Строительство и архитектура /4. Современные строительные материалы

К.т.н. Шишкіна О.О., Турунцев А.Ю.

Криворізький національний університет, Україна

Міцелоутворюючі поверхнево-активні речовини як складові високоміцних бетонів

Сучасність завдає стрімких темпів розвитку в усіх сферах промисловості і виробництва. Це стосується і будівництва. Новітні технології дозволяють отримати будівельні матеріали, а також вироби і конструкції на їх основі, високої якості та з особливими властивостями. При цьому велика увага приділяється економії енергетичних та матеріальних ресурсів.

Потреба у високо- та особливо високоміцному конструкційному бетоні висока як ніколи. Все більше наукових досліджень проводять з метою отримання таких бетонів, а також суперпластифікованих в’яжучих речовин з низькою водопотребою. Одним з результатів таких досліджень стало одержання бетонів нового покоління – реакційно-порошкових бетонів (міжнародна назва – Reactive powder concretes або RPC). Такі бетони високоякісні та високотехнологічні, їхня міцність при стику досягає 800 МПа, а при вигині – 150 МПа. Для виготовлення реакційно-порошкових бетонів використовуються портландцемент, або інший вид в’яжучої речовини, дрібнозернистий пісок, мікрокремнезем, стальна фібра і суперпластифікатор, при водотвердому відношенні 0.12-0.15. Висока дисперсія складових та збільшена кількість гідравлічно-активних компонентів і дала назву цим бетонам. Забезпечити високу щільність бетонів можна оптимізуючи зернових склад певних компонентів. При отриманні високоміцних бетонів такого ефекту можливо досягти застосувавши наповнювачі тонкого помелу.

Для підвищення міцності, ущільнення структури, зменшення водопотреби та прискорення гідратації цементу при виробництві таких бетонів у склад вводять такі речовини як подрібнений вапняк, мікрокремнезем надтонкого помелу, кварц та інші мінеральні частки [1,2]. Підвищення рухомості, при збережені низького водоцементного відношення забезпечується використанням суперпластифікаторів [3].

Результати проведених наукових досліджень поверхнево-активних речовин показали, що сучасні ПАР, які застосовуються у технології бетону, відносяться до молекулярного типу. Однак, фізико-хімічна механіка говорить, що більш ефективне використання колоїдних або напівколоїдних (за класифікацією академіка П.А. Ребіндера) поверхнево-активних речовин. Молекули цих типів ПАР за певної концентрації формують міцели, які властивості яких відмінні від властивостей молекул. Тому називаються такі ПАР міцелоутворюючими поверхнево-активними речовинами (МПАР). Міцели МПАР можна віднести до наночасток, так як вони володіють формою та розмірами, що відповідають формі та розмірам наночасток. Міцели значно менше екранують цементні частки, у порівнянні з молекулярними ПАР. Це призводить до скорочення їх впливу на строки тужавіння та твердіння бетону. А ще міцели МПАР практично не гідрофобізують поверхню часток цементу, поглинаючі гідрофобні частки що були спеціально введені або потрапили до бетонної суміші.

Майже усі види RPC, що наразі використовуються і активно розвиваються, виготовлені на основі портландцементу. Але активність його не безмежна. Тому заходи, направлені на підвищення міцності таких бетонів, є актуальними. Одним з таких прийомів є застосування лужних солей органічних кислот при виготовленні ніздрюватих бетонів [2].

Дана робота має на меті визначення впливу міцелоутворюючих поверхнево-активних речовин на властивості реакційних порошкових бетонів.

Проведені дослідження вказують на те, що МПАР, введені до складу Reactive powder concretes, посилюють внутрішню поверхню пор і тріщин цементного каменю, внаслідок хімічної адсорбції на ній. Це, в свою чергу, призводить до збільшення міцності цементного каменю, а значить, і бетону.

Було встановлено, що при збільшенні вмісту МПАР до певної концентрації, відбувається зменшення поверхневого натягу. І подальше підвищення концентрації міцелоутворюючих ПАР не змінює поверхневий натяг. Окрім цього ще відбувається збільшення міцності бетону. При досягненні кількості МПАР критичної концентрації міцело утворення, в системі спостерігається найменший поверхневий натяг і найбільша міцність на стиск, значення якої можуть, в залежності від складу бетону, можуть сягати 250% від міцності бетону без добавок. Але якщо продовжувати підвищувати вміст МПАР, вище цієї концентрації, поверхневий натяг не змінюється, а міцність бетону починає знижуватися. Адже збільшується ступінь екранування часток цементу, зменшуючи при цьому їх гідратацію.

Отже, на основі проведених досліджень, можна зробити наступні висновки:

- Встановлено, що ведення до складу реакційно-порошкових бетонів міцелоутворюючих поверхнево-активних речовин, призводить до збільшення міцності бетону;

- Виявлено, що існує певна концентрація міцелоутворюючих ПАР, за якої підвищення міцності цих бетонів найбільше.

Література:

1. Шишкин А. А. Щелочные реакционные порошковые бетоныСтроительство уникальных зданий и сооружений

. 2014.- № 2 (17).- С. 56-65.

2. Шишкина А.А. Пористые реакционные порошковые бетоны Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014.- № 8 (23).- С. 128-135.

3. Papayianni I. Influence of superplasticizer type and mix design parameters on the performance of them in concrete mixtures. Cement Concrete Research. 2005. Vol. 27. № 2. Pp. 217-222.