Модифицированные гидроизоляционные материалы улучшенного качества

ОЯщетехнические и социальные проблемы

позиции дополнительных моментов, которые несет в себе покупка товара в одном из мест. Следовательно, главными факторами, влияющими на разность цен, являются факторы обмена, а также нерациональность поведения.

Заключение

Взаимосвязь микроэкономики, макроэкономики и мегаэкономики проявляется в трех ипостасях.

На уровне детектора взаимосвязь проявляется в том, что детектор вышестоящей структуры формируется посредством конкуренции и кооперации элементов, состоящих из частей нижестоящей структуры. На уровне селектора взаимосвязь проявляется в том, что вышестоящая структура входит в селектор для нижестоящей структуры, влияя тем самым на ее развитие. На уровне обмена происходит постоянная циркуляция вещества, энергии, информации и денег, как их эквивалента, между различными уровнями экономики.

Библиографический список

1. Социальная синергетика и акмеология / В. П. Бранский, С. Д. Пожарский. -СПб. : Политехника, 2002. - 476 c. - ISBN 5-7325-0664-6.

2. Экономическая теория / ред. А. И. Добрынин, Л. С. Тарасевич. - 3-е изд. -СПб. : Изд. СПбГУЭФ; Питер, 2000. - 544 c. - ISBN 5-8046-0037-0.

3. Экономика и философия / В. В. Ильин, А.А. Лапинскас, Б. Я. Пукшанский, Н. К. Румянцев, С. А. Смирнов. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2006. - 244 с. - ISBN 5-7641-0161-1.

4. Глобализация и синергетический историзм / В. П. Бранский, С. Д. Пожарский. - СПб. : Политехника, 2004. - 400 c. - ISBN 5-7325-0822-8.

УДК 691.56 Д. В. Соловьёв

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ УЛУЧШЕННОГО КАЧЕСТВА

Данное исследование посвящено разработке актуального гидроизоляционного строительного материала. Экспериментально установлено, что в качестве вяжущего в Северо-Западном регионе целесообразно использовать портландцемент ПЦ400 Д20 ОАО «Пикалевский цементный завод».

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

262

Для создания материала, обладающего улучшенными гидроизолирующими свойствами, разработана высокоэффективная полимерсодержащая комплексная добавка с наноструктурными элементами.

Использование разработанной добавки обеспечивает получение безусадочного, трещиностойкого материала, имеющего следующие характеристики: М500, F300, W14.

гидроизоляционные материалы, портландцемент, комплексная добавка, улучшенное качество, повышенная прочность при сжатии, прочность при сгибе, адгезионная прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, водопоглощение, долговечность, усадка, модифицирование.

Введение

Петербург - один из красивейших городов мира, который, к сожалению, построен на болоте, поэтому проблема предотвращения разрушения конструкций из бетона, кирпича, камня в результате воздействия воды, особенно при ее замерзании, очень актуальна для всех отраслей строительства. Для решения данной задачи требуется материал, который мог бы сдерживать разрушительное действие природной, а также другого происхождения воды.

Одним из наиболее эффективных материалов такого назначения является гидроизоляционный материал на цементной основе, который отличается от мастичной, битумной, окрасочной, рулонной и других видов гидроизоляции органического происхождения повышенным химическим подобием со строительными материалами искусственного и природного происхождения, что способствует формированию максимального сцепления с основанием, создавая целостность конструкции с одинаковой по природе матрицей, позволяя таким образом усилить гидроизолирующие свойства и долговечность основания.

Создание гидроизоляционных цементсодержащих материалов является важной и актуальной задачей времени, решение которой отражено в настоящем исследовании.

1 Разработка и определение рационального композиционного состава

Отличительной особенностью гидроизоляционных материалов является повышенная макро- и микроплотность, трещиностойкость, прочность при сжатии, изгибе, адгезионная прочность, морозостойкость, водонепроницаемость.

Для создания материалов, обладающих таким набором улучшенных физико-механических параметров, необходимо разработать рациональный композиционный состав и комплексную высокоэффективную добавку.

В основу проводимых исследований положены фундаментальные исследования кафедры «Инженерная химия и естествознание» [1].

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

1.1 Определение рационального состава композиционного материала

На первом этапе исследований в качестве пластифицирующей добавки использован суперпластификатор ЦМИД по ТУ 5745-00453268843-00, а в качестве вяжущего - портландцемент ПЦ400 Д20 ОАО «Пикалевский цементный завод».

Выбор добавки основан на предварительном сравнительном анализе пластифицирующих добавок отечественного и зарубежного производства, таких как СП С-3, суперпластификаторов, разработанных шведской фирмой Perstorp, таких как Peramin, VP 120, VP-111, который определил положительные преимущества выбранной добавки. Портландцемент ПЦ 400 Д20 ОАО «Пикалевский цементный завод» использован благодаря большим объемам производства и широкому применению на строительных объектах Северо-Западного региона.

На основании большого количества экспериментов и по параметрам прочности и водопоглощения установлено, что наиболее рациональный состав композиционного материала следующий (все компоненты

представлены в масс. %):

портландцемент ПЦ400 Д20 ........................ 34,04

песок с размером фракции 0 ... 0,63 мм...........25,52

песок с размером фракции 0 ... 0,315 мм..........17,02

тонкомолотый известняк с £уд = 250 м2/кг......... 8,51

суперпластификатор ЦМИД ...........................2,7

вода............................................. 12,21

Искусственный камень на основе данного состава характеризуется максимальным значением прочности в раннем и проектном возрасте, которое составляет 23,5 МПа и 46,8 МПа соответственно 3 и 28 суткам нормального твердения; для данного материала водопоглощение в возрасте 28 суток составляет 4,7%.

Тонкомолотый известняк вводится в состав сырьевой смеси в качестве наполнителя, что способствует не только уплотнению структуры материала, но и улучшению удобоукладываемости растворной смеси. Дальнейшее повышение количества тонкомолотого известняка нецелесообразно, т. к. повышается водопотребность смеси, что приводит к понижению прочности, повышению пористости и водопоглощения.

1.2 Определение вида и марки цемента для гидроизоляционного материала

На следующем этапе исследований произведена оценка эффективности использования цемента. С этой целью рассмотрено три вида цемента:

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

264

напрягающий цемент НЦ-10 ООО «Цемтех»;

портландцемент ПЦ500 ДО ОАО «Сланцевский цементный завод»;

портландцемент ПЦ400 Д20 ОАО «Пикалевский цементный завод», которые производятся и используются на строительных объектах в СевероЗападном регионе.

Из рассмотренных цементов наилучшие характеристики искусственному камню обеспечивает портландцемент ПЦ400 Д20 ОАО «Пикалевский цементный завод». Эти данные подтвердились при использовании различных партий в количестве от 5 до 7 каждого вида рассматриваемого цемента.

Экспериментальные исследования и проведенные наблюдения показали, что напрягающий цемент НЦ-10 и портландцемент ПЦ500 Д0 ОАО «Сланцевский цементный завод» по кинетике набора и абсолютному значению прочности очень похожи и не обеспечивают высоких параметров качества.

Поэтому все дальнейшие исследования проведены при использовании портландцемента ПЦ400 Д20 ОАО «Пикалевский цементный завод».

Несмотря на то, что искусственный камень при рекомендуемом составе характеризуется высоким значением прочности, этого недостаточно для гидроизоляционного материала, основным требуемым параметром которого является плотность и водонепроницаемость.

1.3 Физико-химические исследования

Проведенные физико-химические исследования при помощи рентгенофазового и дифференциально-термического методов анализа показали, что в присутствии СП ЦМИД не наблюдается существенного увеличения гидратационной активности цемента, следовательно, уплотнение материала и, как следствие, улучшение параметров водонепроницаемости происходит только за счет уменьшения В/Ц-отношения растворной смеси, поэтому водопоглощение имеет достаточно высокое значения, равное » 4,0%; при этом предполагается возможное развитие усадочных деформаций.

2 Разработка комплексной высокоэффективной добавки

2.1 Модифицирование композиционного состава полимерсодержащими добавками

Для повышения эластичности и трещиностойкости материала, а также уменьшения усадочных деформаций [2] в качестве модификатора композиционного состава дополнительно использован редиспергируемый полимерный порошок бутилакрилата и стирола, имеющий техническое название Acronal S430. Эффективность действия модификатора и

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

рациональное его количество определяли по изменению прочности при сжатии, изгибе и по значению коэффициента трещиностойкости. Полученные результаты представлены в табл. 1.

При добавлении РПП Acronal S430 увеличивается количество воды, необходимое для получения растворной смеси требуемой подвижности, при этом улучшается обрабатываемость растворной смеси. Из данных табл. 1 видно, что рациональное количество добавки Acronal S430 составляет 20 кг на 1 т сухой строительной смеси, что соответствует 10% от массы цемента, при этом прочность при сжатии увеличивается в проектном возрасте на 6,0%, а прочность при изгибе увеличивается на 30%, что приводит к повышению косвенного коэффициента

трещиностойкости Ктр

R

с величины 0,19 до значения 0,25 и

оказывает положительное влияние на трещиностойкость самого материала. ТАБЛИЦА 1. Трещиностойкость модифицированного композиционного материала

Номер состава Расход материалов на 1 т ССС, кг В, л Подвижность растворной смеси по ПК, см Прочность, МПа N О и РО Я

при сжатии при изгибе

Ц S СП ю Со о Он -е- П фр. 0-0,315 мм Известняк о о OJ Я Acronal S430 Возраст, сут

3 28 3 28

1 400 300 200 100 3,2 - 172 6,0 23,5 46,8 ОО 061‘0

2 400 300 200 100 3,2 5 173 6,0 23,9 47,1 (N о-Г 0,195

3 400 300 200 100 3,2 10 175 6,0 24,2 48,0 СО i/"T 10,3 0,21

4 400 300 200 100 3,2 15 178 6,0 24,7 48,5 г- i/"T 10,7 0,22

5 400 300 200 100 3,2 20 180 6,0 25,6 43,6 11,6 0,25

6 400 300 200 100 3,2 25 182 6,0 24,0 47,4 1УЭ оу о-Г 0,21

Экспериментально установлено, что при добавлении Acronal S430 имеется и негативное действие, а именно: время начала схватывания

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

266

растворной смеси значительно увеличивается до значения 3,5-4,0 ч, что является неблагоприятным при проведении гидроизоляционных работ, особенно если конструкция подвергается воздействию воды.

2.2 Модифицирование композиционного состава высокоглиноземистым цементом

Для проектирования гидроизоляционного материала при достигнутых положительных результатах по прочности нерешенными остаются следующие вопросы:

повышенное время схватывания;

недостаточная плотность материала;

недостаточное химическое связывание воды затворения.

Комплексное решение данных вопросов может быть достигнуто использованием в качестве одного из компонентов добавки высокоглиноземистого цемента, который в присутствии портландцемента увеличит скорость схватывания цементсодержащей растворной смеси и при этом обеспечит уплотнение искусственного камня за счет уменьшения пустот в результате образования повышенного количества гидроалюминатов и кристаллов эттрингита. Следовательно, в результате образования повышенного количества многоводных кристаллогидратов алюминия увеличится количество химически связанной воды, что исключит возможное образование на поверхности материала трещин различного размера и различной природы, следовательно, дополнительно повысится трещиностойкость материала.

Высказанное предположение экспериментально проверено, с этой целью в качестве базового использован состав №5 из табл. 1, а в качестве высокоглиноземистого цемента - французский цемент Ciment Fondu, сертификат №0035869. Полученные результаты представлены в табл. 2.

ТАБЛИЦА 2. Влияние высокоглиноземистого цемента на физико-механические характеристики искусственного камня

Но- мер сос- тава Высоко- глино- земисты й цемент Ciment Fondu, масс. % от массы цемента Рас- ход во- ды, л Подвиж- ность раствори ой смеси по погружению конуса, см Прочность, МПа Адгезион- ная прочность, МПа, в возрасте 28 суток Во- дой ог- лощ е- ние, % Водопо- глощение по величине капил- лярного подсоса, кг/м2/ч0,5

при сжатии при изгибе

Возраст, сут

3 28 3 28

1 - 180 6,0 25,6 49,6 6,4 11,6 1,7 4,1 0,2

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

2 1,25 178 6,0 28,3 44,2 7,1 10,2 1,8 3,7 0,17

3 2,5 175 6,0 34,0 46,0 8,3 10,9 2,1 3,3 0,15

4 3,75 177 6,0 29,4 40,2 8,7 9,7 1,9 3,4 0,16

5 4,0 182 6,0 27,6 39,1 8,5 8,9 1,8 3,6 0,18

Анализ полученных данных показывает, что рациональное количество высокоглиноземистого цемента составляет 2,5 масс. % от массы цемента, при этом значительно увеличивается прочность при сжатии и изгибе в раннем возрасте, прирост прочности при сжатии составляет 32%, а при изгибе прочность увеличивается на 30%, но в возрасте 28 суток прочность при сжатии и при изгибе модифицированного состава понижается в пределах 7%, достигая значения 46,0 МПа и 10,9 МПа соответственно при сжатии и при изгибе.

Добавка высокоглиноземистого цемента также оказывает положительное влияние на адгезионную прочность, что, вероятно, обусловлено появлением повышенного количества гидратных новообразований, которые в момент образования отличаются повышенной реакционной способностью и обеспечивают хорошее сцепление с поверхностью основания. Достоинством модифицированного состава является понижение общего параметра водопоглощения и водопоглощения, определяемого по величине капиллярного подсоса, что обусловлено уменьшением количества и размера капиллярных пор, перекрываемых продуктами гидратации.

Проведенные физико-химические исследования при помощи рентгенофазового и дифференциально-термического методов анализа подтверждают высказанное ранее предположение о повышенном образовании гидроалюминатов C3AH6(d/n = 5,14; 2,82; 2,30; 2,23; 2,04)-10" 10м и гидросульфоалюминатов 3CaO-Al2O3-3CaSO4-32H2O(d/n=9,73; 5,61; 3,88; 2,56; 2,21) -10"10м, которые способствуют уплотнению структуры камня, максимальному химическому связыванию воды и, следовательно, практически полному исключению возможного появления трещин на поверхности материала.

2.3 Активирование композиционного состава зольсодержащей добавкой

Несмотря на достигнутые положительные результаты по улучшению различных видов прочности, водопоглощение, особенно определяемое по величине капиллярного подсоса, имеет нежелательное повышенное значение, уменьшить которое, по-видимому, возможно только за счет веществ, сопоставимых по размеру с размером капиллярных пор. В качестве такого материала может быть использована модифицированная зольсодержащая добавка на основе ортокремниевой кислоты, которая

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Общетехнические и социальные проблемы

268

содержит дисперсии SiO2 размером от 1 до 100 нм. Данная добавка разработана на кафедре «Инженерная химия и естествознание» [3], [4].

Эффективность действия зольсодержащей добавки ортокремниевой кислоты оценивалась по значению прочности, но в основном по значению водопоглощения, определяемого по величине капиллярного подсоса, а также по величине усадки.

В качестве базового состава использован состав №3 из табл. 2. Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 3.

Анализ полученных данных, представленных в табл. 3, показывает, что рациональное количество зольсодержащей добавки составляет 0,25 масс.% от массы цемента. При активации композиционного состава зольсодержащей добавкой принципиальное значение имеет уменьшение значения водопоглощения, определяемое по величине капиллярного подсоса, которое достигает значения 0,09 кг/м /ч ’ , при этом усадка составляет 0,46 мм/м. Прочность материала при сжатии в возрасте 28 суток превышает 50 МПа и составляет 53,8 МПа. Состав №5 из табл. 3 отличается наилучшими параметрами качества, для которого была произведена оценка долговечности по величине морозостойкости и водонепроницаемости и получены следующие результаты:

морозостойкость, циклы....................300

водонепроницаемость, атм..................14

ТАБЛИЦА 3. Влияние зольсодержащей добавки на физико-механические характеристики композиционного состава

Но- мер сос- тава Модифицированный золь ортокремниевой кислоты, масс. % от массы цемента Рас- ход во- ды, л Подвиж- ность раствор- ной смеси по погру- жению конуса, см Прочность, МПа, в возрасте 28 суток Ктр Водо- погло- ще- ние, % Водо- погло- щение по величине капил- лярного подсоса, кг/м2/ч0,5 Усад- ка, мм/м

при сжатии при изгибе

1 - 175 6,0 46,0 10,9 0,236 3,3 0,15 0,8

2 0,1 173 6,0 47,1 11,1 0,237 3,1 0,13 0,72

3 0,15 172 6,0 48,4 11,5 0,238 3,0 0,12 0,58

4 0,20 170 6,0 50,7 12,1 0,239 2,8 0,10 0,49

5 0,25 168 6,0 53,8 13,0 0,24 2,5 0,09 0,46

6 0,3 169 6,0 53,0 12,7 0,240 2,6 0,10 0,48

7 0,5 170 6,0 52,7 12,5 0,237 2,7 0,11 0,50

2.4 Определение композиционного состава комплексной добавки

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2

Юйцетехнические и социальные проблемы

Анализ результатов по достигнутому качеству композиционного материала позволяет считать, что данные результаты получены при использовании комплексной добавки, состоящей из СП ЦМИД, РПП Acronal S430, высокоглиноземистого цемента Ciment Fondu и модифицированной зольсодержащей добавки ортокремниевой кислоты и

следующем соотношении компонентов, масс.%:

СП ЦМИД......................................50,79

РПП Acronal S430 ............................ 31,75

высокоглиноземистый цемент Ciment Fondu......15,87

модифицированная зольсодержащая

добавка ортокремниевой кислоты................1,59

Комплексную высокоэффективную добавку указанного состава можно рекомендовать для гидроизоляционного композиционного материала. Рациональное количество добавки составляет 15,8 масс.% от массы цемента.

Заключение

1. Разработана высокоэффективная комплексная полимерсодержащая добавка с наноструктурными элементами, рекомендуемая для производства гидроизоляционного материала.

2. Разработан композиционный состав с использованием высокоэффективной комплексной добавки, который обеспечивает полученние гидроизоляционного безусадочного материала повышенной трещиностойкости, имеющего следующие характеристики: М500, F300, W14.

Библиографический список

1. Фундаментальные основы свойств материалов на цементной матрице / Л. Б. Сватовская. - СПб. : ПГУПС. - 2006. - 83 с. - ISBN 5-7641-0160-3.

2. Специальные цементы / Т. В. Кузнецова, М. М. Сычев и др. - СПб. : Стройиздат, 1997. - 313 с. - ISBN 5-87897-034-1.

3. Разработка и применение новых зольсодержащих добавок для повышения качества бетонов разной плотности : автореф. дис. ... канд. техн. наук / И. В. Степанова.- СПб. : ПГУПС, 2004. - 24 с.

4. Химическая добавка для сухой строительной смеси «Hardness-С» // ТУ 5743003-48930292-2002. - 12 с.

УДК 691.699.8

А. М. Сычёва, И. П. Филатов

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2008/2