ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕТОНА НА ОСНОВЕ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА ПКАН-55

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлен комплексный анализ механических свойств бетона, модифицированного новым суперпластификатором PKAN-55, разработанным на основе технологии поликарбоксилатов. Цель исследования — повышение прочности и долговечности бетона за счёт оптимизации состава смеси и внедрения эффективной химической добавки. В экспериментальной части использовались портландцемент марки ПЦ 400, песок и щебень в различных соотношениях, при этом PKAN-55 применялся в качестве основного модифицирующего компонента. Полученные результаты подтверждают эффективность применения PKAN-55 в производстве высокопрочного и долговечного бетона, особенно в гражданском и промышленном строительстве.

ABSTRACT

This article presents a comprehensive analysis of the mechanical properties of concrete modified with the newly developed PKAN-55 superplasticizer based on polycarboxylate technology. The aim of the study is to improve the strength and durability of concrete by optimizing the mix composition and introducing an effective chemical admixture. In the experimental part, Portland cement grade PC 400, sand, and crushed stone were used in various proportions, with PKAN-55 serving as the main modifying component. The obtained results confirm the effectiveness of PKAN-55 in the production of high-strength and durable concrete, particularly for use in civil and industrial construction.

Ключевые слова: ПКАН-55, поликарбоксилаты, цементы общего назначения, гидравлический пресс, эталонный состав бетонной смеси.

Keywords: PKAN-55, polycarboxylates, General-purpose cements, hydraulic press, Reference Concrete Mix Composition

Введение. Бетон остаётся основным материалом в современном строительстве благодаря своей высокой механической прочности и долговечности. Многочисленные исследования направлены на улучшение его свойств и обеспечение стабильной эксплуатации в различных условиях. Например, Карихалу (1996) применил принципы механики разрушения для более глубокого понимания поведения конструкционного бетона при нагрузках, а Аль-Ахрас (2006) изучал влияние сульфатной агрессии на бетон с метакаолином, подчёркивая важность стойкости к внешней среде при проектировании составов.

Со временем технология бетона эволюционировала от простых составов до сложных многокомпонентных систем с заданными физико-химическими свойствами. Это существенно расширило сферы его применения и повысило технико-экономическую эффективность. Последние достижения в этой области сосредоточены не только на регулировании состава смесей, но и на активном влиянии на формирование внутренней структуры бетона на различных этапах твердения (Хасанов и др., 2022).

Материалы и методы. На основании результатов научных исследований по получению многофункциональных добавок из техногенных отходов и поликарбоксилатов, а также их применения в производстве высококачественного бетона, был разработан суперпластификатор PKAN-55. Данная добавка внедрена в практику в качестве пластифицирующего компонента, улучшающего реологические свойства бетонных смесей. Благодаря использованию PKAN-55 стало возможным получение высокопрочного монолитного бетона без увеличения содержания цемента [4].

В процессе синтеза суперпластификатора PKAN-55 была приготовлена четырёхкомпонентная смесь, включающая дистиллированную воду, макромономер NPEG, акриловую кислоту и 3-меркаптопропионовую кислоту. Все компоненты помещались в полипропиленовую ёмкость и тщательно перемешивались. Отдельно 0,132 кг инициатора растворяли в 5 кг дистиллированной воды. В качестве инициатора применяли персульфат натрия, аммония или калия.

Рисунок 1. СЭМ-изображения отходов ферросиликомарганца, активированных суперпластификатором PKAN-55

Как видно на рисунке 1, СЭМ-изображения активированного материала на основе ферросиликомарганца с использованием поликарбоксилатного суперпластификатора демонстрируют уменьшение сферических образований и их преобразование в различные кристаллические формы [5].

Это свидетельствует о том, что все проведённые эксперименты взаимосвязаны и логически последовательны, подтверждая полученные результаты. Таким образом, можно сделать научно обоснованный вывод о том, что процесс активации способствует повышению прочности бетона при его применении в цементной промышленности.

Эксперименты и результаты. Используемый в исследовании цемент был произведён ООО «Huaxin Cement Jizzakh» и соответствует марке ПЦ400, полностью удовлетворяя требованиям стандарта ГОСТ 10178-85. Согласно предоставленному сертификату качества, содержание SO₃ в цементе не превышает 3,0%, а MgO — 4,5%, что ниже предельных норм, установленных стандартом. Остаток на сите с размером ячеек 80 мкм составляет менее 10%, что указывает на высокий уровень тонкости помола цемента.

Начало схватывания цементного теста наблюдается через 60 минут, а конец схватывания — не превышает 360 минут, что свидетельствует о его хорошей технологичности в строительной практике. Материал также обладает высокой стабильностью: в процессе твердения не наблюдаются объемные деформации.

По результатам испытаний, проведённых на 28-е сутки, предел прочности при изгибе составил 6,5 МПа, а при сжатии — 40,8 МПа, что гарантирует высокую прочность бетонных смесей, изготовленных с использованием данного цемента.

На основании результатов анализа был выбран эталонный состав бетонной смеси (см. таблицу 1), по которому были изготовлены образцы для проведения дальнейших испытаний.

Таблица 1.

Эталонный состав бетонной смеси

Контрольные образцы, предназначенные для определения прочности бетона, были изготовлены в соответствии с требованиями ГОСТ 10181 [18], ГОСТ 18105 и ГОСТ 7473.

Уплотнение бетонной смеси осуществлялось механическим способом с использованием виброплощадки.

На рисунке 2 представлены образцы бетона класса B30 (М400) размером 10×10×10 см, на рисунке 3 — образцы бетона класса B25 (М350) такого же размера, а на рисунке 4 — испытание бетона класса B30 (М400) на сжатие, проведённое с применением гидравлического пресса.

Рисунок 4. Испытание бетона класса B30 (М400) без химических добавок на сжатие с использованием гидравлического пресса

На основании результатов испытаний на рисунке 9 представлены наиболее эффективные составы смесей, обеспечившие наивысшие показатели прочности для каждого класса бетона (B30 и B25).

a)                                                                                             б)

Рисунок 5. Пределы прочности на сжатие через 28 суток для образцов бетона без химических добавок

а) образец бетона класса B30; б) образец бетона класса B25

Список литературы:

1. Karihaloo, B. L. (1996). Fracture mechanics and structural concrete. International Journal of Fracture, 77(1), R19. https://doi.org/10.1007/bf00035376
2. Al-Akhras, N. M. (2006). Durability of metakaolin concrete to sulfate attack. Cement and Concrete Research, 36(9), 1727–1734. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.03.026
3. Kiyomov, S., Djalilov, A., Karimov, M., & Sottikulov, E. (2023). Properties of epoxyurethane polymer and methods of its application as a demulsifier. AIP Conference Proceedings, 2789, 020001. https://doi.org/10.1063/5.0145550
4. Turaev, E. R., Sottikulov, E. S., & Djalilov, A. T. (2019). Physico-mechanical properties of composites based on polypropylene. Chemistry and chemical engineering, 2018(2). https://doi.org/10.70189/1992-9498.1028
5. Berdiyev, O., Kurbanov, Z., Tilavov, E., Rasulova, N., Boboqulova, S., Jumanov, I., Ametov, R., O‘Roqboyev, O., Parsaeva, N., & Botirov, B. (2024). The calculation of reinforced concrete conical dome shells considering concrete creep. E3S Web of Conferences, 587, 03001. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202458703001
6. Botirov, B., Akramov, A. A., Abdug‘aniyeva, N., Ergashev, S., & Erkinov, S. (2024). BETON NAMUNALARINI SINASH UCHUN SEMENTNING MUSTAHKAMLIGINI TADQIQ QILISH. Инновационные исследования в науке, 3(10), 11-15.
7. Botirov, B., Rapiyeva, R., Axmatova, N., & Chaqqonova, S. (2024). Research on the composition of new innovative concretes used for road pavements and their physical-mechanical properties. Теоретические аспекты становления педагогических наук, 3(18), 40-45.
8. Kurbanov, Z., & Parsaeva, N. (2022). Strong grinding based on local raw materials getting stones. AIP Conference Proceedings. https://doi.org/10.1063/5.0089995