Исследование синтеза суперпластификатора на основе нафты и влияние его на физико-механических свойств цементных композиции

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований синтезированного суперпластификатора на основе нафты методом УФ-спектроскопии и влияния суперпластификатора на свойства портландцемента, гипса и высокоалюминатного цемента. Показано, что суперпластификатор активизирует пуццолановые и гидравлические свойства, повышает прочность, активизирует гидрационные процессы.

ABSTRACT

Results of researchers on synthesized naphtha based superplasticizer by UV spectroscopy and the effect of the superplasticizer on the properties of portlandcement, gypsum and highaluminate cement are presented. It has been shown that superplasticizer activates pozzolanic and hydraulic properties, increases strength, activates hydration processes.

Ключевые слова: полиакрилонитрил, суперпластификатор, нафтин, плотность, растекаемость, пластифицирующий эффект.

Keywords: polyacrylonitrile, superplasticizer, naphtha, density, spreadability, plasticizing effect.

Введение. В мире является актуальным применение модификаторов на основе синтетических олигомеров для улучшения реологических, физико-механических свойств и регулирования структурообразования композиционных материалов.

В последние годы одной из важнейших проблем в области химических добавок для строительных материалов является поиск новых органических добавок, повышающих стойкость и долговечность конструкций и сооружений, подверженных воздействию климатических условий и агрессивных сред.

Для улучшения качества цементных композиций является важным применение высокоэффективных пластифицирующих добавок. В строительной индустрии для регулирования процессов структурообразования и реологических свойств концентрированных суспензий применяют суперпластификаторы — органические химические добавки, позволяющие целенаправленно изменять подвижность сырьевых смесей и свойства готовых изделий. Поиск новых эффективных добавок, позволяющих модифицировать поверхность раздела фаз и изменять реологические свойства дисперсий, является актуальной задачей [1–5].

Постановка исследований. Был синтезирован суперпластификатор на основе нафты, производимой на ООО «UzKorGaz».

На рисунке 1 приведены УФ-спектры гидролизованного полиакрилонитрила, синтезированного суперпластификатора и разбавленного суперпластификатора.

Рисунок 1. УФ-спектры: а) гидролизованного полиакрилонитрила; б) синтезированного суперпластификатора; в) разбавленного суперпластификатора

Как видно из рисунка 1а, на спектре полиакрилонитрата наблюдаются максимумы полос поглощения УФ-спектров в области 207, 204, 307,06 мµ, характерные для –СООН групп нафты, а на кривых спектра суперпластификатора (рис. 1б) наблюдаются изменения этих полос поглощения УФ-спектров на максимумы при 201, 205, 210, 222, 226 и 292 мµ, характерные для функциональных групп суперпластификатора.

На УФ-спектре (рис. 1в) показаны максимумы полос поглощения УФ-спектров после разбавления, на которых можно наблюдать исчезновение некоторых максимумов. Исследование УФ-спектров подтверждает результаты исследования ИК-спектроскопии.

Для испытания суперпластификатора были выбраны в качестве сухих строительных материалов портландцемент ПЦ 400 Д20, гипс и высокоалюминатный цемент (белый цемент, высокоглиноземный цемент). Портландцемент ПЦ 400 Д20 используется в различных видах строительства в большом количестве. Строительный гипс в настоящее время играет важную роль в строительстве. Исходя из этого, изучение физико-механических свойств строительных композиций на основе портландцемента ПЦ 400 и строительного гипса с добавлением синтезированного суперпластификатора имеет важное значение. Пластифицирующий эффект суперпластификаторов при добавлении их в высокоалюминатный цемент снижается или не имеет пластифицирующего эффекта (табл. 1).

Суперпластификатор был добавлен в количестве до 1% от массы вяжущего. Добавление суперпластификаторов больше 1% в большинстве случаев приводит к снижению прочности цементного камня и считается нерентабельным.

Средняя плотность цементного камня показывает удобоукладываемость цементных паст при низком В/Ц соотношении. Эти характеристики цементных паст при В/Ц соотношении 0,43 оценивали с растекаемостью (табл. 2).

Таблица 1.

Результаты испытаний цементных паст с синтезированным суперпластификатором

Как видно из таблицы, при добавлении синтезированного суперпластификатора в постоянном водно-цементном соотношении прочность увеличивается и средняя плотность цементного камня показывает улучшение удобоукладываемости цементных паст с увеличением количества суперпластификатора.

Таблица 2.

Результаты испытаний высокоалюминатных цементных паст с синтезированным суперпластификатором

* Прочность была определена при нормальной густоте цементной пасты.

Из табл. 2 видно, что растекаемость высокоалюминатной цементной композиции с добавлением суперпластификатора составляет 14 см. Эти результаты считаются средним пластифицирующим эффектом по сравнению с обычными цементными композициями, но большинство суперпластификаторов имеют средний пластифицирующий эффект при добавлении в высокоалюминатный цемент. Обычно это объясняется в литературе высоким содержанием трехкальциевого алюмината С₃А.

Как показано в табл. 3, суперпластификатор тоже имеет средний пластифицирующий эффект и с увеличением количества суперпластификатора прочность снижается, но при малых количествах прочность увеличилась с 11,6 МПа до 16,1 МПа.

Таблица 3.

Результаты испытаний гипсовых паст с синтезированным суперпластификатором

Специфической особенностью суперпластификатора является тот факт, что в присутствии суперпластификатора происходит формирование более мелкой кристаллической структуры цементного камня нормального твердения.

Проведенный РФА образцов камня вяжущего показал, что суперпластификатор не оказывает влияния на состав гидратных фаз (рис. 2).

Обработка результатов РФА позволила выявить следующее: введение суперпластификатора при дальнейшем водном твердении образцов вызывает образование в камне вяжущего высокоосновных гидроалюминатов кальция которые обнаруживаются после 28 суток твердения. Кроме этого, в состав гидратных фаз входят высокоосновные ГСК C-S-Hс d/n = 3,09; 2,85; 2,80; 2,00; 1,83; 1,56; 1,40 Å; Са(ОН)₂ с d/n = 3,11; 2,63; 1,79; Å, а также не прореагировавший алит C₃Sс d/n= 2,74; 2,61; 1,77 Å.

а)

б)

в)

Рисунок 2. Кривые РФА образцов цементного камня, твердевшего в естественных условиях: а) контрольный без добавок; б) 0,5% суперпластификатора; г) 1% суперпластификатора

В возрасте 28 суток на рентгенограммах композиций с суперпластификатором появляются основные отражения низко основных ГСК. После добавления суперпластификатора структура камня вяжущего в возрасте 28 суток представлена в основном C-S-H(II) с d/n = 2,85; 2,80; 2,00; 1,83; 1,56; 1,40 Å; C-S-H(I) с d/n = 2,80; Å; Са(ОН)₂ с d/n = 2,63; 1,79; Å, алитом с d/n= 2,74; 2,61; 2,16; 1,77; 1,62 Å, а также 2СаО·А1₂О₃·8Н₂О с d/n = 2,68; 2,55; 1,75; 1,73; Å.

Заключение. Таким образом, введение суперпластификатора в цементные композиты позволит активизировать пуццолановые и гидравлические свойства шлака, получить значительный прирост прочности при использовании добавок в оптимальных количествах, а также активизировать гидратационные процессы.

Список литературы:
1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. — М. : Технопроект, 1998. — 768 с.
2. Гамалий Е.А. Комплексные модификаторы на основе эфиров поликарбоксилатов и активных минеральных добавок для тяжелого конструкционного бетона: Дис. ... канд. тех. наук: Челябинск 2009. -217 с.
3. Ибрагимов Р.А. Тяжелые бетоны с комплексной добавкой на основе эфиров поликарбоксилатов: дис. ... канд. техн. наук. — Казань, 2011. — 184 с.
4. Рамачандран В.С. Добавки в бетон: справочное пособие. — М. : Стройиздат, 1988. — 244 с.
5. Рамачандран В.С. Применение дифференциального термического анализа в химии цементов. — М. : Стройиздат, 1977. — 408 с.