозы (ЭЦ) выполняет роль водоудерживающего компонента [2].
С помощью матрицы планирования эксперимента были рассчитаны 7 составов смесей с разной концентрацией добавок, не превышающих их максимально допустимых значений (табл. 1).
Таблица 1. Составы смесей с функциональными
добавками
Состав Количество компонентов, %
ПЦ САЦ ГП ЭЦ РПП
1 95 5 0 0 4
2 95 5 1 0 0
3 95 5 0 0,5 0
4 95 5 0,5 0 2
5 95 5 0,5 0,25 0
6 95 5 0 0,25 2
7 95 5 0,33 0,165 1,32
Экспериментальная часть
Композиционное вяжущие состава «95% портландцемента + 5% сульфоалюминатного цемента», обладает следующими свойствами: нормальная густота - 30%; начало схватывания - 42 мин., конец - 84 мин.
Функциональные добавки оказывают заметное влияние на нормальную густоту, начало и конец схватывания, а также на прочностные характеристики. Так добавка гиперпластификатора (образцы № 1 и 4) снижает водопотребность и сокращает сроки схватывания, а добавка эфира целлюлозы (образцы № 3 и 6), наоборот, их увеличивают.
Таблица 2. Нормальная густота и сроки схватывания композиционного вяжущего
Состав 1 2 3 4 5 6 7
НГ, % 31 25 33 24 28 32 25
Начало схватывания, мин 71 53 91 42 55 44 82
Конец схватывания, мин 100 137 162 145 156 144 142
При анализе продуктов гидратации композиционного вяжущего было установлено, что основными гидратными фазами на ранних сроках являются эттрингит (9,78; 5,59; 4,69 А) и портландит (4,91; 3,10; 2,63 А). Сравнивая рентгенограммы гидратированных в возрасте 7 суток портландцемента и композиционного вяжущего (рис. 1), следует отметить, что в композиционном вяжущем существенно снизилось количество портландита, так как образующийся при гидратации сульфоалюмината кальция А1(ОН)з вступает во взаимодействие с Са(ОН)2 и связывает его в гидроалюминат кальция С4АН13. То есть сульфоалюминатный цемент выполняет роль активной минеральной добавки в смеси с портландцементом.
i i i i
--!-1 1 1 !-I-I-I-I-1 ■ ■ I !-I-I-—
Рис. 1. Рентгенограмма ПЦ и вяжущего состава
95% ПЦ + 5% САЦ в возрасте 7 суток Все образцы твердели в воздушно-влажных условиях. По мере твердения цементов их прочность к 28 суткам увеличивается примерно на 55 - 60 %. Составы № 1, 3 и 6 практически имели близкие прочности в возрасте 3-х и 7-ми суток. Это обусловлено замедляющим действием добавок РПП и ЭЦ не только на процессы схватывания, но и на ранние сроки твердения. К 28 суткам твердения максимальной прочности достиг состав № 4 с добавками 0,5 % ГП + 2 % РПП. В данном случае эффект от действия добавок дополняет друг друга. Добавка ГП, обладая водоредуцирующим эффектом, снижает В/Ц отношение и уплотняет структуру цементного камня, а добавка РПП, полимеризуется в процессе твердения цементного камня и также упрочняет его (рис. 2).
Оптимальным по всем показателям: срокам схватывания, прочности при изгибе и сжатии, водопоглащению оказался образец № 4, в состав которого входят добавки ГП и РПП, снижающие В/Ц отношение и как следствие, способствующие формированию плотной структуры цементного камня. При этом снизилось и водопоглащение. Кроме того, добавка полимеров влияет на морфологию кристаллов эттрингита, способствуя формированию более плотных кристаллических сростков.
Рис.2. Влияние добавок на прочность композиционного вяжущего
В сравнении с образцом № 3 и № 4 образец из состава № 5 показал стабильный набор прочности на изгиб и сжатие. Так же у него достаточно низкое водопоглащение, обусловленное уплотнением структуры за счет наличия добавки ГП. Эффект от действия ГП перекрывает некоторое увеличение водопотребности за счет добавки ЭЦ, так как эта добавка аккумулирует и постепенно отдает воду для процесса гидратации.
В образце № 6 с добавками эфира целлюлозы и РПП наблюдается высокое водопоглощение и как следствие низкие показатели прочности и плотности цементного камня. Добавка РПП в отличие от ГП не обладает столь значительным водоредуцирующим эффектом, как ГП.
5
1 2 3 4 5 6 7
Состав
Рис. 3. Водопоглащение композиционного вяжущего с функциональными добавками
Состав № 7 показал высокие показатели прочности и пониженное водопоглащение в поздние сроки твердения, но его состав является самым дорогим, так как в нем используются сразу все три функциональные добавки.
Для дальнейшего повышения эксплуатационных свойств изученных сухих строительных смесей необходима их комбинация с наполнителем и заполнителем, в качестве которых могут выступать каолин, кварцевый песок, микрокремнезем [3].
Заключение
Показано, что добавка сульфоалюминатного цемента способствовала увеличению прочности и уплотнению структуры цементного камня. Подобрана композиция функциональных добавок к вяжущему, которое может найти применение для гидроизоляционных сухих строительных смесей. Ее состав: 0,48% гиперпластификатора, 2,08% редиспергируемого полимерного порошка, 0,04% эфира целлюлозы.
Список литературы
1. Aranda M. A. G., De la Torre A. G. Eco-efficient concrete: 18. Sulfoaluminate cement. - Elsevier Inc. Chapters, 2013. - 488 с.
2. Корчунов И. В. и др. Влияние эффективных водоредуцирующих добавок на свойства цемента //Сухие строительные смеси. - 2017. - №. 2. - С. 3135.
3. Урецкая Д.П., Носиков Ю.В. Сухие строительные смеси: материалы и технологии. -Минск, 2001. - 208 с.
