Tpc-setka.ru

ТПЦ Сетка
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Павы для раствора цементного

Исследование влияния добавки бентонита на свойства раствора на основе композиционного цемента

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 01.07.2015 2015-07-01

Статья просмотрена: 2624 раза

Библиографическое описание:

Замчалин, М. Н. Исследование влияния добавки бентонита на свойства раствора на основе композиционного цемента / М. Н. Замчалин, М. О. Коровкин, Н. А. Ерошкина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 13 (93). — С. 112-115. — URL: https://moluch.ru/archive/93/20878/ (дата обращения: 07.10.2021).

Представлены результаты исследования влияния добавки бентонита на свойства мелкозернистого бетона. Установлено, что бентонит значительно ухудшает консистенцию смеси и снижает плотность раствора. Добавка может быть использована для снижения водоотделения и расслоения высокопластичных и литых бетонных смесей.

Ключевые слова: композиционный цемент, бентонит, суперпластификатор, прочность, мелкозернистый бетон.

Современная цементная отрасль оказывает значительное влияние на изменения окружающей среды. Общемировое производство портландцемента в 2014 году превысило 3 млрд. тонн. При производстве 1 тонны клинкера выделяется 0,8–0,9 тонн этого парникового газа [1]. Технология этого материала относится к числу наиболее «грязных» с точки зрения выбросов углекислого газа. Источниками эмиссии этого парникового газа в производстве цемента является декарбонизация сырья и сжигание углеводородного топлива.

Портландцемент обладает уникальными технико-строительными свойствами, поэтому его производство, несмотря на экологические проблемы, в ближайшее время будет возрастать. В связи с этим снижение содержания клинкера в бетонах и растворах — важная задача современного строительного материаловедения. Один из основных путей решения этой задачи — получение композиционных цементов с применением различных минеральных добавок.

Для развития технологии производства и применения композиционного цемента необходимо проведение исследований, направленных на поиск новых, более эффективных минеральных добавок, исследование влияния их на свойства цемента и бетона, а также выявление оптимальных областей применения композиционных цементов.

Для снижения доли клинкера в цементе и улучшения его свойств в настоящее время используют широкий спектр минеральных добавок природного происхождения — опоки, диатомиты, также применяют промышленные отходы — золы-уноса, шлаки и др. [1–4]. Одной из минеральных добавок, использующихся для получения штукатурных растворов [5], смешанных композиционных растворов [6] на основе портландцемента является использование бентонитовых глин, которые характеризуются высокой водоудерживающей способностью. Основное применение бентониты находят в нефтегазовой отрасли при изготовлении буровых растворов [7].

В настоящей работе проводились исследования оценки эффективности введения минеральной добавки бентонита в состав мелкозернистого бетона. С учетом особенности добавки бентонита существенно снижать технологичность цементной смеси [5, 6] были проведены сравнительные исследования оценки эффективности бентонита в составах с добавкой суперпластификатора (СП) и без суперпластификатора. Для оценки влияния добавки бентонита на свойства бетона проводилось планирование эксперимента и в качестве факторов, оказывающих влияние, были выбраны X1 — содержание добавки бентонита в % от веса вяжущего и X2 — водоцементное отношение. Содержание добавки бентонита составляло 6 и 12 %, В/Ц от 0,43 до 0,5 (в составах с СП В/Ц варьировалось от 0,29 до 0,44).

При проведении исследований использовались: цемент ПЦ500Д0 (изготовитель ОАО «Мордовцемент»), бентонитовая глина, суперпластификатор Melflux 5581 (Basf, Германия) и сурский кварцевый песок (Пензенская область). Содержание СП составляло 0,5 % от веса композиционного цемента, соотношение вяжущего к песку во всех составах было постоянным и составляло 1:2.

Рис.1. Расплыв конуса раствора на композиционном цементе в зависимости от содержания бентонита и В/Ц: а) без добавки СП; б) с 0,5 % добавкой СП

Результаты исследований влияния бентонита на удобоукладываемость растворной смеси показали, что добавка бентонита значительно загущает растворную смесь (рис. 1.а) и введение пластификатора Melflux 5581 не позволяет существенно устранить этот недостаток (рис. 1.б).

Читайте так же:
Пропорции смешивания цемента с водой

Рис.2. Прочность раствора на композиционном цементе после ТВО при 80°C в зависимости от содержания бентонита и В/Ц: а) без добавки СП; б) с 0,5 % добавкой СП

Добавка бентонита также негативно сказывается на прочности после тепловлажностной обработки (рис. 2.а), что связано с тем, что прочность глинистых частиц намного ниже прочности цементного камня. За счет снижения В/Ц в результате использования добавки пластификатора (рис. 2.б) прочность увеличивается примерно в 1,3–2 раза.

При твердении в нормальных условиях введение добавки бентонита повышает прочность при более высоком водоцементном отношении, а при низком — уменьшает (рис. 3.а.). Это можно объяснить снижением водоотделения и расслоения растворной смеси повышенной дозировкой воды. При введении суперпластификатора в состав смеси характер зависимости меняется: при отсутствии бентонита прочность возрастает при снижении В/Ц (рис.3.б). При введении 12 % добавки прочность снижается и практически не зависит от В/Ц отношения.

Рис. 3. Прочность раствора на композиционном цементе через 4 сут твердения в нормальных условиях в зависимости от содержания бентонита и В/Ц: а) без добавки СП; б) с 0,5 % добавкой СП

Рис.4. Плотность раствора на композиционном цементе через 4 сут твердения в нормальных условиях в зависимости от содержания бентонита и В/Ц

График зависимости плотности раствора от содержания в составе вяжущего бентонита свидетельствует о том, что введение бентонита приводит к снижению плотности в результате более низкой прочности зерен бентонита по сравнению с цементом.

Полученные результаты показывают, что применение добавки бентонита не эффективно в обычных бетонах. С учетом загущающего эффекта бентонит может быть использован для снижения водоотделения и расслоения высокопластичных и литых бетонных смесей.

2. Коровкин, М. О. Эффективность суперпластификаторов и методология её оценки: моногр. / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина. Пенза: ПГУАС, 2012. 144 с.

3. Коровкин, М. О. Влияние высококальциевой золы-уноса на свойства самоуплотняющегося бетона / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина // Региональная архитектура и строительство. 2015. № 1. С. 49–53.

4. Коровкин, М. О. Эффективность использования диатомита в качестве компонента минерально-химической добавки / М. О. Коровкин, Д. С. Саденко, Н. А. Ерошкина // Молодой ученый. 2015. № 9 (89). С. 253–255.

5. Химич, Т. С. Модифицированная добавка бентонитовой глины для штукатурных растворов на основе портландцемента: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.05 / Т. С. Химич. — Челябинск, 2007. 21 с.

6. Seriki Oluwasegun Oluwaseyi. Effects of ordinary portland cement-bentonite Blend on compressive strength of concrete mixes using 19 mm size coarse aggregate. Federal university of technology, akure, ondo state. 2011. 61 p.

7. Сабитов, А. А. Бентониты России: состояние освоения и перспективы развития сырьевой базы / А. А. Сабитов, Е. С. Руселик, Ф. А. Трофимова, А. Н. Тетерин // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2010. № 5. С.8–17.

[*] Выполнено в рамках государственной работы «Обеспечение проведения научных исследований»

Поверхностно-активные вещества

Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность — способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз — это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Однако, ПАВ имеет предел растворимости (так называемую критическую концентрацию мицеллообразования или ККМ), с достижением которого при добавлении ПАВ в раствор концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходит самоорганизация молекул ПАВ в объёмном растворе (мицеллообразование или агрегация). В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ, при мицеллообразовании также приобретают голубоватый оттенок (студенистый оттенок) за счёт преломления света мицеллами.

Читайте так же:
Как выравнивают полы цементом

Содержание

Строение ПАВ

Как правило, ПАВ — органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент(функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент. Примером ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот — олеата, стеарата натрия и т. п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.

Классификация ПАВ

  • Ионогенные ПАВ
    • Катионные ПАВ
    • Анионные ПАВ
    • Амфотерные
  • Неионогенные ПАВ
    • Алкилполиглюкозиды
    • Алкилполиэтоксилаты

Влияние ПАВ на компоненты окружающей среды

ПАВ делятся на те, которые быстро разрушаются в окружающей среде и те, которые не разрушаются и могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ в окружающей среде — понижение поверхностного натяжения. Например в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания CO2 и кислорода в массе воды. Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы. Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек земли/песка степень/скорость их деградации снижаются многократно. Так как почти все ПАВ, используемых в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.

Химия и технология поверхностно-активных веществ и синтетических моющих средств

Полимерные ПАВ

Полимерные ПАВ

По происхождению различают три группы полимерных ПАВ: природные, искусственные и синтетические. К первой группе относят белки и их гидроли заты, крахмал, пектины; вторая и третья группы объединяют продукты перера ботки природного сырья, силиконовые ПАВ, ПАВ на основе поливинилового спирта и т.п. Отличительной особенностью полимерных ПАВ является их вы сокая молекулярная масса, а так как они не являются индивидуальными соеди нениями, то они характеризуются средним значением молекулярной массы и молекулярно-массовым распределением. Кроме того, при адсорбции они, в от личие от обычных ПАВ, не образуют «частокол Ленгмюра», а ложатся на по верхность раздела фаз.
Как и во всех ПАВ, в структуре их молекул в различных комбинациях со держатся гидрофильные и гидрофобные группы, например:

где А и В – гидрофильная и гидрофобная группы соответственно.

Синтетические полимеры получают из мономерного сырья посредством свободнорадикальной полимеризации, поликонденсации, полиприсоединения, полимераналогичных превращений. Одними из представителей синтетических полимеров, применяемыми при эмульсионной полимеризации, являются поли винилацетат и поливиниловый спирт, получаемые из винилацетата и винилово го спирта соответственно.
Также среди полимерных ПАВ получили распространение рассмотрен ные выше блок-сополимеры оксидов этилена и пропилена, на основе которых могут быть синтезированы различные анионные полимерные ПАВ: сульфаты, сульфосукцинаты и т.п.
В составах современных средств по уходу за волосами можно встретить поликватерниумы, представляющие по химической природе катионные поли меры и получаемые на основе акриловой кислоты, амида акриловой кислоты и аминоспирта холина:


Достаточно большое распространение получил Polyquaternium – 10, син тезируемый на основе гидроксиэтилцеллюлозы и оксида этилена, замещённого триметиламмонием.
Все поликватерниумы хорошо растворимы в воде и субстантивны к отри цательно заряженным поверхностям. Одним из важных их свойств является ис правление повреждений протеиновых субстратов волос. Кроме этого, поликва терниумы способствуют снижению раздражения кожи и, благодаря образова нию полимерной плёнки, удерживают на поверхности активные компоненты шампуней, увлажняющих волосы и придающих им блеск.
Polyquaternium-10 улучшает расчёсываемость мокрых волос, внешний вид и восприятие на ощупь сухих волос.
Полимерные ПАВ могут быть также получены на основе одного из самых доступных мономеров – эпихлоргидрина:

Он способен полимеризоваться по механизму полиприсоединения и в присутствии протонодонора, например, воды:

Подобно аддуктам оксида этилена это неионогенные ПАВ.
Следующим доступным классом сырья для получения полимерных ПАВ являются диановые эпоксидные олигомеры (ДЭО), из которых посредством по лимераналогичных превращений можно синтезировать любой класс ПАВ:

Читайте так же:
Что лучше гипс или цемент

Широкое распространение получили силиконовые полимеры. Физико- химические свойства силиконовых полимеров и возможность изменять их структуру и характеристики могут обеспечить значительные преимущества для потребителей. Российские производители отмечают сегодня такие преимущест ва силиконов, как способность делать ткани более мягкими, лучше поддающи мися глажению, способность поглощать воду и снижать вероятность образова ния складок. Одной из наиболее известных компаний, производящей силиконы, является «Dow Corning» (США). Специалисты этой компании выделяют ещё одно важное свойство силиконов – высокую проницаемость для газов, что обеспечивает возможность их применения в качестве средств для доставки от душек.

Полидиметилсилоксан (ПДМС) и полидиметилфенилсилоксан (димети кон) являются основой для получения ионных силоксанов, например:

Самое широкое применение в композициях косметико-гигиенического назначения, например в ополаскивателях для волос, находят кватернизированные силиконы:

Основной особенностью поведения кватернизированных силиконов является их способность адсорбироваться из водных систем и давать модифицированную плёнку с антистатическими свойствами. Они не образуют катионных комплексов при взаимодействии с анионными ПАВ и сохраняют активность в их присутствии.

ПДМС также может быть основой для синтеза аминосилоксанов:

Их получают взаимодействием диэтилентриамина H2(CH2)2NH(CH2)2NH2 и ПДМС.
Важный класс силиконовых ПАВ – полиэфиросилоксаны, являющиеся продуктами реакции полигидроксисилоксанов и аддуктов оксидов этилена и/или пропилена:

Изменяя соотношение оксидов этилена и пропилена, можно получить ПАВ с заданными свойствами. Так, силоксаны, содержащие 75 мас.% этиленок сидных групп, имеют ГЛБ, равный 18, и применяются в качестве эффективных эмульгаторов тройных эмульсий.
Следует отметить, что в процессе стирки одним из нежелательных факто ров является интенсивное пенообразование. Так как многие поверхностно- активные вещества по своей природе обладают ярко выраженными пенообра зующими свойстами, в моющие средства приходится добавлять так называемые пенонормирующие агенты или пеногасители. Активная основа пеногасителя практически нерастворима в воде и поэтому подавляет вспенивание. Пеногаси тель распространяется на поверхности межпузырьковой плёнки, являющейся жидкой фазой пены. Благодаря этому предотвращается образование прочного молекулярного слоя ПАВ, стабилизирующего пену. Межпузырьковая плёнка теряет свою эластичность и разрывается.
Существует несколько типов пеногасителей, наиболее эффективными из которых по своим показателям являются пеногасители на силиконовой основе. В настоящее время они уже практически вытеснили пеногасители других типов.

В России набирает обороты тенденция использования силиконов как мяг чителей для ткани. Так, катионная макроэмульсия полидиметилсилоксана обла дает несколькими преимуществами при применении в средствах по уходу за тканями. Поскольку продукт поставляется в качестве эмульсии, этот материал легко включается в ополаскиватели для мягчения тканей; кроме того, такая эмульсия активна при низких количествах добавки (около 0,8%).

Читайте так же:
Как приготовить раствор белого цемента

Для чего нужен водонепроницаемый цемент?

Для сооружения объектов, которые постоянно находятся под воздействием влаги, используется водонепроницаемый цемент. Цемент в настоящее время является самым распространенным строительным материалом, без которого трудно обойтись при строительстве любого объекта.

Водонепроницаемый цемент используется при строительстве сооружений, которые подвержены постоянной повышенной влажности..

Порой при возведении ряда сооружений водостойкость обеспечивается сложными защитными системами. Водонепроницаемый цемент способен значительно упростить такие проблемы, поэтому он все чаще вызывает повышенный интерес.

Необходимость материала

Любой цемент после затвердения имеет какое-то количество воздушных включений, которые являются микроскопическими резервуарами для проникающей воды; а если картину дополнить капиллярами, присутствующими в толще материала, то вся эта система и обеспечит водопроницаемость цемента и накопление влаги внутри, что пагубно сказывается на его свойствах. Небольшие полости в виде пор и микротрещин в структуре вызваны превышением воды в цементном растворе при его укладке, недостаточным уплотнением слоя, деформационными и усадочными процессами, растрескиванием под механической нагрузкой и т.д.

Таблица данных о составе бетона.

Создать водонепроницаемый цемент — значит исключить воздушные включения путем расширения самого материала или заполнения их другим веществом. Такой материал необходим при строительстве сооружений, на которые постоянно воздействует вода или повышенная влажность. К таким конструкциям следует отнести: фундаменты во влажных почвах и цоколи при низких грунтовых водах; подвалы, погреба, смотровые ямы; стяжки пола в ряде условий; стенки бассейнов, колодцев, резервуаров и другие сооружения. Использование водостойких цементов в таких случаях позволит значительно сократить гидроизоляционные мероприятия.

Типы водостойких цементов

По механизму достижения цели выделяются следующие основные типы материала: водонепроницаемый расширяющийся цемент; водонепроницаемый безусадочный цемент и цемент с гидрофобным заполнением. Механизм защитных функций расширяющегося состава основан на том, что вводится вещество, которое вызывает расширение смеси при заливке и быстрое затвердение. Принцип работы безусадочного способа включает добавление ингредиента, который обеспечивает образование кристаллов, уплотняющих структуру материала при застывании без свободного расширения объема. Введение в структуру цементной смеси гидрофобных компонентов объясняется их защитными функциями при контакте с проникающей водой (расширяются, химически связывают, образуют кристаллические структуры и т.п.).

Расширяющийся цемент

Таблица пропорций для приготовления бетона.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент изготавливается путем введения смеси на основе гидроалюмината. Наиболее распространенным является следующий состав: глиноземистый цемент (70% по массе), полуводный гипс (20%), гидроалюминат кальция (10%). Такая смесь перемешивается в сухом виде и подвергается измельчению. За счет активного взаимодействия компонентов происходит расширение массы при одновременном быстром ее твердении. При добавлении воды в цементную смесь схватывание массы начинается уже через несколько минут и завершается в течение 10 мин.

Степень расширения материала повышается с увеличением влажности. Внутреннее расширение продолжается достаточно долго. Через 3 суток цемент должен соответствовать марке М300, а через 28 дней — М500. При необходимости увеличить время застывания можно добавить буру или уксусную кислоту.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент обладает достаточно высокими гидроизоляционными свойствами, которые возрастают при нахождении раствора в воде. Это условие дает возможность применения материала даже для дамб, плотин, бассейнов.

Безусадочный цемент

Водостойкий безусадочный цемент производится тоже путем добавки алюмината, но в меньшем количестве, что не достаточно для общего расширения массы. В результате его воздействия образуется кристаллический цементный камень, который уплотняет и упрочняет структуру. Безусадочная смесь состоит из глиноземистого цемента в концентрации 85% от массы. Дополнительно вводится асбест в количестве до 5%. Остальной объем занимает алюминат кальция и полуводный гипс.

Читайте так же:
Объем удельный вес цемента

График отношения воды к цементу для цементов разных марок.

Примерно через 1 ч твердения состав достигает 75% своей окончательной прочности, которая устанавливается после 28 суток сушки. Желательное условие застывания массы — влажная среда. Если влажность воздуха менее 70%, то возможны усадочные процессы.

Принимая во внимание, что такой тип материала предназначен для сооружений, на которые длительное время воздействует вода, в цементный раствор добавляются антикоррозионные вещества в виде смеси азотнокислого кальция, ферросилиция и алюминиевой пудры. Это позволяет обеспечить защиту металлических армирующих элементов.

Самодельный состав можно подготовить, если в цемент добавить «жидкий гидроизолирующий гиперконцентрат» марки Дегидрол 10-2. Такая жидкость вводится в цементную смесь в количестве 4 л на 1 м³ раствора. Например, можно приготовить гидроизоляционную бетонную смесь по такому рецепту: цемент — 125 кг; песок — 30 кг; щебень — 55 кг; дегидрол — 0,2 л; вода — 10 л. Водостойкая жидкость разбавляется с водой, а затем перемешивается с остальными ингредиентами смеси.

При подготовке самодельного раствора следует исключить попадание в состав глины или песка с ее содержанием.

Гидрофобные добавки

Для того чтобы повысить водонепроницаемость цемента, можно использовать специальные добавки. Можно выделить три основных типа таких веществ: пластифицирующие, кольматирующие средства и полимерные составы.

Характеристика бетона после использования добавок.

Пластифицирующие ингредиенты увеличивают подвижность раствора, покрывая частички цемента своеобразной оболочкой, вытесняя воздух. Кольматирующие средства обеспечивают уплотнение смеси после застывания раствора. Они заполняют объем воздушных образований. Полимерные составы в основном воздействуют путем увеличения подвижности раствора и образуют полимерную водоотталкивающую пленку. Такие составы особенно эффективны при растрескивании цементного состава.

В качестве универсальной пластифицирующей добавки можно рекомендовать смеси на основе поликарбоксилатов. Они вводятся в цементный состав в количестве до 1 л на 1 м³ раствора.

Эффекта уплотнения структуры можно добиться путем добавления компонентов, которые после химической реакции кристаллизуют цементную основу. Материал, реагируя с наполнителем, расширяется и заполняет поры. Наибольшее распространение нашли препараты на основе микрокремнезема и некоторые другие добавки проникающего характера.

Таблица пропорций для приготовления бетона.

Для приготовления водостойкого цементного раствора своими руками предлагается широкий ассортимент средств кольматирующего характера. К ним можно отнести составы зарубежного производства: Пенетрон, Вандекс, Ксайпекс, а также достаточно эффективные отечественные составы: Лахта, Гидротекс, Акватрон, Гидро, Кальматрон. В структуру таких стандартных смесей входит, помимо химически активных ингредиентов, цементно-песчаная составляющая. Введение их в цемент (бетон) после его твердения обеспечивает то, что средство не только просачивается вовнутрь, но и образует защитную гидроизолирующую пленку снаружи.

Самостоятельное гидроизолирование

На практике в частном строительстве часто используются «народные» средства приготовления водонепроницаемого цемента и бетона. Можно рекомендовать самые известные. Жидкую добавку готовят из щелока (0,5 кг) и квасцов (2,5 кг) в 10 л воды. На 8 кг цемента нужен 1 л этой добавки. Другой способ таков. Поваренная соль крупного помола (3 кг) растворяется в 25 л воды, после чего перемешивается с цементом до консистенции густой сметаны. Наконец, третий вариант — льняное масло (7,5 кг) и парафин (3 кг) смешиваются с цементом (12,5 кг), после чего все перемешивается с водой до нужного состояния.

При подготовке водостойких цементов нужен следующий инструмент: миксер строительный, весы, лопата, ведро мерное, совок, шпатель, мастерок.

Водонепроницаемый цемент позволит значительно повысить надежность сооружений при воздействии влаги. Такой состав можно приготовить из стандартных ингредиентов или своими руками.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector