Исследование влияния суперабсорбирующей добавки на свойства различных видов вяжущих

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Исследование влияния суперабсорбирующей добавки на свойства различных видов вяжущих

Коровкин М.О.

Исследовано влияние суперабсорбирующего полимера, а также способа его введения на свойства строительных растворов на основе портландцемента или геополимерного вяжущего. Установлено, что исследуемая добавка значительно снижает удобоукладываемость растворных смесей, прочность и увеличивает усадку.

Ключевые слова: суперабсорбирующий полимер, строительный раствор, портландцемент, геополимерное вяжущее, удобоукладываемость, прочность, усадка.

INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF THE SUPERABSORBENT ADDITIVE ON THE PROPERTIES OF VARIOUS TYPES OF BINDERS

Korovkin M.O., Eroshkina N.A.

The effect of superabsorbent polymer, as well as the method of its introduction on the properties of mortars based on Portland cement or geopolymer binder were studied. It was established that polymer addition reduces workability of the mortar mixes, strength and increases shrinkage.

Keywords: superabsorbent polymer, mortar, portland cement, geopolymer binder, workability, strength, shrinkage.

суперабсорбирующий добавка вяжущий портландцемент

Геополимерных вяжущие, полученные в результате щелочной активации, на основе алюмосиликатных минералов природного и техногенного происхождения - шлаков, зол, магматических горных пород [3, 1], по своим физико-механическим свойствам сопоставимы с портландцементом. Существенным преимуществом геополимерных материалов являются низкие энерго- и ресурсозатраты на производство. Однако геополимерные и традиционные цементные вяжущие при повышенном расходе воды и вяжущего могут иметь высокую усадку [3], что является причиной трещинообразования. Для уменьшения этого явления могут быть использованы суперабсорбирующие полимеры (САП), которые при затворении поглощают воду, а впоследствии отдают ее в систему, обеспечивая продолжение гидратации и снижение аутогенной усадки. На начальном этапе твердения добавка САП может вызвать замедление набора прочности, которое в дальнейшем может быть компенсировано в более поздние сроки за счет более интенсивной гидратации. Введение САП увеличивает продолжительность процесса гидратации, так как за счет САП образуются дополнительные поры, которые при твердении заполняются продуктами гидратации. Процесс гидратации может продолжаться до того момента пока имеется доступная дополнительная вода или, до тех пор, пока не будет заполнено все дополнительное поровое пространство [5].

Существует несколько способов введения САП в вяжущее вещество - использование САП с водой затворения, добавление САП к сухим компонентам вяжущего, предварительное насыщение САП и введение его в порошок вяжущего. Однако в настоящее время нет единого мнения об эффективности САП в строительных растворах и бетонах. В одних случаях, применение САП приводит к снижению прочности и повышению усадки, а в других - к улучшению этих характеристик [2, 5, 7]. Уменьшение прочности бетонов с добавкой САП можно объяснить [4] высоким водопоглощением добавки и возрастанием водоцементного отношения. Обратный эффект от добавки САП проявляется при нерациональном способе ее введения, превышении дозировки и применении грубодисперсного САП [7]. При одинаковых водовяжущих отношениях составов с добавкой и без добавки САП эффективность добавки САП проявляется в снижении аутогенной усадки и повышении прочности [7]. Применение предварительно насыщенного полимера наряду с положительным эффектом - снижением аутогенной усадки и усадки высыхания может привести к уменьшению прочности бетона в раннем возрасте [6].

В настоящей работе представлены результаты исследования влияния суперабсорбирующей добавки и способов ее введения на свойства растворных смесей, изготовленных из портландцемента или геополимерного вяжущего. Эффективность САП исследовалась по ее влиянию на удобоукладывамость растворных смесей, прочность и усадку.

В качестве суперабсорбирующей добавки использовался суперабсорбирующий полимер в дозировке 0,4 % от веса сухих компонентов вяжущего.

Для исследования применялись портландцемент ПЦ 500 Д0 производства ЗАО «Ульяновскцемент» и суперпластификатор Melment F 10. Дозировка суперпластификатора составляла 0,5 % от портландцемента.

Для изготовления геополимерного вяжущего применялись гранит Павловского месторождения и доменный шлак Новолипецкого металлургического комбината, измельченные до удельной поверхности 380 м2/кг. Содержание шлака в составе геополимерного вяжущего составляло 25 % от веса сухих компонентов вяжущего.

В качестве мелкого заполнителя использовался Ртищевский песок с модулем крупности 2,2.

Для исследования были изготовлены растворные смеси из портландцемента или геополимерного вяжущего и песка в соотношении 1:1. Контрольные смеси на основе портландцемента без добавки САП приготавливались с водовяжущим отношением 0,24, а геополимерные смеси - с отношением активатор/вяжущее 0,42. При введении САП водо/вяжущее отношение портландцементных и геополимерных смесей составляло 0,42.

Было исследовано 2 способа введения САП - в сухую смесь вяжущего и в жидкость затворения. В качестве жидкости затворения в растворных смесях на основе портландцемента использовалась вода с суперпластификатором, а в геополимерных смесях - щелочной раствор активатора твердения. В качестве активатора твердения использовался раствор силиката натрия с силикатным модулем 1,1 и воды в соотношении 2:1.

Результаты исследования представлены на рис. 1-5.

Введение САП приводит к резкому загущению смеси на основе портландцемента, что может в 2 и более раз увеличить расход воды (рис. 1). Добавка САП вызывает значительное снижение удобоукладываемости растворных смесей на основе портландцемента из-за большего объема поглощения воды из системы, в отличие от геополимерного вяжущего. Геополимерные вяжущие характеризуются более жесткой консистенцией смеси и при введении САП они меньше подвержены снижению подвижности смеси из-за высокой щелочности раствора. Наибольшая потеря подвижности отмечается при введении САП с водой затворения в строительный раствор на портландцементе. Способ введения САП не оказывает влияния на удобоукладываемость геополимерного раствора.

Способ введения добавки

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 1. Влияние способа введения суперабсорбирующей добавки на расплыв конуса смеси на различных видах вяжущих

Введение САП имеет еще один негативный эффект - снижение прочности. Присутствие САП, увеличивая В/Ц отношение, повышает расход воды и приводит к снижению прочности растворных смесей на основе портландцемента примерно на 32 - 40 % в различные сроки твердения независимо от способа введения САП (рис. 2). Через 7 и 28 сут прочность растворных смесей на основе портландцемента с добавкой САП составляет около 40 и 55 МПа, соответственно.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Способ введения добавки

Рисунок 2. Прочность портландцементного вяжущего в зависимости от способа введения суперабсорбирующей добавки в различные сроки твердения

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Способ введения добавки

Рисунок 3. Прочность геополимерного вяжущего в зависимости от способа введения суперабсорбирующей добавки в различные сроки твердения

Введение добавки САП в геополимерные растворные смеси несущественно сказывается на изменении прочности (рис. 3). Снижение прочности по сравнению с контрольным составом составляет в различные сроки от 5 до 8 %. Для геополимерных вяжущих характерен более медленный набор прочности, чем для портландцемента: на 7 сутки они имеют около 58 % от 28-ми суточной прочности, к возрасту 28 дней их прочность составляет около 40 МПа. При равнозначных отношениях жидкость затворения/вяжущее прочность геополимерных растворов через 28 сут в 1,4 раза ниже прочности растворов на основе портландцемента.

Рисунок 4. Усадка портландцементного вяжущего в зависимости от способа введения суперабсорбирующей добавки в различные сроки твердения

Рисунок 5. Усадка геополимерного вяжущего в зависимости от способа введения суперабсорбирующей добавки в различные сроки твердения

Результаты исследования усадки на рис. 4 и 5 показывают, что добавка суперабсорбирующего полимера не только не уменьшает усадку, а даже повышает ее. Характер развития усадки в растворных смесях из двух видов вяжущих одинаков - в первые 7 суток наблюдается интенсивный рост, а затем отмечается стабилизация значений усадки. На усадку вяжущего значительно влияет способ введения САП и вид вяжущего. При введении САП с жидкостью затворения в раствор, приготовленный на цементе (см. рис. 4), усадка практически не изменяется, а при сухом способе введения САП - усадка возрастает с 0,22 до 1,25 мм/м. В растворных смесях на основе геополимерного вяжущего (см. рис. 5), наоборот, при введений САП в активатор твердения усадка возрастает в 1,6 раза, а при сухом способе - значения усадки сопоставимы с составом без добавки. Значительную величину усадки геополимерного раствора с добавкой САП (рис. 4), вводимой в щелочной активатор твердения, можно объяснить поглощением САП значительного количества активатора, который впоследствии при твердении геополимера высвобождается. В геополимерах, когда САП добавляется к сухим компонентам вяжущего, основная часть активатора вступает во взаимодействие с сухими частицами вяжущего и расходуется на склеивание вяжущего с частицами песка, в результате САП впитывает мало жидкости затворения, и поэтому усадка невелика.

Выводы

Проведенные исследования показали, что введение добавки суперабсорбирующего полимера в состав строительных растворов на основе портландцемента или геополимерного вяжущего с целью снижения усадки неэффективно, так как приводит к повышению этой характеристики. Кроме того, добавка САП снижает удобоукладываемость растворной смеси, а также уменьшает прочность.

Список литературы

Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Механизм твердения геополимерных вяжущих на основе магматических горных пород // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 3. С. 50-55.

Craeye B, Geirnaert M, De Schutter G. Super absorbing polymers as an internal curing agent for mitigation of early-age cracking of high-performance concrete bridge decks // Construction And Building Materials. 2011. No. 25. P. 1-13.

Davidovits J. Geopolymer Chemistry and Applications. 4th edition. Saint-Quentin, France, 2015. 644 p.

Hasholt M. T., Jensen O. M., Kovler K., Zhutovsky S. Can superabsorent polymers mitigate autogenous shrinkage of internally cured concrete without compromising the strength? // Construction and Building Materials. 2012. No.31. P. 226-230.

Justs J., Wyrzykowski M., Bajare D., Lura P. Internal curing by superabsorbent polymers in ultrahigh performance concrete // Cement and Concrete Research. 2015. No. 76. P. 82-90.

Kong X.-M., Zhang Z.-L., Lu Z.-C. Effect of pre-soaked superabsorbent polymer on shrinkage of high-strength concrete // Materials and Structures. 2015. No. 48. P. 2741-2758.

Ma X., Liu J., Wu Z., Shi C. Effects of SAP on the properties and pore structure of high performance cement-based materials // Construction and Building Materials. 2017. No. 131. P. 476-484.

Размещено на Allbest.ru