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 |
Прочность при сжатии после 200 суток |
Коэффициент |
Плотность, |
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
- 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.
- 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.
- 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.
Количество просмотров публикации: Please wait