Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Клесова Анна Игоревна, Российский химико‐технологический университет им. Д.И. Менделеева; научные руководители — д‐р техн. наук, проф. Е. Н. Потапова; руководитель ТЦ ООО «Вакер Хеми РУС» Д. В. Назаров «Влияние комплексных метакаолиновых добавок на свойства сухих строительных смесей на основе минеральных вяжущих»

Аннотация

В работе изучено влияние пластифицирующих добавок — гиперпла­стификаторов, редиспергируемых полимерных порошков и эфиров целлюлозы — на свойства гипсо-цементно-пуццолановых вяжущих. Выявлена роль полимер­ных добавок при твердении вяжущего вещества и разработан состав вяжущего для сухих строительных смесей, характеризующихся повышенной прочностью, водостойкостью и морозостойкостью.

Ключевые слова: сухие строительные смеси; полимерные добавки; ги­перпластификаторы.

Сухие строительные смеси (ССС) отличаются высокой эффективно­стью и обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами проведения отделочных работ. Они обеспечивают высокий и стабильный уро­вень качества отделки, снижение затрат на транспортировку, легкую переработ­ку материалов. ССС содержат необходимые в зависимости от условий примене­ния добавки (пластифицирующие, ускорители или замедлители схватывания, водоудерживающие, позволяющие работать при отрицательных температурах, и др.), которые улучшают технологические и эксплуатационные свойства. Од­нако производство ССС требует постоянного совершенствования технологии, оборудования и составов. В связи с широким распространением активной ми­неральной добавки метакаолина появилась необходимость исследования влия­ния данной добавки на свойства сухих строительных смесей на основе различ­ных минеральных вяжущих. На первом этапе работы было изучено влияние полимерных добавок на свойства гипсо-цементно-пуццолановых вяжущих (ГЦПВ). В качестве исходных материалов использовалось гипсовое вяжущее про­изводства ООО «КНАУФ ГИПС», портландцемент марки ПЦ500-Д0 производства ОАО «Осколцемент» и активная минеральная добавка метакаолин.

Необходимое количество добавки для приготовления ГЦПВ подбиралось по стандарт­ной методике по изменению концентрации оксида кальция, содержащейся в специальных препаратах, представляющих собой водные суспензии полуво­дного гипса, портландцемента и активной мине­ральной добавки (рис. 1). По полученным данным был расчитан состав ГЦПВ, в котором содержание гипсового вяжущего составляет 57 %, портландце­мента — 36 % и метакаолина — 7 %.

Изменение концентрации оксида кальция в водной суспензии

 

Для модифицирования состава и струк­туры гипсо-цементно-пуццоланового вяжущего были взяты добавки гиперпластификаторов — Melflux 5581, Melment F15, Peramin SMF20; добавки редиспергируемых полимер­ных порошков (РПП) — Vinnapas 8034H, Vinnapas LL551Z, Vinnapas LL5999/1; добавки эфиров целлюлозы — Mecellose 7117, Hercules culminal 7729, Hercules Culminal 7591.

Пластифицирующие добавки адсорбируются на зернах вяжущего и уменьшают их агрегацию из-за создания стерических эффектов и увеличения сродства твердой и жидкой фаз. Это приводит к понижению водопотребности растворной смеси.

Наибольшее снижение нормальной густоты наблюдалось в присут­ствии 0,2 % Melflux 5581 — с 41,8 до 33,5%. Melment F15 и Peramin SMF20 снижа­ли водопотребность в меньшей степени.

В ранние сроки твердения наибольшей прочностью при изгибе ха­рактеризовались составы, модифицированные гиперпластификатором Melflux, а в возрасте 28 сут. — составы с суперпластификатором Melment (рис. 2а). Наи­большей прочностью при сжатии во все сроки твердения характеризовались образцы с Melflux.

В присутствии РПП нормальная густота снижается незначительно — с 41,8 до 41,0 %, однако при этом повышаются эластичность и деформативность затвердевшего раствора, ударная прочность и стойкость к истиранию. Вначале процесса образуется полимерная пленка — цементполимерный композиционный материал. Затем жесткие кристаллизационные контакты через пленку полимера заменяются на более подвижные конденсационно-коагуляционные. Прочность при сжатии модифицированных ГЦПВ во все сроки твердения немного ниже по сравнению с бездобавочными, а на прочность при изгибе влияют вид полимер­ного порошка и время гидратации. В ранние сроки твердения все РПП имеют прочность ниже бездобавочного состава, а в возрасте 28 сут. добавки Vinnapas 8034Н и LL5999/1 характеризуются наибольшими значениями прочности (рис. 2б).

 

Влияние полимерных добавок на прочность при изгибе в возрасте 28 сут.: а) гиперпластификаторы; б) редиспергируемые полимерные порошки; в) эфиры целлюлозы

 

 

 

Эфиры целлюлозы применяют для сохранения воды в растворной смеси и повышения адгезии растворной смеси, а также для придания ей тиксотропных свойств и замедления скорости гидратации. Поэтому при добавке к ГЦПВ эфиров целлюлозы в количестве 0,5 % увеличивается водопотребность смеси. Нормаль­ная густота зависит от вида эфира и повышается с 41,8 % для бездобавочного со­става до 44,5 % в присутствии Hercules Culminal 7591 и до 47,2 % в присутствии Mecellose 7117. Начало схватывания гипсо-цементно-пуццоланового вяжущего замедляется, а время окончания схватывания увеличивается в 1,5 раза.

Прочность при сжатии в присутствии добавок эфиров целлюлозы во все сроки твердения существенно ниже по сравнению с бездобавочным соста­вом. Прочность при изгибе модифицированных составов в начальные сроки твердения в два раза ниже бездобавочного, однако к 28 сут. прочности вырав­ниваются (рис. 2в).

На основании изучения индивидуального влияния добавок было вы­брано по одной добавке из каждого класса. Изучали совместное влияние на свой­ства ГЦПВ 0,2 % Melflux 5581, 0,5 % Vinnapas 8034H и 0,5 % Hercules 7591.

При совместном введении добавок нормальная густота снижалась с 41,8 до 39,5 % с удлинением сроков схватывания. Прочность при изгибе в 1,6 раз превосходила исходный состав, а прочность при сжатии во все сроки твердения оставалась на уровне бездобавочного состава (рис. 3а и ).

 

Рис. 3. Кинетика твердения ГЦПВ: а) прочность при изгибе, б) прочность при сжатии; 1 — состав с комплексной добавкой; 2 — состав без добавок

 

Полученные прочностные характеристики хорошо коррелируют с ре­зультатами по пористости образцов и коэффициентом капиллярного водопогло­щения. Открытая пористость модифицированного состава на 28-е сут. состав­ляет 1,7 % (для бездобавочного состава — 6,1 %) (рис. 4а). Модифицированный гипсо-цементный камень в возрасте 28 сут. имел коэффициент капиллярного водопоглощения 0,017, что в несколько раз ниже, чем для бездобавочного соста­ва (0,039) (рис. 4б).

Рис. 4. Влияние функциональных добавок на пористость (а) и коэффициент капиллярного водопоглощения (б) ГЦПВ: Г — Melflux 5581; Р — Vinnapas 8034 H; Э — Hercules 7591; ГРЭ — совместное введение добавок

Таблица. Свойства гипсо-цементно-пуццоланового камня

Поскольку для гипсовых вяжущих важным свойством является их долговечность, то изучалась водостойкость и морозостойкость ГЦПВ, модифицированного добавками. Полученные результаты показывают (см. табл.), что при введении полимерных добавок образцы ГЦПВ становятся водостойкими: коэффициент размягчения составляет 0,8–0,9. Исследова­ние гипсо-цементно-пуццоланового камня на морозостойкость проводи­ли на 28-е сут. нормального твердения образцов по ускоренной методике. Образец считается морозостойким, если его прочность при испытании на сжатие падает не более чем на 15 %. Полученные результаты свидетельству­ют о том, что после 20 циклов попеременного замораживания/оттаивания (что соответствует марке бетона по морозостойкости F 150), морозостойки­ми являются составы ГЦПВ, модифицированного РПП Vinnapas 8034H, ги­перпластификатором Melflux 5581 и комплексной добавкой. Однако после 30 циклов попеременного замораживания и оттаивания (марка бетона по морозостойкости F 200) морозостойкими остаются только составы с Melflux 5581 и комплексной добавкой.

Выводы

Проведенные исследования позволили выявить роль полимерных добавок при твердении гипсо-цементно-пуццоланового вяжущего и разрабо­тать составы вяжущих для сухих строительных смесей, характеризующихся повышенной прочностью, водостойкостью и морозостойкостью. Среди иссле­дованных гиперпластификаторов наибольшей эффективностью характеризует­ся Melflux 5581 при введении его в количестве 0,2 %, среди редиспергируемых полимерных порошков — Vinnapas 8034H (0,5 %), а среди эфиров целлюло­зы — Hercules 7591 (0,5 %). При модифицировании ГПЦВ комплексом добавок в оптимальных концентрациях получается прочный, плотный гипсо-цемент­но-пуццолановый камень, характеризующийся повышенной водостойкостью и морозостойкостью.


Информационные партнеры