УДК 691.53:699.82
Б.Я. Трофимов, Л.Я. Крамар, А.С. Королев
Южно-Уральский государственный университет
Цементные растворы с полимерными добавками находят широкое применение в современном строительстве для устройства поверхностной штукатурной гидроизоляции и отделочных слоев, к которым предъявляются высокие требования по прочности сцепления с основным материалом — камнем, металлом, бетоном.
Много работ было посвящено вопросам применения и эффективности добавки водорастворимой эпоксидированной смолы ДЭГ-1 в цементных бетонах [1,3,4]. Было определено, что добавление смолы свыше оптимального количества отрицательно сказывается на гидратации цементного вяжущего, а оптимальная добавка при вводе с водой затворения замедляет набор прочности раствором в ранние (до 7 сут) сроки твердения в 1.2-1.3 раза, улучшая его прочностные характеристики в поздние (марочные) сроки в 1,3-1,4 раза [1,3]. Водонепроницаемость растворов с добавкой повышается на 4-6 марок [4]. Однако применение таких цементно-полимерных растворов в качестве гидроизоляционных ставит проблему ускорения набора ими эксплуатационных свойств ввиду необходимости обеспечения работоспособности гидроизоляционного слоя в ранние сроки (до 2-3 сут твердения).
По данным некоторых исследований на протекание процессов структурообразования в цементных материалах в присутствии многих поверхностно-активных веществ значительное влияние оказывает время их ввода в бетонную смесь относительно времени перемешивания ее сухих составляющих с частью воды затворения [7]. Исходя из этого были поставлены следующие задачи: определить влияние времени и последовательности ввода составляющих уплотняющей добавки на структурообразование в бетонах, исследовать роль отвердителя в формировании структуры и свойств цементных материалов с добавкой ДЭГ-1.
Для решения поставленных задач при приготовлении растворных смесей с добавкой ДЭГ-1 производилось предварительное затворение, при котором вначале цемент и песок в соотношении 1:1.6 перемешивались с 2/3-ми всего требуемого объема воды затворения в течение определенного времени, после чего добавлялась оставшаяся 1/3 объема воды с растворенным в ней полимером и отвердителем. Перед растворением в воде полимер и отвердитель смешивались вместе и выдерживались в течение 2-3 мин. Водоцементное (В/Ц) отношение в смесях составляло 0.42. Работа проводилась на цементе ПЦ400-Д20 и кварцевом песке с Мк=2.45.
В табл. 1 приведены значения подвижности растворных смесей и прочности растворов с оптимальным количеством полимерной добавки [5] при различном времени ее ввода в частично затворенную смесь, из которых видно, что добавка ДЭГ является поверхностно-активной [2] и обладает пластифицирующим действием на растворные и бетонные смеси.
Из полученных данных следует, что пластифицирующий эффект при вводе добавки после затворения сухой смеси снижается, что свидетельствует об ее пониженной адсорбции на первично гидратированных зернах цемента. Интерес представляет то, что применив прием предварительного затворения, можно снять эффект замедления данным полимером набора эксплуатационных характеристик раствором в ранние сроки твердения. Причем в 7 суток и далее все составы дают одинаковые показатели по прочности на сжатие Rсж и водонепроницаемости, оцениваемой по глубине капиллярного подсоса влаги h, определяемой при одностороннем насыщении.
С целью выявления роли аминного отвердителя, добавляемого к смоле перед вводом ее в цементную смесь, в формировании свойств цементно-полимерных растворов был проведен эксперимент, результаты которого отражены в табл. 2.
Полученные данные показывают, что условием максимальной эффективности добавки является совместный или раздельный с ней ввод в растворную смесь аминного отвердителя, основным преимуществом которого перед другими отвердителями (аминофенольными) является то, что он растворим в воде, обеспечивая взаимодействие со смолой и в жидкой фазе. Следует отметить, что некоторой активностью обладает и ДЭГ без отвердителя, но с отвердителем ее эффективность значительно возрастает.
С целью изучения влияния составляющих рассматриваемой добавки на состав гидратных новообразований цемента был проведен комплекс дериватографических и рентгенофазовых исследований составов, соответствующих составам в табл. 2. Дериватографические данные (см. рисунок, табл. 3) показывают для всех составов с ДЭГ, в том числе и без отвердителя, пониженное содержание свободной извести. То же подтверждают и данные рентгенофазового анализа — дифракционные пики Са(ОН)2 для растворов с ДЭГ характеризуются меньшей интенсивностью по сравнению с бездобавочными.
Слабо выражены и пики низкоосновных гидросиликатов кальция (ГСК), в то время как кривые ДТГ показывают пики потери массы при 660-6700С, характерные для метамиктных — метастабильных пересыщенных Са2+ фаз, а кривые ДТА — экзотермический эффект при 330-3400С, соответствующий температуре кристаллизации непрореагировавшего выщелоченного клинкерного кремнезема SiO2.
На основании полученных данных можно уточнить влияние добавки ДЭГ-1 на процессы гидратации и структурообразования при твердении цементного вяжущего.
Особенность данной добавки заключается в том что, являясь поверхностно-активной, она одновременно является и химически активной, поскольку содержит в своем составе кислые спиртовые -ОН и эпоксидную -О- группы, способные связывать ионы Са2+ при определенной концентрации извести в жидкой фазе.
При вводе в смесь сразу со всей водой затворения происходит быстрое осаждение мономеров добавки на поверхности раздела фаз «зерно цемента — вода» [2]. При последующем вводе, когда жидкая фаза уже достаточно насыщена известковой составляющей, смола связывает часть ионов кальция диэтиленгликолем через группировку -ОН с заменой на ион водорода Н+ и образованием сложного кальциевого алкоголята, о чем свидетельствуют данные термогравиметрии по содержанию извести (табл. 3, рис.), на фазе первичного гидрата осаждается меньшее количество добавки (табл. 1) со снижением пластификации (табл. 1), что снимает замедляющий эффект добавки на гидратацию цемента. В результате этого степень пересыщения известью в растворе растет, индукционный период замедляется, о чем свидетельствуют данные о замедлении добавкой ДЭГ начала схватывания цемента [5], твердение же протекает с ускорением, превышая кинетику набора прочности бездобавочных растворов.
Таким образом, влияние данной добавки на свойства цементных композиций следует разделить на две составляющие: роль добавки в протекании гидратационных процессов при твердении цемента и структурообразовании его гидратов и роль добавки, как дополнительного связующего элемента за счет ее отверждения или связывания с основной фазой через эпоксидные группировки.
Выводы.
На основании данных проведенных исследований можно сделать заключение, что с целью ускорения набора эксплуатационных характеристик растворами с добавками ДЭГ и ТЭГ необходимо производить предварительное затворение растворной смеси с выдержкой в течение 5-7 мин перед их введением.
Данный прием был запатентован как новый способ [5] приготовления цементно-полимерных смесей с добавками эпоксидированных диэтиленгликолей, согласно которому сухая смесь вяжущего и заполнителей прежде перемешивается с частью воды затворения в течение определенного времени, после чего вводится оптимальная добавка смолы с отвердителем.
Показана необходимость использования добавки ДЭГ совместно с отвердителем, однако введение смолы и отвердителя в растворные смеси может производиться раздельно, без их предварительного смешивания, что в определенных случаях упрощает технологию их приготовления.
Библиографический список
- Барташевич А.А., Далевский А.К., Юхневский П.И. Новая комплексная добавка для бетонов в конструкциях водохозяйственных сооружений// Строительные материалы. — 1975. — №12. — С.17-18
- Кунцевич О.В., Попова О.С. Использование водорастворимых смол в качестве добавок к бетонам //Бетон и железобетон. — 1977. — №7.
- Попова О.С. Бетоны с добавками водорастворимых смол // Бетон и железобетон.- 1981. — №10.
- Саталкин А.В., Солнцева В.А., Попова О.С. Цементно-полимерные бетоны. — Л.: Стройиздат, 1971. — 169с.
- Селезнев Г.И., Трофимов Б.Я., Крамар Л.Я., Королев А.С., Пургин А.В. Патент №98101622 от 27.01.98г
- Сычев М.М. Твердение вяжущих веществ. — Л.: Стройиздат, 1974. — 80с.
- Ramachandran V.S., Feldman R.F., Beaudoin J.J. Concrete science. Treatise on current research, Division of building research. — London. — 1981. — 427p.
