Scientific journal

International Journal of Experimental Education

ISSN 2618–7159

ИФ РИНЦ = 0,425

Широкому производственному внедрению высокоэффективных комплексных гидрофобизующих модификаторов в технологию бетонных и железобетонных изделий специального назначения предшествовали: изучение сырьевых ингредиентов входящих в состав модификаторов, их приготовление и испытание в лабораторных условиях бетонов на их основе различного состава, выпуск опытно-промышленных партий железобетонных изделий, разработка нормативно-технической документации.

При разработке технологической схемы приготовления жидких модификаторов типа ОМЭ в виде прямой эмульсии жирового гудрона в водном растворе ЛСТ был использован научно-практический опыт, описанный в работах [1- 5].

Способ приготовления гидрофобизирующего модификатора ОМЭ (органоминералная эмульсия) включает следующие технологические операции (рис. 1). Предварительно разогретые (до температуры 40-60оС) отдозированные продукты (из емкости 1 и 2) жировой гудрон и лигносульфонаты технические совмещаются с половиной необходимой нагретой воды в смесителе 6. Полученную смесь исходных компонентов диспергируют с помощью диспергатора РПА 7 в течение 3-5 мин. При этом необходимо отметить, что время диспергирования подбирается опытным путем и напрямую будет зависить от природы эмульгирующего и гидрофобизирующего компонента. Как правило, полученные эмульсии по глобулярному составу относятся к тонкодисперсным.

Затем предварительно разогреваем смолу древесную омыленную, которую добавляем ко второй части воды, необходимой для приготовления модификатора и совмещаем с нашей прямой эмульсией. Затем полученную смесь повторно подвергаем диспергированию и переливаем в емкость 10 для хранения готового модификатора.

Рис. 1. Схема приготовления гидрофобизирующего органоминерального модификатора ОМЭ в виде прямой эмульсии: 1 – емкость с лигносульфонатами техническими; 2 – емкость жирового гудрона; 3 – емкость для смолы древесной омыленной; 4 – емкость для ускорителя твердения; 5 – емкость воды; 6 – смеситель с подогревом; 7 – роторно-пульсационный аппарат РПА; 8 – дозаторы; 9 – вентели; 10 – емкость готового модификатора

Таблица 1

Состав гидрофобизирующего органоминерального модификатора типа ОМЭ

Рис. 2. Изменение нормальной густоты цементного теста в зависимости от вида и содержания органоминерального модификатора. Содержание модификатора, % от массы вяжущего: 1 – с известной добавкой 0,4 %ГПД; 2 – с органоминеральным гидрофобизирующим модификатором 0,4 %ОМЭ

Состав гидрофобизирующего органоминерального модификатора ОМЭ в виде прямой эмульсии представлен в табл. 1.

Рассмотрим влияние гидрофобизирующих органоминеральных модификаторов на нормальную густоту и сроки схватывания цементных паст. Для изготовления модифицированной бетонной смеси в качестве вяжущего использовали портландцемент ЦЕМ I 42,5Н соответствующий требованиям ГОСТа 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия». Для сравнения в опытах использовали известную гидрофобно-пластифицирующую добавку ГПД (рисунок 2). В результате эксперимента нами установлено, что нормальная густота вначале резко снижается с увеличением содержания модификатора в цементном тесте, а затем процесс стабилизируется. Дальнейшее увеличение дозировки модификатора на показатель нормальной густоты практически не отражается. Оптимальные добавки гидрофобизирующих органоминеральных модификаторов и их влияние на нормальную густоту и сроки схватывания цементов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Нормальная густота и сроки схватывания с предлагаемым органимеральным модификатором

Увеличение содержания добавок сверх оптимального, по-видимому, способствует уменьшению толщины сольватных оболочек на поверхности частичек цемента, что дополнительно повышает количество свободной воды и резко снижает молекулярные силы взаимодействия между соседними частицами [2]. При этом водоудерживающая способность дисперсной фазы (цемента) снижается, что приводит к водоотделению. При этом количество свободной воды в системе «цемент-вода» в единице объема сводится к минимуму, твердые частицы максимально сближаются и за счет механического сцепления между ними, ухудшаются реологические свойства системы [6].

Далее были проведены исследования (рис. 3) растворной смеси с предлагаемым модификатором, который выгодно отличается по показателям водоотделения от смеси содержащих известную добавку ГПД.

Результаты исследований показали, что предлагаемый органоминеральный модификатор ОМЭ позволяет снизить водотделение растворной смеси до 40 % в сравнении со смесью без добавок и до 20 % – с известной добавкой ГПД.

Установлено, что помимо эффективного разжижающего эффекта, предлагаемый модификатор обладает одновременно ускоряющим структурообразующим действием. Изменение во времени подвижности бетонных смесей с органоминеральными модификаторами представлено в табл. 3.

Рис. 3. Водоотделение модифицированных растворных смесей при (В/Ц=0,4): 1 – растворная смесь без добавки; 2 – то же, с добавкой ГПД; 3 – то же, с ОМЖ

Таблица 3

Изменение во времени подвижности бетонных смесей с органоминеральными модификаторами

Полученные данные о водоотделении и подвижности бетонных смесей с добавками согласуются с фундаментальными работами М.И. Хигеровича, В.Г. Батракова, Г.И. Горчакова, В.И. Соловьева, Ткач Е.В. и др. [1,2,6-8].

Исследования структурных особенностей и фазового состояния цементного камня позволяет решить вопрос о целесообразности выбора модификаторов в составе бетона. Изучение твердой фазы включает различные методы исследований, в том числе, рентгенофазового анализа. Рентгенофазовый анализ структуры, как известно, позволяет определить минеральный состав новообразований. Исследование фазового состояния и микроструктуры цементного камня с модификаторами представлено в виде рентгенограмм (рисунок 3), из которых видно, что продуктами твердения цементного камня являются: гелеобразные гидратные фазы с Max 16Å и 11Å (аморфные) с признаками структуры двух типов тоберморитов; кристаллические гидратные фазы портландит Ca(OH)2 (4,918; 2,61; 1,928Å) и CSH(I) (3,037; 1,44Å). Цементный камень также содержит определенное количество негидратированных цементных минералов C3S (алит) – 2,776; 2,56; 1,796Å и C2S (2,932; 2,745; 1,594Å).

Рис. 4. Рентгенограммы цементного камня через 28 суток твердения: 1 – с модификатором 0,4 % ГПД; 2 – с модификатором 0,4 % ОМЭ

Таблица 4

Данные рентгенофазового анализа цементного камня с различными модификаторами

Количественные оценки вышеуказанных фаз охарактеризованы суммарной площадью аморфных гало и основных кристаллических линий для каждой фазы в относительных единицах. Результаты фазового анализа цементного камня с добавками приведены в табл. 4. Данные таблицы указывают, что предлагаемый гидрофобизирующий органоминеральный модификатор ОМЭ способствует:

– повышению количества кристаллической гидратной фазы CSH(I) ( от 7,3 до 7,8 о.е. последовательно с добавками с учетом возможной карбонизации).

– снижению процессов образования гелеобразных гидратных аморфных составляющих

(14Å от 20,2 до 12,1 о.е.).

По сравнению с добавкой ГПД этот процесс характеризуется снижением интенсивности линий от 20,2 до 12,1 о.е.;

– снижению количества кристаллического новообразования портландита Ca(OH)2 снижается от 0,85 до 0,25 о.е. Необходимо отметить, что предлагаемые добавки несколько снижают способность взаимодействия клинкерных минералов с водой ( возрастает от 4,2 до 6,2 о.е.). Этот же процесс с добавкой ГПД снижается от 4,2 до 5,0.

Таким образом, анализ результатов фазового состава цементного камня с добавками указывает на следующие особенности:

– добавки к цементу снижают количество гидратных аморфных составляющих (Å);

– снижается количество портландита Ca(OH)2, наибольший эффект дает добавка ГПД;

– повышается количество кристаллической гидратной фазы CSH(I), наибольший эффект оказывают добавки ГПД;

– максимальный запас клинкерных минералов соответствует модификатор ОМЭ.

Из полученных данных следует, что применение органоминерального модификатора ОМЭ улучшает параметры микроструктуры цементного камня, что способствует повышению эксплуатационных свойств бетона.