CC BY
23
УДК 544.421.42:536.755 Курдюмова С.Е., Потапова Е.Н.
ВЛИЯНИЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Курдюмова Светлана Евгеньевна, студентка 2 курса бакалавриата, обучающаяся факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, email: [email protected] Потапова Екатерина Николаевна, д.т.н., профессор, профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов, email: [email protected]
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Изучено влияние полипропиленовых волокон на основные физико-механические свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Показано положительное влияние полипропиленовых волокон на прочностные характеристики, водостойкость и морозостойкость вяжущего.
Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, дисперсное армирование, полипропиленовые волокна, повышение эффективности.
INFLUENCE OF POLYPROPYLENE FIBERS ON THE PROPETIES OF GYPSUMCEMENT -POZZOLANIC BINDER
Kurdyumova S. E., Potapova E. N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The effect ofpolypropylene fibers on the basic physical and mechanical properties of a gypsum cement-pozzolanic binder was studied. The positive influence ofpolypropylene fibers on the strength characteristics, water resistance and frost resistance of the binder is shown.
Keywords: gypsum cement-pozzolan binder, polypropylene fibers, particulate reinforcement efficiency.
На сегодняшний день изделия из гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ)широко используются в качестве строительного материала. Наряду с множеством положительных технических свойств материалы и изделия на основе ГЦПВ обладают хрупкостью, и высоким водопоглощением, из-за этого ограничивается их использование во влажных средах. Чтобы устранить эти недостатки в состав ГЦПВ вводятся различные минеральные добавки и армирующие материалы. Армирующие материалы, повышают некоторые физико-механические характеристики, а именно прочность при изгибе и сжатие. Для упрочнения изделий на основе вяжущих материалов применяют различные виды волокон. Дисперсное армирование значительно
Таблица 1. Механические свойства технических нитей
повышает ударную вязкость, устойчивость матрицы к скалыванию, развитие поверхностных трещин, возникающих при пластической усадке и другие свойства [1].
Среди многотонажных химических волокон и нитей общего назначения в настоящее время доминирующее положение занимают волокна и нити полиэфирные (лавсан, тревира, дакрон и др.), полипропиленовые, полиакрилонитрильные (нитрон, орлон, акрилан, долан и др.), алфатические полиамидные (найлон 6 и найлон 66 и др.) и гидратцеллюлозные (в основном вискозные). Основные сведения по этим видам волокон и нитей суммированы в таблице 1[2].
Нити Модуль деформации, ГПа Прочность на растяжение, МПа Удлинение при разрыве, %
Полипропиленовые 4-5 400-770 20-30
Поливинилспиртовые 10-20 600-800 6-12
Полиакрилонитрильные 4,5-8 450-600 11-17
Поликапроамидные 4,5-6 650-800 15-20
Полиэтилентерефталатные 12-16 680-700 8-12
Гидратцеллюлозные 6,5-12 300-450 9-15
Согласно таблице 1 полипропиленовое волокно можно отнести к низкомодульным, так как относительное удлинение при разрыве составляет 20-30 %, прочность при растяжении 400-700 МПа, что сопоставимо с прочностью
полиакрилонитрильных, немного выше
гидратцеллюлозных волокон, но значительно меньше поливинилспиртовых, поликапроамидных, полиэтилентерефталатных.
В работе использовали полипропиленовую пленочную фибриллированную нить (ППФН) производства ОАО «Институт Пластмасс им. Г. С. Петрова». Для придания прочности при растяжении полипропиленовую пленочную фибриллированную нить модифицировали севеленом (ППФМН) -продуктом сополимеризации этилена и винилацетата.
Методом гелевой пиктометрии определена истинная плотность полипропиленовых волокон (таблица 2).
Следует отметить, что плотность
модифицированного полипропиленового волокна несколько выше плотности не модифицированного волокна. Далее проведены измерения изотермы адсорбции, определена площадь поверхности волокон методом БЭТ и размер мезопор ^методом Гаркинса и Юры. Данные таблицы 2 показывают, что как площадь поверхности волокон, так и объем пор сильно различаются в зависимости от вида волокна. ППФН имеет удельную поверхность по БЭТ 0,1060+0,045 м2/г и очень малый объем пор -0,000001 см3/г. При модифицировании волокна возрастает удельная поверхность по БЭТ - до 0,1442+0,0020 м2/г и объем пор - до 0,0000014 см3/г.
Методом растровой электронной микроскопии исследована структура волокон. ППФН имеет размер (ширина - диаметр) волокон от 2,1 до 10,9 мкм (рис.1 а). Модифицирование волокна приводит к изменению поверхности волокна - она становится менее однородной и менее гладкой (рис.1 б). Размеры волокон уменьшаются до 0,23 - 0,66 мкм. У волокон нет четких границ.
Таблица 2. Свойства модифицированных и немодифицированных полипропиленовых волокон
Вид волокна Истинная плотность , г/см3 Площадь поверхности, м2/г Объем пор по ^ методу, см3/г
по одной точке Р/Р0, одноточный метод по БЭТ микропор внешней поверхности
ППФН 0,9103 0,0994 0,1060+0,0450 0,0037 0,1024 0,000001
ППФМН 0,9115 0,1346 0,1442+0,0020 0,0410 0,1032 0,0000014
Вторым этапом работы являлось исследование влияния полипропиленовых волокон на физико-механические свойства гипсоцементно-
пуццоланового вяжущего. Для придания сродства волокон-нитей к вяжущему в состав ГЦПВ вводили комплексную добавку - гиперпластификатор и редиспергируемый полимерный порошок в количестве 0,3 и 0,5 %, соответственно. Содержание добавок взято по ранее проведенным исследованиям [3]. Волокна вводили в ГЦПВ в количестве от 0,1 до 0,7 % от массы вяжущего. Были определены такие свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, как прочность, водостойкость, пористость, морозостойкость и корозиестойкость.
Нормальная густота (НГ) бездобавочного состава составляет - 35,0 % . При введении волокон не
происходило изменений нормальной густоты (таблица 3). Наблюдается лишь некоторое замедление начала схватывания. При армировании составов волокном прочностные характеристики образцов оказались очень близки (рис. 2). Однако можно выделить составы, содержащие 0,5 % волокон, которые характеризуются наибольшей прочностью на 28 сут. твердения. Прочность при изгибе составляет 18,5 МПа (состав 1.4) и 18,4 МПа (состав 1.8) и при сжатии 34,0 МПа (состав 1.4) и 33,5 МПа (состав 1.8), соответственно при введении не модифицированного и модифицированного волокон. По остальным характеристикам можно выделить два состава, с модифицированными и немодифицированными волокнами, с содержанием 0,7 % - составы 1.5 и 1.9. По показателям
водопоглощения (Ш) и пористости (П) у них самые минимальные значения: водостойкость - 1,22 % (состав 1.5) и 1,19 % (состав 1.9), пористость - 0,88 %. Кроме этого можно заметить, что потеря прочности при попеременном замораживании и
оттаивании у этих составов тоже минимальная 11,7 (состав 1.5) и 9,2 (состав 1.9). Также, у составов 1.5 и 1.9 коэффициенты коррозиестойкости (Кс) и водостойкости (Кв) на 1-10 % выше, чем у остальных составов.
Таблица 3. Свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
№ п/п Вид волокна Содержание волокна, % НГ, % Сроки схватывания, мин Ш, % Кв П, % ППпПЗиО*, % Кс
начало конец
1.1 - - 35,0 2,5 5,0 0,87 0,88 8,7 17,5 0,91
1.2 ППФН 0,1 35,0 2,0 3,5 1,63 0,79 8,8 16,3 0,93
1.3 0,3 35,0 2,5 4,5 1,72 0,82 8,8 15,9 0,91
1.4 0,5 35,0 3,0 4,5 1,32 0,86 8,8 13,1 0,90
1.5 0,7 35,0 3,0 5,0 1,22 0,88 8,7 11,7 0,89
1.6 ППФМН 0,1 35,0 3,0 4,5 1,77 0,78 8,9 10,8 0,90
1.7 0,3 35,0 3,0 4,5 1,62 0,81 8,9 10,5 0,91
1.8 0,5 35,0 3,0 5,0 1,28 0,87 7,8 9,7 0,92
1.9 0,7 35,0 3,0 5,0 1,19 0,88 7,5 9,2 0,94
*ППпПЗиО - потеря прочности после 20 циклов попеременного замораживания и оттаивания
Рис.2. Влияние содержания полипропиленовых немодифицированного (а) и модифицированного (б) волокон на прочность гипсоцементно-пуццоланового камня в возрасте 28 сут. (составы по табл.3)
Таким образом, было изучено влияние полипропиленовых волокон на свойства ГЦПВ. В ходе работы рассматривалось модифицирование волокон, после чего были определены свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего.
Проанализировав полученные данные, было выявлено, что поведение волокна
(немодифицированного и модифицированного) из полипропиленовой пленочной фибриллированной нити при введении в состав гипсоцементно-пуццоланового вяжущего одинаково, и не значительно влияют на эксплуатационные свойства вяжущего.
Наилучшими характеристиками обладает состав, армированный 0,7 % модифицированного волокна.
Список литературы
1. Сычева Л. И. армированные волокнами Менделеева, 2010.
- 138 с.
2. Перепелкин К.Е. волокон. - М.: Химия, 1985,
3. Манушина А. С., Потапова Е. Н. Влияние
Вяжущие материалы, - М.: РХТУ им. Д.И.
и свойства
Структура - 208 с. Ахметжанов А. добавок
М.,
на свойства
гипсоцементно-пуццоланового вяжущего / Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том XXIX, № 7 (166). - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2016, - С. 59-61.
