УДК 678.049:539.434:[666.763.1:691.33]
Калашников В.И., Хвастунов В.Л., Тарасов Р.В.
Пензенская государственная архитектурно-строительная академия
Проблема управления процессами пластифицирования минеральных дисперсных систем, в том числе различных видов вяжущих рассмотрена в работе [1].
Решение ее может быть достигнуто применением пластификаторов и суперпластификаторов (СП), различных по химической природе, и, в основном, являющимися поверхностно-активными веществами. Механизм разжижающего действия пластификаторов основан на адсорбционных и электрокинетических явлениях в дисперсных системах. Результатом действия пластификаторов является топологическое преобразование агрегативно-неустойчивой кластерной структуры дисперсии в агрегатно-устойчивую бескластерную высокоорганизованную структуру с повышением доли динамически свободной воды. Баланс динамически свободной воды при таком преобразовании формируется из адсорбционной воды частиц, в следствии утоньшения поверхностных слоев, и иммобилизованной воды из внутриагрегатного пространства при разрушении агрегатов под действием суперпластификатора.
Управление реологическими свойствами и водопонижением минеральных порошковых вяжущих различной химико-минералогической природы с помощью пластификаторов дает возможность значительно сократить затраты на механическое обезвоживание, перемешивание, вибрационное и силовое уплотнение дисперсных масс.
В работе[1] изучены условия пластифицирования шлакощелочных вяжущих при использовании щелочных компонентов NaOH, Na2CO3, nNa2O×mSiO2. Указано, что наилучшими щелочными модификаторами, не проявляющими антагонизма в паре с СП, являются NaOH и КОН при оптимальной молярности щелочного раствора затворения. Для шлакощелочных вяжущих на жидкостекольной связке все виды СП не позволяют достичь заметных результатов пластифицирования вследствие высокой динамичности процесса коагуляции. Установлено, что щелочная активация шлаков с помощью NaOH повышает реологическое действие суперпластификаторов на нафталиновой, меламиновой и лигносульфонатной основе при концентрации щелочей до значения водородного показателя жидкой фазы 12,5¸13,5. Это соответствует содержанию NaOH от 0,1¸0,25%. С повышением молярности щелочного раствора пластифицированные шлаковые системы с некоторыми СП коагулируют, вязкость и предел текучести увеличивается.
Установлено, что более высоким пластифицирующим действием при высоких концентрациях NaOH обладают лигносульфонаты технические. Вязкость и предел текучести шлаковых дисперсий практически остаются неизменными при таком СП до содержания щелочи в жидкой фазе 3-8% для разных видов шлака. Наличие в молекуле ЛСТ дополнительно фенольных и спиртовых ОН-групп, альдегидных и эфирных групп оказывает положительное воздействие на адсорбцию молекул в высокомолекулярном растворе щелочи. Благодаря этому водопотребность шлаковых вяжущих с комплексным активизатором «ЛСТ- NaOH» снижается в 1,5-2 раза, а в шлакощелочных бетонных смесях – на 20-30%.
Высокая эффективность использования С-3 и ЛСТ в глиношлаковых материалах доказана в работе [2].
Известно, что прочностные характеристики композиционных материалов, в частности, жаростойких изделий, в значительной степени зависят от структуры материала. Как правило, высокая плотность изделий позволяет получить материалы с высокими физико-механическими характеристиками. Однако получение изделий высокой плотности достаточно трудоемко и требует использования сложного технологического оборудования. В связи с этим, встает проблема получения эффективных материалов по менее сложным и дорогостоящим технологиям (литье, виброуплотнение и т.д.). Использование пластификаторов в глиношлаковых материалах, изготавливаемых методом виброуплотнения, позволяет значительно снизить В/Т-отношение, тем самым, улучшая прочностные свойства готовых изделий. Однако для глиношлаковых систем с шамотным заполнителем этот вопрос не изучен. Поэтому была поставлена задача по определению оптимального количества пластификатора, вводимого в глиношлакошамотную систему, позволяющего значительно улучшить эксплуатационные свойства готовых изделий.
Для изучения действия пластификаторов на водопотребность жаростойких глиношлаковых материалов была отформована серия образцов размером 5´5´5 см и 7´7´7 см (для испытаний на термостойкость и потерю прочности после прокаливания). Исследовались как ненаполненные составы, так и наполненные боем шамотного кирпича фр.1,25-2,5 мм и шамотным песком (табл.1.).
Вяжущее изготавливалось на основе молотого Липецкого гранулированного шлака (Sуд=3300 см2/г) и молотой Иссинской глины (Sуд=5000 см2/г). Содержание пластификатора составляло для ЛСТ-0,5% от массы ГШВ, а для С-3 – 0,6%.
Вид шлака оказывает значительное влияние на эффективность использования пластификаторов. При использовании в шлаковых вяжущих на основе Липецкого или Череповецкого гранулированных шлаков С-3 и ЛСТ может быть достигнут достаточно высокий результат по снижению водопотребности смеси, что доказано в работе [3].
Как показали проведенные эксперименты, введение пластификаторов позволяет также значительно снизить водопотребность жаростойкой глиношлакошамотной бетонной смеси. В ненаполненных ГШ системах введение ЛСТ позволяет снизить количество воды затворения на 7,92%, введение С-3 — на 5,64%. В случае наполненных композитов введение пластификаторов более эффективно. При использовании ЛСТ количество воды в глиношлакошамотной системе снижается на 19-24%, при формовании с С-3 на 16-23%. Эффект снижения водопотребности позволил увеличить плотность и прочность отформованных изделий, как в начальные, так и в конечные сроки твердения (табл. 2.).
Характер полученных кривых изменения прочности глиношлаковых материалов во времени позволил выявить некоторые особенности влияния введения суперпластификаторов (рис. 1, 2, 3). Введение ЛСТ и С-3 при формовании наполненных жаростойких глиношлаковых образцов позволяет значительно ускорить сроки твердения в первые сутки, что крайне важно для достижения оптимальной распалубочной прочности образцов. В некоторых случаях прочность на третьи сутки возрастает в 3-4 раза по сравнению с непластифицированными образцами тех же составов (составы 6, 9).
В ненаполненных составах эффект увеличения прочности как в начальные, так и в конечные сроки твердения не наблюдается.
При сравнении используемых пластификаторов отмечена более высокая эффективность ЛСТ по сравнению с С-3 (рис. 2, 3). Кроме того, введение пластификаторов позволило значительно увеличить прочность жаростойких глиношлаковых композитов в высушенном состоянии.
Прирост прочности после высушивания в ненаполненных ГШ системах без введения пластификаторов составляет 15,7%. При использовании пластификаторов прирост прочности после сушки составляет 56-63%. В наполненных составах прочность образцов после сушки возрастает в 1,5-2 раза.
При изучении вопроса о повышении термической стойкости глиношлакового материала при введении пластификаторов был выявлен ряд особенностей. В ненаполненых системах (составы 4, 7) введение пластификаторов приводит к снижению термостойкости, в то время как на образцах, наполненных жаростойкими наполнителями, были получены результаты, превышающие более чем в два раза термическую стойкость образцов, отформованных без введения пластификаторов. Особенно эффективно проявляют себя пластифицирующие добавки в составах, наполненных боем шамотного кирпича фр.1,25-2,5 мм (составы 6, 9).
Потеря прочности после прокаливания пластифицированных составов ниже, чем у не пластифицированных на 2-30% в зависимости от состава глиношлакового материала. Однако, этот эффект не наблюдается у ненаполненного ГШВ. В этом случае потеря прочности после прокаливания больше на 20-60%. Кроме того, отмечен тот факт, что для достижения максимальной остаточной прочности более эффективно введение ЛСТ, чем С-3.
Таким образом, полученные данные позволяют сделать вывод о том, что введение суперпластификаторов в глиношлаковые изделия, изготовленных методом виброуплотнения, весьма эффективно, и позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики жаростойких глиношлаковых материалов. Максимальный эффект от введения пластификаторов может быть достигнут на наполненных глиношлаковых материалах.
Библиографический список
- Калашников В.И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов. Дисс… докт. техн. наук. – Воронеж, 1996. – 89 с.
- Глиношлаковые строительные материалы /В.И. Калашников, В.Ю. Нестеров, В.Л. Хвастунов и др.; Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В.И. Калашникова. — Пенза: ПГАСА, 2000. — 207 с.: ил.
- Викторова О.Л. Карбонатношлаковые композиционные строительные материалы. Автореф… канд. техн. наук. Пенза, 1998.
Смотрите также:
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ЦЕМЕНТНЫХ И ГЛИНОШЛАКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ИХ ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА
