CC BY
89
УДК 691.311: 666.952
М. И. Нуриев, М. И. Халиуллин, Р. З. Рахимов, А. Р. Гайфуллин, А. М. Хайрварина, О. В. Стоянов
ВЛИЯНИЕ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК
НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНОПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Ключевые слова: гипсоцемнтнопуццолановое вяжущее, пластифицирующие добавки, термоактивированная глина, керамзитовая пыль, композиционные гипсовые вяжущие.
В работе исследованы влияния различных видов пластифицирующих добавок на прочностные показатели, водостойкость и другие основные физико-механические свойства гипсоцементнопуццоланового вяжущего с применением молотой термоактивированной глины в качестве активной минеральной добавки. Эффективность пластифицирующих добавок в составе гипсоцементнопуццоланового вяжущего возрастает в ряду: С-3 ^ Melment F10 ^ Melflux РР 100 F ^ Melflux 2651 F. Установлены количества пластифицирующих добавок, обеспечивающих наибольший пластифицирующий эффект, повышение прочности, водостойкости гипсоце-ментнопуццоланового вяжущего до группы водостойких вяжущих.
Keywords: gypums-cement-pozzolan binder, plasticizer, thermally activated clay, haydite dust, composite gypsum binders.
We studied the effect of different types ofplasticizers on the strength characteristics, water resistance and other basic physical and mechanical properties of gypums-cement-pozzolan binder using ground thermally activated clay as an active mineral supplements. The effectiveness of plasticizers in the composition of gypums-cement-pozzolan binder increases in the series: C-3 ^ Melment F10 ^ Melflux PP 100 F ^ Melflux 2651 F. established the number of plasti-cizing additives that provide the greatest plasticizing effect, increasing strength, water resistance gypums-cement-pozzolan binder to a group of water-resistant binders.
Введение
Способ повышения прочности и водостойкости известковых и гипсоизвестковых материалов при введении добавок пуццоланов, и в частности, измельченных керамических порошков (цемянки, глинита) известен достаточно давно. Об этом свидетельствуют результаты исследований долговечных кладочных растворов и наружной штукатурки, примененных с XI века в Германии [1] и с XII века на территории Азербайджана [2]. В процессе твердения пуццолановые добавки связывают гидроксид кальция в прочные и водостойкие новообразования.
В 60-х годах пошлого столетия исследованиями научной школы А.В. Волженского показано, что одним из наиболее эффективных способов повышения водостойкости и прочности гипсовых вяжущих является введение в их состав портландцемента и активных минеральных добавок в определенном соотношении. В результате были получены гипсоцементнопуццолановые вяжущие (ГЦПВ) [3]. Дальнейшие работы, направленные на модификацию ГЦПВ с применением комплекса органомине-ральных добавок, выполнявшиеся в МГСУ, РГСУ, КГАСУ, ИжГТУ им. М.И. Калашникова и другими исследователями позволили получить водостойкие и высокопрочные композиционные гипсовые вяжущие [4-8].
В качестве активных минеральных добавок в состав ГЦПВ и композиционных гипсовых вяжущих среди прочих вводятся продукты обжига глин: керамический порошок, молотый керамзит, керамзитовая пыль и т. п. [6, 9, 10].
В настоящее время в ряде стран возрос интерес к применению термоактивированных глин различного минерального состава в качестве активных минеральных добавок к портландцементу и другим вяжущим [11-13]. Это связано с необходи-
мостью расширения сырьевой базы активных минеральных добавок и повсеместной распространенностью глин.
Наличие в составе комплексного модификатора композиционных гипсовых вяжущих пластифицирующих добавок на основе лигносульфонатов и их модификаций, сульфированных нафталин- и меламиноформальдегидных соединений, поликар-боксилатов является одним из существенных факторов, обеспечивающих повышение плотности, прочности и водостойкости искусственного камня.
В связи с появлением в последние десятилетия новых видов пластифицирующих добавок получили развитие исследования влияния пластифицирующих добавок на свойства гипсовых композиций для разработок новых эффективных водостойких и высокопрочных композиционных гипсовых вяжущих с их использованием.
Целью настоящей работы явилось исследование влияния на основные физико-механические свойства ГЦПВ с применением молотой термоактивированной глины различных видов пластифицирующих добавок для снижения водовяжущего отношения, повышения прочностных показателей и водостойкости искусственного камня.
Материалы и методы исследований
В качестве компонентов ГЦПВ использовались:
- гипс строительный Г-5Б11 по ГОСТ 125 производства Волгоградского гипсового завода корпорации «Волма» в количестве 64 % по массе;
- портландцемент 500-Д0-Н по ГОСТ 10178 производства ОАО «Мордовцемент» в количестве 35 % по массе;
- термоактивированная глина, полученная обжигом по оптимальному режиму глины Сарай-Чекурчинского месторождения при температуре 400
0C в течение 4 часов, с последующим помолом до удельной поверхности 250 м2/кг в количестве 11% по массе, что обусловлено ранее проведенными исследованиями [14].
Исходная глина Сарай-Чекурчинская месторождения Республики Татарстан обладает следующими химическим и минералогическим составами.
Количественный химический состав глины определялся с использованием ARL OPTYMX -спектрометра.
Химический состав глины (в % по массе): SiO2 - 68,52; Al2O3 - 13,42; Fe2O3 - 6,18; TiO2 - 0,86; MnO - 0,10; CaO - 1,33; MgO - 1,66;Na2O - 1,20; K2O - 1,82; P2O5 - 0,99; SO3/S < 0,05; п.п.п. - 4,62; H2O - 3,41.
Минеральный состав глины определялся по данным рентгенофазового анализа, проведенного с использованием дифрактометра D8 Advance фирмы Breeker.
Минеральный состав глины (в % по массе): кварц - 28, слюда - 10, ортоклаз - 7, плагиоклаз - 8, смешанно-слоистый глинистый минерал, хлорид -1. Смешанно-слоистый минерал содержит до 40 % неразбухающих слоев.
Гранулометрический состав (содержание фракций в % по массе): глинистых - 49,5; пылева-тых - 37,1; песчанных - 13,4.
На рис. 1 приведены данные дифференциально-термического анализа глины Сарай-Чекурчинская месторождения, по которым установлены следующие показатели процесса ее дегидратации.
Первый эндоэффект наблюдается в температурном интервале 30-250 0С и характеризуется температурным пиком при 157 0С, потерей массы -4,2%; второй эндоэффект - температурный интервал 420-630 0С, температурный пик-541,5 0С, потеря массы - 2,1 %; третий эндоэффект - температурный интервал 800-920 0С, температурный пик - 884,5 0С, потеря массы - 1,1 %; общая потеря массы - 7,4 %.
1 '' '>> iso 2м 259 Ш JM 4Я ■'( яю sm sw ко 7м 750 mxh iitt Ш «о locpti hi1i}*c
Рис. 1 - Термограммы глины Сарай-Чекурчинская месторождения
В качестве пластифицирующих добавок использовались:
- суперпластификатор С-3 на нафталин-формальдегидной основе производства ЗАО «Владимирский ЖБК»;
- суперпластификатор Мелмент F10 на ме-ламинформальдегидной основе;
- гиперпластификатор Мелфлюкс РР 100 F на основе модифицированного полиэтиленгликоля;
- гиперпластификатор Мелфлюкс 2651 F на поликарбоксилатной основе.
Последние три добавки производства фирмы «BASF Constraction Polymers» (Германия).
Все применявшиеся в работе пластифицирующие добавки представляли собой порошкообразные продукты.
Отдозированные пластифицирующие добавки вводились в процессе приготовления ГЦПВ при смешении компонентов. Испытания ГЦПВ проводились по ГОСТ 125. Образцы искусственного камня испытывались после выдержки в течение 28 суток в камере нормального твердения с последующей сушкой при температуре 55 0С до достижения постоянной массы. Определение коэффициента размягчения осуществлялось по ТУ 21-0284757.
Результаты и обсуждение
Результаты исследований влияния пластифицирующих добавок на основные физико-механические свойства ГЦПВ представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Влияние вида и количества пластифицирующих добавок на основные физико-механические свойства ГЦПВ
№№ Ко- Нор- Сред- Предел Водо- Коэф-
со- личе- маль- няя проч- погло- фици-
ста- ство ная плот- ности щение, ент
вов до- густо- ность, при % раз-
бавки, та кг/м3 сжа- мягче-
% тии, ния
МПа
1 2 3 4 5 6 7
Melflux РР 100 F
1.0 0 51 1380 19,2 24,5 0,72
1.1 0,25 38 1512 31 16,2 0,79
1.2 0,5 30 1745 36 11 0,84
1.3 0,75 28 1901 37,8 10,5 0,85
1.4 1 27 1942 40,2 9,6 0,86
Melflux 2651 F
2.0 0 51 1380 19,2 24,5 0,72
2.1 0,25 37 1560 32,1 15,4 0,8
2.2 0,5 28 1842 40,3 10,5 0,85
2.3 0,75 26 1980 46,4 9,1 0,88
2.4 1 25 2032 47,1 8,4 0,9
Melment F10
3.0 0 51 1380 19,2 24,5 0,72
3.1 0,25 41 1438 26,1 18,6 0,77
3.2 0,5 34 1567 31 12,6 0,8
3.3 0,75 33 1604 34 11,7 0,82
3.4 1 32 1652 35,8 11,4 0,84
Окончание таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7
С-3
4.0 0 51 1380 19,2 24,5 0,72
4.1 0,25 42 1412 25,6 20,1 0,76
4.2 0,5 35 1503 30,2 13,2 0,79
4.3 0,75 34 1554 33,1 12,1 0,82
4.4 1 33 1637 34 11,8 0,83
По данным таблицы 1 с применением программы Microsoft Exel 2010 получены уравнения регрессии, соответствующие полиномиальным функциям второго порядка, характеризующие зависимости основных свойств ГЦПВ от количества пластифицирующих добавок (табл. 2).
Таблица 2 - Уравнения регрессии, характеризующие зависимости основных свойств ГЦПВ (у) от количества пластифицирующих добавок (х)
Вид добавки Свойства Уравнение регресии
Melflux РР 100 F Нормальная густота y = 34,286x2 -- 57,486x + 50,686
Средняя плотность y = -296x2 + + 901,2x + 1356,4
Предел прочности при сжатии y = -25,143x2 + + 44,663x + 19,937
Коэффициент размягчения y = -0,1829x2 + + 0,3189x + 0,7211
Водопоглощение по массе y = 22,286x2 -- 36,486x + 24,246
Melflux 2651 F Нормальная густота y = 37,714x2 -- 62,914x + 50,714
Средняя плотность y = -457,14x2 + + 1146,7x + 1356,9
Предел прочности при сжатии y = -30,286x2 + + 58,326x + 19,214
Коэффициент размягчения y = -0,16x2 + + 0,336x + 0,722
Водопоглощение по массе y = 23,2x2 - 38,6x + + 24,18
Melment F10 Нормальная густота y = 27,429x2 -- 45,829x + 50,829
Средняя плотность y = -128x2 + 412x + + 1370,2
Предел прочности при сжатии y = -13,829x2 + + 30,269x + 19,271
Коэффициент размягчения y = -0,08x2 + + 0,196x + 0,722
Водопоглощение по массе y = 18,629x2 -- 31,869x + 24,709
С-3 Нормальная густота y = 25,143x2 -- 42,743x + 50,943
Средняя плотность y = 70,857x2 + + 191,54x + 1374,9
Предел прочности при сжатии y = -14,514x2 + + 29,354x + 19,186
Коэффициент размягчения y = -0,0686x2 + + 0,1806x + 0,7194
Водопоглощение по массе y = 16x2 - 29,36x + + 25,02
Анализ результатов исследований показывает, что введение всех рассмотренных пластифицирующих добавок обеспечивает снижение нормальной густоты ГЦПВ, повышение плотности, прочности, водостойкости, снижение водопоглоще-ния искусственного камня на основе ГЦПВ. Оптимальное количество всех вводимых добавок в рассмотренном диапазоне составляет 0,75-1% по массе.
Введение добавок гиперпластификаторов Мелфлюкс 2651 Б и Мелфлюкс РР 100 Б закономерно обеспечивает более существенное снижение нормальной густоты по сравнению с введением добавок суперпластификаторов С-3 и Мелмент Б10, благодаря действию как электростатического, так и стерического (пространственного) эффекта, который достигается с помощью боковых гидрофобных цепей молекулы гиперпластификатора [15].
С точки зрения повышения физико-механических свойств ГЦПВ наиболее эффективной из рассмотренных пластифицирующих добавок является добавка Мелфлюкс 2651 Б, введение которой в количестве 0,75-1 % по массе по сравнению с контрольными составами без введения добавок позволяет снизить нормальную густоту ГЦПВ на 25-26 %, повысить прочность при сжатии приблизительно в 2,5 раза, коэффициент размягчения с 0,72 (отвечающего вяжущим повышенной водостойкости [3]) до 0,88-0,9 (отвечающего водостойким вяжущим), благодаря образованию более плотной структуры искусственного камня, что коррелирует с повышением плотности и снижением водопоглощения образцов.
Более высокая эффективность Мелфлюкс 2651 Б по сравнению с Мелфлюкс РР 100 Б связана с большей длиной его боковых полиэфирных цепочек и увеличением стерического эффекта [15].
Добавки суперпластификаторов С-3 и Мел-мент Б10 отличаются сравнимой эффективностью. Введение С-3 и Мелмент Б10 в количестве 0,75-1 % по массе, соответственно, позволяет снизить нормальную густоту ГЦПВ на 17-18 и 18-19 %, повысить прочность при сжатии на 72-77 и 77-86 %, коэффициент размягчения с 0,72 до 0,82-0,84.
Заключение
Таким образом, в результате проведенных исследований установлены зависимости, характеризующие влияние вида и количества рассмотренных пластифицирующих добавок на изменение основных физико-механических свойств ГЦПВ с применением добавки термоактивированной глины. Эффективность пластифицирующих добавок в составе ГЦПВ возрастает в ряду: С-3 ^ Ме1шеШ Б10 ^ МеШих РР 100 Б ^ МеШих 2651 Б. Установлены количества пластифицирующих добавок, обеспечивающих наибольший пластифицирующий эффект, повышение прочности, водостойкости ГЦПВ до группы водостойких вяжущих.
Наибольший пластифицирующий эффект, повышение прочности и водостойкости ГЦПВ обеспечивается при введении 0,75-1 % рассмотренных пластифицирующих добавок. Введение суперпластификаторов Ме1шеШ Б10 и С-3 в количестве 0,75
% по массе и гиперпластификаторов МеШих 2651 Б и МеШих РР 100 Б в количестве 0,5 % по массе обеспечивает повышение водостойкости ГЦПВ до группы водостойких вяжущих.
Литература
1. И.Л. Значко-Яворский, Очерки истории вяжущих веществ от древнейших времен до середины XIX века. Изд-во АН СССР, Москва, 1963. 500 с.
2. Г.С. Таймуров, Н.М. Мустфаев, Х.Р. Мамедов, Азей-байджанский химический журнал, 4, 127-131 (1977).
3. А.В. Волженский, М.И. Роговой, В.И. Стамбулко, Гип-соцементные и гипсошлаковые вяжущие материалы и изделия. Госстройиздат, Москва, 1960. 162 с.
4. А.В. Ферронская, В.Ф. Коровяков, И.М. Баранов, А.Ф. Бурьянов, Ю.Г. Лосев, В.В. Поплавский, А.В. Шишин, Гипс в малоэтажном строительстве. Изд-во АСВ, Москва, 2008. 240 с.
5. Р.З. Рахимов, М.И. Халиуллин, А.Р. Гайфуллин, Строительные материалы, 7, 13-16 (2012).
6. Г.А. Айрапетов, А.И. Панченко, Г.В. Несветаев, А.Ю. Нечушкин, Строительные материалы, 1, 28-29 (1996).
7. Y. Tokarev, G. Yakovlev, Pollack Periodica, 4, 3, 79-85 (2009).
8. Y. Wang, L. Urbonas, D. Heinz, Ibausil 1S. Internationale Baustofftagung, Tagungsbericht (Weimar, Germany, September 12-14, 2012). F.A. Figner - Institut fur Baustoffkunde, Bauhaus - Universitat Weimar, Weimar, 2012, B. 1. P. 1-0424-1-0431.
9. Ю. М. Баженов, В. Д. Коровяков, Г. А. Денисов, Технология сухих строительных смесей. Изд-во АСВ, Москва, 2003. 96 с.
10. С. А. Погорелов, Строительные материалы, оборудование и технологииXXIв., 10, 10-11 (2004).
11. G. Habert, N. Choupay, G. Escadeillas, D. Guillaume, J.M. Montel, Applied Clay Science, 43, 3-4, 322-330 (2009).
12. R. Fernandez, F. Martirena, K.L. Scrivener, Cement and Concrete Research, 41, 1, 113-122, (2011).
13. A. Тирони, M. Tpecca, A. Сиан, Э.Ф. Ирассар, Цемент и его применение, 12, 145-148 (2012).
14. R.Z. Rakhimov, N. R. Rakhimov^ A. R.Gayfulin, O. V. Stoyanov, G. I.Yakovlev, Вестник Казанского технологического университета, 18, 3, 67-70 (2015).
15. П. Г. Василик, И.В. Голубев, Строительные материалы, 9, 24-26 (2003).
© М. И. Нуриев - асп. кафедры строительных материалов КГАСУ, omar151vb@ya.ru; М. И. Халиуллин - канд. техн. наук, доцент кафедры строительных материалов КГАСУ, khaliullin@kgasu.ru; Р. З. Рахимов - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой строительных материалов КГАСУ, rahimov@ksaba.ru; А. Р. Гайфуллин - ст. преподаватель кафедры строительных материалов КГАСУ, gaifi@list.ru; А. М. Хайрварина - студ. КГАСУ, igulka22bosco@mail.ru; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru.
© M. I. Nuriev - graduate student, Kazan State University of Architecture and Engineering, omar151vb@ya.ru; M. I. Khaliullin -docent, Kazan State University of Architecture and Engineering, khaliullin@kgasu.ru; R. Z. Rakhimov - professor, Kazan State University of Architecture and Engineering, rahimov@ksaba.ru; A. R. Gayfullin - docent, Kazan State University of Architecture and Engineering, gaifi@list.ru; A. M. Hayrvarina - student, Kazan State University of Architecture and Engineering, igulka22bosco@mail.ru; O. V. Stoyanov - professor, Kazan National Research Technological University, Department of Plastics Technology, ov_stoyanov@mail.ru.
