Эрдынеев Сергей Владимирович

кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, и.о. доцента кафедры производство строительных материалов и изделий

Цыдендамбаев Чингис Олегович

 кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ст. преподаватель кафедры промышленное и гражданское строительство

Эрдынеев Содном Владимирович

аспирант, ФГБОУ ВПО Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

 

МОДИФЕЦИРОВАННЫЕ БЕТОНЫ

Бетон является одним из основных строительных материалов. Существенным недостатком обычных бетонов является наличие разветвленной сети пор, капилляров, различных микродефектов, которые образуются при изготовлении бетонных изделий, их твердении и в процессе эксплуатации. Наличие пор и дефектов способствуют понижению прочности бетона, его долговечности и стойкости к воздействию агрессивных сред.

Существует много способов для устранения этих недостатков. Самым эффективным является пропитка бетонов специальными составами [1,2].

Также обстоят дела с другими строительными материалами. Например, древесина, также являющаяся пористо-капиллярным телом, нуждается в поверхностной модификации. Влага, попадая в древесину вызывает ее разрушение. Защита древесины производится  путем ее пропитки различными антисептиками.

Широкое применение пропитки строительных материалов ограничено сложностью данного технологического процесса. При пропитке, как правило, изделия предварительно подвергают сушке, вакуумированию, затем пропитке при избыточном давлении. Все перечисленные операции  в итоге приводят к чрезмерно высокой себестоимости изделия. Большинство авторов новых технологий пропитки рассматривают данный технологический процесс как процесс диффузии, на который в первую очередь влияют такие параметры как поверхностное натяжение, внешнее давление, характеристики капилляров и т.д.

Мы подошли к пропитке как к процессу течения жидкости по тонким трубкам, капиллярам, т.к. явление диффузии наблюдается только при наличии градиента плотности или концентрации раствора. В случае пропитки мы имеем дело с границей раздела жидкость-газ. Далее, изучение вязкоупругих свойств показало, что жидкости обладают пространственной структурой, которая может быть легко разрушена, например, при ее движении – течении. Отсюда следует, что жидкость обладает двумя значениями вязкости – статической, когда жидкость покоится, т.е. когда она имеет структуру, и динамической, когда она у нее разрушена.

Вязкоупругие свойства пропиточных составов исследованы резонансным методом с использованием пьезокварцевого резонатора [3]. Исследования показали, что пропиточные составы имеют сдвиговую упругость.

Из экспериментальных данных вычислены значения вязкоупругих характеристик пропиточных составов, которые приведены в таблице 1. В эту же таблицу введены значения динамической вязкости hдинам, определенные с помощью вискозиметров.

Из полученных данных (таблица 1) следует, что при малых концентрациях пека и битума, т.е. при низких значениях вязкостей, hстат превышает hдинам в 10-100 раз. Далее, по мере увеличения концентрации состава, т.е. с увеличением вязкости, a уменьшается до 2. Тогда как, с повышением температуры от 20 до 100°С динамическая вязкость растворов увеличивается всего в 3-5 раз.

Эксперимент позволил определить релаксационные частоты пропиточных составов.

С изменением концентрации пека (рис. 1) частота релаксации раствора проходит через максимум. В исследованной области концентрации эта частота меняется в пределах 15-25 кГц. Экстраполируя экспериментальную зависимость до 100% концентрации пека, получаем, что частота релаксации составит не ниже 5 кГц.

 

Таблица 1

Концентрация пека и битума в дизельном топливе

Тангенс угла механических потерь

tg q

Частота релаксации

f рел,

кГц

Статическая вязкость

h стат,

Пз

Динамическая вязкость

h динам,

Пз

Отношение вязкостей

a=h стат/ h динам

1.50% пек

2.40% пек

3.25% пек

4.12,5% пек

5.100% диз.топл.

6.20% битум

7.10% битум

8.5%  битум

0,230

0,260

0,320

0,300

0,280

0,286

0,282

0,280

16,836

19,032

23,424

21,960

20,496

20,935

20,642

20,496

5,580

4,830

3,750

3,640

3,520

11,206

6,504

4,698

0,561

0,284

0,097

0,040

0,023

6,032

1,461

0,561

9,9

17

38,7

91

153

1,86

4,45

8,37

 

 

 

Рис.1. Зависимость частоты релаксации пропиточных составов от концентрации.

Частота релаксации раствора с  изменением концентрации битума незначительно увеличивается и в пределе (для 100 % битума) не может превышать 25 кГц. (рис.2).

          Во всех экспериментах мы наблюдаем проявление низкочастотной сдвиговой упругости у исследованных растворов. Полученный экспериментальный факт свидетельствует о том, что все исследованные растворы –составы пека и битума в дизельном топливе обладают пространственной структурой, которая определяет высокую вязкость неподвижной жидкости, которую мы назвали статической вязкостью.

Следовательно, если воздействовать с помощью, например, акустического поля с определенными в эксперименте параметрами на исследованный выше раствор пека, то это приведет к резкому снижению вязкости, что в конечном итоге  резко ускорит процесс пропитки бетона, увеличит глубину его проникновения.

          С целью проверки изложенного, было проведено исследование влияния кавитации на поглощение бетоном различных пропиточных составов.

Из полученных данных следует, поглощение раствора образцами практически завершается в течение первых двух часов . Также обнаружено, что скорость пропитки увеличивается с уменьшением концентрации пека, т.е. с уменьшением вязкости раствора.

Исследования показали, что с увеличением содержания пека в растворе скорость пропитки снижается. Несмотря на это, как показывают дальнейшие расчеты, удельное поглощение бетоном защитных средств  увеличивается (рис. 2).

В работе были проведены исследования физико-технических свойств и коррозионной стойкости поверхностно-модифицированных бетонов. В результате пропитки пеком достигается снижение водопоглощения в 8-10 раз, увеличение морозостойкости в 4-5 раз и повышение коррозионной стойкости в сульфатной натриево-магнезиальной среде.

 

Рис. 2. Зависимость удельного поглощения пека от концентрации

 

Выводы:

1.        Исследования вязкоупругих свойств пропиточных составов показали, что они обладают пространственной структурой и характеризуются двумя, отличающимися на один-два порядка, вязкостями – статической и динамической.

2.        Акустическое поле резонансной частоты на 30-50% увеличивает поглощение бетоном пропиточного состава.

 

          Библиография:

1.     Баженов Ю.М. Бетонополимеры. - М.: Стройиздат, 1983.

2.     Магдеев У.Х. Слоистые защитно-декоративные композиты. – М.: ЛИА-ПРЕСС, 1997.

3.     Бадмаев Б.Б., Лайдабон Ч.С., член-корреспондент АН СССР Дерягин В.В., Базарон У.Б. «Сдвиговые механические свойства полимерных жидкостей и их растворов». ДАН СССР, 1992 г., т. 322, N2, 307 - 311.