ВЛИЯНИЕ ЗОЛЯ КРЕМНЕКИСЛОТЫ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИСТИРОЛБЕТОНА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.327.32

Л.А. УРХАНОВА, д-р техн. наук ([email protected]), А.Ц. ЦЫДЫПОВА, инженер ([email protected])

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления (670013, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40B)

Влияние золя кремнекислоты на физико-механические свойства полистиролбетона

Рассмотрены вопросы использования золя кремнекислоты, полученного гидролизом солей, в качестве добавки для улучшения физико-механических свойств цемента и полистиролбетона на его основе. Доказано улучшение свойств цемента и изменение его фазового состава при использовании коллоидной добавки. Разработаны рецептуры и определены основные характеристики полистиролбетона с использованием золя кремнекислоты и для сравнения суперпластификатора С-3. Выявлена оптимальная дозировка золя в составе полистиролбетона. Доказано, что применение модифицирующей добавки увеличивает гидрофильность пенополистирола к цементному камню, повышает прочность полистиролбетона при снижении его средней плотности.

Ключевые слова: золь кремнекислоты, гидролиз соли, цемент, фазовый состав, прочность при сжатии, средняя плотность, адгезия, пенополистирол, полистиролбетон.

Для цитирования: Урханова Л.А., Цыдыпова А.Ц. Влияние золя кремнекислоты на физико-механические свойства полистиролбетона // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 45-51.

L.A. URKHANOVA, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]), A.Ts. TSYDYPOVA, Engineer ([email protected]) East Siberia state university of technology and management (40v, Kluchevskaya Street, Ulan-Ude, 670013, Russian Federation)

Influence of Silica Sol on Physico-Mechanical Properties of Polystyrene Concrete

The article discusses the use of silica sol obtained by salt hydrolysis, to improve the physical and mechanical properties of the cement and polystyrene concrete. Improvement the properties of cement with colloid additive and changing phase composition are proved. The composition is designed and main characteristics of polystyrene concrete are defined with silica sol and naphthalene superplasticizer. The optimal dosage of the sol in the composition of polystyrene concrete is identified. It is proved that with use of modifying additives - silica sol the hydrophilicity of foam polystyrene to the cement stone increases in the composition of polystyrene concrete. Compressive strength of polystyrene concrete is increased with a decrease in average density.

Keywords: silica sol, salt hydrolysis, cement, phase composition, compressive strength, average density, adhesion, foam polystyrene, polystyrene concrete.

For citation: Urkhanova L.A., Tsydypova A.Ts. Influence of silica sol on physico-mechanical properties of polystyrene concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2018. No. 1-2, pp. 45-51. (In Russian).

Известно, что для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют добавки различного функционального назначения. Применение химических добавок является одним из наиболее универсальных, доступных и гибких способов управления технологией бетона и регулирования его свойств. Планы развития строительной индустрии предусматривают значительное расширение производства бетонных смесей с использованием эффективных добавок, применение новых видов добавок [1].

Промышленность строительных материалов Республики Бурятия (РБ), учитывая потребность строительной отрасли в конструкционно-теплоизоляционных бетонах, выпускает традиционные изделия на основе шлакобетона с использованием топливных и вулканических шлаков, полистиролбетона. В строительной индустрии РБ все шире используется полистиролбетон, приготовленный по традиционной технологии в соответствии с ГОСТ Р 51263—99 «Полистиролбетон. Технические условия». Однако у предприятий, выпускающих данный вид продукции, возникает проблема ухудшения физико-механических показателей бетона при снижении его средней плотности.

Анализ работ В.А. Рахманова, В.Г. Довжика и других показывает, что прочность полистиролбетона зависит от многих факторов: от прочности заполнителя, от качества исходного материала — бисерной смолы, прочности цементного теста, адгезионно-когезионных контактов в системе пенополистирол — цемент [2—4]. Так, в работах Н.В. Архинчеевой, О.В. Журба решались проблемы адгезии пенополистирола к цементному камню: для повышения гидрофильности пенополистирола ис-

It is known that there are some additives of various functional purposes are used in order to regulate the properties of concrete, ready-mix concrete and cement saving. The use of chemical additives is one of the most versatile, accessible and flexible way to manage concrete technology and regulating of its properties. The development plans of the construction industry provide a significant expansion of the production of concrete mix using effective supplements, the use of new types of additives [1].

The building materials industry of the Republic of Buryatia (RB), consdering the need of the construction industry in structural-insulating concretes, produces traditional products on the basis of the slag concrete using fuel and volcanic slag, polystyrene. In the building industry of RB, polystyrene concrete, prepared according to traditional technology in accordance with GOST R 51263—99 is increasingly used. Nevertheless, the companies producing polystyrene concrete have the problem of the deterioration of physical and mechanical properties of concrete while reducing its average density.

The analysis of works of Rakhmanov V.A. and Dovzhik V.G. and others shows that the strength of polystyrene concrete depends on many factors: the strength of the filler material, the quality of the base material — bead resin, strength of the cement grout, adhesive-cohesional contacts in the system of expanded polystyrene cement [2—4]. So, in the works of. Arhincheeva N.V and Zhurba O.V. the problems of adhesion of polystyrene to cement stone were solved: in order to increase the hydrophilicity of expanded polystyrene various chemical additives were used [5]. There were identified the optimal proportionment of various chemical additives for increasing hydrophilic properties

Таблица 1 Table 1

Ö4

CK ^ о о M

га о

ск с о

Я . 2

1—

X с

ш (D

^ О

i С

о о

о

§ с га £

я о

h* tojO

I ë s

Я О 5 "D

Я IZ

И

с

сс

я

CL

i— ce * £

о

oC

^азшаз

b Г

0

1

х о а с с;

ш «

ш а с

см

га

« h-

о о

&

s о О.

I * Р

ноо

OJQ

ТОО ООш

£ « CG

£ g I

о s -

г-г □со

ИГ

а) о _

£oÇÇ та о^

ел

\ сс

ш ~о

о а) ш та п я

^ и

о

.

н х

о

° 8 S

о -sœ

с *

S >5

н о

о *

0 CG

1 я X Ю

о о

Q. «

ш

■ь О та о

ёЛ

M

CD S

S ™

о я ..

с О

О о

I ^

СС \

и œ

СО^СЧ

СО СС d ,

'S &

s °

£ оэ

-О см

£

I 0) <М

8:1° сс

ШТЗ

^я я ^

а) ч) ^ сс

8 £

а) £ te и

ч- > œ g

а> s

¡Е а)

Q. Я 1= ^

5 о

m ш

ü О

¡s

Πm

с аз § g

ш ч

«

a>

.

с

а)

о m

„ 8 s

Id

ШО

о s °

О я X о

£ЧД/

О CL

0 -Р

s *

1 & ^ ОЭ

о см .

.с ш

i eu œ

S к

S S s « > — ^

« ï= p <НтзЕсс

ilUcD чо £ Я coo^

о я 5 о оэ

° S В ™ ■В ä & °

яЕс^ ^ ятз

н-сз'й

ш ш

s й О. Я 1= ^

га о

h m ш m со

о О

Р

Πm

о (Л

« ц

0 ч

о

Ш ,4,

* i ш га s я

1 а ш о 3 о

0 s

1 FE

о Я И о

О

ы сс m \

О сс

Я -е

^ ï^ я о и аз 2 см я

.

о о

¡3

§ л

Vi

а) >

& Ч) Я-ël

■а сс

Я£=СС

S^ -а

^ г

о Е

о я а)

5

« я ш -а аз Е см

я

I g

0,25

0,8

52,2/72

1,34

1,2

86,7

67

0,5

0,4

65/77,1

1,67

1,28

108

85

0,75

0,2

67/83,3

1,71

1,38

112

80

0,2

63,3/80,5

1,62

1,33

103

79

Без добавки Without additive

39/60,2

65

Таблица 2 Table 2

Вид добавки Type of additive Концентрация золя,% Concentration of sol, % Время твердения, сут Hardening time, days Предел прочности при сжатии Rcx, МПа, в зависимости от количества золя, % от массы цемента Compressive strength, R,, MPa, depending on the amount of sol,% by weight of cement

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Na2SiF6 0,75 7 39 67 62,7 62 61,9 60,8 -

28 60,2 83,3 80 78,1 78,5 80,9 -

пользовались различные химические добавки [5]. Были выявлены оптимальные дозировки различных химических добавок для повышения гидрофильности и соответственно адгезии пенополистирола к цементу, в результате чего улучшилась прочность полистиролбетона.

Для расширения ассортимента химических добавок авторами статьи исследовались адгезионные добавки, используемые в дорожном строительстве, для увеличения адгезии пенополистирола к цементному камню [6].

Повышение физико-механических свойств поли-стиролбетона возможно за счет использования новых модифицирующих добавок, какими являются добавки, полученные золь-гель методом. Еще в 1980-е гг. профессор М.М. Сычев проявил интерес к золь-гелям как прогрессивному методу, связанному с получением композиционных материалов с улучшенными свойствами [7, 8]. Трудно представить физическую картину влияния микродобавок, полученных золь-гель методом, на процессы твердения цемента, однако полученные при их использовании результаты повышения основных строительно-технических свойств цементного камня и бетонов подтверждают высокую эффективность применения данных видов модификаторов.

К настоящему времени появилось значительное количество добавок на основе золей кремниевой кислоты, гидроксида железа, гидроксида алюминия, позволяющих получить высокопрочные бетоны за счет интенсификации процесса гидратации цемента [9]. Золи крем-некислоты и гидроксидов алюминия и железа представляют собой коллоидные системы нанодисперсных размеров, частицы которых отличаются не только высокой химической активностью, но и способностью при

and, consequently, the adhesion of expanded polystyrene to cement, and as a result, the strength of concrete was improved.

For extending the range of chemical additives, the authors investigated the adhesive additives used in road construction, in order to increase the adhesion of expanded polystyrene to cement stone [6].

The increase of the physical and mechanical properties of polystyrene concrete is possible through using new modifying additives, like additives that were obtained by the sol-gel method. In the 1980s, the professor Sychev M.M. showed interest in sol-gels as a progressive method associated with the receiving composite materials with improved properties [7, 8]. It is hard to imagine the material picture of the microaddition's influence received by the sol-gel method, on the cement hardening processes, but their results of an increase the basic construction and technical properties of cement stone and concrete confirm the high effectiveness of using of these types of modifiers.

Currently, there are considerable additives based on silica sols, ferrum hydroxide, aluminum hydroxide, allowing to obtain high-strength concretes in consequence of intensification of the cement hydration process [9]. Silica sols and hydroxides of aluminium and ferrum represent the colloid systems of nanodispersed dimensions, the particles of which are not only high chemical activity, but also the ability when switch to gels to fill in the fine capillaries of the cement stone and increase the following physico-mechanical properties: strength, water tightness, cold resisting property. A substantial contribution to the study of this direction were made by such scholars as Komohov P.G., Svatovskaya L.B., Lukutcova N.P., etc. [10-13].

b

ï

переходе в гели заполнять самые тонкие капилляры цементного камня и повышать основные физико-механические свойства: прочность, водонепроницаемость, морозостойкость. Большой вклад в изучение данного направления внесли такие ученые, как П.Г. Комохов, Л.Б. Сватовская, Н.П. Лукутцова и др. [10—13].

В работе для улучшения прочности цемента и полистиролбетона на его основе использовался золь кремниевой кислоты, получаемый путем гидролиза растворимых солей, в частности крем-нефтористого натрия Na2SiF6, без удаления катионов натрия №+. Гидролиз кремнефтористого натрия протекает по следующей реакции:

Na2SiF6 + 4Н20 ^ 2NaF + 4ОТ + H4SЮ4.

В результате гидролиза образуется кремниевая кислота в коллоидном состоянии, фторид натрия и плавиковая кислота. Фторид натрия выступает в качестве ускорителя твердения цементного камня.

Эффективность золя кремнекислоты, полученной гидролизом добавки Na2SiF6, для повышения прочности цементного камня представлена данными табл. 1.

Анализ результатов исследований показал, что оптимальная концентрация исходного золя составляет 0,75%, а оптимальная дозировка в цементном камне — 0,2% от массы цемента. При этом прочность при сжатии цементного камня в возрасте 7 сут увеличилась на 71%, а в 28 сут — на 38%. В возрасте 7 сут твердения достигается прочность, равная прочности контрольных образцов в 28 сут. Следовательно, добавка является и ускорителем твердения цемента и одновременно повышает прочность цемента в возрасте 28 сут.

В табл. 2 приведены данные по пределу прочности при сжатии цемента в возрасте 7 и 28 сут в зависимости от дозировки золя кремнекислоты.

Как следует из данных табл. 2, добавка золя на основе Na2SiF6 эффективна во всем интервале исследованных дозировок. Предел прочности при сжатии повышается на 56—72% в возрасте 7 сут и на 30—39% в возрасте 28 сут.

Изменения физико-механических свойств модифицированного ПЦ связано с изменением его фазового состава и структуры. Проведение рентгенофазового анализа (РФА) позволяет исследовать фазовый состав исходного и модифицированного цемента и объяснить механизм действия золя кремнекислоты на процессы гидратации и твердения ПЦ [14]. РФА был проведен для ПЦ без добавки и с добавкой золя кремнекислоты (15% раствор). По результатам РФА установлено, что у цемента, модифицированного золем кремнекислоты (рис. 1, Ь), в возрасте 3 сут наблюдается увеличение суммарной интенсивности отражения портландита СН, превышающей значение интенсивности у цементного камня контрольного состава (рис. 1, а) в среднем на 10—15%, что связано с ускорением процессов гидратации цемента с золем кремнекислоты.

В цементном камне с золем кремнекислоты через 28 сут твердения (рис. 2, Ь) зафиксировано снижение суммарной интенсивности отражения портландита на 10—20% по сравнению с контрольным цементным камнем (рис. 2, а). При этом суммарная интенсивность дифракционных максимумов алита в цементном камне с золем кремнекислоты уменьшается на 60—65%, белита — на 13% по сравнению с контрольным цементным камнем. Это свидетельствует об ускоренной гидратации минералов алита и белита. Основными продуктами гидратации ПЦ с добавкой являются гидросиликаты кальция (ГСК), гидроалюминаты кальция, гидросульфоалюми-

| РОГ K-04I-02IS Gollï СввДЗ Ов ( О II № 32 HI О Cnkium Aluminum Hvd-Jird.- ly^a I PnF(ïMM?-tMei7(T\ir4Ç«ll)3C»Çi-JUi™' CB | • ■ -1в -V С «t.. NwAwn ;.-«» ..-V-Ak, ■V»»"

HL r Oû 1 046 H гипс CHI) S 02 ■ " ГЧТ,- \M.

JThrta I Coupled Т™ТЪо1п71Ъо1и) ,&t060

I PDFO1-OÛM5&4tTiMMCirlllCaî.02(AH.Ï3i0.1 024 1 Cflkiim l«to-*inBsilican | CBtdumA

I ^01-072-7777 I Гила С4ИЖ Mg Al ) i W010[ HZ О )Z ( О H J ) ) ( HZ О Г&:>^«1!1|4

I РПР01П7ЯЧН15|Т.Г1п<'.<1|1>Сг5<ОН]?Р™|1г1гк11!г.:гуп

[ POF01-07G4K031TwieCell>Mg3(1*JSÛ010)t°H >)< H2 О ) Vemiculila

ZITida {Coupled TwcThda/Tbda) WL=1 .НОИ

Рис. 1. Рентгенограмма цементного камня через 3 сут твердения: a - контрольный образец; b - с золем кремниевой кислоты

Fig. 1. X-ray pattern of the cement stone after 3 days of curing: a - test specimen; b - with silica sol

In the work for improving the strength of cement and polystyrene concrete on its basis the silica sol was used, that obtained by hydrolysis of soluble salts, in particular kremne-fluosilicic sodium Na2SiF6, without removal of cations of sodium Na+. Hydrolysis of kremnefluosilicic sodium flows through the following reaction:

Na2SiF6 + 4H2O ■

2NaF + 4HF + H4SiO4.

As a result of hydrolysis the silicic acid in a colloidal state, sodium fluoride and hydrofluoric acid are produced. Sodium fluoride acts as an activator of hardening cement stone.

The effectiveness of silica sol obtained by hydrolysis of Na2SiF6 additives for improving the strength of cement stone is presented in Table 1.

The evaluation of the results of the research showed that the optimal concentration of the initial sol is 0.75%, and optimal proportioning in the cement stone — 0.2% of cement weight. The compressive strength of the cement stone at the age of 7 days increased by 71%, while in 28 days — 38%. At the age of 7 days of curing, the strength is achieved equal to the strength of the control sample in 28 days. Consequently, the additive is an activator of curing the cement, and simultaneously increases the strength of cement at the age of 28 days.

Table 2 shows the information for the limit of compressive strength of cement at the age of 7 and 28 days depending on the proportioning of silic sol.

It follows from the Table 2, the addition of sol on the basis of Na2SiF6 is effective over the whole range of the investigated proportioning. The limit of compressive strength is in-

lj научно-технический и производственный журнал

;Ы ® январь/февраль 2018 47~

Таблица 4 Table 4

Таблица 3 Table 3

Вид добавки Type of additive Время твердения, сут Curing time, day Предел прочности при сжатии R^, МПа, в зависимости от количества добавок, % от массы цемента Compressive strength Rc, MPa, depending on the amount of additives, % by weight of cement

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Na2SiF6 7 5,6 5,45 5,42 5,78 5,6 5,5

28 8,2 6,4 7,34 8,82 7,78 7,56

С-3 7 4,05 4,12 4,7 4,57 4,35 -

28 5,45 5,6 6,1 8,15 6,8 -

Примечание. Прочность контрольного образца в возрасте 7 сут равна 3,78 МПа, в возрасте 28 сут - 5,4 МПа. Note. The strength of the control sample at the age of 7 days is 3.78 MPa, at the age of 28 days - 5.4 MPa.

Состав полистиролбетона Composition of polystyrene concrete Предел прочности при сжатии R^, МПа Compressive strength, Rc, MPa Предел прочности при изгибе R„3r, МПа Bending strength, Rb, MPa Усадка при высыхании, см Shrinkage on drying, cm Пр, показатель расслаиваемости, % Index of delamination, % Водопоглощение, мас. % Water absorption, % by weight Морозостойкость, МРЗ, циклы Frost resistance, cycles

Бездобавочный полистиролбетон Non-additive polystyrene concrete 5,4 3,2 0,7 21 4,1 25

Полистиролбетон с золем кремнекислоты (0,8% от массы цемента) Polystyrene concrete with silica sol (0.8% by weight of cement) 8,82 5,6 0,52 16 3,8 50

наты кальция — эттрингит, портландит Са(ОН)2. В цементе с золем кремнекислоты наблюдается большая интенсивность пиков ^/п=1,82), относимых к низкоосновным гидросиликатам кальция типа CSH (I).

Следует предположить, что высокая удельная поверхность образуемого золя кремнекислоты позволяет его частицам заполнять микропоры цементного камня и создавать за счет этого плотную и прочную микроструктуру. Золь кремнекислоты активно влияет на гидратацию ПЦ: его присутствие изменяет концентрацию ионов Са и ОН- в жидкой фазе цементной пасты уже в первые минуты гидратации. Образование продуктов гидратации в ранний период происходит при участии поверхности нанодисперсных частиц, и поверхность цементных зерен оказывается в меньшей степени блокирована новообразованиями, что интенсифицирует процесс гидролиза цементных фаз [14]. Известно, что введение микроколичества вещества, как имеющего сродство с синтезируемыми фазами, так и не обладающего таковым, влияет на скорость кристаллизации, морфологию минеральных индивидов и агрегатов. Золь кремнекислоты, находящийся в дисперсном состоянии в активно гидратируемой среде, конденсируется на ребрах, вершинах и сколах кристаллов исходных клинкерных минералов и образует дополнительные центры кристаллизации, вокруг которых группируются новообразованные кристаллы в виде друз [15]. Таким образом, введение золя кремнекислоты в состав ПЦ активно влияет на процессы гидратации клинкерных минералов, изменяя как свойства свежесформованной смеси, так и свойства затвердевшего камня. Механизм действия добавки является комплексным, так как золь кремнекислоты может выступать в качестве наполнителя, способствовать связыванию портландита, образовывать дополнительные центры кристаллизации. Применение золя кремнекис-

creased by 56—72% at the age of 7 days and by 30—39% at the age of 28 days.

The changing of physico-mechanical properties of modified cement (PC) is associated with the change its phase composition and structure. The conduction x-ray analysis (XRF) allows to investigate the source and phase composition of modified cement and explain the mechanism of silica sol on hydration and curring of cement (PC). The XRF was held for PC without additive and with an additive of silica sol (15%). Based on the results of the XRF in the cement modified with silica sol (fig. 1, b), at the age of 3 days there were been an increase in the magnitude of the total intensity of the reflection portlandita CH, exceeding the value of the intensity of the cement stone of the control composition (fig. 1, a) upon average 10—15%, due to the acceleration of processes of hydration of the cement with silica sol.

In comparison with the control cement stone (fig. 2, b) the decrease of total intensity of reflection of portlandite by 10—20% are registered in the cement stone with silica sol after 28 days of curing (fig. 2, a) a decline of total reflection intensity portlandita on 10—20% compared to control cement stone. At that the total intensity of the diffraction lobes of alite in cement stone with silica sol is reduced by 60—65%, belita at 13% in comparison with the control cement stone. It shows an accelerated hydration of minerals of alita and belita. The main products of hydration of the PC with the additive are calcium hydrosilicates, calcium hydroaluminate, calcium hydrosulphite-jettringit, portlandit Ca(OH)2.

In the cement with silicica sol there are large intensity peaks (d/n=1.82), imputable to the low-basic calcium hydrosilicates of type CSH (I).

It should be assumed, that the high specific surface of silica sol allows its particles to fill micro-pores of the cement stone and create due to this solid and firm micro-

PDF 01-0ro-6«arrw>* C«ll> стон 12 Portion«*, «yn POF Ol 07Л 17ВЛ iTliiui Calif Л12 0«2 Об (OH Ka«biH«-IA POF Ol -О7МЯМ < luno Call) 31 02 3*tcon OxKW

POF OOMiOlUe (Turw Call) < FoO 6 МцО Л )7 SI8 072 (ОН)? Oniniifila POF 01-075-S-07 Call» Ol 02 hypothetical Ы14С* | Олмг Oxldo

UMJUJ2JA

г ТЫЛ« (CuuiJt*! Тм1Ы<ЛМ>) WL 9 MOOO

■A.........4.'

¡ГТ1ВДО t&wfJMl 1№Пм№ПнЦ VM 1 ,&tow

Рис. 2. Рентгенограмма цементного камня через 28 сут твердения: a - контрольный образец; b - с золем кремниевой кислоты

Fig. 2. X-ray pattern of the cement stone after 28 days of curing: a - test specimen b - with silica sol

лоты позволяет изменять скорость гидратации цемента, морфологию и состав образующихся кристаллогидратов.

Учитывая, что золь на основе Na2SiF6 показал эффективность во всем интервале дозирования, было исследовано влияние золя кремнекислоты с оптимальной концентрацией 0,75% на прочностные характеристики по-листиролбетона в интервале дозирования от 0,2 до 1,2%. Для сравнения было исследовано влияние суперпластификатора С-3 на прочность полистиролбетона в возрасте 7 и 28 сут в интервале дозирования от 0,2 до 1% от массы цемента. Для этого были приготовлены образцы-кубы 10x10x10 см на портландцементе ЦЕМ I 42,5Н при постоянном В/Ц отношении. В качестве заполнителей использовался песок природный кварц-полевошпатовый с Мкр=2,2—2,3, пенополистирольный вспененный гранулированный заполнитель (ПВГ) с размером зерен 5—10 мм. Плотность полистирольных гранул составляла 15 кг/м3. Образцы хранились в нормальных условиях и испытывались на сжатие в возрасте 7 и 28 сут (табл. 3).

Анализ результатов исследований показал, что при концентрации исходного золя 0,75% оптимальная дозировка в полистиролбетоне составляет 0,2 и 0,8% от массы цемента. При этом прочность при сжатии бетона в возрасте 7 сут при дозировке золя 0,2% увеличилась на 48,1%, а в 28 сут — на 51,8% в сравнении с контрольными образцами. При этом в 7 сут достигается прочность, равная прочности контрольных образцов в 28 сут. Оптимальная дозировка золя кремниевой кислоты 0,2 и 0,8% от массы цемента, что в пересчете на сухое вещество составляет соответственно 0,0015 и 0,016%.

Прочность цементного камня является одним из факторов, влияющих на прочность полистиролбетона. Введение добавки в виде золя кремнекислоты повышает не только прочность цемента, но и прочность полистиролбетона на его основе. Кроме того, золь кремниевой кислоты уменьшает поверхностный угол смачивания, вследствие чего формируются адгезионно-когезионные контакты в системе пенополистирол — цемент — вода.

Оптимальная дозировка суперпластификатора С-3 составила 0,8% от массы цемента. При этом прочность

structure. The silica sol actively impacts on the hydration of PC: its existence changes the concentration of ions Ca2+ and OH- in liquid phase of the cement mix at the first minutes of hydration. The forming of products of hydration in the early period occurs when the surface of the nanodispersed particles, and the surface of the cement flakes are turned out to a lesser extent blocked by tumors that intensifies the process of hydrolysis of the cement phases [14]. It is known that the addition of trace amounts of the material, as having an affinity with synthesized phases, and not having such, works upon the solidification rate, morphology of mineral individuals and aggregates. The silica sol located in dispersed state in active hydrative environment, condenses on edges, vertices and chipped crystals source of clinker minerals and forms an additional-centres of crystallization, around which are grouped the newformed crystals in the form of drusen [15]. Thereby, the addition of silica sol in the composition of the PC actively affects the hydration of clinker minerals processes, changing the properties of the fresh concrete mixture, and properties of the solidified stone. The mechanism of silica sol is complex, because it can acts as a filler and it contributes to forming of portlandita, and an additional centers of crystallization. The usage of silica sol allows to change the hydration rate of cement, morphology and composition of formed hydrates.

Taking into account that the sol on the basis Na2SiF6 showed effectiveness throughout the proportioning interval, the influence of silica sol with optimal concentration of 0.75% on strength characteristics polystyrene in the interval of dosing up 0.2 to 1.2% was analyzed. For comparison, the influence of super-plasticizer C-3 was studied on the strength of the polystyrene concrete at the age of 7 and 28 days dosing interval from 0.2 to 1% by weight of cement . For this purpose some samples were prepared — cubes 10x10x10 cm on Portland cement CEM I 42.5H at constant W/C-ratio. The natural sand quartz-feldspar with Fineness modulus = 2.2—2.3, polystyrene foam granules (OAGS) with the size of grains 5—10 mm were used as fillers. The denseness of the polystyrene granules was 15 kg/m3. The samples were stored under normal conditions and tested compression at the age of 7 and 28 days (table 3).

Analysis of the investigation's results showed that when the concentration of the initial sol of 0.75%, the optimal proportioning in the polystyrene concrete is 0.2 and 0.8% by weight of cement. In this case the compressive strength of the concrete at age of 7 days at the proportioning of sol 0.2% increased by 48.1%, and in 28 days — by 51.8% in comparison with the control samples. At the same time in 7 days achieved the strength equal the strength of the control samples in 28 days. The optimal proportioning of silica sol 0.2 and 0.8% by weight of cement in terms of dry matter amounts to 0.0015 and 0,016%. The strength of the cement stone is one of the factors influencing on the strength of the polystyrene concrete. The introduction of additives in the form of silica sol increases not only the strength of the cement, but the strength of the polystyrene concrete based on it. Besides, the silica sol reduces the surface wetting angle, in consequence of which adhesive-cohesive contacts are formed in the system, expanded polystyrene—cement—water.

The optimal proportioning of superplasticizer C-3 composed 0.8% by weight of the cement. In this case the com-pressive strength of polystyrene concrete at the age of 7 days increased by 20.8%, in 28 days — 50.9%.

It should be noted that under the optimal proportion-

ing of superplasticizer C-3 and silica sol 0.8% by weight of

а

b

[j научно-технический и производственный журнал

;Ы ® январь/февраль 2018 49

при сжатии полистиролбетона в возрасте 7 сут увеличилась на 20,8%, а в 28 сут — на 50,9%.

Следует отметить, что при оптимальных дозировках суперпластификатора С-3 и золя кремниевой кислоты

0.8. от массы цемента прочность при сжатии бетона в возрасте 28 сут увеличилась на 50,9 и 52,9% соответственно. При этом в пересчете на сухое вещество дозировка золя кремниевой кислоты в 28 раз меньше по сравнению с суперпластификатором С-3.

В табл. 4 приведены результаты сравнительных испытаний основных физико-механических свойств по-листиролбетона.

Введение добавок повлияло на изменение средней плотности полистиролбетона. У контрольного образца средняя плотность составляла 1150 кг/м3, с суперпластификатором при дозировке 0,8% от массы цемента плотность бетона снизилась до 930-960 кг/м3. Образцы полистиролбетона с золем кремниевой кислоты показали плотность 960-980 кг/м3.

Таким образом, в результате выполненной работы можно сделать следующие выводы:

1. Добавка золя кремнекислоты повышает прочность цемента. Оптимальная концентрация золя кремнекислоты составляет 0,75%.

2. Добавка золя кремниевой кислоты с концентрацией 0,75% в полистиролбетоне показала эффективность во всем интервале дозирования. Отмечено увеличение прочности при сжатии в возрасте 7 сут на 19-52,9%, в возрасте 28 сут — на 18,5-63,3%.

3. Прочность полистиролбетона с добавкой золя в возрасте 7 сут превышает прочность контрольного образца в 28 сут.

4. Механизм действия золя кремнекислоты является комплексным: золь кремнекислоты может выступать в качестве наполнителя, способствовать связыванию портландита, образовывать дополнительные центры кристаллизации.

5. Полистиролбетон с золем кремниевой кислоты и суперпластификатором С-3 при оптимальных дозировках показал практически равную прочность в возрасте 28 сут, но при пересчете на сухое вещество расход золя кремниевой кислоты в 28 раз меньше расхода суперпластификатора.

6. Полистиролбетон с золем кремниевой кислоты по основным физико-механическим свойствам превосходит бездобавочный полистиролбетон при снижении средней плотности бетона.

Список литературы

1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: ACB, 2002. 500 с.

2. Рахманов В.А. Полистиролбетон — высокоэффективный материал для ограждающих конструкций жилых и общественных зданий // Строительство: новые технологии — новое оборудование. 2011. № 9. С. 16—19.

3. Довжик В.Г. Факторы, влияющие на прочность и плотность полистиролбетона // Бетон и железобетон. 2004. № 3. С. 5—11.

4. Рахманов В.А., Козловский А.И. Современные аспекты экологической безопасности производства и применения полистиролбетона в строительстве // Строительные материалы. 2009. № 2. С. 6—9.

5. Журба О.В., Щукина Е.Г., Архинчеева Н.В., Константинова К.К. К вопросу об адгезии цемента к полистиролу // Проблемы и достижения строительного материаловедения: Сб. докладов межд. научно-практ. интернет-конференции. Белгород: Изд-во БГТУ, 2005. С. 74—77.

6. Урханова Л.А., Цыдыпова А.Ц. Использование химических добавок, применяемых в дорожном строи-

the cement, the compressive strength of the concrete at the age of 28 days accordingly increased by 50.9 and 52.9%. At the same time in terms of dry substance, the proportioning of silica sol in 28 times less compared with superplasticizer C-3.

Table 4 shows the results of the comparative tests of fundamental physico-mechanical properties of the polystyrene concrete.

The additives affected on the change in the average density of the polystyrene concrete. In the control sample the average density was 1150 kg/m3 and the superplasticizer by a proportioning of 0.8% by weight of the cement the strength of the concrete decreased to 930-960 kg/m3. The samples of the polystyrene concrete with silica sol showed that the density is 960-980 kg/m3.

Thus, in the result, we can draw the following conclusions:

1. The additive of silica sol increases the strength of the cement. The optimal concentration of silica sol is 0.75%.

2. The additive of silica sol with a concentration of 0.75% in the polystyrene concrete showed the effectiveness throughout the proportioning interval. The increase of the compressive strength at the age of 7 days at 19-52.9%, at the age of 28 days at 18.5-63.3% is noted.

3. The strength of the concrete with the additive of silica sol at the age of 7 days exceeds the strength of the control sample in 28 days.

4. The mechanism of action of silica sol is a complex: silica sol can acts as a filler to facilitate, binding of portlandita, yielding additional centres of crystallization.

5. The polystyrene concrete with silica sol and superplasticizer C-3 at optimal proportioning demonstrated almost equal strength at the age of 28 days, but recalculated to dry substance silica sol consumption at 28 times less consumption obtained.

6. The polystyrene concrete with silica sol on the main physical and mechanical properties is superior the polystyrene concrete without silica sol by reducing the density of concrete.

References

1. Bazhenov Yu.M. Tehnologija betona [Concrete Technology]. Moscow. 2002. 500 p.

2. Rakhmanov V.A. Polystyrene concrete - highly effective material for the enclosing structures of residential and public buildings. Stroitel'stvo: novye tehnologii-novoe oborudovanie. 2011. No. 9, pp. 16-19. (In Russian).

3. Dovzhik V.G. Factors influencing the strength and density of polystyrene concrete. Beton i zhelezobeton. 2004. No. 3, pp. 5-11. (In Russian).

4. Rakhmanov V.A., Kozlovsky A.I. Modern aspects of environmental safety and the use of polystyrene concrete in construction. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2009. No. 2, pp. 6-9. (In Russian).

5. Zhurba O.V., Schukina E.G., Arkhincheeva N.V., Konstantinova K.K. On the issue of cement adhesion to polystyrene. Problems and Achievements of Building Materials: Sat. reports Int. Scientific conference. Belgorod: Publishing House of the Belgorod State Technological University. 2005, pp. 74-77. (In Russian).

6. Urkhanova L.A., Tsydypova A.Ts. The use of chemical additives used in road construction, for constructional and heat insulating polystyrene concrete. Vestnik VSGUTU. 2014. No. 2, pp. 58-62. (In Russian).

7. Svatovskaya L.B., Sychev M.M. Aktivirovannoe tverde-nie cementov [Activated hardening of cements]. Leningrad: Stroyizdat. 1983. 160 p.

8. Butt Yu.M., Timashev V.V., Sychev M.M. Himicheskaja tehnologiya vyazhushhih materialov [Chemical technol-

тельстве, для получения конструкционно-теплоизоляционного полистиролбетона // Вестник ВСГУТУ. 2014. № 2. С. 58-62.

7. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. Л.: Стройиздат, 1983. 160 с.

8. Бутт Ю.М., Тимашев В.В., Сычев М.М. Химическая технология вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1980. 472 с.

9. Архинчеева Н.В., Гончикова Е.В., Доржиева Е.В. Золи кремнекислоты — модификаторы цементного камня // Вестник ВСГУТУ. 2012. № 4. С. 75—80.

10. Сватовская Л.Б., Степанова И.В., Лукина Л.Г., Елисеева Н.Н. Воздействие 3d-катионов на активные центры поверхности цементных минералов // Периодический закон Д.И. Менделеева в современных трудах ученых транспортных вузов: Сб. науч. трудов. СПб, 2009. С. 35—38.

11. Комохов П.Г. Золь-гель как концепция нанотехно-логии цементного композита // Строительные материалы. 2006. № 9. С. 89—90.

12. Лесовик В.С., Строкова В.В. К вопросу о развитии научного направления «Наносистемы в строительном материаловедении» // Строительные материалы. 2006. № 9. С. 18—20.

13. Лукутцова Н.П., Матвеева Е.Г., Фокин Д.Е. Исследование мелкозернистого бетона, модифицированного нанодисперсной добавкой // Вестник БГТУим. В.Г. Шухова. 2010. № 4. С. 6—11.

14. Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М.: Высшая школа,1981. 335 с.

15. Инсли Г., Фрешетт В.Д. Микроскопия керамики и цементов. М.: Госстройиздат, 1960. 298 с.

ogy of binding materials]. Moscow: Vysshaya shkola. 1980. 472 p.

9. Arkhincheeva N.V., Gonchikova E.V., Dorzhieva E.V. Silica sols — modifiers of cement stone. Vestnik VSGUTU. 2012. No. 4, pp. 75-80. (In Russian).

10. Svatovskaya L.B., Stepanova I.V., Lukina L.G., Eliseeva N.N. The impact of 3d-cations on the active centers of the surface of the cement minerals. Mendeleev periodic law in modern scientific works for Transport Universities: collection of scientific works. St. Petersburg. 2009, pp. 35-38. (In Russian).

11. Komokhov P.G. The sol-gel as the concept of nanotech-nology of cement composite. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2006. No. 9, pp. 89-90. (In Russian).

12. Lesovik V.S., Strokova V.V. On the question of the development of scientific direction "Nanosystems in building materials". Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2006. No. 9, pp. 18-20. (In Russian).

13. Lukuttsova N.P., Matveeva E.G., Fokin D.E. Investigation of fine concrete modified with nano-dis-persed additive. Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2010. No. 4, pp. 6-11. (In Russian).

14. Gorshkov V.S., Timashev V.V., Saveliev V.G. Metody fiziko-himicheskogo analiza vyazhushhih veshhestv [Methods of physical and chemical analysis of binders]. Moscow: Vysshaya shkola. 1981. 335 p.

15. Insley H., Frechette V.D. Mikroskopiya keramiki i ce-mentov [Microscopy of ceramics and cement]. Moscow: Gosstroyizdat. 1960. 298 p.

ДОБЫЧА, ОБРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ

ПРИРОДНОГО КАМНЯ

ИНДУСТРИЯ

INDUSTRY

19-я международная выставка

3-6 апреля 2018

Россия, Москва, ВДНХ, Павильон 75

Организатор При поддержке

Выставочная компания ЭКСПОДИЗАЙН MA Ассоциации строителей России

При участии Российского общества инженеров

CONFINDUSTRIA MARMOMACCHINE (ИТАЛИЯ) строительства

HUMMEL GMBH (ГЕРМАНИЯ) Российского союза строителей

Под патронатом Союза архитекторов России

Торгово-промышленной палаты РФ Союза дизайнеров Москвы

Союза московских архитекторов

Тел. +7 (495) 783-06-23, +7 (499) 181-41-26 [email protected], www.stonefair.ru