Russian Federation
Moscow Polytechnic University
Belgorod, Belgorod, Russian Federation
Russian Federation
Belgorod, Russian Federation
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
On the base of complex study the possibility of directed control of rheotechnological properties of nanostructured aluminosilicate binder containing complex modifiers of different origin is determined. The high efficiency of polyacrylate based deflocculating agent Na«ReotanL» for this binder type is confirmed
nanostructured binder, deflocculating effect, rheotechnological properties
В настоящее время особенности общественно-экономического развития нашей страны предопределяют направление современного строительства и диктуют потребность в высокоэффективных строительных материалах с принципиально новыми свойствами и определенной заранее заданной структурой [1–5].
Одним из путей решения этих непростых задач является широкое применение в строительстве новых видов доступных высококачественных вяжущих материалов.
Получение высокоэффективных вяжущих веществ нового поколения сегодня сопровождается использованием сложных составов и компонентов. Создание таких вяжущих возможно только на базе современных высоких технологий, основанных на научных методиках.
В связи с этим необходимо применение современных технологических подходов, позволяющих управлять структурообразованием на микро- и наноуровне для создания эффективных бесцементных вяжущих и материалов на их основе.
В особой степени это относится к разработке атермальных технологий создания новых типов силикатных и алюмосиликатных вяжущих[1], что, по мнению авторов, является одним из наиболее перспективных направлений поисковых исследований современного строительного материаловедения [6].
В настоящее время вопросами синтеза бесцементных вяжущих на основе алюмосиликатного сырья природного и техногенного происхождения активно занимаются достаточно большое количество как отечественных, так и зарубежных ученых [7–14].
К перспективным материалам нового поколения относятся наноструктурированные вяжущие негидратационного типа твердения (НВ), которые могут применяться для производства композитов строительного и специального назначения.
Наноструктурированное вяжущее – это вяжущее, содержащее прото- и (или) сингенетические наносистемы, приводящие к формированию эпигенетических наносистем, обеспечивающих прочностные свойства материала в твердом состоянии [15].
Специфика наноструктурированных безклинкерных вяжущих негидратационного типа твердения, позволяет использовать в качестве основного сырьевого компонента широкий спектр кремнеземсодержащих и алюмосиликатных пород, что дает возможность адаптировать технологию к различным регионам, с учетом локализации месторождений.
Комплексом ранее проведенных исследований доказана возможность получения алюмосиликатных наноструктурированных вяжущих на основе интрузивных пород кислого состава (гранитов). Установлено, что при механохимической активации алюмосиликатного сырья в водной среде происходит формирование исходных реакционных компонентов для образования геополимерных вяжущих без внешней щелочной активации [16].
Полученное алюмосиликатное наноструктурированное вяжущее на основе гранитного сырья представляет собой высококонцентрированную водную минеральную суспензию с влажностью 20,5% и относительной плотностью: 2080 кг/м3, с ярко выраженным тиксотропным характером течения [16].
Разработанный вид вяжущего в перспективе имеет широкую практическую область применения и может быть использован как в качестве основного компонента вяжущей системы, так и в качестве эффективного минерального модифицирующего компонента в композиционных вяжущих. Но высокая степень тиксотропии и быстрая загустеваемость данной вяжущей системы вносят определенные сложности и затрудняют ее применение в первоначальном (немодифицированном) виде.
В связи с вышеизложенным, цель настоящих исследований заключалась в определении возможности направленного регулирования реотехнологических свойств наноструктурированного алюмосиликатного вяжущего комплексными модификаторами (дефлоккулянтами) различной природы.
В качестве дефлоккулянтов были рассмотрены следующие:
Fluidax «FX130», «Reotan L», – модификаторы (дефлоккулянты) на основе полиакрилата Na, производства итальянской компании «Lamberti». А так же, разработанный в БГТУ им. В.Г. Шухова комплексный дефлоккулянт на основе резорцин-фурфурольных олигомеров «СБ-5 + триполифосфат Na».
Данные виды дефлоккулянтов в настоящее время широко применяются в промышленности для разжижения керамических литейных систем.
Реологические характеристики вяжущего были исследованы с помощью измерений, полученных на ротационном вискозиметре Rheotest RN4.1.
На первом этапе исследований определялись оптимальные концентрации для каждого из дефлоккулянтов (модификаторов).
На основании полученных расчетов были построены зависимость эффективной вязкости от концентрации модификаторов различной природы и зависимость напряжения сдвига от градиента скорости сдвига системы.
Анализируя их, можно сказать, что при введении модификатора «Reotan L» в алюмосиликатное вяжущее на основе гранитного сырья, наблюдается наиболее значительный эффект разжижения, то есть гидрофильность твердой фазы вяжущей системы повышается.
В результате установлен оптимальный интервал концентраций для каждого из модификаторов. Так для Fluidax «FX130» он составил 0,021 – 0,024 %, для «Reotan L»: 0,011 – 0,013 %, для комплекса «СБ-5 + триполифосфат Na»: 0,042 – 0,047 %.
Далее были рассмотрены особенности реологических характеристик изучаемых систем и проведен их сопоставительный анализ в условиях оптимального интервала концентраций модификаторов (рис. 1, 2).
|
|
|
|
Рис. 1. Изменение эффективной вязкости вяжущей системы от градиента скорости сдвига в условиях оптимального интервала концентраций различных модификаторов |
Рис. 2. Изменение напряжения сдвига от градиента скорости сдвига в условиях оптимального интервала концентраций различных модификаторов
|
Результаты эксперимента показали, что наиболее эффективным дефлоккулянтом для алюмосиликатного вяжущего на основе гранитного сырья является «Reotan L». При введении его в систему эффективная вязкость значительно снижается с переходом в ньютоновскую область. То есть гидрофильность твердой фазы увеличивается, а сама система стабилизируется.
Следующим этапом экспериментальной части исследований было исследование особенности характера микроструктурных изменений в изучаемых системах на стадии разжижения.
Была проведена микровидеосъемка процесса разжижения вяжущей системы в первые его 100 секунд. Съемка проводилась на поляризационном микроскопе ПОЛАМ Р-312 при максимальном увеличении: ×1140.
Как видно из микроснимков (рис. 3, 4), в исходной вяжущей системе преобладают вторичные агрегаты с достаточно рыхлой структурой. При введении дефлоккулянтов, размер частиц значительно уменьшается вследствие эффекта пептизации и становится более однородным.
|
|
|
|
Рис. 3. Микроструктура исходной вяжущей системы |
Рис. 4. Изменения в микроструктуре системы после введения модификатора «Reotan L» (первые 10 секунд) |
Следует отметить, что при введении в систему дефлоккулянтов, возрастает содержание частиц с меньшим диаметром.
При увеличении дозировки дефлоккулянтов (модификаторов), диаметр частиц уменьшается, затем становится постоянным. Выход диаметра на постоянное значение наблюдается при тех же концентрациях модификаторов, что и выход на насыщение реологических параметров. При этом следует отметить, что для изучаемых систем наименьшее значение диаметра частиц наблюдается при введении «Reotan L».
Таким образом, в результате проведенного комплекса исследований, установлена возможность направленного регулирования реотехнологических свойств наноструктурированного алюмосиликатного вяжущего комплексными модификаторами различной природы. Доказана их высокая эффективность для данного типа вяжущего.
*Работа выполнена в рамках служебного задания по г/б теме № А-27/15 Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012-2016 годы (№ 2011-ПР-146. Мероприятие 2 «Модернизация научно-исследовательского процесса и инновационной деятельности»).
1. Strokova V.V., Zhernovskiy I.V., Fomenko Yu.V. O vliyanii razmernyh parametrov polimorfnyh modifikaciy kvarca na ego aktivnost' v kompozicionnyh vyazhuschih // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2007. №4. S. 48-49.
2. Lesovik V.S. Geonika. Predmet i zadachi. Belgorod: Izd-vo BGTU im. V.G. Shuhova, 2012. 213 s.
3. Kozhuhova N.I., Chizhov R.V., Zhernovskiy I.V., Loganina V.I., Strokova V.V. Osobennosti strukturoobrazovaniya geopolimernoy vyazhuschey sistemy na osnove perlita c ispol'zovaniem razlichnyh vidov schelochnogo aktivatora // Stroitel'nye materialy. 2016. № 3. S. 61-64.
4. Tret'yakov Yu.D., Gudilin E.A. Vvedenie v himiyu funkcional'nyh materialov. M.: MGU, 2006. 125 s.
5. Yushkin N.P. Geomaterialy, mineralogicheskoe geomaterialovedenie, resursnye i tehnologicheskie problemy // Geomaterialy dlya vysokih tehnologiy, almazy, blagorodnye metally, samocvety Timano-Severoural'skogo regiona: Materialy Vserossiyskogo mineralogicheskogo seminara s mezhdunarodnym uchastiem. Syktyvkar: Geoprint, 2010. S. 7-8.
6. Strokova V.V., Zhernovskiy I.V. Nekotorye aktual'nye voprosy mezhdisciplinarnogo napravleniya «Nanosistemy v stroitel'nom materialovedenii» // Vestnik Central'nogo regional'nogo otdeleniya Rossiyskoy akademii arhitektury i stroitel'nyh nauk. 2011. S.99--105.
7. Chizhov R.V., Kozhuhova N.I., Strokova V.V., Zhernovskiy I.V. Alyumosilikatnye besklinkernye vyazhuschie i oblasti ih ispol'zovaniya // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2016. № 4. S. 6-10.
8. Kalashnikov V.I., Hvastunov V.L., Makridin N.I., Kartashov A.A. Novye geopolimernye materialy iz gornyh porod, aktivirovannye malymi dobavkami shlaka i schelochey // Stroitel'nye materialy. 2006. № 6. S. 93-95.
9. Evtushenko E.I., Zuev A.S., Moreva I.Yu., Dorganov V.A. Iskusstvennye keramicheskie vyazhuschie na osnove termoaktivirovannogo vysokoglinozemistogo syr'ya // Ogneupory i tehnicheskaya keramika. 2009. № 10. S. 8-13.
10. Zuev A.S., Evtushenko E.I., Doroganov V.A. Primenenie iskusstvennyh keramicheskih vyazhuschih na osnove termoaktivirovannogo vysokoglinozemistogo syr'ya v tehnologii polusuhogo formovaniya // Novye ogneupory. 2012. № 4. S. 17-20.
11. Onischuk V.I., Mesyac M.V., Evtushenko E.I., Doroganov V.A. Osobennosti vysokokoncentrirovannyh vyazhuschih suspenziy na osnove keramicheskih materialov i silikatnyh stekol // Ogneupory i tehnicheskaya keramika. 2014. № 10. S. 11-14.
12. Luis Miguel Ordonez (2009) Universal hydraulic binder based of fly ash type F. US Patent 0217844.
13. Strokova V.V., Sumin A.V., Nelyubova V.V., Shapovalov N.A. Modificirovannoe vyazhuschee s ispol'zovaniem nanostrukturirovannogo mineral'nogo komponenta // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. 2015. № 3. S. 36-39.
14. Davidovits J. Geopolymers - Inorganic polymeric new materials // Journal of Thermal Analysis. 1991. 37(8). P. 1633-1656.
15. Cherevatova A.V., Zhernovskiy I.V., Strokova V.V. Mineral'nye nanostrukturirovannye vyazhuschie. Priroda, tehnologiya i perspektivy primeneniya. tehnogennogo syr'ya. Saarbrucken. Izd-vo: LAP LAMBERT, 2011. 170 s.
16. Zhernovskiy I.V., Osadchaya M.S., Cherevatova A.V., Strokova V.V.. Alyumosilikatnoe nanostrukturirovannoe vyazhuschee na osnove granitnogo syr'ya. //Stroitel'nye materialy. № 1-2. 2014. S.53-56.
