К.т.н., профессор Загороднюк Л.Х., к.т.н. Ильинская Г.Г.,
студент Попов Д.Ю., магистрант Козлов В.А.

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова, Россия

Сухие ремонтные смеси на основе комплексного органоминерального модификатора

Практика показала высокую эффективность использования в современном строительстве высоконаполненных цементных систем, модифицированных эффективными пластификаторами в сочетании с минеральными микронаполнителями, обеспечивающими направленное химическое регулирование процессов структурообразования, формирование однородной тонкодисперсной структуры и получения оптимальных составов цементных композитов с учетом структурной топологии, гранулометрии компонентов, энергетического состояния поверхности частиц и жидкой фазы и обеспечением прогнозируемых технологических и физико-механических свойств бетона [1–3].

Особую значимость в связи с вышеизложенным, приобретает создание эффективных органоминеральных модификаторов композиционных вяжущих для сухих ремонтных смесей, к которым предъявляются особые требования, как по специфике их назначения и применения, так и по технологическим и эксплуатационным свойствам.

Разработанный нами комплексный органоминеральный модификатор (КОММ) получен из портландцемента, природного и техногенного сырья и органической добавки. Предварительно высушенные, измельчённые и отдозированные компоненты сырьевой смеси были подвержены совместному помолу в вибрационной мельнице до удельной поверхности 600 м²/кг [4].

Для установления введения оптимальной дозировки КОММ в композиционные вяжущие были изучены вяжущие композиции с различной дозировкой КОММ: 10%, 15% и 20%.

Установлено, что сроки схватывания композиционных вяжущих с использованием КОММ, с увеличением его содержания сокращаются: начало схватывания сокращается на 19%, конец – на 12%, в сравнении с бездобавочным цементом (рис. 1), что свидетельствует об активном протекании процессов структурообразования в системе.

Рисунок 1 – Сроки схватывания композиционных вяжущих на основе КОММ

Изучение нормальной густоты показало, что у композиционных вяжущих на основе КОММ, отмечается снижение нормальной густоты на 18%, в сравнении с бездобавочным цементом, что объясняется присутствием в составе КОММ пластифицирующей добавки.

Для определения физико-механических характеристик композиционных вяжущих на основе КОММ были отформованы образцы размером 4х4х16 см. Твердение осуществлялось в воздушно-влажных условиях. Результаты физико-механических испытаний образцов в возрасте 28 суток (табл. 1), свидетельствуют, что введение КОММ в количестве 15%, обеспечивает максимальный показатель предела прочности при сжатии 83,27 МПа при естественном твердении и 67,14 МПа при ТВО.

Таблица 1

Результаты физико-механических испытаний композиционных вяжущих на основе КОММ

Составы, %		Сроки схватывания, мин		Нормальная густота, %	Предел прочности при сжатии, МПА
ПЦ	КОММ	начало	конец		в возрасте 28 сут.	ТВО
100	-	160	260	28	50,05	38,91
90	10	150	255	26	71,78	52.86
85	15	145	240	25	83,27	67,14
80	20	130	230	23	50,35	37,23

На основании полученных результатов в последующих экспериментах применяли оптимальную дозировку КОММ в количестве 15%.

Установлена способность органоминерального модификатора управлять процессами структурообразования при твердении ремонтных смесей. Полиминеральность и высокая удельная поверхность модификатора вносят коррективы в процессы синтеза новообразований за счет пересыщения раствора, высокого разнообразия морфологии и зарядов минеральных частичек, полифункциональности. Это не может не отразиться на формировании кватаронов. Наличие в системе карбонатов, которые реагируют с алюмосодержащими фазами цемента с образованием игольчатых кристаллов кальция, способствует микроармированию матрицы цементного камня. Это приводит к повышению эксплуатационных характеристик ремонтных смесей.

Наличие в полиминеральном модификаторе метаморфогенного
кварца с разнообразными включениями и дефектной кристаллической решеткой, кальцита, аморфной и скрыто-кристаллической фазы шлака, суперпластификатора приводят к созданию высокоплотной структуры цементного камня. Установлено, что содержание капиллярных пор снижается на 20%, при росте глеевой пористости системы [5].

Специфика структуры композиционного вяжущего позволяет активно формироваться новообразованиям и микроструктуры контактных зон и всего камня в целом, что подтверждается результатами физико-механических испытаний, обеспечивая предел прочности при сжатии на 66% превосходящий прочность бездобавочного цемента и составляющий 83,27 МПа. Анализ микроструктуры цементного камня на основе КОММ показал устойчивую тенденцию к зарастанию контактной зоны и созданию прочного единого конгломерата, что подтверждает теоретические положения о действии закона сродства структур в материаловедении, обеспечивая прочность и долговечность данной композиции. Сформированный ремонтный слой является достаточно однородным с наличием равномерно распределённых по объему пор и пустот и идентичен основной базовой матрице − тяжелому бетону, что обеспечит реставрированному композиту достаточную прочность и долговечность.

Таким образом, направленное структурообразование на нано-, микро- и макроуровне ремонтных смесей с учетом закона сродства структур позволяет обеспечить оптимальные условия для твердения составов и высокие эксплуатационные характеристики. Кроме того, использование КОММ в составе композиционного вяжущего значительно повышает прочность композита на растяжение и замедляет образование трещин на всех стадиях формирования его структуры и последующей службы, тем самым обеспечивает высокое качество ремонтных и восстановительных работ.

Литература:

1. Лесовик Р.В., Баженов Ю.М. Мелкозернистые бетоны на основе композиционных вяжущих и техногенных песков. Белгород: Изд-во БГТУ, 2013. 567 с.

2. Хархардин А.Н. Структурная топология дисперсных материалов. Белгород: РИЦ БГТУ, 2011. 288 с.   

3. Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Ильинская Г.Г., Беликов Д.А. Сухие строительные смеси для ремонтных работ на композиционных вяжущих. Монография. Белгород: Изд-во БГТУ, 2013. 147 с.

4. Логанина В.И., Петухова Н.А., Акжигитова Э.Р. Разработка органоминеральной добавки для сухих строительных смесей // Вестник Белгородского государственного технологического университета
им. В.Г. Шухова. 2011. № 3. С. 8–12.

5. Lesovik V.S., Zagorodnuk L.H., Shkarin A.V., Belikov D.A.,
Kuprina A.A. Creating Effective Insulation Solutions, Taking into Account the Law of Affinity Structures in Construction Materials. World Applied Sciences Journal 24 (11): 1496 1502, 2013, ISSN 1818-4952.