Модификация цементных растворов полиэтилгидросилоксаном и хитозаном

ВЕСТНИК 4/2010

МОДИФИКАЦИЯ ЦЕМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ ПОЛИЭТИЛГИДРОСИЛОКСАНОМ И ХИТОЗАНОМ

CEMENT MORTARS MODIFICATION WITH THE POLYETHYL-HYDROSILOXANE AND CHITOSANE

Ю.В. Устинова, Т.П. Никифорова, H.C. Сазонова, В.И. Дарчия

Yu.V. Ustinova, T.P. Nikiforova, N.S. Sazonova, V.I. Darchiya

ГОУ ВПО МГСУ

В статье представлены результаты исследования поровой структуры и прочностных свойств цементных растворов, модифицированных полиэтилгидросилоксаном и хитозаном.

The article covers the research results of the pore structure and strength characteristics of the cement mortars modified by the polyethylhydrosilixane and chitosane.

Проницаемость цементных бетонов и растворов во многом зависит от объема, характера распределения и структуры пор. Бетоны и растворы являются капиллярно-пористыми материалами, как бы пронизанным тончайшей сеткой пор и капилляров различных размеров. Мелкие поры и капилляры (микропоры) размером менее 10-5 см, к которым относятся, в частности, поры цементного геля, практически непроницаемы для воды и микроорганизмов. Микропоры и капилляры размером более 10-5 см доступны для фильтрации воды и агрессивных сред и проникновению микроорганизмов. Поэтому сокращение размера сечения пор, их извилистости и протяженности является путем, ведущим к повышению непроницаемости цементных бетонов и растворов для микроорганизмов и воды [1, 2].

В качестве добавок, снижающих объем порового пространства цементных бетонов и растворов, нами применены гидрофобизатор полиэтилгидросилоксан (ПЭГС) и продукт дезацетилирования хитина — хитозан — аминополисахарид 2-амино-2-дезокси-Р-Б-глюкан.

Хитин — второй (после целлюлозы) по распространенности природный биополимер, добываемый из полностью возобновляемого природного сырья. Он ходит в состав опорных тканей и внешнего скелета членистоногих (ракообразных, паукообразных, насекомых), оболочек клеток микроорганизмов и грибов, где хитин находится в комплексе с белками и минеральными солями. Ежегодно живые организмы вырабатывают несколько десятков миллиардов тонн хитина [3, 4].

Хитозан получают в жестких условиях — путем обработки хитина 40-49%-ным водным раствором NaOH при температуре 110-140°C в течение 4-6 часов. В результате этого получается соединение, соответствующее структурной формуле [4]:

Благодаря биосовместимости с живыми тканями, способности к биодеградации, высокой адгезии, отсутствию токсичности и другим свойствам, хитозан широко применяется в медицине, сельском хозяйстве, растениводстве, ветеринарии, пищевой, косметической, бумажной, текстильной и других отраслях промышленности [3, 4].

В качестве моделей, имитирующих свойства цементной композиции, изготавливались образцы из цементно-песчаного раствора состава 1:3 по массе с добавками (вес. %): хитозан - 1%; ПЭГС - 0,1%; хитозан - 1% + ПЭГС - 0,1%; хитозан - 1% + ПЭГС -0,5%. На рис. 2 и 3 представлены результаты исследования поровой структуры модифицированных цементных композиций методом эталонной порометрии [5].

Рис. 1. Усредненные порограммы, измеренные методом эталонной порометрии, для цементных растворов, модифицированных ПЭГС и хитозаном

ВЕСТНИК МГСУ

4/2010

0,03 0,025 0,02 13 0,015 > 0,01 0,005 0

1

-л

Н

шш

ш

0...1

1...2

2...3 3...4 1д г, А

4...5 5...6

контроль

хитозан -1%

ПЭГС -0,1%

хитозан-1% + ПЭГС-0,1 %

хитозан-1% + ПЭГС-0,5%

Рис. 2. Содержание пор в цементных растворах, модифицированных

ПЭГС и хитозаном

Из порограмм следует, что поровая структура образцов меняется от введения добавок ПЭГС в количестве 0,1% и 0,5% от массы цемента и хитозана в количестве 1% от массы цемента. Введение добавок влияет и на общий объем пор и на характер их распределения.

Как видно из рис. 1 и 2, в образцах цементного раствора, в состав которого входит добавка на основе ПЭГС в количестве 0,1% от массы цемента, значительно увеличивается объем гелевых пор радиусом 10... 102 А и уменьшается объем пор контракции радиусом 103...104 А. Однако объем капиллярных пор радиусом свыше 104 А возрастает по сравнению с составом без добавок в 3 раза, что в дальнейшем будет способствовать развитию деструктивных процессов.

Результаты исследований поровой структуры модифицированных цементных растворов показали, что в образцах цементного раствора, в состав которого входит добавка на основе хитозана в количестве 1% от массы цемента общий объем пор незначительно снижается по сравнению с контрольным образцом без добавок. Однако меняется характер распределения пор. Гелевые поры занимают 19.20% объема материала, а суммарный объем контракционных и капиллярных пор не превышает 5%.

Введение комплексной добавки на основе ПЭГС - 0,1% от массы цемента и хитозана - 1% от массы цемента приводит к резкому увеличению общего объема пор (рис. 1). Поэтому, можно считать, что при длительной эксплуатации на промышленных предприятиях цементные бетоны и растворы, в состав которых входит такая добавка, будут подвергаться миграции влаги, агрессивных сред и микроорганизмов.

Наиболее эффективным способом снижения объема порового пространства цементных композиций является применение комплексной добавки на основе ПЭГС -0,5% от массы цемента и хитозана - 1% от массы цемента.

Результаты испытаний образцов модифицированных цементных композиций на сжатие показали, что наибольшей прочностью обладают цементные композиции с добавкой на основе хитозана в количестве 2,0% по массе, а наименьшей — с добавкой на основе ПЭГС и хитозана в количестве 0,5% и 1,0% по массе соответственно (рис. 3).

контроль

ПЭГС-0,1%

хитозан-0,4%

хитозан-1,0%

хитозан-2,0%

ПЭГС-0,1% +

хитозан-1,0%

ПЭГС-0,5% +

хитозан-1,0%

Рис. 3. Зависимость прочности при сжатии цементных композиций от содержания добавок ПЭГС и хитозана

Таким образом, для модификации цементных композиций, исследуемых в нашей работе, следует отдать предпочтение добавке на основе хитозана, как с технологической точки зрения, так и с точки зрения физико-механических показателей.

Совокупность полученных экспериментальных данных по исследованию поровой структуры и прочностных характеристик модифицированных цементных растворов позволяет сделать следующие выводы:

1. Введение добавки на основе хитозана в состав цементных композиций позволяет снизить общий объем пор и положительно влияет на характер их распределения.

2. Показано, что применение хитозана не ухудшает прочностные характеристики цементных бетонов и растворов.

Литература

1. Сидоров В.И., Никифорова Т.П., Сазонова Н.С., Доможилова Ю.В. Разработка композиций для каркасных полов с целью обеспечения экологической безопасности предприятий молочной промышленности. - Материалы международной научно-технической конференции «Экология урбанизированных территорий». - 15-16 июня 2006 г. - С. 69-71.

2. Сидоров В.И., Никифорова Т.П., Доможилова Ю.В. Обеспечение биостойкости зданий и сооружений предприятий молочной промышленности // Вестник МГСУ. - №1. - 2007. - стр. 157-159.

3. Хитозан: нераскрытый веер возможностей // Серия публикационных материалов «Море и человек» - Вып. №1. - Москва. - 2003 г. - С.9-13.

ВЕСТНИК 4/2010

4. Гальбрайх Л. С. Хитин и хитозан: строение, свойства, применение // Соросовский образовательный журнал. - т. 7. - №1. - 2001. - стр. 51-56.

5. Вольфкович Ю. М., Багоцкий В. С., Сосенкин В. Е., Школьников Е. И. Методы эталонной порометрии и возможные области их применения в электрохимии. — Электрохимия. — 1980. — т. XVI. — вып. 11. — стр. 162-1652.

The literature

1. Sidorov V. I., Nikiforova T.P., Sazonova N.S., Domozhilova Yu.V. Working of the compositions for the frame floors for the purpose of maintenance of ecological safety of the dairy industry enterprises. - Materials of the international scientific and technical conference «Ecology of the urbanized territories». - on June, 15-16th, 2006 - p. 69-71.

2. Sidorov V. I., Nikiforova T.P., Domozhilova Yu.V. Maintenance of the biostability of the buildings and constructions of the dairy industry enterprises //Bulletin MSUCE. - №1. - 2007. - p. 157-159.

3. Chitosane: an unsolved fan of possibilities//a Series публикационных materials «the Sea and the person» - Issue №1. - Moscow. - 2003 - p. 9-13.

4. Galbraih L.S. Chitin and chitosane: the structure, properties, application//Sorosovsky about-razovatelnyj magazine. - Volume 7. - №1. - 2001. - p. 51-56.

5. Volfkovich J. M., Bagotsky V.C., Sosenkin V. E., Shkolnikov E.I. Methods of the reference poremetry and possible areas of their application in electrochemistry. — Electrochemistry. — 1980. — Volume XVI. — Issue 11. — p. 162-1652.

Ключевые слова: цементный раствор, хитозан, полиэтилгидросилоксан, прочность, поро-вая структура, хитин, эталонная порометрия, добавки к цементу

Key words: Cement mortar, chitosane, polyethylhydrosiloxane, strength, pore structure, chitin, reference poremetry, cement admixtures

e-mail: ustinova.ju@gmail.com

Рецензент: Козлов Валерий Васильевич, д.т.н, профессор кафедры строительных материалов ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета