Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. Колодяжный С.А
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
Вводимые в незначительных количествах они способны влиять на процессы твердения и изменять структуру и соответственно свойства цементогрунтов[3−5].
Экспериментальная часть работы включала следующие этапы. 1. Синтез добавки из исходных компонентов:
-дисперсия поливинилацетатная гомополимерная грубодисперсная – ГОСТ 18992-80, марка Д7Д 51/15 в (массовая доля сухого остатка 50-55 %);
-жидкое натриевое стекло – ТУ ГОСТ 13078-81 (массовая доля оксида кремния 27 - 30 %);
-хлорид кальция (CaCl2);
-карбоксиметилцеллюлоза.
Для синтеза исследуемой наноразмерной добавки используется жидкое стекло, которое при гидролизе образует гель кремниевой кислоты, представляющей собой строительный клей, то есть вяжущий компонент.
Гидролиз метасиликата натрия:
I. Na2SiO3 + HOH NaOH + NaHSiO3 |
(1) |
II. NaHSiO3 + HOH NaOH + H2SiO3 |
(2) |
Образование геля кремниевой кислоты происходит по схеме:
(3)
Также в жидком стекле имеются гидратированные ионы силикаты и гидросиликаты, которые со свободными гидратированными ионами Cа2+ , присутствующие в водном растворе хлорида кальция образуют систему твердения СаSiO3.
Ca2+ + SiO32- → CaSiO3↓ |
(4) |
Из-за наличия жидкого стекла в системе, образуещего при гидролизе гидроксид натрия, происходит щелочное омыление ПВА в ПВС по реакции:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2O |
|
|
|
|
CH |
|
|
|
|
|
n CH3COONa |
|
CH2 CH |
|
|
NaOH |
|
|
|
CH2 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
OCOCH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
||||
(5)
Полимеризация КМЦ также может идти с образованием мостиков через ионы кальция, образуя следующие структуры:
21
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
2. Исследование размеров частиц в процессе синтеза добавки.
В ходе синтеза органоминеральной добавки на основе ПВА, происходит рост частиц новообразований.
Определение размеров частиц добавки и отдельно компонентов проводили на спектрометре динамического и статического рассеяния света Photocor Complex (Воронежский Государственный университет, Кафедра химии высокомолекулярных соединений и коллоидов). Для измерения размеров наночастиц использовался метод динамического рассеяния света (ДРС). Данный метод позволяет определить коэффициент диффузии дисперсных частиц в жидкости путем анализа корреляционной функции флуктуаций интенсивности рассеянного света. Далее, из коэффициента диффузии рассчитывается радиус наночастиц. Полученные размеры наночастиц представлены в таблице 1.
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Размеры наночастиц |
|
|
|
Компонент |
Средний |
Состав |
Средний |
|
|
радиус частиц, |
|
радиус частиц, |
|
|
нм |
|
нм |
|
|
|
|
|
|
Раствор ПВА |
42.14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Раствор |
97.85 |
Раствор ПВА+жидкое |
61,5 |
|
жидкого натриевого |
6848 |
натриевое стекло |
|
|
стекла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раствор CaCl2 |
266 |
Расмтвор ПВА+жидкое |
226.6 |
|
|
3.3e+5 |
натриевое стекло+CaCl2 |
|
|
|
|
|
|
|
Раствор КМЦ |
2.674 |
Раствор ПВА+жидкое |
212.8 |
|
|
114.7 |
натриевое стекло+ CaCl2 + |
|
|
|
671.2 |
КМЦ |
|
|
|
4.4e+4 |
|
|
|
Результаты, представленные в таблице 1 показывают, что в процессе синтеза наблюдается рост частиц, то есть происходит полимеризация с формированием структуры, причем структурирование добавки протекает за счет:
а) образования геля кремниевой кислоты;
б) агрегирования частиц SiO2 за счет взаимодействия с ионами коагулянтами Ca2+; в) образовании пространственной структуры ПВС;
г) увеличении вязкости системы при полимеризации КМЦ с образованием структурных мостиков через ионы Са2+.
3. Микроскопические исследования композитов
В данной работе использовался электронный микроскоп марки JEOL (Воронежский Государственный Университет). Полученные данные и их описание представлены в таблице 3.
22
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
Данные микроскопических исследований |
|
||
|
|
|
|
|
Предел прочности |
Система |
|
Снимок |
|
Описание |
при сжатии |
твердения |
|
|
образцов, МПа |
||
|
|
|
|
||
1 |
2 |
|
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
Немодифициро- |
|
|
|
Структура представлена |
|
ванный |
|
|
|
гидросиликатами |
|
|
|
|
|||
цементный |
|
|
|
кальция, гидроалюминатами и |
|
камень |
|
|
|
гидроферритами, сульфатами. |
|
|
|
|
|
|
107 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Немодифициро- |
|
|
|
Структура представлена |
|
ванный грунт |
|
|
|
частицами алюмосиликатов |
|
|
|
|
|
чешуйчатого строения |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
Немодифициро- |
|
|
|
Преобладание |
|
ванный |
|
|
|
алюмосиликатов |
|
цементогрунт |
|
|
|
(содержание ПЦ всего |
8,7 |
|
|
|
|
10 %), наличие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гидратированной фазы |
|
|
|
|
|
минеральных клинкеров. |
|
|
|
|
|
|
|
Цементогрунт с |
|
|
|
Цементогрунт также |
|
добавкой 0,05 % |
|
|
|
представлен |
|
|
|
|
|
алюмосиликатами, на |
|
|
|
|
|
поверхности которых |
|
|
|
|
|
начинается рост |
|
|
|
|
|
кристаллической фазы. Т.к. |
|
|
|
|
|
образование структуры |
|
|
|
|
|
цементогрунта идет с |
9 |
|
|
|
|
раздельной кристаллизацие й |
|
|
|
|
|
минеральной части и |
|
|
|
|
|
твердением полимеров, то |
|
|
|
|
|
увеличение прочности |
|
|
|
|
|
связана с образованием |
|
|
|
|
|
ковалентных, ван-дер- |
|
|
|
|
|
ваальсовых связей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
|
|
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
1 |
2 |
|
|
3 |
4 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цементогрунт с |
|
|
|
|
|
|
|
Структура представлена |
|
добавкой 2 % |
|
|
|
|
|
|
|
гидросиликатами, имеются |
|
|
|
|
|
|
|
|
волокна ПВС. Низкая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прочность может объяснятьься |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
наличием волокнистой гибкой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
структуры полимеров и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
примесей известняка. |
|
Обсуждение результатов исследований.Добавление добавки ПС-2 в воду затворения цементогрунтав количестве 0,05 %увеличивает его прочность.Это может быть связано с получением оптимальной структуры, соотношением толщины контактноой зоны, образования связейван-дер-ваальсового порядка через взаимодействие ионов Са2+, коллойдных частиц глины и полимернойсвязующеей. Находящиеся в растворе катионы-коагулянты Са 2+, Mg2+, Al3+ , Fe3+ и др. сорбируются поверхностью коллоидных частиц кремнезема и, являясь мостикообразователями между частицами, преобразуют их в агрегаты.
Заключение.Разрабатываемый на кафедре химии Воронежскогго Государственного Технического Университета комплексный стабилизатор на основе ПВА ПС-2 содержит наноразмерные компоненты и может использоваться для повышения пррочностных и других свойств цементогрунтов.
Список литературы
1. Глазков, С.С. Реакционноспособные олигомеры и полимеры для модификации энергетического состояния поверхности контакта в композиционнных материалах / С.С. Глазков, Ю.М. Борисов, О.Б. Рудаков // Бутлеровские сообщения, 2011. Т.24. №3. – С.
78–82.
2.Глазков С.С. Стаббилизация торцевой паркетной шашки с использованием эпоксидной смолы // Инженернно-строительный журнал. 2015. №7(59). С. 57–65.
3.Загородных К.С., Кукина О.Б, Глазков С.С.,Черепахин А.М.Исследование возможности применения ко мплексной добавки к цементу при стабилизации грунтов // Научный вестник воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. № 1(12). 2016. С. 12-24.
4.Загородных К.С., Кукина О.Б. Анализ проблемы укрепления глинистых грунтов // Научный вестник воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: студент и наука. Выпуск № 9, 2016. С. 55-63.
5.Артамонова О.В., Куккина О.Б., Солохин М.А. Исследование кинетики гидратации и набора прочности цементного камня модифицированного комплексной нанодобавкой // V международная конференция « Деформация и разрушение материалов и Наноматериалов» Сборник материалов Dfmn -2013. С. 638-640.
__________________________ ____________________________________________________
Кукина Ольга Борисовна, к.т.н., доцент кафедры химии Воронежского государрственного технического университета. E-mail: lgkkn@rambler.ru. Тел. 89103452888
Глазков Сергей Сергеевич, д.т.н., профессор кафедры химии Воронежского государственного технического университета.E-mail:glackov@mail.ru
Загородных Ксения Сергеевна, студентка института магистратуры Воронежского государственного технического университета, группа М051.
24
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 2(13), 2016
УДК 691.3
Л.В. Моргун, А.В. Виснап, В.Н. Моргун
ВЛИЯНИЕ РАСХОДА И ДЛИНЫ ФИБРЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЦЕПЛЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРЫ С
ФИБРОПЕНОБЕТОНОМ
Описан метод проведения эксперимента при оценке влияния длины и расхода фибры в фибропенобетоне на прочность сцепления матрицы с композитной арматурой. Результаты исследований позволяют сделать вывод о положительном эффекте применения композитной арматуры фибропенобетоне и возможности повышения сцепления арматуры с фибропенобетоном за счет введения дисперсной арматуры.
Ключевые слова: фибропенобетон, фибра, стеклопластиковая арматура, прочность сцепления.
L.V. Morgun, A.V. Visnap, V.N. Morgun
INFLUENCE OF EXPENDITURE AND LENGTH OF FIBER TO EFFICIENCY OF ADHESION FIBERGLASS REBAR WITH FIBER FOAM CONCRETE
The described method of the experiment in assessing the effect of the length and flow of fibers in the fiber-foam concrete on the strength of the coupling matrix composite reinforcement. The Results allow to conclude about positive effect of composite reinforcement the reinforced foam concrete. And also about opportunities to improve the adhesion of the reinforcement with the fiberfoam concrete with the introduction of the dispersed reinforcement.
Keywords: fiber foam concrete, fiber, fiberglass rebar, bond strength.
Введение. Снижение материальных и энергетических затрат при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений остается доминирующей проблемой строительной отрасли. В связи с этим, развитие производства ячеистого бетона, в том числе пенобетона неавтоклавного твердения как эффективного строительного материала, представляется весьма перспективным [1].
В связи с интенсивным развитием отечественного строительного комплекса, направленным на реализацию федеральных программ по обеспечению энергосбережения жилищного комплекса резко возросла потребность в эффективных материалах, которые отвечают требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Нормативы по теплозащите зданий приближают термическое сопротивление ограждающих конструкций зданий в РФ к нормам Евросоюза (EnEV-2000) [2]. Актуальной стала проблема разработки и использования эффективных конструкционных материалов, отвечающих требованиям, как по прочности, так и по теплопроводности.
Известно, что газонаполненные материалы имеют качественное преимущество среди теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций [1, 4].
Некоторые части ограждающих конструкций кроме теплофизических свойств должны обладать и достаточными механическими. К таким материалам относятся конструкционнотеплоизоляционные фибропенобетоны плотностью 600…800 кг/м3.
1. Обоснование выбора направления исследования. Фибропенобетон является газонаполненным бетоном, пористость которого в зависимости от средней плотности составляет от 20 до 93% занимаемого объема.
________________________________________________________________________________
© Моргун Л.В., 2016
25