Материал: Разработка эффективных комплексных органоминеральных добавок для регулирования реологических свойств бетонных смесей. Перцев В.Т., Леденев А.А

Рис. 5.7. Прочность цементного камня, модифицированного различными видами ОМД (способ приготовления – предадсорбционное нанесение), в возрасте 28 суток при равной реологической характеристике цементного теста по Суттарду (расплыв 13 – 14 см)

Рис. 5.8. Прочность цементного камня, модифицированного различными видами ОМД (способ приготовления – дискретное распределение), в возрасте

28 суток при равной реологической характеристике цементного теста по Суттарду (расплыв 13 – 14 см)

Данные электронно-микроскопических исследований (рис. 5.9) показали связь полученных результатов физико-механических испытаний цементного камня с его структурой. Так, использование ОМД-3, содержащей в качестве минерального компонента молотый песок, способствует формированию более плотных структур цементного камня на микроуровне: показатель фрактально-

101

сти D = 1,85 по сравнению с применением других минеральных компонентов, например золы, у которой показатель D = 1,62. Представленные данные хорошо корреспондируются с результатами, полученными с помощью атомно-силовой микроскопии (рис. 5.10). При использовании ОМД-3, содержащей молотый песок, структура «среза» поверхности цементного камня в целом является более плотной и однородной: перепад высот составляет от 0,11 мкм до 0,16 мкм на площади сканирования 9 × 9 мкм, шероховатость поверхности составляет 0,16 мкм. В свою очередь микроструктура поверхности цементного камня, модифицированного добавкой ОМД-3, содержащей золу, является менее плотной и характеризуется более сложным рельефом «среза» поверхности и большей степенью шероховатости, которая составляет 2,6 мкм, что коррелирует с плотностью и прочностью цементного камня (табл. 5.4); чем меньше шероховатость «среза» поверхности цементного камня, тем ближе значения фрактальной размерности к «2», т.е. цементный камень является более плотным и прочным.

Рис. 5.9. Электронно-микроскопическое изображение структуры цементного камня, модифицированного ОМД-3:

а) эталон (без добавок); б) минеральный компонент – зола; в) минеральный компонент – молотый песок; увеличение в 2000 раз

Таблица 5.4 Характеристики структуры цементного камня, модифицированного ОМД-3

102

Таким образом, использование ОМД, содержащих молотый песок, способствует наибольшему повышению плотности и прочности цементного камня по сравнению с применением других минеральных компонентов и сравнимо по эффективности с известными комплексными модификаторами, такими как МБ-01 и Полипласт-3МБ (рис. 5.11).

5.5. Пути повышения эффективности применения поликарбоксилатных гиперпластификаторов в составе органоминеральных добавок

В ходе проведенных исследований установлено, что применение поликарбоксилатного ГП Melflux 2651F в составе ОМД-3 позволяет получать наиболее эффективные комплексные модификаторы по сравнению с ОМД-1 и ОМД-2. Это объясняется химическим строением молекул поликарбоксилатного ГП и его механизмом действия [143]. Как известно, молекулы поликарбоксилатных ГП имеют главную цепочку – основу с отрицательными зарядами, которая адсорбируется на частицах твердой фазы, и незаряженные боковые цепочки (рис. 5.12). Именно боковые цепочки создают адсорбционную объемную защитную оболочку вокруг частиц твердой фазы, предотвращая их агрегирование и способствуя взаимному «стерическому» отталкиванию. Благодаря вышеизложенным особенностям поликарбоксилатные ГП являются более высокоэффективными пластифицирующе-водоредуцирующими добавками для цементных и других систем. Вместе с тем недостатком поликарбоксилатных ГП является их относительно высокая стоимость. В связи с этим в работе одной из задач являлось определение возможности более рационального использования ГП на поликарбоксилатной основе в составе комплексной химической добавки путем его частичного замещения более дешевым и доступным химическим сырьем с сохранением эффективности их действия в цементных системах.

Рис. 5.12. Структурная формула (а) и строение молекулы (б) поликарбоксилатного ГП Melflux 2651F

В качестве компонента, замещающего часть Melflux 2651F, применялся полиэтиленгликоль – ПЭГ 2000, который имеет химическое строение, идентич-

104

ное боковым цепям ГП, принимающим участие в создании «стерического» эффекта отталкивания:

HO CH2 CH2 О H x

Были проведены эксперименты по определению рациональной дозировки и оптимального соотношения между Melflux 2651F и ПЭГ 2000. Количество вводимого ПЭГ 2000 варьировали в диапазоне от 25 до 75 % в составе комплексной добавки. Общее количество комплексной добавки Melflux 2651F +ПЭГ 2000 принималось постоянным и равным 0,37; 0,5; 0,75 и 1 % от массы цемента. Первоначально в работе оценивалось влияние количества вводимого ПЭГ 2000 на водоредуцирующее действие комплексной добавки Melflux 2651F +ПЭГ 2000 при постоянном ее содержании (рис. 5.13).

Как следует из данных, представленных на рис. 5.13, эффективность действия комплексной добавки Melflux 2651F +ПЭГ 2000 несколько ниже по сравнению с использованием чистого Melflux 2651F при всех исследуемых дозировках. Вместе с тем для каждой дозировки комплексной добавки Melflux 2651F +ПЭГ 2000 установлено рациональное соотношение компонентов, обеспечивающее водоредуцирующий эффект, который сравним с эффектом, происходящим при использовании чистого Melflux 2651F. Так, при введении комплексной добавки в количестве 0,37 … 0,5 % от массы цемента максимальный водоредуцирующий эффект наблюдается при замене 25 % Melflux 2651F на ПЭГ 2000, а при введении комплексной добавки в количестве 0,75 … 1 % - при замене 50 % Melflux 2651F. Таким образом, заменяя часть поликарбоксилатного ГП Melflux 2651F на ПЭГ 2000, можно добиться эффекта водоредуцирования в цементных системах, близкого по значению к эффекту, достигаемому при использовании чистого поликарбоксилата.

2

1

Рис. 5.13. Влияние дозировки ПЭГ на водоредуцирующее действие комплексной добавки Melflux 2651F + ПЭГ 2000, содержание комплексной добавки от массы цемента: 1 – 0,37 %; 2 – 0,5 %; 3 – 0,75 %; 4 – 1 %

105