УДК 691.335

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПРЕССОВАНИЯ НА ВОДООТТАЛКИВАЮЩИЕ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГИДРОФОБИЗИРОВАННЫХ МИНЕРАЛЬНОШЛАКОВЫХ ВЯЖУЩИХ

Мороз Марина Николаевна1, Петухов Андрей Владимирович2, Калашников Владимир Иванович3
1Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства". Кафедра "Технологии строительных материалов и деревообработки", кандидат технических наук
2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства". Кафедра "Технологии строительных материалов и деревообработки", студент
3Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства". Кафедра "Технологии строительных материалов и деревообработки", Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой

Аннотация
В статье приведены научные результаты по изучению физико-технических и гигрометрических свойств минеральношлаковых вяжущих с гидрофобной добавкой стеарата цинка, изготовленных при различных давлениях прессования (25 МПа, 40 МПа, 60 МПа, 80 МПа). Показано, что оптимальным для стеновых блоков является давление прессования 25 МПа, при котором материалы имеют приемлемые физико-технические характеристики и высокую длительную водостойкость.

Ключевые слова: водостойкость, долговечность, минеральношлаковые вяжущие, стеарат цинка, Шлаки, щелочь


EFFECT OF COMPACTION PRESSURE ON THE WATER-REPELLENT AND PHYSICAL AND TECHNICAL PROPERTIES OF THE HYDROPHOBIZED MINERAL-SLAG BINDERS

Moroz Marina Nikolaevna1, Petukhov Andrey Vladimirovich2, Kalashnikov Vladimir Ivanovich.3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences
2Penza State University of Architecture and Construction, Student
3Penza State University of Architecture and Construction, Honored Scientist of the Russian Federation, Head of the Department, Doctor of Technical Sciences

Abstract
The article presents research results on the study of physical-technical and hygrometric properties of mineralslag binders with hydrophobic addition of zinc stearate, made at different pressures pressing (25 MPa, 40 MPa, 60 MPa, 80 MPa). It is shown that the optimal building blocks is the pressure of 25 MPa, in which the materials are of acceptable physical and technical characteristics and high water resistance.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Мороз М.Н., Петухов А.В., Калашников В.И. Влияние давления прессования на водоотталкивающие и физико-технические свойства гидрофобизированных минеральношлаковых вяжущих // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/08/37061 (дата обращения: 28.09.2017).

Свойства контактно-конденсационного вяжущего определяются степенью нестабильности или неупорядоченности структуры дисперсного вещества, а синтезируемого искусственного камня – степенью сближения дисперсных частиц при формовании. Прочность спрессованного образца пропорциональна числу контактов и силе взаимодействия в зоне контакта, которые в свободном насыпном состоянии порошка придают системе эластичность, позволяющую уменьшить силу трения при прессовании.

При оценке влияния способов формования на водостойкость минеральношлаковых вяжущих (МШВ) методом виброуплотнения и прессования нами установлено, что при одной и той же дозировке металлоорганического гидрофобизатора – стеарата цинка силовое прессование обеспечивает более высокую нормативную прочность при сжатии у гидрофобизированных составов [1]. Для карбонатношлакового вяжущего (КШВ) она выше в 1,4-2,2 раза, для глиношлакового вяжущего (ГШВ) – в 1,15-1,6 раза. При этом нижние значения относятся к контрольным образцам, а верхние – к гидрофобизированным.

Гидрофобный эффект стеаратов кальция и цинка в виброуплотненных МШВ значительно ниже, чем в прессованных. Действие гидрофобизатора стеарата цинка более эффективно, чем стеарата кальция [2]. Причина незначительной гидрофобизации заключается в высокой фильности глинистого компонента и особой поровой структуре глин. Открытая пористость виброуплотненных образцов из КШВ и ГШВ со стеаратом цинка составляет соответственно, 38,9 % и 34,6%, что выше таковых значений для прессованных минеральношлаковых композиций на 6,8% и 9,6%, соответственно. Эффективность гидрофобизации металлоорганическими соединениями на прессованном КШВ выше, чем на ГШВ. Водопоглощение контрольного виброуплотненного КШВ по массе составляет 10,0%, что выше прессованного – в 1,1 раза. Более подробная информация о влиянии способа формования представлена в нашей опубликованной работе [1].

В исследованиях минеральношлаковых композиционных материалов давление прессования выбиралось исходя из возможностей широкого использования существующего промышленного оборудования для прессования. Современное оборудование позволяет прессовать изделия не только при давлении 25 МПа, но и при более высоком давлении, т.е. гиперпрессованием. При создании высокого давления число контактов возрастает, и создаются условия обеспечения плотной упаковки при минимальном влагосодержании. При давлении более 40 МПа на формирование структуры влияют контактно-конденсационные процессы, которые приводят к образованию в дисперсной системе прочных контактов на уровне взаимодействия микро- и макрочастиц. Управление плотностью прессованных материалов может осуществляться и путем рационального использования потенциала поверхностных и капиллярных сил. Расклинивающее давление пленочной жидкости способствует разуплотнению, а капиллярное давление – сближению частиц.

Для исследования влияния величины давления прессования на физико-технические свойства КШВ и ГШВ с металлоорганическими гидрофобизаторами были изготовлены образцы-цилиндры диаметром 2,5 см: по одному составу – на бездобавочном КШВ и ГШВ при удельном давлении прессования 25 МПа; другие составы – с добавлением стеарата цинка в ранее оптимально подобранной дозировке 2,5% от массы вяжущего [2, 3]. Компоненты вяжущего и металлоорганического гидрофобизатора в сухом состоянии были однородно перемешаны в мешалке с металлическими шарами. Давление прессования для МШВ с металлоорганическим гидрофобизатором составило 25 МПа и 40 МПа, 60 МПа, 80 МПа. В качестве активизатора твердения использовали щелочь в количестве 3% от массы вяжущего. Влажность смеси образцов, прессованных при давлении 25 МПа, 40 МПа и 60 МПа составила 12%.  При увеличении давления прессования свыше 60 МПа наблюдалось отжатие воды из образца, поэтому количество воды затворения при гиперпрессовании при давлении 80 МПа снизили до 11%.

Физико-технические свойства гидрофобизированных МШВ, изготовленных при различных давлениях прессования, приведены в таблице.

Таблица 1. Физико-технические и гигрометрические свойства минеральношлаковых вяжущих с гидрофобной добавкой стеарата цинка, изготовленных при различных давлениях прессования

Вид вяжущего и соотношение компонентов в смеси, %

Дозировка стеарата цинка, % от массы вяжущего

Давление прессования, МПа

Прочность при
сжатии, нор.усл.тв. МПа, через

Прочность при сжатии после 200 суток
насыщения в воде, МПа

Коэффициент
длительной водостой-кости

Плотность,
кг/м3

Водопоглощение по массе Wm, %, через 200 суток

Водопоглощение по объему Wv,
%

1 сутки

28 суток

 во влаж. состоянии   в сухом  состоянии

1

Карбонатно-шлаковое

Ш:И=60:40

0

25

19,60

41,40

70,20

117,00

0,60

1940

9,49

18,41

2,5

25

21,30

46,30

80,2

67,97

1,18

1900

5,71

10,85

40

22,05

48,30

93,24

80,38

1,16

2000

5,32

10,64

60

22,66

55,75

105,48

91,72

1,15

2070

5,08

10,52

80

24,66

60,74

121,53

105,68

1,15

2170

4,77

10,35

2

Глино-шлаковое

Ш:Г=60:40

0

25

21,60

44,60

65,00

127,45

0,51

2020

7,25

14,65

2,5

25

19,40

55,00

80,30

68,10

1,18

1950

5,27

10,28

40

28,94

56,76

104,91

89,67

1,17

2020

5,01

10,12

60

27,11

59,12

105,26

90,74

1,16

2140

4,64

9,93

80

28,03

61,64

107,76

92,10

1,17

2190

4,48

9,81

Из таблицы видно, что при увеличении давления прессования с 25 МПа до 80 МПа прочность при сжатии в начальные сроки твердения увеличивается на КШВ со стеаратом цинка – в 2,2 раза, на ГШВ – в 1,44 раза. Разница по прочности при сжатии в начальные сроки твердения между ступенями давления прессования 25 МПа и 40 МПа для образцов со стеаратом цинка на обоих видах вяжущего незначительна. Прочность при сжатии гиперпрессованных карбонатношлаковых и глиношлаковых образцов со стеаратом цинка в возрасте 28 суток достаточно высокая. При давлении 80 МПа для ГШВ она составляет 61,64 МПа, для КШВ – 60,74 МПа. Плотность гидрофобизированных образцов из ГШВ при возрастании давления прессования с 25 до 80 МПа увеличивается на 240 кг/м3, из КШВ – на 270 кг/м3 (с 1900 до 2170 кг/м3).

Присутствие стеарата цинка в составах КШВ и ГШВ приводит к возрастанию прочности образцов после 28 суток твердения относительно контрольных на 12-23%. Прирост прочности на 23% вряд ли можно объяснить химическим взаимодействием компонентов вяжущего с гидрофобной добавкой, которая не растворяется в щелочной и нейтральной среде. Упрочнение, очевидно, происходит по структурно-топологическому механизму: частицы стеарата цинка, встраиваясь в структурный каркас вяжущего, играют роль демпферов на пути распространения трещин и приводят к снижению микронапряжений на границах раздела фаз и, как следствие, к повышению прочности. Эффект упрочнения вяжущих гидрофобной добавкой более отчетливо проявляется и при увеличении давления прессования.

Исследование влияния металлоорганического гидрофобизатора стеарата цинка на кинетику водопоглощения и на коэффициент водостойкости осуществлялось на тех же составах. При длительном насыщении водой МШВ наблюдается весьма интенсивный набор прочности при сжатии как у негидрофобизированных образцов, так и у образцов с гидрофобной добавкой. Это явление закономерно для вяжущих гидратационного твердения, содержащих минералы шлака.

Образцы на КШВ и ГШВ с добавкой гидрофобизатора, прессованных при различных давлениях прессования, перед определением кинетики водонасыщения были подвергнуты обезвоживанию над хлоридом кальция и затем насыщались водой в течение 200 суток.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о том, что стеарат цинка значительно уменьшает водопоглощение образцов, прессованных при давлении 25 МПа, через 200 суток относительно контрольных – в 1,38-1,66 раза. Прессование также существенно повышает эффективность гидрофобизаторов за счет понижения пористости: водопоглощение образцов из КШВ, прессованных при давлении 80 МПа, в 1,2 раза ниже, чем образцов, полученных при давлении 25 МПа. У ГШВ это отношение составляет 1,18. При этом 50% открытых пор не заполняется водой, что может служить основанием для использования изделий в агрессивных средах. После 200-суточного водонасыщения определялся также коэффициент длительной водостойкости, для чего половина образцов была подвергнута сушке в сушильном шкафу при t = 105 ± 5°С. В результате испытаний образцов выявлено, что все высушенные гидрофобизированные образцы, даже гиперпрессованные, показали прочность ниже аналогичных контрольных, в отличие от водонасыщенных образцов. Так, если прочность насыщенных образцов, прессованных при 80 МПа, превышает прочность контрольных примерно в 1,7 раза, то прочность аналогичных, высушенных образцов из КШВ составляет 90% от контрольных, а из ГШВ – лишь 72%. Парадоксальное на первый взгляд явление объясняется, очевидно, разрушением структуры гидрофобизатора под воздействием температуры при сушке образцов. Однако в результате такого воздействия коэффициент длительной водостойкости у гидрофобизированных образцов оказывается выше единицы (1,15-1,18) и существенно превышает коэффициент длительной водостойкости у контрольных образцов  (0,51-0,6).

По результатам полученных данных можно сделать вывод, что увеличение давления прессования с 25 до 80 МПа положительно сказывается на изменении физико-технических свойств минеральношлаковых вяжущих с гидрофобной добавкой стеарата цинка. Но увеличение давления прессования гидрофобизированного минеральношлакового вяжущего рентабельно лишь для отделочных плиток и плиток для полов, имеющих малую высоту прессовки, а, следовательно, требующих меньших затрат энергии на прессование. Оптимальным для стеновых блоков является давление прессования 25 МПа, при котором материал имеет приемлемые физико-технические характеристики, в том числе высокую длительную водостойкость.


Библиографический список
  1. Мороз М.Н. Сравнительный анализ способов формования карбонатношлаковых и глиношлаковых вяжущих с металлоорганическими гидрофобизаторами // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоёмкие технологии в производстве строительных материалов: сб. науч. трудов междунар. научно-технической конференции. – Пенза: Приволжский Дом знаний, 2005. – С. 36-42.
  2. Калашников В.И., Мороз М.Н., Нестеров В.Ю., Хвастунов В.Л., Василик П.Г. Минерально-шлаковые вяжущие повышенной гидрофобности // Строительные материалы. 2005. №7. С. 64-68.
  3. Калашников В.И., Мороз М.Н., Худяков В.А., Василик П.Г. Высокогидрофобные строительные материалы на минеральных вяжущих // Строительные материалы. 2009. №6. С. 81-83.


Все статьи автора «Мороз Марина Николаевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: