Свойства цементных сухих строительных смесей при введении в их рецептуру синтезированных алюмосиликатов

Приведены сведения о влиянии синтезированных алюмосиликатов на структурообразование и свойства цементной сухой строительной смеси. Выявлено повышение прочности при сжатии цементных образцов при воздушно-сухом твердении. Изучен характер изменения пористости цементного камня при введении в его рецептуру синтезированной добавки.

Ключевые слова:сухие строительные смеси, синтезированные алюмосиликаты, структурообразование, прочность, коэффициент водопоглощения, пористость.

В настоящее время одним из наиболее динамично развивающихся сегментов строительного рынка Росси является рынок сухих строительных смесей (ССС).Для регулирования структуры и свойств ССС в рецептуру вводят модифицирующие добавки, преимущественно, зарубежного производства, такие как метилцеллюлоза, Bermocool и другие, что значительно увеличивает себестоимость отечественных ССС. В связи с этим актуальным вопросом является разработка отечественных модифицирующих добавок, что обеспечит снижение стоимости ССС.

Проведенные ранее исследования [1,2,3] подтвердили эффективность введения в рецептуру отделочных известковых ССС нанодисперсных добавок, способствующих повышению стойкости известковых покрытий — золя кремниевой кислоты, синтезированных гидросиликатов кальция (ГСК), органоминеральных добавок.

В продолжение дальнейших исследований предложено вводить в рецептуру цементных композиций синтезированные алюмосиликаты в качестве водоудерживающей и структурообразующей добавки. Технология получения синтезируемой добавки заключалась в осаждении алюмосиликатов из натриевого жидкого стекла сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃ [4].

Установлено, что синтезированные алюмосиликаты характеризуются высокой активностью, составляющей более 350 мг/г. Удельная поверхность получаемого порошка, определенная методом БЭТ, составляет S_уд = 86,5 ± 3,5 м²/г.

Для проведения исследований применялся Вольский цемент марки 400. Образцы изготавливались с оптимальным водоцементным отношением В/Ц, равным В/Ц=0,43.

Определялась нормальная густота и сроки схватывания цементного теста при введении в его рецептуру добавки на основе синтезированных алюмосиликатов (табл.1.).

Таблица 1

Изменение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста в зависимости от содержания добавки

Анализируя полученные данные, можно утверждать, что композиционное цементное вяжущее, в состав которого введена синтезируемая добавка, имеет более высокое значение нормальной густоты цементного теста, составляющее 34–41 % в зависимости от содержания добавки. Наблюдается ускорение сроков схватывания. Так, у цементного теста без содержания добавки начало и конец схватывания соответственно составляют 2ч 30мин и 5ч, а у композиционного вяжущего, содержащего 20 % синтезированных алюмосиликатов, соответственно — 40мин и 1ч 30мин. С увеличением содержания синтезированных алюмосиликатов в рецептуре композиционного вяжущего сроки схватывания ускоряются.

Проведены испытания на прочность при сжатии образцов, набирающих прочность во влажных (рис.1.) и воздушно-сухих условиях (рис.2.). Для изготовления образцов было выбрано оптимальное соотношение воды и цемента В/Ц, равное В/Ц=43 %.

Анализ данных рис.1. показал, что синтезируемая добавка на основе алюмосиликатов снижает прочность при сжатии цементного камня при твердении во влажных условиях (температура 18±2⁰С, относительная влажность воздуха 90–100 %) в возрасте 90 суток на 17,7–21,4 %, в зависимости от содержания добавки. Анализ экспериментальных данных, приведенных на рис.2., свидетельствует, что при введении в рецептуру цементного камня синтезируемой добавки повышается прочность при сжатии в возрасте 90 суток воздушно-сухого твердения (температура 18±2⁰С, относительная влажность воздуха 60–70 %) на 27,9–50,1 % в зависимости от содержания добавки.

Рис. 1. Кинетика набора прочности образцов, твердевших во влажных условиях: 1 — контрольный образец; 2 — композиционное вяжущее (содержание добавки синтезированного алюмосиликата 10 % от массы цемента); 3 — композиционное вяжущее (содержание добавки 20 % от массы цемента).

Рис. 2. Кинетика набора прочности образцов в воздушно-сухих условиях: 1 — контрольный образец; 2 — композиционное вяжущее (содержание добавки синтезированного алюмосиликата 10 % от массы цемента); 3 — композиционное вяжущее (содержание добавки 20 % от массы цемента).

Очевидно, что твердение цементного камня на основе композиционного вяжущего в воздушно-сухих условиях происходит в более благоприятных влажностных условиях, т. к. синтезируемая добавка обладает влагоудерживающей способностью.

Установлено, что введение в рецептуру цементного камня синтезированных алюмосиликатов приводит к увеличению значения водопоглощения. Так, значение водопоглощения контрольного образца составляет W = 18,6 %, а при введении синтезируемой добавки в количестве 10 % и 20 % от массы цемента — соответственно W = 19,4 и W = 19,7. Введение в рецептуру цементного камня добавок метилцеллюлоза марки FMC 2094 и Bermokool 425 приводит к повышению водопоглощения, составляющего соответственно 21,3 % и 20,3 %.

Полученные данные свидетельствуют об увеличении количества открытых пор в структуре цементного камня при введении в его рецептуру синтезированной добавки на основе алюмосиликатов (табл.2.).

Таблица 2

Изменение значения пористости цементного камня в зависимости от содержания добавки

Как видно из данных, приведенных в табл.2., в цементном камне, содержащим в рецептуре синтезированную добавку, наблюдается увеличение открытой, гелевой и контракционной пористости, а так же уменьшение общей и капиллярной пористости по сравнению с контрольным образцом, что приводит к повышению стойкости цементного композита [5].

Проведенные экспериментальные исследования свидетельствуют что применение композиционного вяжущего, включающего синтезированные алюмосиликаты, приводит к формированию более прочной структуры цементного камня при твердении в воздушно-сухих условиях. Таким образом, установлено, что добавка на основе синтезированных алюмосиликатов может с успехом применяться в качестве структурообразующей и водоудерживающей добавки в рецептуре цементного камня, взамен импортных добавок (метилцеллюлозы и Bermokol).

Литература:

1.                  Логанина В. И. Исследование закономерностей влияния золя кремниевой кислоты на структуру и свойства диатомита [Текст] /В. И. Логанина, О. А. Давыдова, Е. Е. Симонов // Строительные материалы. — 2011. — № 12. — С. 63.

2.                  Логанина В. И.,Свойства известковых композитов с силикатсодежащими наполнителями [Текст] / В. И. Логанина, Л. В. Макарова, К. А. Сергеева // Строительные материалы. — 2012. — № 3. — С. 30–31.

3.                  Логанина В. И.,Перспективы изготовления органо-минеральной добавки на основе отечественного сырья [Текст] / В. И. Логанина, Н. А. Петухова, В. Н. Горбунов, Т. Н. Дмитриева // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2009. — № 9. — С. 36–39.

4.                  Логанина В. И. Реологические свойства композиционного известкового вяжущего с применением синтетических цеолитов [Текст] / В. И. Логанина, С. Н. Кислицына, Л. В. Макарова, М. А. Садовникова // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2013. — № 4. — С. 37–42.

5.                  Г. И. Горчаков Повышение морозостойкости бетона в конструкциях промышленных и гидротехнических сооружений [Текст] / Г. И. Горчаков, М. М. Капкин, Б. Г. Скрамтаев // М.: «Стройиздат». — 1965. — 190c.