УДК 666. 972.16 Д.О. Байджанов

Д.Т. Токанов

А.К. Токанова

А.М. Рахимов

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Модифицирование цементных систем механоактивированными добавками

Анализ литературных данных показал, что повышение прочности деформационно-прочностных, технологических и эксплуатационных свойств бетонных и железобетонных изделий и конструкций достигается при использовании олигомеров и полимеров [1].

В промышленно развитых странах доля модифицированных бетонов составляет 80-90% [2]. Ассортимент модификаторов непрерывно увеличивается и одновременно возрастают требования строительной индустрии к их качеству. Повышению качества, расширению функциональности способствуют достижения в области физико-химических модификаторов, полученных синтезом органических и неорганических соединений в различных отраслях химической промышленности.

С точки зрения экономической целесообразности в ряде случаев изучаются и находят применение побочные продукты химической, нефте-коксохимической и пищевой промышленности. Этому всемерно способствует наличие сырьевой базы в Республике Казахстан [3].

В условиях рыночной экономики основной задачей становится разработка эффективных, конкурентоспособных модификаторов полифункционального назначения.

В настоящей работе вопросы подобраны новые модификаторы полифункционального действия, влияющие на технологические свойства бетонной смеси, процессы структурообразования свойства бетона.

Для решения поставленной задачи нами в работе были использованы следующие модификаторы:

МБК-7 - механическая смесь суперпластификатора С-3, ускорителя твердения цемента ННК, кремнийорганического олигомера (КО «Силор») и базальтового концентрата (БК);

МБП-14 - механическая смесь суперпластификатора С-3, ускорителя твердения цементы ННК, регуляторов структуры цементного камня – порошкового поливинилхлорида (ПВХ) и базальтового концентрата;

КМ-21 - механическая смесь суперпластификатора С-3, ускорителя твердения цемента ННК, кремнийорганического олигомера, поливинилхлорида и базальтового концентрата.

Модификатор МБК-7 готовили в лопастно-вихревом смесителе вертикального типа. В емкость-смеситель загружали согласно рецептуре предоставленной в таблице 1, расчетное количество суперпластификатора С-3 и одновременно дозировали базальтовый концентрат и смешивали в течение 5-6 минут. Затем загружали ННК и смешивали в течение 3-4 мин. В полученную смесь вводили КО «Силор» и смешивали еще 3-4 мин. При поэтапном введении каждого компонента смешение проводили при частоте вращения ротора смесителя 70-100 об/мин., а после введения всех компонентов – при 400-500 об/мин в течение 5-7 мин.

Таблица 1 - Составы модификаторов

Компоненты	Модификатор, масс.ч.
	МБК-7	МБП-14	КМ-21
С-3	1,5	1,5	1,5
ННК	21,9	18,3	22,9
ПВХ	-	3,3	2,7
Кремнийорганическая жидкость «Силор»	0,7	-	1,02
Базальтовый концентрат	75,0	67,7	73,2

Модификаторы МБП-14 и КМ-21 готовили аналогично модификатору МБК-7, при введении в состав композиций ПВХ время смешения составляло 7-8 мин. Равномерность распределения компонентов определяли визуально по раскатанной пленке модификатора на гладкой поверхности металлической пластины. Принципиальная технологическая схема представлена на рисунке 1. Позиции 1, 2 - емкости для хранения и дозирования суперпластификатора С-3 и КО «Силор»; 3, 4, 5 - емкости для хранения и дозирования ННК, ПВХ и БК. Насосы для перекачки компонентов, компрессор для аэрации сыпучих компонентов и конвейеры для транспортировки условно не показаны.

Рисунок 1 - Принципиальная технологическая схема приготовления модификаторов

Результаты испытаний прочностных свойств цемента (цементно-песчаный раствор 1:3) с добавками представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Прочностные свойства цементного материала (ГОСТ 310.4-81)

Модификатор	j, % от массы цемента	Показатель свойства
		В/Ц	Rсж, МПа	Rи, МПа	аn
Без модификатора	-	0,42	39,1	13,3	6,7
МБК-7	0,5	0,42	45,9	19,4	8,6
МБП-14	0,5	0,42	45,4	14,7	12,1
КМ-21	0,5	0,42	42,2	17,3	9,8
Примечание - j - содержание модификаторов, В/Ц - водоцементное отношение, Rсж - прочность при сжатии; Rи - прочность при изгибе; ап - ударная вязкость по Изоду. Возраст 28 сут; состав 1м^3 композиции - по разработке.

Как видно, из представленных данных, максимальная прочность композиций при сжатии и изгибе достигается при добавке МБК-7, что обусловлено поверхностными эффектами, связанными с влиянием КО «Силор». Композиции, содержащие МБП-14, характеризуются высокой стойкостью к ударным нагрузкам, что объясняется содержанием ПВХ, макромолекулы которого гасят энергию динамических нагрузок. По-видимому, немаловажную роль при этом играет микроармирование макроструктуры цементного камня базальтовым концентратом. Армирование полимерными материалами и микроволокнистым базальтом существенно увеличивает стойкость материала к статическим и динамическим нагрузкам.

Согласно классическим представлениям прочность цементного камня зависит от пористости его структуры. На рисунке 5 показано схематически сечение пор цементного камня.

1 – граница пор, 2 – ПВХ, 3 – КО «Силор»

Рисунок 2 - Изменение сечения пор с изменением их общего объема в процессе твердения. Примечание – Составлено по Виггсу

По Г.М.Бартеневу, в процессе твердения модифицированного цементного камня, низкомолекулярные и высокомолекулярные соединения мигрируют в дефектные зоны – поры и капилляры. С возрастанием внутренних напряжений при кристаллизации макромолекулы полимера ПВХ (2) вытесняются в макропоры, а молекулы олигомера КО «Силор» (3) мигрируют в периферийную область пор, т.е. к границе межфазной области полимер – слой продуктов гидратации (1). Таким образом, уменьшение объема макропор за счет их занятия молекулами ПВХ и КО «Силор» минимизирует вероятность развития трещин и повышает стойкость к нагрузкам. Другим следствием вышеуказанного процесса можно предполагать резкое снижение фильтрации различных растворов в процессе эксплуатации бетона. Эти и другие положения физико-химических процессов модификации будут подробно рассмотрены в следующих главах.

На рисунке 3 показано водопоглощение бетона после 28 сут выдержки. Для чего образцы в виде кубика с размерами 2´2´2 см сушили при 90⁰С до достижения постоянной массы и погружали в дистиллированную воду при комнатной температуре (25⁰С). Результаты исследований представлены на рисунке 3.

1 – без модификатора; 2 – МБК-7; 3 – МБП-14; 4 – КМ-21

Рисунок 3 - Зависимость водопоглощения от продолжительности испытаний и типа модификатора

Таким образом, следует считать установленным, что композиции, содержащие С-3 и КО «Силор», снижают водопоглощение. Наиболее эффективным по этому признаку является модификатор КМ-21. Как видно, из результатов испытаний, после 90 сут процесс поглощения воды приостанавливается. Принятое положение о кольмотации пор макро - и микрофрагментами модификаторов в процессе формирования структуры бетона подтверждается экспериментами.

Литература:

1. Байджанов Д.О., Кучербаев Е.Т., Иманов М.О. Реологические параметры цементного теста с комплексной добавкой // Труды КарГТУ. - 2003. - Вып.3 - С.55-56.

2. Рамачандраш В.С., Фельдман Р., Бодуэн. Дисс. Наука о бетоне / пер. с англ. – М.: Стройиздат, 1986. - 270 с.

3. Соловьев В.И., Ергешев Р.Б. Эффективные модифицированные бетоны. –Алматы: КазГосИНТИ, 2000. – 284 с.