УДК 691.5

ПОВЫШЕНИЕ ВОДОСТОЙКОСТИ МИНЕРАЛЬНОШЛАКОВЫХ ВЯЖУЩИХ КОМПЛЕКСНЫМИ ГИДРОФОБНЫМИ ДОБАВКАМИ

Мороз Марина Николаевна1, Калашников Владимир Иванович2, Суздальцев Олег Владимирович3
1ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", кандидат технических наук
2ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", доктор технических наук, профессор
3ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства", аспирант

Аннотация
В статье приведены научные исследования по изучению водоотталкивающих свойств минеральношлаковых вяжущих с использованием комплексных гидрофобизаторов. Подобраны эффективные комплексные добавки.

Ключевые слова: водостойкость, долговечность, комплексные гидрофобизаторы, коэффициент водостойкости., минеральношлаковые вяжущие


INCREASE WATER RESISTANCE MINERALSLAG BINDING WITH HYDROPHOBIC COMPLEX ADDITIVES

Moroz Marina Nikolaevna1, Kalashnikov Vladimir Ivanovich2, Suzdaltsev Oleg Vladimirovich3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences
2Penza State University of Architecture and Construction, рost graduate student
3Penza State University of Architecture and Construction, doctor of Technical Sciences

Abstract
The paper presents the research on the water-resistant properties and physical-technical properties of the mineral slag binders using complex additives. Chosen effective complex water-resistant additives.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Мороз М.Н., Калашников В.И., Суздальцев О.В. Повышение водостойкости минеральношлаковых вяжущих комплексными гидрофобными добавками // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/08/37175 (дата обращения: 03.06.2017).

Минеральношлаковые вяжущие и бетоны на их основе – это энергоэффективные и экономичные строительные материалы [1, 2]. Недостатком таких материалов является не высокая водостойкость их. Поэтому целью наших исследований явилось изучение влияния реакционно-активной гидрофобной добавки олеата натрия С16Н33СООNa (Ол. Na), гидрофобизатора SILSAN CO (Sil), а также их комплексов с металлоорганическими гидрофобизаторами – стеаратами металлов кальция и цинка в МШВ.

Для выявления воздействия различных гидрофобизаторов на водостойкость минеральношлаковых вяжущих в щелочной среде, методом прессования была отформована серия образцов на карбонатношлаковых вяжущих и глиношлаковых вяжущих при соотношениях «шлак:известняк» и «шлак:глина» – 60:40, соответственно. В качестве гидрофобизирующей добавки была исследована реакционно-активная и растворимая в воде гидрофобная добавка – олеат натрия.

Механизм действия олеатов металлов в минеральношлаковых вяжущих обусловлен реакционным процессом, протекающим в растворе между ними и гидролизной известью Ca(OH)2, выделяемой из силикатов шлака. В результате образуется щелочь NaOH, необходимая для активации твердения шлака, и стеарат кальция (Cт. Ca) в молекулярной форме с последующей гидрофобизацией поверхности пор мономолекулярным слоем.

2(С16Н35СООNa) + Ca(OH)2 = (C16H33COO)2Ca + 2NaOH

Образование щелочи NaOH является позитивным фактором, так как увеличивается ее содержание и общая щелочность системы.

Практический интерес представляет использование комбинированного продукта в виде олеатов металлов и нерастворимого металлического мыла, сочетающего в себе положительные свойства одного и другого. В отличие от диспергирующих свойств олеата натрия, продукты его реакции с Ca(OH)2 теряют диспергирующие свойства и приводят к дополнительной гидрофобизации за счет молекулярно-дисперсного распределения нерастворимого металлического мыла.

При определении водоотталкивающих свойств минеральношлаковых вяжущих с комплексными гидрофобизаторами, методом прессования при давлении 25 МПа была отформована серия образцов из карбонатношлакового вяжущего и глиношлакового вяжущего. При использовании комбинации стеаратов металлов кальция и цинка (Cт. Zn) с олеатом натрия влажность смеси составляла 12%. Оптимальная дозировка индивидуальных порошковых добавок составляла 2,5% от массы композиционного минеральношлакового вяжущего, а добавок, включающих комбинацию стеаратов цинка или кальция с олеатом натрия, и стеаратов этих металлов с гидрофобной жидкостью SILSAN CO по 1,25% каждой от массы вяжущего. Для ускорения реакции образования стеарата кальция из олеата натрия в минеральношлаковых вяжущих добавляли гашеную Елецкую известь (составы 5 и 11, таблица). Стехиометрическое содержание ее по выше приведенной реакции с олеатом натрия составило 0,3% от массы композиционного вяжущего при дозировке олеата натрия 2,5%.

В комбинации со стеаратами цинка и кальция также была исследована и гидрофобная жидкость SILSAN CO, вводимая в композицию при приготовлении её. Влажность смеси была 10%.

Попытка гидрофобизации карбонатношлакового вяжущего и глиношлакового вяжущего гидрофобизирующей жидкостью SILSAN CO, вводимой с водой затворения на щелочном активизаторе, не увенчалась успехом, в связи с сильным гелеобразованием композиции SILSAN CO в смеси со щелочью. Поэтому в качестве активизатора твердения в такую систему было принято вводить соду Na2CO3 в сухом виде в количестве 4% от массы вяжущего. При этом обнаружен сильный пластифицирующий эффект жидкости SILSAN CO в присутствии соды, вследствие чего влажность смеси была снижена до 10%.

Спрессованные образцы твердели в нормально-влажностных условиях в течение 28 суток, а затем обезвоживались в эксикаторе над хлоридом кальция при W = 5-10% до стабилизации постоянной массы. В таблице приведены составы и значения водопоглощения образцов при длительном экспонировании их в воде и коэффициент длительной водостойкости. Практически все комплексные добавки значительно снижают водопоглощение в ранние сроки по сравнению с бездобавочными составами: у образцов глиношлакового вяжущего – в 1,9-3,9 раза, а у образцов карбонатношлакового вяжущего – в 1,4-6,5 раза.

Комплексные добавки «стеарата цинка+SILSAN CO» и «стеарата кальция+SILSAN CO» в составах карбонатношлакового вяжущего имеют высокие показатели коэффициента длительной водостойкости от 0,98-0,99, а в глиношлаковом вяжущем эффективность комплекса «стеарата цинка и SILSAN CO» полностью исчезает. Стеарат цинка и SILSAN CO в глиношлаковых вяжущих несовместимы. Состав 11 из глиношлакового вяжущего ведет себя аномально: водопоглощение по массе через 15 минут достигло 10,8%, что выше негидрофобизированного состава в 2,77 раза. Более того, состав 11 подвергается деструкции и прочность сильно снижается.

Хотя добавка SILSAN CO в индивидуальном виде как в составах карбонатношлакового вяжущего так и в составах глиношлаковых вяжущих повышает коэффициент длительной водостойкости до 0,83-0,84 по сравнению с негидрофобизированным составом.

Таблица. Характеристика состава и кинетика водопоглощения минеральношлаковых вяжущих с комплексными гидрофобизаторами

№ состава

Компоненты вяжущего

Количество компонентов, %, от массы композиционного вяжущего

Водопоглощение образцов по массе,  %, через:

Длительный
коэффициент водостойкости

Плотность,
г/см3

Шлак

Известняк
глина
Активизатор твердения
Вода

Дозировка добавок, %

известь

15
минут

1
час

3
суток

28
суток

70
суток

NaOH

Na2CO3

1

60

40

3

12

5,2

6,4

7,2

8,5

9,2

0,60

1,94

2

60

40

4

10

Sil

2,5

3,6

4,5

6,3

7,5

8,2

0,83

1,93

3

60

40

4

10

Sil+Ст.Са

1,25+1,25

1,5

2,4

5,8

7,5

8,1

0,99

2,01

4

60

40

4

10

Sil+Ст.Zn

1,25+1,25

1,4

1,6

5,6

7,2

7,6

0,98

1,83

5

60

40

3

12

Ол.Na

2,5

1,1

1,8

4,6

6,5

6,5

0,88

1,95

6

60

40

3

12

Ол.Na+Ст.Са

1,25+1,25

0,3

1,4

2,7

6,3

6,5

6,5

0,97

1,92

7

60

40

3

12

Ол.Na+Ст.Zn

1,25+1,25

0,3

0,8

1,7

5,4

6,8

6,9

0,68

1,98

8

60

40

3

12

3,9

5,6

6,1

6,9

7,9

0,51

2,02

9

60

40

4

10

Sil

2,5

1,8

3,0

5,3

6,1

6,4

0,84

2,03

10

60

40

4

10

Sil+Ст.Са

1,25+1,25

1,8

2,9

6,6

8,0

8,6

0,85

1,84

11

60

40

4

10

Sil+Ст.Zn

1,25+1,25

10,8

11,6

12,4

13,7

14,1

0,14

1,79

12

60

40

3

12

Ол.Na

2,5

2,1

3,2

7,2

11,1

12,6

0,72

1,94

13

60

40

3

12

Ол.Na+Ст.Са

1,25+1,25

0,3

1,0

1,6

3,7

5,0

5,3

0,97

2,00

14

60

40

3

12

Ол.Na+Ст.Zn

1,25+1,25

0,3

1,0

1,6

3,5

4,7

5,0

0,59

2,00

Комплексные добавки олеата натрия со стеаратом кальция и олеата натрия со стеаратом цинка в глиношлаковом вяжущем понижают водопоглощение по массе по сравнению с контрольным в 1,49-1,58 раза. В более поздние сроки после 70 суток экспонирования в воде образцов из карбонатношлакового вяжущего (и, особенно, с глиношлаковым вяжущем) с комплексными добавками водопоглощение практически не возрастает. Комплекс «олеат натрия+стеарат кальция» (состав 13, таблица) повышает коэффициент длительной водостойкости практически до 1, в то время, как комплекс «олеат натрия+стеарат цинка» (состав 7 и 14, таблица) сильно понижает его.

Оценка воздействия комплексных гидрофобизаторов на кинетику нарастания прочности чрезвычайно важна в связи с возможным негативным действием органических соединений, вводимых в повышенных дозировках. Результаты влияния гидрофобизаторов на прочность при сжатии, представлены в таблице.

Воздействие комплексных гидрофобизаторов «олеат натрия+стеарат металла» в глиношлаковом вяжущем положительно сказывается на повышение 28-суточной прочности образцов (до 76 МПа) по сравнению с 44,6 МПа контрольного состава. В образцах из карбонатношлакового вяжущего наблюдается торможение роста прочности на всех составах. Продолжительное твердение в воде в течение 70 суток способствует сильному дополнительному упрочнению контрольных образцов, так и образцов из карбонатношлакового вяжущего с комплексными добавками. Это является важным позитивным фактором, что определяет твердеющие системы как гидравлические.

Изучен прирост прочности образцов на минеральношлаковых вяжущих с комплексными гидрофобизаторами «стеаратами+SILSAN CO» от 28-ми суточной прочности после длительного насыщения водой.

Более высокую прочность на сжатие через 28 суток воздушно-влажностного твердения имеют составы, модифицированные комплексными гидрофобизаторами «стеарата кальция +SILSAN CO». Для карбонатношлакового вяжущего прочность на сжатие равна 54,9 МПа, а для глиношлакового вяжущего – 64,8 МПа, что выше контрольных составов соответственно на 27% и 45%.

Выявлено сильное блокирование процесса формирования прочности глиношлакового вяжущего с добавкой комплекса «стеарата цинка+SILSAN CO» (состав 11, таблица): образцы практически не затвердели в течение 28 суток воздушно влажностного твердения (2,45 МПа) и при последующем водном твердении прочность повысилась лишь до 4,89 МПа.

Более значительный прирост прочности образцов в воде наблюдается у образцов на карбонатношлаковом вяжущем. Комплекс «SILSAN CO+стеарат цинка» также сильно блокирует набор прочности. Прочность на сжатие этого состава при длительном экспонировании в воде выросла с 6,5 МПа до 79,7 МПа, т.е. в 12,22 раза. На глиношлаковом вяжущем с добавкой SILSAN CO в индивидуальном виде прочность на сжатие в воде возросла с 31,8 МПа до 81,1 МПа.

По результатам исследования, можно рекомендовать использование комплексных добавок «олеата натрия со стеаратом кальция» в карбонатно- и глиношлаковых вяжущих (состав 6 и 13 таблица), которые, обеспечивая низкое водопоглощение (6,5% и 5,3%, соответственно) через 70 суток, имеют достаточно высокие коэффициенты длительный водостойкости – 0,97 и имеют высокую прочность через 28 суток (37,5 и 58,8 МПа), а также после высушивания (61,6 и 89,3 МПа).


Библиографический список
  1. Мороз М.Н. Высокогидрофобные минеральношлаковые композиционные материалы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Пенза, 2007.
  2. Н.А. Ерошкина, В.И. Калашников, М.О. Коровкин. Минерально-щелочные вяжущие. Монография. М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва”. Пенза, 2012.


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: