Повышение долговечности изделий на основе цемента

УДК 691.542

Ахметжанов А.М., Корчунов И.В., Потапова Е.Н.

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТА

Ахметжанов Азат Мухаррямович, студент 3 курса факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;

Корчунов Иван Васильевич, магистрант 1 года факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;

Потапова Екатерина Николаевна, д.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и высокотемпературных материалов.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20

Повышение долговечности изделий на основе цемента является наиболее перспективным направлением в технологии вяжущих веществ. В работе рассматривается возможность использование сочетаний пластифицирующих и воздухововлекающих добавок для получения материалов, обладающих повышенными эксплуатационно-прочностными характеристиками.

Ключевые слова: цемент, суперпластификатор, морозостойкость, долговечность.

INCREASE OF DURABILITY OF PRODUCTS BASED ON CEMENT

Akhmetzhanov A.M., Korchunov I.V., Potapova E.N.

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia

Increase of durability ofproducts based on cement is the most promising direction in technology binders.. The paper considers the possibility of using combinations ofplasticizing and air-entraining admixtures to produce materials that have increased performance and strength characteristics.

Keywords: cement, superplasticizer, frost resistance, durability.

В настоящее время цемент является одним из наиболее используемых строительных материалов для изготовления различных изделий. В то же время повсеместное использование цемента затруднительно, поскольку его долговечность невысока. Под долговечностью подразумевают способность строительного объекта сохранять прочностные, физические и другие свойства, устанавливаемые при проектировании и обеспечивающие его нормальную эксплуатацию в течение расчетного срока службы [1]. На долговечность цемента, оказывают влияние внешние факторы, такие как значительные перепады температур в условиях повышенной влажности. Одним из способов повышения долговечности цементных изделий является использование функциональных добавок.

В данной работе использовались суперпластификаторы производства BASF: Rheobuild 1000 (СП-1) - на основе нафталинсульфоната; Glenium 116 (СП-2) и Glenium ACE 430 (СП-3) - на основе поликарбоксилатного эфира; Pozzolith MR 55 (СП-4) - добавка на основе лигносульфоната и воздухововлекающая добавка (ВВ) MasterAir 125. Концентрации суперпластификаторов были выбраны из ранее проведенных исследований [2].

На первом этапе исследовали нормальную густоту и сроки схватывания составов (таблица 1).

Наиболее сильное влияние на нормальную

густоту оказывает добавка СП-3, снижая её с 32 до 29 % (при 0,5 % содержания ВВ). Остальные добавки незначительно влияют на нормальную густоту, понижая её на 1 -2 %.

Введение СП-1 замедляет как начало схватывания с 50 до 70 мин в среднем во взятом интервале концентраций, так и конец со 175 до 195 мин при ее содержании 0,1 %, до 165 мин при 0,5 % и до 215 мин для 1,0 %. Добавка СП-2 замедляет начало схватывания до 95 мин при содержании добавки 0,1 % и до 90 мин при увеличении концентрации до 1,0 %. При введении СП-3 начало схватывания замедляется до 80-85 мин. Конец схватывания замедляется до 205 мин при 0,1 % содержании ВВ, при дальнейшем увеличении концентрации ВВ до 0,5 % конец схватывания удлиняется до 240 мин. СП-4 замедляет начало до 85 мин при 0,1 % содержании ВВ, при увеличении концентрации начало замедляется до 80 мин. Конец схватывания при введении СП-4 в начале интервала взятых концентраций замедляется до 185 мин, ускоряясь затем до 145 мин при 1,0 % содержании ВВ. Такое изменение свойств цементного теста в присутствии добавок также должно повлиять на прочность образцов.

На следующем этапе исследований изготавливались образцы-балочки размером 10х10х30 мм, которые затем испытывали на прочность при сжатии (рис. 1).

Таблица 1. Свойства цементного теста в присутствии добавок

№ Функциональные добавки НГ, % Сроки схватывания, мин

Водоредуцирующая добавка Воздухововлекающая добавка, %

Тип суперпластификатор а Содержание СП начало конец

1.0 - - - 32,0 50 175

1.1 СП-1 0,5 0,1 31,5 75 195

1.2 0,5 31,5 70 165

1.3 1,0 32,0 65 215

2.1 СП-2 0,7 0,1 31,0 95 190

2.2 0,5 31,5 90 220

2.3 1,0 32,0 90 245

3.1 СП-3 0,7 0,1 32,0 80 205

3.2 0,5 29,0 85 240

3.3 1,0 30,0 80 220

4.1 СП-4 0,5 0,1 32,0 85 185

4.2 0,5 31,0 80 160

4.3 1,0 30,0 80 145

Рис. 1. Кинетика твердения цементов с добавками

Наилучшим показателем по прочности в возрасте 28 сут. обладает состав с СП-1 (ВВ 0,1 %) - 78,44 МПа и с СП-3 (ВВ 0,5 %) - 78,5 МПа.

Остальные составы с СП-1 также демонстрируют более высокую прочность по сравнению с бездобавочным составом, прочность которого в возрасте 28 сут составляет 51,19 МПа. Составы с СП-2 демонстрируют приблизительно одинаковую прочность при сжатии (максимальное значение у состава № 2.2 - 72,68 МПа). Образцы. полученные из составов с использованием СП-4, показывают наименьшие значения по прочности на всем интервале концентраций воздухововлекающей добавки.

Морозостойкость образцов была определена по второму ускоренному методу в условиях предварительного насыщения в 5 %-ном водном растворе №С1 в соответствии с ГОСТ 10060.0-95 [3]. Испытанию подвергались образцы, твердевшие в течение 28 суток в воздушно-влажных условиях.

Величина морозостойкости образцов, изготовленных из составов с различными добавками, оценивалась по потери прочности при сжатии. Материал считается морозостойким, если прочность образцов при испытании их на сжатие падает не более чем на 10 %.

По полученным результатам (рис. 2) можно сделать вывод, что после 20 циклов попеременного

Таблица 3. Пористость образцов

замораживания-оттаивания не морозостойкими являются образцы № 1.0, 2.2, 3.1, 4.3.

20,00

—1 1 1 1 1

... II.

1.0 1,1 12 1,3 2,1 11 2,3 3.1 3,2 3,3 4,! 4,2 4,3

Состав

Рис. 2. Морозостойкость образцов

Наилучшими показателями по морозостойкости обладают составы № 1.1, 1.2, 1.3 и 4.1, потеря прочности при попеременном замораживании и оттаивании составили 1 %. Данные по морозостойкости сопоставимы с данными по пористости образцов (таблица 3).

Составы 1.0 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3

Пористость, % 8,2 6,5 6,6 6,7 9,5 9,8 9,3 11,9 9,7 8,5 8,3 8,7 11,2

Пористость образцов составов с добавкой СП-1 изменяется от 6,5 до 6,7 %. Введение в состав цементного теста добавки СП-2 ведет к увеличению пористости до 9,8 % (состав № 2.2). СП-3 при концентрации воздухововлекающей добавки 0,1 % показывает максимальную пористость - 11,9 %. При увеличении концентрации ВВ до 1,0 % пористость снижается до 8,5 %. Составы с СП-4 при концентрации ВВ от 0,1 до 0,5 % имеют пористость: 8,3 % - для состава № 4.1 и 8,7 % - для состава № 4.2. Состав № 4.3 имеет наибольшее значение пористости - 11,2 %.

Таким образом, проведенные исследования показали, что благодаря использованию суперпластификатора совместно с

воздухововлекающей добавкой можно получить составы, обладающие высокой прочностью и высокой морозостойкостью.

По полученным данным оптимальным является состав № 1.1, содержащий 0,5%

суперпластификатор на основе

нафталинсульфоната (СП-1) и 0,1 % воздухововлекающей добавки.

Список литературы

1. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения: ГОСТ Р 542572010. - М: Стандартинформ, - 2011. - 18 с.

2. Корчунов И.В., Ахметжанов А.М., Потапова Е.Н. Морозостойкость цементного камня в присутствии добавок / Инвестиции строительство, недвижимость как материальный базис модернизации и инновационного развития экономики: материалы VII Международной научно-практической конференции. (Томск,14-16 марта 2017 г.). — Томск, - 2017. — С.359-362.

3. ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования. - М.: Изд-во стандартов. - 1997. - 13 с.