CC BY
88
УДК 666.94
А. В. Ружицкая, Е. Н. Потапова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ТВЕРДЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИК РЕДИСПЕРГИРУЕМЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОРОШКОВ НА СВОЙСТВА ЦЕМЕНТ - ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
In work influence of conditions of hardening on properties cement - the polymeric compositions containing various types of redispersible polymer powders is considered. The principle of a choice of type of polymer depending on conditions of carrying out of civil work is offered.
В работе рассматривается влияние условий твердения на свойства цемент - полимерных композиций, содержащих различные типы редиспергируемых полимерных порошков. Предложен принцип выбора типа полимера в зависимости от условий проведения строительных работ.
Современное строительство невозможно представить без использования цемент-полимерных композиций. Примером этого может служить все увеличивающийся спрос на различные сухие строительные смеси, предназначенные как для внутренних, так и для внешних работ. Так как строительные работы проводятся круглогодично, то весьма актуальным является изучение влияния условий твердения (температура, влажность, присутствие различных добавок) на свойства цемент - полимерных композиций.
Основной особенностью цемент - полимерных композиций является то, что одни и те же условия твердения по-разному влияют на свойства минеральной и полимерной матриц, которые в совокупности образуют со-матрицу.
При исследовании составов, содержащих различные по свойствам ре-диспергируемые полимерные порошки (РПП) (табл. 1), при различных условиях твердения (табл. 2), было установлено, что при улучшении деформа-тивных характеристик образцов, их прочностные показатели ухудшались.
Табл. 1. Характеристика использованных в работе полимеров
Полимер* Гибкость Реологические свойства ^плекообраз- / t °С 1стекл•; ^ Полимерная основа
1 высокоэластичный нейтральный 0/-15 VAc/E
2 эластичный нейтральный 0/-7 VAc/E
3 жесткий нейтральный 4-6/16-20 VAc/E/MMA
4 гибкий нейтральный 0/1-5 VC/E/VL
VAc -винилацетат; Е - этилен; ММА - метилметакрилат; VC - винилхлорид; VL - ви~ ниллаурат;* - в исследовании использовались РПП серии Vinnapas (компания Wacker)
Данное обстоятельство можно объяснить распределением РПП (в виде пленки) в теле гидратирующегося цементного раствора, а затем цементного камня (рис. 1).
3 5
При нормальных условиях процесс пленкообразования в камне цемент - полимерной композиции заканчивается в течении 48 часов твердения системы. Однако, часто условия работы с данными составами отличаются от нормальных (работы при повышенной влажности, высокой или низкой температурах).
Табл. 2. Режимы твердения образцов
Режим твердения Условия твердения
Нормальный 7 суток при 1 = 23,3 °С и <р = 50 %;
Влажный 7 суток при 1 = 23,3 °С и ф = 99,8 %;
Замораживание 1 сутки сразу после формования при 1 = -10 °С и <р = 80 %, затем 6 суток при 1 = 23,3 °С и <р = 50 %;
Высыхание 1 сутки сразу после формования при г = 40 °С, затем увлажнение водой с разбрызгиванием (5 мин), выдержка 1 час при t = 23,3 °С и ср = 99,8 % и твердение 6 суток при 1 = 23,3 °С и ф = 50 %.
Результаты исследования свойств РПП (смесь 50 % РПП и 50 % цемента) приведены на диаграммах (рис. 2). Из данных диаграмм видно, что при твердении во влажных условиях полимерная пленка практически не образуется (ухудшение всех характеристик), так как основным условием процесса пленкообразования является удаление растворителя из смеси полимер - растворитель, а для РПП растворителем является вода. Поэтому при работах в условиях повышенной влажности лучше всего применять составы с РПП, обладающих гидрофобными свойствами.
При замораживании образцов в ранние сроки твердения лучшие результаты показали составы с РПП № 2 с 1стеКлов. немного выше, чем температура твердения в первые сутки, поскольку, как указывается и многими исследователями [1-3], необходимо создать условия, при которых сначала будут протекать преимущественно процессы гидратации, а затем уже процессы пленкообразования. Причиной этому служит тот факт, что при образовании полимерной пленки, частицы полимера, которые уже скоагулировались или скоалесцировались между собой, адсорбируются на поверхности частиц гидратирующегося цемента и начинают препятствовать процессам гидратации. Вопреки широко распространенному мнению о том, что процессы пленкообразования не протекают при температурах ниже 1плеНкообр., в ходе работы было установлено, что пленка все-таки образуется, на что указывают и показатели изменения значений деформации и прочности образцов, как полимеров, так и цемент - полимерных композиций (рис. 2, 3). Снижение прочности образцов (рис. 3) происходит в результате значительного замедления процессов гидратации цемента, а повышение значений деформатив-ных характеристик соответствует более глубокому проникновению полимерной матрицы в виде пленки в матрицу минерального вяжущего.
Однако, структура данных пленок скорее всего более рыхлая. Полимерные частицы окружены прослойками воды, эта вода при замерзании создает избыточное давление (увеличиваясь в объеме), что заставляет частицы РПП сближаться и коагулировать. Тем самым происходит активизация первого (удаление растворителя) и второго (сближение частиц полимера и
их частичная коагуляция между собой) этапов пленкообразования. А третий этап - коалесценция отдельных частиц полимерной пленки в сплошную матрицу протекает, очевидно, после повышения температуры до значений ^енкообр [4].
Исходя из данных предположений, становится очевидной важность такой температурной характеристики РПП как 1стеклов не только для оценки деформативных характеристик цемент - полимерных композиций, но и для возможности применения конкретных РПП при различных рабочих температурах.
При твердении образцов в условиях высоких температур оптимальными оказываются РПП № 3 с 1:стеклов.= 20 °С, опять же по причинам обеспечения достижения необходимой последовательности процессов гидратации и пленкообразования. К тому же ускорение процессов пленкообразования,
б)
Рис. 1. Структура цементного камня (а) и цемент-полимерной композиции (б),
твердевших 7 сут (х 1500)
что происходит в случае с эластичными РПП (низкие 1:стеКлов. = -10 ^ -5 °С) ухудшаются свойства полимерной пленки, так как в этом случае увеличивается количество дефектов структуры (микро- и субмикротрещин) по которым может начаться и развиваться процесс разрушения [5, 6]. Это является следствием влияния температуры на релаксационные и реологические свойства полимерного материала.
Рис. 2. Изменение свойств полимеров при различных условиях твердения относительно
«нормального» режима (испытания на растяжение по DIN EN ISO 527-01)
120 100
s
m 80
о
=г
<S 60 й ю
0 но
S
§ 20
1
1 0
а с
¿-2 0 S
х-40 га
2
Влажныеусяоеия
Замораживание
11
В .„ -44 к!-45 ■
Сушка
i s.
I d 300
156162
Влажны? уошвия
I
6Шй яяшт Ш§ ~ шш
-20 L • . " -О 12 " Замораживание -20 L_ Ii
-46 ""
Рис. 3. Изменение свойств образцов цемент - полимерных композиций при различных
условиях твердения относительно «нормального» режима (испытания на прогиб по DIN EN 12002)
Таким образом, при использовании в ходе строительных работ в условиях повышенной влажности цемент - полимерных композиций, необходимо использовать составы, содержащие либо гидрофобные полимеры, либо вводить специальные добавки - коалесценты, способствующие образованию полимерной пленки. При работах в условиях низких или высоких температур, нужно подбирать составы с РПП, tCTeM0B. которых будет немного выше рабочей температуры. Однако, необходимо учитывать тот факт, что полимеры с высокой tCTeKjl0B. в нормальных условиях делают больший вклад в прочностные характеристики цемент - полимерных композиций, нежели в деформативные.
3 8
Библиографические ссылки
1. Ohama Y. Handbook of polymer-modified concrete and mortars / / Noyes Publications, 1995.236 p.
2. Золотов С. О гидратации и твердении ССС при отрицательных температурах/ Сайт С. Золотов. //URL: www.spsss.ru. Дата обращения: 01.03.2009.
3. Попов К.Н. Полимерные и полимерцементные бетоны, растворы и мастики / К. Н. Попов. - М.: Высш. школа, 1987. - 72 с.
4. Paul, A. Steward. Literature Review of Polymer Latex Film Formation and Particle Coalescence / URL: www.polymers.com. Дата обращения 01.03.2009.
5. Цой Б., Карташов Э. М., Шевелев В. В. Разрушение тонких полимерных пленок и волокон. М.: Химия, 1997. 344 с.
6. Тагер А. А. Физико-химия полимеров. М.: Научный мир, 2007. 576 с.
УДК 546.28:666.3-127:615.46
Н. В. Свентская, Б. И. Белецкий
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ ПОРИСТЫХ СТЕКЛОВИДНЫХ МАТРИЦ ДЛЯ БИОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
This paper describes optimization composition glass scaffolds for medicine. Dissolution of glass granules difficult structure and dimensions is study. Determine, that resorption of the glass scaffolds, made by us, exceed for medical glass.
Настоящая статья посвящена оптимизации состава стекловидных матриц для создания биодеградируемых имплантационных материалов. В работе исследована растворимость стёкол различного гранулометрического состава. Установлено, что резорбция разработанных нами стекловидных матриц превышает использованных ранее медицинских стёкол.
Имплантационные материалы для костной пластики классифицируют в зависимости от реакции на их подсадку окружающих тканей на 3 группы: биоинертные, биоактивные и биодеградируемые. Выбор имплантата зависит от конкретной клинической ситуации, например, биоинертные материалы остаются в зоне подсадки в течение всей жизни, выполняя опорную и передающую функции. Биоактивные композиты участвуют в реакциях связывания, обеспечивают остеоинтеграцию и задают направление регенеративных процессов. Биодеградируемые материалы способны не только активизировать остеогенные процессы, но вовлекаться в метаболические процессы и деградировать в определённые сроки.
