РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Перспективными материалами для композитов в строительной отрасли могут быть полимерные четвертичные соли катионные полиэлектролиты с регулярно расположенными ионогенными группами обладающие высокой молекулярной массой и эффективными поверхностно-активными свойствами. В статье показаны результаты разработки эффективных композиционных материалов строительного назначения на основе цементных систем, в частности – бетонов и поличетвертичных солей, являющихся поверхностно-активными добавками. Исследованы физико-химические свойства полученных бетонов. Установлено, что добавка диметиламиноэтилметакрилата с хлористым бензилом существенно модифицирует структуру цементного камня, способствуя образованию мелко-пористой структуры.

ABSTRACT

Polymer quaternary salts and cationic polyelectrolytes with regularly arranged ionic groups with high molecular weight and effective surface-active properties can be promising materials for composites in the construction industry. The article shows the results of the development of effective composite materials for construction purposes based on cement systems, in particular, concretes and poly–quaternary salts, which are surface-active additives. The physico-chemical properties of the obtained concretes are investigated. It was found that the addition of dimethylaminoethylmethacrylate with benzyl chloride significantly modifies the structure of cement stone, contributing to the formation of a finely porous structure.

Ключевые слова: Строительные материалы, цементная система, добавки, формирование, структура, пористость.

Keywords: Construction materials, cement systems, additives, structure formation, porosity.

Введение.

Одной из основных задач обеспечения дальнейшей индустриализации строительного производства и превращения его в механизированный процесс сборки и монтажа зданий и сооружений из железобетонных панелей, блоков, деталей является снижение материалоёмкости продукции, экономное расходование сырья, топлива, энергии, металла, цемента и других материалов [1, 2].

Одним из наиболее перспективных и эффективных направлений химизации в современной строительной индустрии является использование органических и неорганических добавок, имеющих влияние на химические процессы формирования бетона и существенно повышающих его эксплуатационные свойства. До настоящего времени технический прогресс в области технологии бетона и железобетона сводился практически к совершенствованию применяемых механизмов, автоматизации процессов и в меньшей степени касался их химизации. В этом аспекте актуальным является разработка эффективных композиционных материалов строительного назначения на основе цементных систем [3, 4], в частности – бетонов и поличетвертичных солей, являющихся поверхностно-активными добавками.

В настоящее время применение в качестве эффективных добавок получили поверхностно-активные вещества, электролиты и ПАВ [5-7]. Они являются эффективным средством регулирования процессов гидролиза и гидратации цемента, а также позволяют активно влиять на формирование микро- и макроструктуры бетона.

Однако в результате более глубоких исследований установлено, что известный ряд добавок малоэффективен при мягких режимах тепловлажностной обработки бетона и при повышенных дозировках может вызвать коррозию бетона при наличии в нем реакционноспособного заполнителя. Поэтому область применения существующих добавок ограничена и поиск новых добавок, ускоряющих твердение бетона, способствующих формированию оптимальной его структуры, улучшающих эксплуатационные свойства бетона является актуальным.

Объекты и методы исследования. Анализ приведенных научных литературных и патентных данных показал, что перспективным в этом направлении могут быть полимерные четвертичные соли катионные полиэлектролиты с регулярно расположенными ионогенными группами обладающие высокой молекулярной массой и эффективными поверхностно-активными свойствами.

Особенность получения поличетвертичных солей позволяет в широких пределах варьировать их химическую структуру и тем самым целенаправленно изменять свойства.

Для исследования были взяты, как модели основные минеральные составляющие цемента – трехкальциевый (C₃S) и двухкальциевый силикаты (C₂S), трехкальциевый алюминат (C₃А) и четырехкальциевый алюмоферрит (C₄АF) с удельной поверхностью S_уд = 4350-5690 см²/гр.

В качестве эффективных добавок использовались водные растворы полимерных четвертичных солей – диметиламиноэтилметакрилата с хлористым бензилом (ПДМАЭМА·ХБ), бромистым бензилом (ПДМАЭМА·ББ), йодистым бензилом (ПДМАЭМА·ИБ), а также полидиметилдиаллиламмоний хлорида (ПДМДААХ).

Приготовление бетонных смесей производили в лабораторной бетономешалке. Уплотнение смесей производили на выброплощадке с амплитудой 0,4 мм, частотой 3000 кол/мин.

Образцы бетонов пропаривали по режиму 2+3+4+2 ч. (предварительные выдерживание + подъем температуры + пропаривание + остывание) при t_из= 353 К. Данный режим выбран из условий двухсменного оборота форм в сутки.

Для приготовления бетонных смесей использовались четыре вида цемента различной алюминатности, характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Минералогический состав цементного камня

Физико-механические свойства цементов определялись в соответствии с по ГОСТ 310.1—ГОСТ 310.4.

Полученные результаты и их обсуждение.

Структура бетонов формируется в процессе образования капиллярно-пористой системы до схватывания бетонной смеси, а основном – в процессе твердения и является интересным объектом исследования.

В таблицах 2 и 3 показаны физико-механические свойства цементов и подробная характеристика поровой структуры исследуемых образцов.

Таблица 2.

Физико-механические свойства цементов

Как видно из данных таблицы 3, введение ПДМАЭМА·ХБ значительно изменяет характер пористости исследуемых образцов – увеличивает процент микропор. В зависимости от содержания ПДМАЭМА·ХБ возможно варьировать поровую структуру.

Таблица 3.

Характеристика поровой структуры исследуемых образцов

Введение ПДМАЭМА·ХБ отразилось и на наличии микротрещин в цементном камне. Фотоколориметрические исследования, проведенные при помощи раствора органического красителя – конго красного показали, что введение ПДМАЭМА·ХБ, благодаря пластифицирующему действию последнего, позволяет получить более плотную структуру цементного камня в бетоне, обладающую равномерным распределением микропор, а это в значительной степени снижает площадь микротрещин. Об этом можно судить по данным, представленным в таблице 4.  

Таблица 4.

Влияние модификации бетона на степень осветления красителя при сорбции его образцами

Заключение.

Таким образом, добавка ПДМАЭМА·ХБ существенно модифицирует структуру цементного камня, способствуя образованию мелко-пористой структуры. Это в свою очередь даёт возможность энергосбережения при эксплуатации цемента.

Список литературы:

1. Караева З., Ашырмырадова М. Индустриализация строительства, рационализация методов строительства //Символ науки. – 2023. – №. 3-2. – С. 104-105.
2. Бегалыев Г., Тыллануров Ы. Основные принципы строительства и возведения сборных конструкций // CETERIS PARIBUS. – 2024. – №. 10. – С. 138-140.
3. Копаница Н. О. и др. Вторичные ресурсы в производстве композиционных строительных материалов на основе цемента //Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – №. 10. – С. 49-60.
4. Гуменюк А. Н. и др. Многофункциональный слоистый композиционный материал строительного назначения //Вестник МГСУ. – 2021. – Т. 16. – №. 6. – С. 688-697.
5. Толыпин Д. А. Сравнительная эфективность действия в цементных системах катион-и анионактивных ПАВ //Современные тенденции развития исследовательских компетенций. – 2025. – С. 29.
6. Аларханова З. З., Батаева П. Д. Многофункциональная химическая добавка для бетонных композитов //Инженерный вестник Дона. – 2024. – №. 6 (114). – С. 38.
7. Amanova N. D. et al. A study on physico-chemical properties of modified sulfur concrete //Recent Contributions to Physics. – 2024. – Т. 90. – №. 3.