Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Марущак У.Д., Саницький М.А., Карбівник С.Т., Кропивницька Т.П.

Національний університет «Львівська політехніка», Україна

Комплексні модифікатори для будівельних розчинів

Сучасні технології будівництва вимагають зменшення енергоємності технологічних процесів як на стадії приготування розчинових сумішей, так і на стадії їх використання без збільшення часу протікання процесів їх тверднення за рахунок прискорення структуроутворення, забезпечення заданих властивостей будівельного розчину як у свіжоприготованому, так і затверділому стані, надійність та несучу здатність кладки при експлуатації. Поява нових конструктивних систем і конструкційних матеріалів, удосконалення технологічних процесів вимагають комплексних підходів при розробці будівельних розчинів, які використовують при монтажних та оздоблювальних роботах [1].

Збільшення попиту на житло і ріст промислового виробництва, яке потребує нових виробничих приміщень, а також достатньо низька якість мурувальних і штукатурних розчинів, які виготовляються за старою технологією без гарантії на якість, сприяють переходу на використання і виробництво сучасних будівельних розчинів з різноманітними добавками як вузько направленої, так поліфункціональної дії [2, 3].

Особливі властивості комплексних добавок дозволяють регулювати швидкість тверднення портландцементу і одночасно змінювати рухливість системи, структуру цементного каменю та його експлуатаційні характеристики [4]. При цьому одним з основних напрямків випробувань комплексних модифікаторів є встановлення сумісності системи “добавка - цемент”, що визначає необхідний алгоритм вибору добавки, який дозволить оптимізувати рішення з погляду технологічної та економічної ефективності [5].

Метою роботи є вивчення впливу комплексних модифікаторів на основі поверхнево-активних речовин (ПАР) та прискорювачів тверднення на властивості будівельних розчинів.

Для забезпечення надійності та несучої здатності кладки свіжовкладений будівельний розчин повинен повністю і рівномірно покривати поверхні будівельних виробів, які він з’єднує. Повне заповнення стикових швів сприяє ефективному захисту огорожувальної конструкції від проникнення вологості, що покращує теплоізоляційні властивості вологопроникних стін, забезпечує кращу звукоізоляцію та вогнестійкість. Тому розчинова суміш повинна характеризуватись такою пластичністю, щоб при вкладанні малогабаритних стінових будівельних елементів вона утворювала по всій їхній поверхні необхідний шар.

Залежно від виду цегли чи іншого матеріалу для кладки при будівництві використовують розчини з різними значеннями рухливості. Згідно ДСТУ Б В 2.7-рекомендована рухомість розчинової суміші для мурувальних робіт повинна відповідати марці П8.

Встановлено, що підвищення пластичності за рахунок збільшення витрати води негативно впливає на однорідність розчинової суміші та будівельно-технічні властивості затверділого розчину. Так, марка за рухомістю П8 для будівельного розчину на основі ПЦ ІІ/А-Ш-400-Н ВАТ "Івано-Франківськцемент" та піску Давидівського родовища з модулем крупності М_кр=1,3 із співвідношенням цементу та піску П:Ц=1:3,3 досягається при В/Ц=0,9 (занурення стандартного конуса 6 см), тоді як при В/Ц=0,7 рухомість становить 2,4 см. При цьому міцність будівельного розчину з В/Ц=0,9 на 7 добу тверднення зменшується на 20%, а в марочному віці – в 1,7 рази.

У зв’язку з цим, для регулювання реологічних властивостей розчинових сумішей використано ПАР гідрофобної дії на основі каніфолі та солей органічних сульфокислот (LP) і гідрофільної дії на основі модифікованого акрилового полімеру (BV) та вивчено їх вплив на фізико-механічні властивості розчину. Для порівняння ефективності дії хімічних модифікаторів використано традиційний мінеральний пластифікатор – гашене вапно (табл. 1).

Таблиця 1

Вплив добавок-пластифікаторів на властивості будівельного розчину

(Ц:П=1:3,3; В/Ц=0,7)

Вид та кількість добавки	Розплив конуса, мм	Рухомість, см	Середня густина розчинової суміші, кг/м³	Границя міцності на стиск, МПа, у віці діб
				3	7	28
-	128	2,4	2080	11,8	17,6	21,7
6,7 мас.% вапна	135	3,4	2060	10,1	14,7	18,2
1,0 мас.% BV	165	3,8	2060	11,4	16,9	21,3
0,08 мас.% LP	175	5,4	1870	8,6	12,9	16,7

Як показали результати випробувань, введення 6,7 мас.% вапна та суперпластифікатора BV в кількості 1,0 мас.% не забезпечило суттєвого зростання глибини занурення стандартного конуса. Так, рухомість розчинової суміші збільшується з 2,4 см для вихідного розчину до 3,4 см з вапном та 3,8 см з добавкою BV, що відповідає марці за рухомістю розчинової суміші П4. У той час як визначення пластичності за показниками розпливу конуса, що передбачає застосування струшування, показали, що використання добавок вапна та пластифікатора гідрофільної дії призводить до зростання розпливу конуса з 128 мм (без добавок) до 135 та 165 мм відповідно.

Застосування повітрезахоплюючої добавки в кількості 0,08 мас.% призводить до підвищення марки розчинової суміші до П8, при цьому розплив конуса зростає до 175 мм. Пластифікуюча дія добавок гідрофобної дії зумовлюється повітрезахопленням та утворенням в системі стійкої високодисперсної емульсії повітря. Бульбашки повітря виявляють підшипникову дію, зменшуючи питоме тертя частинок розчинової суміші. Внаслідок цього повітрезахоплюючі ПАР є ефективними пластифікаторами систем з низькою витратою в’яжучого, тоді як добавки ПАР гідрофільної дії добре пластифікують суміші з підвищеним вмістом портландцементу.

Згідно даних табл. 1, повітрезахоплення спричиняє зміну структури розчинової суміші, зменшуючи її середню густину, у той час як середня густина розчинової суміші при використанні вапна чи гідрофільних добавок суттєво не змінюється. Так, при введенні 0,08 мас.% пластифікуюче-повітревтягуючої добавки середня густина суміші знижується з 2080 до 1870 кг/м³, при цьому об’єм захопленого повітря в суміші становить 10%. Введення добавок повітрезахплюючої дії за рахунок зменшення середньої густини розчинової суміші доволяє при однакоому дозуванні за масою компонентів будівельних розчинів одержати більший вихід матеріалу.

Результати випробувань показали, що міцність розчинів з добавками-пластифікаторами знижується у всі терміни тверднення порівняно з бездобавочним розчином. При цьому міцність при стиску розчинів, модифікованих пластифікаторами гідрофільної дії, знижується несуттєво – на 3-5% порівняно з бездобавочним, що зумовлюється утворенням на поверхні цементу адсорбційних шарів ПАР, які екранують доступ води і унеможливлюють процеси гідратації на початкових стадіях.

Значне зниження міцності виявляється при додаванні пластифікуюче-повітревтягуючого модифікатора за рахунок утворення в затверділій системі закритих повітряних пор, які зменшують її щільність. Так, введення 0,08 мас.% LP знижує ранню міцність (3 доби) будівельного розчину на 27%, а міцність у віці 28 діб - на 23%.

З метою попередження втрати міцності будівельних розчинів, модифікованих повітрезахоплюючими добавками, виникає необхідність активізувати процеси гідратації та тверднення портландцементів у будівельному розчині за рахунок введення хімічних добавок-електролітів у якості прискорювачів тверднення. Слід відзначити, що при використанні традиційних прискорювачів тверднення можуть проявлятись негативні ефекти, пов’язані з висолоутворенням. У зв’язку з цим, досліджено вплив комплексних хімічних добавок на основі повітрезахоплюючих ПАР та високорозчинних електролітів натрію тіосульфату та роданіду (ВЕ) на властивості будівельних розчинів [4].

Встановлено (рис. 1, а), що рухомість розчинової суміші на основі ПЦ ІІ/Б-К-400 без добавок характеризується дещо вищою рухомістю порівняно з розчиновою сумішшю без добавок на основі ПЦ ІІ/А-Ш-400, що зумовлено пластифікуючою дією золи-винесення в складі в’яжучого [6]. Слід відзначити, що введення пластифікатора гідрофобної дії та комплексного модифікатора на основі повітрезахоплюючої добавки та прискорювача тверднення (1 мас.% ВЕ+0,08 мас.% LP) забезпечує одержання розчинових сумішей з маркою за рухомістю П8. При цьому рухомість розчинової суміші з комплексною добавкою дещо зростає, що свідчить про сумісність компонентів комплексного модифікатора.

а	б

Рис. 2. Вплив комплексного модифікатора на рухомість розчинової суміші (а) та міцність (б) будівельного розчину (Ц:П=1:3,3; В/Ц=0,7)

Аналіз результатів випробувань міцності модифікованих будівельних розчинів показав (рис.1, б), що використання комплексних хімічних добавок поліфункціональної дії дозволяє прискорити процеси тверднення і попередити втрату міцності, викликану введенням повітрезахоплюючої добавки. Так, у віці 7 діб міцність будівельного розчину з розчинової суміші підвищеної рухомості при введенні комплексного модифікатора зростає на 8% порівняно з розчином без добавок та на 22% порівняно з будівельним розчином, модифікованим пластифікатором повітрезахоплюючої дії. У віці 28 діб приріст міцності будівельного розчину, модифікованого комплексною хімічною добавкою, склав 18% порівняно з розчином з пластифікатором LP.

Отже, для забезпечення вимог сучасних технологій будівництва, підвищення ефективності використання гідравлічних властивостей портландцементів, досягнення високих технологічних ефектів розчинових сумішей та покращених експлуатаційних характеристик будівельних матеріалів для монтажних та опоряджувальних робіт виникає необхідність використання будівельних розчинів з комплексними хімічними добавками поліфункціональної дії, що містять пластифікатори повітрезахоплюючої дії та прискорювачі тверднення. При цьому створюється можливість виключити витрату вапна як пластифікатора цементної системи, збільшити рухомість розчинових сумішей при їх перекачуванні розчинонасосами без збільшення витрати цементу.

Література:

1. Гоц В.І. Бетони і будівельні розчини / В.І. Гоц. – К.: ТОВ УВПК “ЕксОб”, 2003. – 468 с. 2. Рунова Р.Ф. Технологія модифікованих будівельних розчинів / Р.Ф. Рунова, Ю.Л. Носовський. – К.: КНУБА, 2007. – 256 с. 3. Łukowski P. Domieszki chemiczne do zapraw i betonόw / Р. Łukowski. – Krakόw: Polski cement, 1998. – 32 s. 4. Модифіковані цементи для бетонів та будівельних розчинів / М.А. Саницький, У.Д. Марущак, Г.Я. Шевчук, О.Я. Дармограй // Будівельні конструкції. – Вип. 56. - К.: НДІБК, 2002. - С. 378-385. 5. Ушеров-Маршак А.В. Совместимость цементов с химическими и минеральными добавками / А.В. Ушеров-Маршак, М. Циак // Цемент. – 2002. - № 6. – С. 6-8. 6. Модифіковані малоенергомісткі цементи для будівельних розчинів і бетонів / Т.Є. Марків, Т.П. Кропивницька, М.В. Штурмай, Б.В. Федунь // Міжвідомчий наук.-техн. зб. „Будівельні конструкції”. – К: НДІБК, 2009. – №72. - С. 216-221.