УДК 691.535:544.778.3

ВЛИЯНИЕ PH ЖИДКОЙ ФАЗЫ МИНЕРАЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ НА ВОДОРЕДУЦИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ

Коровкин Марк Олимпиевич1, Ерошкина Надежда Александровна2, Уразова Алина Андреевна3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., инженер-исследователь
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент

Аннотация
Приводятся результаты исследования эффективности суперпластификаторов в щелочных средах до pH =14. Показано, что в сильнощелочных системах наиболее эффективны поликарбоксилатные суперпластификаторы. Эти добавки могут быть рекомендованы для применения в геополимерных бетонах.

Ключевые слова: геополимер, горная порода, минеральная суспензия, суперпластификатор


INFLUENCE OF PH LIQUID PHASE OF MINERAL SUSPENSIONS ON THE EFFECT WATER-REDUCING OF SUPERPLASTICIZER

Korovkin Mark Olimpievich1, Eroshkina Nadezda Alexandrovna2, Urazova Alina Andreevnа3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Engineer-researcher
3Penza State University of Architecture and Construction, Student

Abstract
The results of studies of the superplasticizer effectiveness in alkaline media till pH = 14 are given. It is shown that polycarboxylate superplasticizers are have effectiveness in highly alkaline systems. These superplasticizers can be recommended for use in geopolymer concrete.

Keywords: geopolymer, mineral suspension, pH of the liquid phase, pH жидкой фазы, rock, super


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Коровкин М.О., Ерошкина Н.А., Уразова А.А. Влияние pH жидкой фазы минеральных суспензий на водоредуцирующий эффект суперпластификаторов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/48367 (дата обращения: 01.10.2017).

Широкое развитие в последние десятилетия за рубежом получили геополимерные материалы на основе различных алюмосиликатных горных пород и отходов промышленности. Ежегодно в мире проходит 1-2 конференции, посвященные геополимерам. В России также ведутся работы по созданию строительных материалов на этой основе [1]. Их синтез осуществляется за счет активации горных пород щелочами, а материалы формуются методом прессования под давлением [2] из смеси с влажностью, не превышающей 16-18%. Твердение происходит при тепловой обработке или в течение продолжительного периода времени в нормальных условиях.

Одним из отличий, создаваемых за рубежом геополимеров, является литьевая технология формования. Эта технология требует повышенных расходов воды, что снижает прочностные показатели материала. Для снижения водопотребности смесей и повышения прочности затвердевшего материала применяются суперпластификаторы. Однако эффективность суперпластификаторов в сильнощелочных растворах, которые являются активаторами твердения геополимерных материалов, значительно снижается [3-5].

Целью настоящей работы является сравнительное исследование эффективности различных суперпластификаторов в зависимости от pH жидкой фазы в суспензиях, приготовленных из тонкоизмельченных горных пород.

Оценка эффективности суперпластификатора производилась по величине водоредуцирующего эффекта (ВР), численное значение которого рассчитывалось по формуле

где (В/Т)н и (В/Т)п – водоцементные отношения контрольного состава и состава с пластифицирующей добавкой при равных показателях консистенции.

Консистенция суспензии оценивалась по диаметру ее растекания на стеклянной пластине [6]. Для исследований использовался цилиндрический вискозиметр диаметром 16 мм и высотой 30 мм. Подбирая расход жидкости, получали суспензии с равными расплывами – 40 ±1 мм.

Порошки горных пород магматического происхождения для приготовления суспензий получали помолом в лабораторной шаровой мельнице. Тонкость помола характеризовалась удельной поверхностью S, которая определялась на приборе ПСХ-2. В эксперименте были исследованы следующие горные породы:

- диабаз с Sуд= 340 м2/кг;

- аплит-гранит с Sуд = 630 м2/кг;

-гранит с Sуд= 700 м2/кг;

- дацит с S= 600 м2/г.

В качестве добавок были исследованы суперпластификаторы различной химической природы. Характеристики добавок приводятся в табл. 1.

Таблица 1 – Характеристика добавок


п/п
Наименование Производитель Химическая основа Рекомендуемая дозировка и применение
1 С-3 ОАО «Оргсинтез», г. Новомосковск, Россия Нафталинсульфокислота 0,2-0,7 %
2 Peramin SMF 20 Perstorp Construction Chemicals Inc., Швеция Полимерный сульфомеламин 0,1-1 %; самовыравнивающиеся смеси из обычного и высокоапюминатного цемента
3 Sika Viscocrete 105P Sika AG, Швейцария Поликарбоксилат 0,05-0,3 %; самовыравнивающиеся и самоуплотняющиеся смеси
4 Melment F10 SKW Polymers GmbH, Германия Полимерный
сульфомеламин
0,1-1 %; самовыравнивающиеся полы и стяжки на основе портландцемента,
5 Melflux PP 100 F Модифицированный полиэтиленгликоль 0,05-0,5 %; самовыравнивающиеся полы и стяжки на основе портландцемента, глиноземистого цемента и гипса
6 Melflux PP 200 F
7 Melflux 1641 F Полиэфиркарбоксилат

Добавка в количестве 0,5 % вводилась в порошок и тщательно перемешивалась до затворения водой. Для приготовления суспензий были использованы растворы NaOH с различными показателями pH, которые контролировались с помощью рН-метра. В эксперименте применялись растворы со следующими водородными показателями – 7; 9,2; 13,05; 14,1.

Суспензии готовились в фарфоровой чаше диаметром 50 мм по следующей процедуре: порошок высыпался в чашу со щелочным раствором и перемешивался в течение 3 минут фарфоровым пестиком. Затем суспензия выливалась в цилиндрический вискозиметр, установленный на стеклянную пластину. Вискозиметр медленно поднимался, диаметр расплыва суспензии измерялся штангенциркулем.

Результаты определения водопотребности суспензий и водоредуцирующий эффект исследованных суперпластификаторов при различных значениях pH жидкой фазы представлены в табл. 2.

Анализ экспериментальных данных, представленных в табл. 2, показывает, что характер влияния водородного показателя на водоредуцирующий эффект суперпластификаторов для каждой горной породы имеет общие черты. Так, почти для всех добавок, кроме Melflux 1641 F, для диабаза и аплит-гранита при повышении pH с 7 до 9,2 происходит снижение ВР, затем при pH 13,04 наблюдается повышение ВР, а при pH 14,1 – его снижение. На граните и даците зависимость ВР от pH носит такой же волнообразный характер, как для Melment F10, Peramin SMF 20 и Melflux РР 200 F. Для других пластификаторов снижение ВР незначительно или отсутствует.

Наиболее важной закономерностью установленной в исследовании, является снижение водоредуцирующего эффекта суперпластификаторов при повышении водородного показателя жидкой фазы суспензии более 13. Это можно объяснить тем, что все исследованные добавки были разработаны для использования в цементных системах, в которых pH жидкой фазы определяется насыщением ее гидролизной известью (рН~ 12,4); поэтому оптимальные значения pH жидкой фазы для суперпластификаторов находятся в области pH 12-13. Водородный показатель щелочных растворов для активации твердения сополимеров имеет более высокие значения, в связи с чем эффективность суперпластификаторов в таких системах значительно снижается.

Наиболее высокие значения ВР в сильнощелочных системах отмечаются на диабазе и даците у добавки Melflux 1641 F, а на граните и аплит-граните – у добавки Peramin SMF 20.

Следует отметить, что наименьшее влияние изменение pH оказало на эффективность Melflux 1641 F в суспензии на основе дацита, что в совокупности с высоким водоредуцирующим эффектом этой добавки – около 60 % – открывает большие возможности по повышению прочности или удобоукладываемости геополимерного материала на основе этой горной породы.

Таблица 2 – Влияние различных суперпластификаторов на водопотребность минеральных суспензий и водоредуцирующий эффект в зависимости от pH жидкой фазы

Горная  порода Количество добавки=0,5%

pH=7,0

pH=9,2

pH=13,05

pH>14

В/Ц

ВР,%

В/Ц

ВР,%

В/Ц

ВР,%

В/Ц

ВР,%

 Диабаз Без добавки

0,400

-

0,426

-

0,408

-

0,424

-

MF PP200F

0,263

34,3

0,309

27,5

0,212

48,1

0,338

20,3

MF PP100F

0,299

25,3

0,308

27,7

0,210

48,6

0,301

28,9

Sika Viscocrete 105P

0,218

45,4

0,311

27,0

0,201

50,7

0,356

16,0

Melment F10

0,279

30,2

0,361

15,2

0,252

38,4

0,343

19,1

MF 1641F

0,299

25,1

0,234

45,1

0,191

53,4

0,271

36,1

Peramin SMF20

0,259

35,3

0,352

17,5

0,204

50,1

0,318

25,1

С-3

0,278

30,6

0,297

30,4

0,233

43.0

0,342

19,3

 Аплит-  гранит Без добавки

0,508

-

0,478

-

0,544

-

0,650

-

MF PP200F

0,274

46,1

0,338

29,2

0,246

54,7

0,547

15,9

MF PP100F

0,296

41,8

0,332

30,7

0,244

55,1

0,490

24,7

Sika Viscocrete 105P

0,236

53,5

0,296

38,1

0,259

52,5

0,560

13,8

Melment F10

0,276

45,6

0,400

16,4

0,335

38,4

0,626

3,6

MF 1641F

0,284

44,1

0,257

46,3

0,220

59,6

0,512

21,2

Peramin SMF20

0,262

48,4

0,370

22,6

0,254

53,4

0,388

40,4

С-3

0,266

47,7

0,272

43,1

0,298

45,2

0,501

23,0

  Гранит Без добавки

0,495

-

0,516

-

0,406

-

0,598

-

MF PP200F

0,285

42,4

0,341

34.0

0,240

40,9

0,488

18,4

MF PP100F

0,340

31,3

0,335

35,0

0,225

44,6

0,540

9,8

Sika Viscocrete 105P

0,234

52,7

0,288

44,2

0,234

42,3

0,522

12,7

Melment F10

0,280

43,5

0,415

19,5

0,253

37,8

0,510

14,7

MF 1641F

0,214

56,8

0,266

48,5

0,225

44,7

0,542

9,4

Peramin SMF20

0,268

45,8

0,402

22,1

0,253

37,8

0,442

26,0

С-3

0,268

45,9

0,306

40,7

0,269

33,7

0,500

16,4

      Дацит Без добавки

0,575

-

0,486

-

0,506

-

0,593

-

MF PP200F

0,340

41,0

0,279

42,7

0,223

55,9

0,407

31.5

MF PP100F

0,407

29,3

0,289

40,6

0,259

48,9

0,426

28,2

Sika Viscocrete 105P

0,252

56,2

0,229

52,9

0,234

53,8

0,449

24,3

Melment F10

0,289

49,7

0,320

34,3

0,297

41,2

0,467

21,3

MF 1641F

0,241

58,1

0,204

58,1

0,199

60,7

0,234

60,68

Peramin SMF20

0,280

51,4

0,314

35,56

0,251

50,4

0,373

37,2

С-3

0,305

47,0

0,218

55,2

0,280

44,7

0,466

21,4

Проведенные исследования позволяют отметить, что для создания геополимерных вяжущих по литьевой технологии и снижения водопотребности сырьевых смесей могут использоваться суперпластификаторы, которые эффективны в щелочной среде. Экспериментом установлено, что с вяжущим на основе диабаза и дацита в сильнощелочной среде хорошо работает СП Melflux 1641F. Для вяжущих на основе аплит-гранита в щелочной среде лучше использовать СП Melflux 164IF и Peramin SMF20, а для вяжущего на основе гранита только Peramin SMF20.


Библиографический список
  1. Калашников, В.И. Перспективы развития геополимерных вяжущих / В.И. Калашников // Современные состояние и перспективы развития строительного материаловедения: Материалы VIII Акад. чтений. – Самара, 2004. – С 193-197.
  2. Калашников, В.И. Исследование активности магматических горных пород для производства геосинтетических вяжущих / В.И. Калашников, В.Ю. Нестеров, Н.А. Ерошкина, Ю.С. Кузнецов, В.А. Тяпкин, В. М.Журавлев, В. В. Маслов // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов: материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Пенза: ПДЗ, 2005. – С. 51-57.
  3. Калашников, В.И. Регулирование реологических свойств минеральных воднодисперсных систем добавками щелочей / В.И. Калашников, М.О. Коровкин, Е.В. Болдина // Материалы XXVIII научно-технической конференции. – Пенза: ПГАСИ, 1995. – С. 46-47.
  4. Коровкин М.О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина; М-во образова-ния и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва”. Пенза, 2012. – 144 с.
  5. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Ресурсосберегающие технологии геополимерных вяжущих и бетонов на основе отходов добычи и переработки магматических горных пород: монография. – Пенза: Изд-во ПГУАС, 2013. 152 с.
  6. Калашников, В. И. Методология оценки эффективности пластификаторов в воднодисперсных системах / В.И. Калашников, М.О. Коровкин, А.Г. Тетенькин // Структурообразование и прочность композиционных строительных материалов. – Одесса, 1994. – С. 24—25.


Все статьи автора «Коровкин Марк Олимпиевич»


© 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: