Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Д.т.н., проф. Байджанов Д.О.,

Кенжеалиев М.М.,

Токанов Д.Т.,

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Влияние олигомер-полимерных модификаторов на цементные бетоны

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

В настоящей работе решались вопросы подбора новых модификаторов, влияющих (наряду с гидрофобизирующими и регулирующими скорость процесса твердение цементного камня) на процессы структурообразования при формовании 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);

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

КМ - механическая смесь суперпластификаторов, ускорителя твердения цемента ННК, кремнийорганического олигомера, поливинилхлорида и базальтового концентрата.

Таблица 1 - Составы модификаторов

№ п/п	Компоненты	Модификатор масс.ч.
		МБК-7	МБП-14	КМ-21
1	С-3	1,5	1,5	1,5
2	ННК	21,9	18,3	22,9
3	ПВХ	-	3,3	2,7
4	Кремнийорганическая жидкость «Силор»	0,7	-	1,02
5	Базальтовый концентрат	75,0	676,9	73,2

Оптимальность составов модификаторов судили по достижению максимальных показателей прочностных свойств образцов при сжатии и изгибе. Результаты прочностных испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Прочностные свойства цементного материала

№ п/п	Модификатор	j, масс %	Показатели свойств
			В/Ц	sсж, мПа	sи, мПа	аn
1	Без модификатора	-	0,42	39,1	13,3	6,7
2	МБК-7	5,0	0,42	45,9	19,4	8,6
3	МБС-14	5,0	0,42	45,4	14,7	12,1
4	КМ-21	5,0	0,42	42,2	17,3	9,8

Примечание: j - содержание модификаторов, В/Ц - водоцементное отношение, s_сж - прочность при сжатии; s_и - прочность при изгибе; а_п - ударная вязкость по Изоду; возраст 28 суток; состав 1м³ композиции по разработке.

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

Рисунок 2 - Изменение сечения пор с изменением их общего объема в процессе твердения (по П. Виггсу [16, 24-38])

Как видно, из представленных данных содержание 5,0 масс, % МБК-7 максимальную прочность при сжатии и изгибе, что обусловлено поверхностными эффектами, связанных влиянием КО «Силор». Композиции, содержащие МБС-14, характеризуются высокой стойкостью к ударным нагрузкам, что объясняется содержанием ПВХ, макромолекулы которых гасят энергию динамических нагрузок. По-видимому, немаловажную роль при этом играет микроармирование макроструктуры цементного камня базальтовым концентратом. Армирование полимерными материалами и микроволокнистым базальтом существенно изменят характер стойкости статическим и динамическим нагрузкам. Согласно классическим представлениям прочность цементного камня зависит от пористости его структуры. На рисунке 2 показано сечение пор цементного камня, которое дополнено представлениями автора.

а)б)

возраст бетона 28 суток, 1 - без модификатора; 2 - МБК-7; 3 - МБЦ-14; 4 – КМ

Рисунок 3 - Зависимость водопоглощения от продолжительности испытаний и типа модификатора

О механизме миграции макромолекул ПВХ и олигомерного модификатора КО «Силор» под воздействием внутренних напряжений в процессе твердения цементного камня: миграция низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений по Бартеневу Г.М. при формировании структуры обусловлено высокой подвижностью низкомолекулярных продуктов за счет чего в процессе гидратации и кристаллизации компонентов цемента олигомеры, и полимеры мигрируют в дефектные зоны-поры и капилляры. С возрастанием внутренних напряжений при кристаллизации макромолекулы ПВХ (4) вытесняются в макропоры, а молекулы 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 трещинообразования и повышая 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.

С целью подтверждения факта снижения макро- и микропор оценивали водопоглощение бетона после 28 суток 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.

Таким образом, следует считать установленным, что композиции, содержащие С-3 и КО «Силор», снижают водопоглощение. Наиболее эффективным по этому признаку является МБП-7. Как видно, из результатов испытаний после 90 суток процесс фильтрации воды приостанавливается. Принятое положение о занятии макро- и микрофрагментов модификаторов в процессе формирования структуры бетона подтверждается предварительными экспериментами.

Таблица 3 - Составы модифицированного бетона

№ п/п	Наименование компонента	Расход компонентов, кг/м^3
		МБК-7	МБП-14	КМ-21
1	Цемент	450,0	450,0	450,0
2	Песок	590,0	570	560
3	Щебень	1220	1220	1220
4	Модификатор	95	110	120
5	Вода	145	150	150
Всего		2500	2500	2500

Примечание: Удобоукладываемость бетонных смесей по осадке стандартного конуса 2-4 см.

Таким образом, в результате определения типа модификаторов и обоснования их выбора экспериментально и в последующих практических работах в соответствии с рекомендациями был оптимизирован состав модификаторов. Согласно методики расчетов по Мусаеву Т.С. и Рахимову М.А. для дальнейших работ были использованы составы бетонов содержащих модификаторы МБК-7, МБП-14 и КМ-21, согласно рецептур приготовленных в таблице 3.

Литература:

1. Копбаев Е.Ш., Иманов М.О., Хон С., Конакбаева К.К. Гранулированная гидрофобно пластифицирующая добавка на основе отходов промышленности. // Труды университета КарГТУ. - 2004. - Вып.2. - С.61-63.

2. Комплексная добавка в бетонную смесь. Иманов М.О., Соловьев В.И., ткач Е.В. и др. Пол. решение о выдаче предварительного патента по заявке на изобретение № 2004 / 1167.1 от 10.08.2004г.

3. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. теория и практика. - М.: 1998. - 718с.

4. Массазо Ф. Тестолин М. Последние достижения в применении добавок для цемента. Пер. с англ. языка, Cemento, - 1980, - №2. - С.16-23.

5. Wiggs H.K.S. The relation between gas permeability and pore structure of solids. - В кн.: The structures and properties of porous materials. London, 1958, - 229p.