Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Бондаренко Александра Викторовна, мл. науч. сотрудник, Белгородский государственный технологический университет, Белгород; научный руководитель — д-р техн. наук, проф. В. В. Строкова; «Композиционное вяжущее сухих строительных смесей для устройства полов и особенности его состава»

Аннотация

Основной носитель прочностных свойств композита — вяжущее вещество. Использование традиционных вяжущих не позволяет добиться высоких технико-эксплуатационных характеристик материалов на их основе. Необходим переход на более эффективные композиционные вяжущие (КВ). Одним из представителей КВ является вяжущее низкой водопотребности (ВНВ), свойства которого определяются его вещественным составом.
В связи с этим в ходе работы изучено влияние некоторых типоморфных особенностей кварцевых компонентов различных генетических типов и химической основы пластифицирующих добавок, входящих в состав ВНВ, на реотехнологические и технологические свойства КВ. Изучены состав и свойства сухих строительных смесей (ССС) для самовыравнивающихся полов с учетом влияния генетических особенностей кварцевого компонента.

Ключевые слова: сухие строительные смеси; генезис; кварц; композиционное вяжущее; пластификатор; реология.

Одним из основных направлений технического прогресса в области строительства является создание бетонов высокого качества и долговечности. Но использование готовых растворов и бетонов не всегда удобно или нет возможности поставки товарного бетона на строительный объект. Также имеет место вопрос о создании материалов не только с высокими эксплуатационными свойствами, но и экономически выгодными. В связи с этим рынок строительных материалов предлагает нам широкий выбор ССС различного назначения, в том числе для устройства полов, так как полы являются одним из основных элементов конструкции зданий, определяющих их надежную эксплуатацию.

Сухие смеси незаменимы в проведении высококачественных строительных и отделочных работ с применением современных технологий, эффективных строительных систем, изделий и материалов. Целесообразность замены в строительстве традиционных материалов, из которых приготавливаются в условиях строительного объекта различные растворы, бетоны, на сухие строительные смеси подтверждена долголетней практикой строительства.
При традиционном методе получения ССС пластифицирующие добавки вводятся в состав самой смеси, а при использовании ВНВ они входят в состав композиционного вяжущего. Получение ВНВ связано с совместным помолом трехкомпонентной системы «цемент — наполнитель — ПАВ», в которой пластифицирующие добавки оказывают «расклинивающий эффект». В связи с этим одной из основных задач было изучение влияния типоморфных особенностей кварцевого компонента, используемого в качестве наполнителя, на взаимодействие с пластификаторами, имеющими различную химическую основу, и их совместного влияния на реотехнологические характеристики растворной смеси.

Цель работы — разработка оптимальных составов ССС для самовыравнивающихся полов с учетом влияния генетических особенностей кварцевого компонента.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

▷исследование влияния фазового состава и генетических особенностей кварцевого компонента на реотехнические характеристики вяжущего;

▷изучение структурообразования и морфологии гидратных фаз цементных систем в присутствии модифицирующих добавок;

▷разработка рационального состава ВНВ на основе портландцемента, кварцевого компонента и модифицирующих добавок с учетом генетических особенностей кремнеземсодержащего компонента;

▷разработка составов ССС для наливных полов на основе ВНВ и комплекса добавок.

В отечественной и зарубежной литературе рядом научных школ приводятся результаты исследований в области анализа влияния механоактивационных процессов на свойства измельчаемого вещества и его физико-химическую активность в различных системах. Среди наиболее значимых направлений в этой области можно выделить следующие:

▷исследование свойств КВ в зависимости от генезиса кварцевого компонента [1];

▷оценка коэффициента качества (КК) кремнеземного вещества как компонента КВ [1]. Это интегральная характеристика свойств кварцевого сырья, которая определяется как отношение активности тонкомолотого цемента (ТМЦ) с изучаемым типом кварца к активности ТМЦ на Вольском песке;

▷изучение характера морфологии поверхности диспергированного кремнеземного сырья различной природы (как природного, так и техногенного происхождения);

▷анализ состояния поверхности, количества и видов активных центров, формируемых при разрушении [2];

▷зависимость активности вещества от вида механического воздействия и, как следствие, типа помольного оборудования [3, 4].

Несмотря на интенсивно развивающееся направление в области механоактивации вещества, до сих пор остается открытым вопрос о влиянии типоморфных особенностей кварцевых компонентов кремнеземных пород на характер изменения их активности в системе «вяжущее — наполнитель — ПАВ». Основными результатами исследований по анализу влияния механоактивации на изменение минерального состава вещества и его структуры является установление аморфизации поверхности кварцевых частиц и уменьшение размеров кристаллитов.
В частности, для неактивированного кварца размер кристаллитов оценивался как превышающий 100 нм. Частицы механоактивированного кварца состоят из двух областей — центральной кристаллической области с размером кристаллитов примерно 90 нм и поверхностного аморфизованного слоя толщиной около 20 нм и размерами кристаллитов в интервале 1–10 нм [5, 6].
Кроме этого, при механоактивации низкотемпературного α-кварца обнаружено возникновение высокотемпературной полиморфной модификации — β-кварца [7]. Возможность существования высокотемпературного β-кварца при комнатной температуре была обоснована термодинамическими расчетами на основе размерного эффекта: β-кварц может существовать при низких температурах, если размер его кристаллитов не превышает интервал 20–30 нм [8].
Таким образом, на основании экспериментального материала, полученного к настоящему времени, можно сделать вывод, что механоактивированный кварц представляет собой наноструктурированную гетерогенную систему.
В ряде работ отмечалось, что при механоактивационном воздействии происходит изменение фазовой и размерной гетерогенности вещества. Однако недостаточно изученными остаются вопросы степени зависимости фазовой и размерной гетерогенности кремнезема, изменяющейся при диспергировании, от типоморфных особенностей минералов кремнезема, имеющих различную термическую историю, определяемую генезисом.
Ранее был изучен достаточно представительный спектр генетических типов кварцевых пород, используемых при получении композиционных вяжущих типа ВНВ и ТМЦ, породообразующие минералы которых отличаются типоморфными признаками.
Таким образом, в качестве рабочей гипотезы данного исследования нами было выдвинуто предположение о влиянии фазовой и размерной микро- и наногетерогенности кремнеземного сырья различных генетических типов, формируемой в процессе механоактивации, на взаимодействие в системах «кремнезем — пластификатор» и «кремнезем — пластификатор — цемент» с учетом химической основы пластифицирующих добавок, и, как следствие, на реотехнологические характеристики растворной смеси и физико-механические свойства мелкозернистого бетона. Установление данных зависимостей позволит осуществить ранжирование кремнеземного сырья по эффективности его использования для получения композиционных вяжущих и осуществлять рациональный выбор поверхностноактивных добавок.
Для проведения системного анализа выявления влияния фазово-размерной гетерогенности кремнеземного сырья различных генетических типов на эффективность его использования при получении композиционных вяжущих и сопоставления с данными по его термической истории, определяющей типоморфные особенности сырьевых материалов, были проанализированы достаточно разрозненные данные по применению кварцевого сырья в цементных вяжущих.
В качестве объектов исследования были выбраны кварцевые породы различных генетических типов, на основе которых в ранее выполненных работах [9, 10] были разработаны композиционные вяжущие различных составов (ВНВ–100–ВНВ–30; ТМЦ–100–ТМЦ–30).
Предложены принципы проектирования ССС для самовыравнивающихся наливных полов, заключающиеся в оптимизации структуры мелкозернистого бетона на стадии разработки состава КВ за счет рационального выбора кремнеземного компонента, с учетом химической основы пластифицирующей добавки. Показано, что механоактивационная диспергация является инструментом управления размерными, фазовыми, реакционными параметрами кварцевого материала, являющегося компонентом КВ на основе портландцемента, и, как следствие, реотехнологическими свойствами растворной смеси.
Кварцевое сырье различных генетических типов проранжировано по степени эффективности механоактивационного воздействия на изменение его фазово-размерной гетерогенности. Установлено, что в процессе механоактивации кварцевого сырья, в кристаллической матрице низкотемпературного α-кварца образуются кристаллиты (кластеры) высокотемпературного β-кварца, концентрация которого зависит от степени активации. Установлена прямая корреляция между концентрациями аморфного кремнезема, формируемого на поверхности диспергируемого кварца, как химически активного компонента, и высокотемпературного β-кварца.

Составы сухих строительных смесей

Установлен характер структурообразования цементного камня на основе КВ, заключающийся в двоякой роли реакционно-активного микродисперсного кремнезема, получаемого в процессе механоактивации кварцевых пород различных генетических типов и являющегося гетерофазным наноструктурированным материалом. Аморфизованная оболочка кварца играет роль пуццоланового компонента, а кристаллическое кварцевое ядро — субмикронного заполнителя. Показано, что концентрацию аморфизованного кремнезема и размеры кристаллического ядра можно варьировать параметрами механоактивационного процесса и оптимальным выбором генетического типа кварцевого сырья.
Выявлен характер изменения вязкости системы «кварц — цемент — вода — суперпластификатор» в зависимости от генетического типа кремнезема, заключающийся в зависимости величины снижения вязкости от прочности единичного коагуляционного контакта. С увеличением энергии единичного коагуляционного контакта (кварц низкой степени метаморфизма) величина изменения реологических параметров возрастает, что обусловлено различной величиной высвобождаемой иммобилизованной воды, при этом при введении оптимального количества пластификатора вязкость системы на основе кварца низкой степени метаморфизма на 40–50 % ниже, чем на основе кварца осадочных пород.
Анализ полученных результатов исследований позволил предложить рациональные составы сухих строительных смесей с использованием вяжущих низкой водопотребности на основе кварцевых компонентов различной генетической принадлежности (табл. 1).

Таким образом, разработаны составы сухих строительных смесей для самовыравнивающихся полов на основе ВНВ-50 с использованием целлюлозного волокна, позволяющие получать растворные смеси с маркой по подвижности Pк4 и затвердевшие растворы на их основе с классом по прочности В22,5 — В35, адгезионной прочностью 0,7–1,0 МПа, характеризующиеся пониженной усадкой и высокой водоудерживающей способностью.

Литература

1. Лесовик Р.В. Мелкозернистые бетоны на композиционных вяжущих и техногенных песках: автореф. дис… докт. техн. наук. Белгород, 2009. С. 41.

2. Ядыкина В.В. Повышение качества асфальто- и цементобетона из техногенного сырья с учетом состояния его поверхности: автореф. дис… докт. техн. наук. Белгород, 2004. С. 42.

3. Погорелова И.А. Сухие строительные смеси для неавтоклавных ячеистых бетонов: дис… канд. техн. наук. Белгород, 2009. С. 195.

4. Траутваин А.И. Асфальтобетон с использованием механоактивированных минеральных порошков на основе кремнеземсодержащего сырья: автореф. дис… канд. техн. наук. Белгород, 2012. С. 24.

5. Baláž, P. Mechanochemistry in Nanoscience and Minerals Engineering. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008. P. 413.

6. Heinicke, G. Tribochemistry. Akademie Verlag, Berlin, 1984. P. 495

.
7. Архипенко Д.К., Бокий Г.Б., Григорьева Т.Н. и др. О новой фазе кварца, стабильной при комнатной температуре, обнаруженной при трибообработке (изучение методом рентгеновской дифракции) // ДАН СССР, 1987, т. 296, № 6. С. 1370–1374.
8. Dubrovinsky, L.S., Piloyan, G.О. Dokl. АN USSR. 286, 1986, P. 958–961.

9. Вишневская Я.Ю. Оптимизация условий твердения композиционных вяжущих в зависимости от генезиса кремнеземсодержащего компонента: автореф. дис. … канд. техн. наук. Белгород, 2011. С. 24.

10. Шейченко М.С. Мелкоштучные изделия на основе композиционных вяжущих с использованием отходов ковдорского месторождения: автореф. дис. … канд. техн. наук. Белгород, 2011. С. 21.

11. Zhernovsky, I., Strokova, V., Koshukhova, N. et al. The Use of Mechano Activation for Nanostructuring of Quartz Materials / I. Zhernovsky, K. Sobolev // 4th International Symposium on Nanotechnology in Construction, Agios Nicolaos, Crete, Greece, May 20–22, 2012.

12. Строкова В.В., Жерновский И.В., Фоменко Ю.В. О влиянии размерных параметров полиморфных модификаций кварца на его активность в композиционных вяжущих // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. Белгород, 2007. С. 48–49.


"Мы не только продаем золу-уноса углей, но и предоставляем услуги заводам по подбору составов бетона. Наша фирма на этой выставке впервые, и впечатления очень хорошие. Надеемся, что выста...

Информационные партнеры