Исследование влияния дозировки стеарата цинка на водо-отталкивающие свойства минеральношлаковых вяжущих

К.т.н. Мороз М.Н., д.т.н., профессор Калашников В.И.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Исследование влияния дозировки стеарата цинка на водоотталкивающие свойства минеральношлаковых вяжущих

Гидрофобные порошкообразные водонерастворимые металлоорганические соединения предельных жирных кислот с катионами металлов цинка, кальция, магния, марганца, алюминия, вследствие их малого содержания при дозировке, распределяются между минеральношлаковыми частицами дискретно. В связи с этим можно полагать, что эффективность их действия может быть прямо пропорциональной дисперсности этих порошков, а водостойкость материалов из минеральношлаковых вяжущих (МШВ) будет непосредственно зависеть от дозировки вводимого гидрофобизатора и равномерности распределения его частиц в смеси [1-4].

Известно, что органические добавки, в том числе и гидрофобные, обладая водоотталкивающим действием, могут значительно понижать прочность композиции. Поэтому важно, чтобы МШВ с ними имели достаточную прочность на сжатие, как в начальные, так и в более поздние сроки нормального твердения.

Для исследования были использованы молотый гранулированный доменный шлак Новолипецкого металлургического завода с удельной поверхностью S_уд = 370 м²/кг в комплексе с молотым известняком Иссинского карьера с S_уд = 550 м²/кг и Лягушовской глиной в ранее оптимально подобранном соотношении "шлак:глина" – 60:40 по массе. При выявлении оптимальной дозировки добавки стеарата цинка количество ее варьировалось от 0,5 до 3% от массы вяжущего с шагом 0,5 %. В/Т отношение во всех составах составляло 0,12. В качестве активизатора твердения использовали щелочь NaOH в количестве 3% от массы вяжущего. Составы МШВ, гидрофобизированных стеаратом цинка, представлены в таблице 1. Для предварительного анализа были отформованы образцы методом прессования при Р = 25 МПа. Часть образцов хранилась в нормально-влажностных условиях при относительной влажности воздуха более 90% в течение 28 суток, затем подвергалась испытанию на прочность при сжатии по ГОСТ 10180-78. Другая часть после твердения была помещена в эксикатор над хлоридом кальция (СаСl₂) для обезвоживания и стабилизации массы. Далее образцы подвергались длительному водонасыщению в воде в течение 1 года. Периодически производился контроль водопоглощения по массе. По истечении продолжительного экспонирования образцов в воде (в течение 1 года) определяли длительный коэффициент водостойкости. По результатам испытания были построены графики кинетики водопоглощения гидрофобизированных образцов из МШВ в зависимости от дозировки (рис. 1).

Таблица 1

Составы минеральношлаковых вяжущих, гидрофобизированные стеаратом цинка

№ состава	Соотношение компонентов в смеси, %						Давление прессования, МПа
	Шлак Липецкий	Известняк Иссинс- кий	Глина Лягушовская	Щёлочь, NaOH	Дозировка стеарата цинка	Влажность смеси
1	60	40	–	3	0	12	25
2					0,5
3					1,0
4					1,5
5					2,0
6					2,5
7					3,0
8	60	–	40	3	0	12	25
9					0,5
10					1,0
11					1,5
12					2,0
13					2,5
14					3,0

На графике (рис. 1 а) видно, что контрольные образцы из бездобавочного карбонатношлакового вяжущего (КШВ) значительно интенсивнее насыщаются водой, чем образцы с добавлением гидрофобизаторов, поглощая за 15 минут 60% воды от водопоглощения образцов после годового экспонирования их в воде. Введение в КШВ гидрофобной добавки – стеарата цинка при дозировке 0,5-1,0% от массы вяжущего не позволило достичь заметного снижения водопоглощения.

Образцы с такой дозировкой имеют водопоглощение лишь на 0,57-1% ниже, чем контрольные за 12 месяцев водонасыщения.

Введение стеарата цинка в количестве 1,5% от массы вяжущего уже заметно тормозит процесс капиллярного водопоглощения. Увеличение дозировки стеарата цинка до 2,0-3,0% от массы вяжущего приводит к значительному снижению начального водопоглощения. Водопоглощение образцов на КШВ с добавкой в количестве 2,5% снижается в первый час в 15-30 раз. В дальнейшем эффект гидрофобизации снижается, но остается достаточно высоким: через 360 суток водопоглощение понижается в 1,7-1,76 раза по сравнению с контрольным составом. Несколько ниже эффективность гидрофобизации наблюдается из образцов ГШВ (рис. 1 б) при введении стеарата цинка в количестве 2,5% оно понижается в 1,4 раза. Коэффициент длительной водостойкости гидрофобных МШВ возрастает при введении стеарата цинка даже после нахождения образцов в воде в течение одного года.

При дозировке 2,5% наблюдается максимальное значение коэффициента водостойкости через 1 год насыщения в воде, равное 1,18 – для КШВ и ГШВ. Значительное увеличение коэффициента длительной водостойкости можно объяснить постоянно протекающими гидратационными конструктивными процессами в гидрофобизированном минеральношлаковом вяжущем.

Отмечено, что прочность на сжатие в первые сроки твердения с увеличением дозировки вводимого гидрофобизатора на ГШВ возрастает незначительно – с 19,6 (для контрольного) до 24 МПа при 3%-ой дозировке добавки, а на ГШВ пик значения прочности приходится на образцы с 1% стеарата. Суточная прочность при увеличении дозировки до максимального 3%-ого содержания стеарата цинка падает до 20,9МПа и становится ниже бездобавочного (контрольный состав – 21,6 МПа).

Понижение прочности в начальные сроки твердения гидрофобизированных образцов из ГШВ с повышением дозировки стеарата, вероятно, связано с увеличением экранирующей гидрофобной пленки стеарата на частицах минеральношлакового порошка при перемешивании составов в процессе приготовления, которая замедляет гидратацию шлаковых частиц, и тем самым и набор прочности в первые сутки.

Прочность на осевое сжатие в нормированные сроки твердения гидрофобизированных стеаратом цинка минеральношлаковых вяжущих при всех исследованных дозировках выше контрольных составов. Наибольшие прочности, практически равные, отмечены на гидрофобизированном ГШВ при дозировках стеарата цинка 2,5 и 3% и, соответственно, равны 55 и 55,1 МПа. Замечено, что чем выше дозировка стеарата цинка в КШВ и в ГШВ, тем выше прочность на осевое сжатие в нормированные сроки твердения.

Таким образом, стеарат цинка при дозировке 2,5% является чрезвычайно эффективным гидрофобизатором МШВ на длительный период. Учитывая, что все кривые водопоглощения образцов после двух месяцев насыщения выходят на асимптоту, параллельную оси абсцисс, можно надеяться на сохранение гидрофобного эффекта и в более длительные сроки.

Библиографический список

1. Мороз М.Н., Калашников С.В. Повышение водостойкости глино- и карбонатношлаковых материалов металлоорганическими гидрофобиизаторами // Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья: Сборник докладов. Всероссийская научно-практическая конференция. – Тольятти: ТГУ, 2004. – С. 190-194.

2.Калашников В.И., Мороз М.Н., Нестеров В.Ю., Хвастунов В.Л., Макридин Н.И., Василик П.Г. Металлоорганические гидрофобизаторы для минеральношлаковых вяжущих // Строительные материалы. – Москва, 2006. №10 – С. 38-39.

3. Калашников В.И., Мороз М.Н. Теоретические основы смачиваемости мозаичных гидрофобно-гидрофильных поверхностей // Строительные материалы. Москва, 2008. №1 – С. 47-49.

4. Калашников В.И., Мороз М.Н., Худяков В.А. Нанотехнология гидрофобизации минеральных порошков стеаратами металлов // Строительные материалы. Москва, 2008. №7 – С. 45-47.