ВЛИЯНИЕ ПОЛУЧЕННОГО НА ОСНОВЕ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ МЕЛАМИН-СУЛЬФОНАТ-ФОРМАЛДЕГИДА СУПЕРПЛАСТИФИКТОРА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены результаты исследования структуры синтезированного суперпластификатора полученного на основе конденсационных продуктов меламин-сульфонат-формалдегида (МСФ) с помощью инфракрасной спектроскопии. Также приведены результаты испытаний физико-механических свойств строительных композиций с добавлением синтезированного суперпластификатора.

ABSTRACT

This article presents the results of a study of the structure of the synthesized superplasticizer obtained on the basis of condensation products of melamine-sulfonate-formaldehyde (MSF) using infrared spectroscopy. The results of testing the physical and mechanical properties of building compositions with the addition of a synthesized superplasticizer are also presented.

Ключевые слова: суперпластификатор, меламин-сульфонат-формалдегид, ИК-спектроскопия, прочность цементного камня, подвижность бетонной смеси.

Keywords: superplasticizer, melamine-sulfonate-formaldehyde, IR spectroscopy, cement stone strength, concrete mix mobility.

Введение. Во всем мире суперпластификаторы на основе синтетических олигомеров применяют для улучшения реологических, физико-механических свойств и регулирования структуры композиционных материалов, в том числе бетонов и бетонных смесей [1].

Эффект повышения подвижности бетонной смеси с суперпластификаторами может быть использован для снижения водоцементного отношения при получении подвижных бетонных смесей. Снижение водопотребности бетонных смесей при добавлении суперпластификатора приводит к увеличению прочности бетона по сравнению с бетоном, полученным из бетонных смесей той же подвижности [2].

Для повышения качества композиционных строительных растворов в их состав добавляют различные минеральные или полимерные добавки. Композиционные растворы должны обладать достаточной прочностью на сжатие и прочность на изгиб, быть водонепроницаемыми и морозостойкими. Одной из таких добавок являются суперпластификаторы. Суперпластификаторы представляют собой стабилизаторы тампонажных растворов, образующиеся в результате адсорбции между жидкой и твердой фазами структурированной пленки.

Основными факторами действия суперпластификатора являются иммобилизация связанной с адсорбцией воды, снижение коэффициента внутреннего трения водоцементной смеси, размягчение СВЧ зерен цемента, повышение подвижности за счет эффекта стерического отталкивания для электростатических и некоторых видов добавок [3-4].

Одним из наиболее распространенных видов суперпластификаторов являются продукты, получаемые на основе реакций поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида [5].

Нами был синтезирован суперпластификатор на основе конденсационных продуктов меламин-сульфонат-формалдегида. При соотношении исходных продуктов МСФ 1:1:3 соответственно. На рис.1 показан ИК-спектр синтезированного суперпластификатора основе конденсационных продуктов меламин-сульфонат-формалдегида.

Проанализирован химический состав добавки в чистом виде и в составе затвердевшего цементного раствора с помощью ИК–спектроскопии. Полученные ИК–спектры суперпластификатора -2ВУ и суперпластификатор С-3 представлены на рисунке 1,2.  На 1 рисунке добавка в цементной смеси 0,8% суперпластификатора С-3 взята в виде водного раствора, для нее характерна очень широкая полоса в области 3404,36 см^-1, в которой поглощают ОН–группы, соединенные водородными связями, а 1662,64 см-¹  присутствует полоса ~  R-CO-NH₂ . На 2 рисунке добавка в цементной смеси суперпластификатор -2ВУ 1% 1621 см-¹ присутствует полоса амидные группы R-CO-NH₂. ИК-спектры обеспечивают более упорядоченное и стабильное структурообразование при введении небольшого количества химических добавок, что увеличивает прочность цементного камня, при этом прочность уменьшается с увеличением количества добавок в бетонных смесях.

Все физико-механические эксперименты проводились согласно международному ГОСТу 30459-2008 «Цементные и бетонные добавки» [6].

Для изучения влияния суперпластификаторов на физико-механические свойства, минералогический состав и сравнительную поверхность цемента был выбран цемент марки ПЦ 400 Д0 завода «Кызылкум Цемент». В качестве образцов были приготовлены бетонные образцы размером 4x4x16 см, которые после 28-дневного твердения в нормальных условиях были испытаны на гидравлических прессах для определения их уровня прочности.

Таблица 1.

Результаты испытаний цементных смесей с синтезированным суперпластификатором

Портландцемент ПЦ 400 Д0 широко используется в различных видах строительных материалов. В связи с этим изучение физико-механических свойств строительных композиций на основе бетонных смесей с портландцементом и синтезированным суперпластификатором является очень актуальным в нашей стране. Растекаемость цементных паст была оценена при соотношении в/ц-0,42. По результатам экспериментов количество суперпластификатора по-разному влияет на цементные смеси. Самые хорошие результаты были получены при количестве суперпластификатора равной 0,8%. При количестве добавки 0,8% самая высокая прочность цементного камня - 41,2 N/мм², самая хорошая растекаемость - 17.5 см. Кроме того, оптимальный вариант добавки одновременно повышал подвижность смеси, что приводило к уменьшению количества добавляемой в смесь воды, а также увеличению прочности.

Рисунок 3. График влияния количество суперпластификатора на Прочность цементного камня после 28 дней

Выводы

Полученные результаты показали, что добавление суперпластификатора на основе конденсационных продуктов меламин-сульфонат-формалдегида к цементной пасте в количестве от 0,2 до 0,8 % дает очень хороший эффект. Растекаемость цементной пасты увеличилась до 28% (9 см к 7 см) при добавлении 0,2% а при добавлении 0,8% растекаемость увеличилось до 17,5 см. Самая высокая прочность цементного камня достигнута при количестве добавки 0,8%.  Нами предложено оптимальное количество добавление суперпластификатора к цементной пасте равной 0,2-0,8%.  За счет модифицирования бетона прирост прочности образцов составляет более 40%.  Благодаря направленному применению изученной добавки возможно создание оптимальной микроструктуры цементного камня, упрочнение контактных зон цементного камня и заполнителя, уменьшение макропористости и, как следствие всех этих процессов, повышение прочности.

Список литературы:

1. Гамали Э. А. Комплексные модификаторы на основе поликарбоксилатов эфиров и активных минеральных добавок для тяжелых конструкционных бетонов: дис. аканд. тех. наук: 23.05.05/Гамалий Э. А. – Челябинск, 2009. – 217 с.
2. Каримов. М.Ю., Исмаилов Ф.С., Турапов М., Холмирзаев С.Т. // Новая суперпластификаторная добавка на основе вторичного продукта и ее влияние на свойства цементных композиций. // Британский вид ISSN 2041-3963. Том 7, ВЫПУСК 3, 2022 г. DOI 105281/ zenodo. 7249792, Инфа  фактор 8,528. SJIF 2024 4.629.
3. Каримов М.Ю., Джалилов А.Т. Исследование влияния на реологические свойства бетона и свойства водоцементного раствора суперпластификатора на основе гидролизата полиакрилонитрила // «Новые полимерные композиционные материалы» Материалы IX Международной научно-практической конференции. Нальчик, 2013. С. 91–94.
4. Каримов М.У., Джалилов А.Т., Самигов Н.А. Обучающие ИК-спектры синтезированного суперпластификатора // «Узбекский химический журнал» 2012., № 4. С. 19–22.
5. Х.Дж.  Исмоилова . Органичесеая химия   Учебник  издательство "Интелект" 2021 г. 346 стр.
6. Межгосударственный Стандарт ГОСТ 30459- 2008, Добавки для бетонов и строительных растворов, Определение и оценка эффективности, Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС), Москва Стандартинформ-2010 г.