Десятые академические чтения раасн, 2006 г

Вид материала

Документы

Содержание Безгипсовые портландцементы Овчаренко Г.И., д-р техн. наук, профессор, Гончаров С.С., Краснов М.В., студ.енты Перспективы производства неавтоклавных газобетонов на безгипсовых портландцементах Модифицированное эпоксидное связующее Модифицированные жидкостекольные композиции Патрахина В.В., канд.техн.наук, Хижинкова Е.Ю., аспирант

Подобный материал:

• Десятые академические чтения раасн, 2006, 1092.49kb.
• Десятые академические чтения раасн, 2006, 1519.63kb.
• Концепция устойчивого развития в стратегии градостроительства франции 05. 23. 22 Градостроительство,, 332.07kb.
• Резолюция районной детской экологической конференции Десятые Басарукинские чтения, 39.32kb.
• План организационно-педагогической деятельности с детьми, имеющими ярко-выраженные, 77.33kb.
• Новосибирский государственный педагогический университет, 43.06kb.
• Академические программы и экзаменационные курсы в австралии международные центры Embassy, 146.35kb.
• Экология человек общество, 371.15kb.
• Министерство образования и науки российской федерации московский государственный областной, 2810.15kb.
• Рассказывайте детям о ценности чтения. Показывайте связь чтения с их успехами в учебе, 97.26kb.

БЕЗГИПСОВЫЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ


Безгипсовые портландцементы (БГПЦ) обладают рядом специфических свойств, выгодно отличающих их от других вяжущих. Прежде всего, это быстрые и очень быстрые темпы набора прочности при высокой пластифицирующей способности комплекса добавок, заменяющего гипс. Использование комплекса, включающего органический замедлитель – пластификатор и щелочной активизатор позволило Ребиндеру П.А. добиться нормальных сроков схватывания цемента, а С. Брунауэру получить тонкомолотые цементы очень высокой ранней прочности. В дальнейшем многочисленные исследователи довели предложения этих ученых до практического использования. Наибольших результатов добился Шквара С. в Чехии, где запатентованный им цемент выпускают в промышленном объеме.

Два отрицательных момента сдерживает широкое внедрение БГПЦ в России. Во-первых, - это повышенные затраты энергии на помол. Во-вторых, - значительные, зачастую невоспроизводимые колебания свойств в зависимости от изменяющихся состава и свойств типичного замедлителя ЛСТ.

Таким образом, проблемы качественных БГПЦ – это проблемы качественного замедлителя – пластификатора. Так, например, найденный Ф. Шкварой наиболее эффективный замедлитель FM – картан позволяет получить уникальное по реологии цементное тесто из БГПЦ, которое в очень концентрированных пастах практически обладает свойствами ньютоновской жидкости. Пластифицирующий эффект такого комплекса на треть более высокий по сравнению с суперпластификатором С-3.

Однако FM-картан достаточно дорогой продукт, что заставляет снова и снова обращаться к возможности использования лигносульфонатов. Поэтому в настоящем исследовании осуществлялись попытки регулирования свойств БГПЦ за счет модифицирования применяемого ЛСТ.

При проведении эксперимента в качестве сырьевых материалов использовались: клинкер Искитимского и Голухинского цементных заводов и портландцементы М400 Д20 тех же заводов. Клинкер размалывался в шаровой мельнице до 4 удельных поверхностей: 2700, 3500, 4500 и 5500 см²/г, соответствующим затратам энергии на помол 100, 165, 330 и 400% от энергии стандартного помола клинкера на цемент. Также в работе использовали химические добавки: так называемый FM продукт (сульфированный полифенолят), лигносульфонаты технические различных ЦБК, карбонат натрия (Na₂CO₃), которые вводились в различных дозировках от 0,5 до 1%. Испытания проводились на образцах с размером ребра 2*2*2 см, которые твердели в нормальных условиях.

На первом этапе для оценки работоспособности комплекса на основе FM-картана и местных клинкерах изготавливали соответствующие БГПЦ с добавлением 1% соды Na₂CO₃. При этом, для сравнения, помол клинкера проводили с затратами энергии в 100, 165, 330 и 400% от стандартного помола клинкера на ПЦ. Как видно (рисунок 1), данный комплекс FM+Na₂CO₃ позволяет получить БГПЦ с прочностью, в односуточном возрасте превышающей прочность обычного ПЦ-400 в 3,5-4,5 раза и даже превысить марочную прочность обычного ПЦ. Эта прочность зависит от тонины помола клинкера. При этом высокая прочность обусловлена как щелочной активизацией, так и существенной пластификацией теста, то есть суперпластификацией цементов данного комплекса. Величина снижения воды затворения составляет 35%. Это в 1,5 раза выше, чем эффект от широко применяемого суперпластификатора С-3. Органолептические оценки реологии паст БГПЦ также подтвердили их уникальную сверхтекучесть в концентрированном состоянии.

Дальнейшие исследования были направлены на регулирование свойств БГПЦ за счет модифицирования ЛСТ различных производителей. Предыдущие эксперименты часто показывали невоспроизводимость результатов. Одни и те же дозировки различных ЛСТ и ускорителя могли приводить то к почти мгновенному схватыванию, то к полному замедлению твердения и получению низкой прочности.

Введение в состав комплекса добавки-модификатора позволило решить проблему регулирования сроков схватывания в зависимости от химического состава ЛСТ (рисунок 2). Несмотря на некоторое снижение прочности, наблюдаемое при увеличении содержания модификатора, прочность полученного БГПЦ превышает прочность контрольного ПЦ в 2-3 раза на ранних сроках твердения и на 20-30 % в 28 суточном возрасте при гарантированных сроках схватывания (рисунок 3).

Таким образом, в результате исследований найден компонент, регулирующий нестабильные свойства ЛСТ и получены составы с нормируемыми сроками схватывания и твердения. Безгипсовые портландцементы являются перспективным вяжущим, однако требуются дальнейшие исследования по совершенствованию комплекса n%ЛСТ+1%Na₂CO₃+n%окислитель.




Рисунок 1 – Зависимость прочности от времени твердения комплекса 0,5%FM+Na₂CO₃ при помоле
клинкера (% от энергии помола от ПЦ): 1 – 100%; 2 – 165%; 3 – 330%; 4 – 400%; 5 – контроль.




Рисунок 2 – Зависимость прочности от времени твердения комплекса 0,5%ЛСТ+ Na₂CO₃ при введении
модификатора (% от массы ЛСТ): 1 – 0%; 2 – 5%; 3 – 10%; 4 – 20%; 5 - контроль.




Рисунок 3 – Влияние количества модификатора на сроки схватывания комплекса 0,5%ЛСТ+ Na₂CO₃:
1 – начало схватывания; 2 – конец схватывания.


УДК 691. 327

Овчаренко Г.И., д-р техн. наук, профессор, Гончаров С.С., Краснов М.В., студ.енты

Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова


ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА НЕАВТОКЛАВНЫХ ГАЗОБЕТОНОВ НА БЕЗГИПСОВЫХ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТАХ


Безгипсовый портландцемент (БГПЦ) обладает рядом положительных свойств: высокая ранняя прочность, способность твердеть при отрицательных температурах, высокая пластичность теста при низких В/Ц. БГПЦ растворы известны низкой водопотребностью и высокими ранними и отдалёнными прочностями (в отдельных случаях их прочность при сжатии составляет 2-6 МПа после 2-х часов, 30-50 МПа – 24-х, 60-100 МПа – 28 дней) [1]. Учитывая быстрый набор прочности после схватывания композиций на основе БГПЦ, представляется целесообразным изучение возможностей производства мелкоштучных строительных изделий по технологии повышенной формооборачиваемости. Подобные технологии широко внедрены в Сибирском регионе при производстве неавтоклавных ячеистобетонных блоков и других стеновых материалов. Применение здесь БГПЦ может быть целесообразным ещё и по той причине, что часто подобные производства располагаются в неотапливаемых помещениях.

Нами были проведены исследования в области производства неавтоклавных газобетонов на обычном портландцементе (ПЦ) и БГПЦ. В работе использовались клинкеры и ПЦ М-400 Д20 голухинского и искитимского цементных заводов, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 101.78-85. БГПЦ получали помолом клинкеров с затратами энергии около 100 % от помола этих материалов на ПЦ. Помол осуществлялся в стандартной лабораторной шаровой мельнице с объёмом камеры 50 л, количеством шаровой загрузки - 55 кг и измельчаемого клинкера - 5 кг. Замедлитель и ускоритель растворяли в воде затворения. В качестве замедлителя использовались лигносульфанаты технические (ЛСТ), а в качестве ускорителя – сода (Na₂CO₃). В качестве заполнителя бетонов использовался песок р. Обь с М_кр=1,25.

Цементный камень испытывался на прочность в образцах 2×2×2 см из паст с различным В/Ц. Неавтоклавный газобетон испытывался в образцах 10×10×10 см, приготовленных по литьевой технологии со следующим расходом материалов, кг/м³: цемент - 345; песок -310; вода(ПЦ) -225,вода (БГПЦ) - 155.

Предварительные исследования БГПЦ на указанных клинкерах в тесте нормальной густоты показали, что наилучшими характеристиками обладают БГПЦ на основе замедлителя FM-картана и высокой степени измельчения клинкера (400-600 м²/кг). Прочность таких цементов в возрасте 1-3-х суток превышает прочность контроля на основе обычного ПЦ в 2-4 раза.



Для изготовления газобетона на основе БГПЦ было необходимо исследовать зависимость интенсивности уменьшения прочности камня от возрастающего В/Ц. Результаты такого эксперимента приведены на рисунке 1.

Из него видно, что для БГПЦ характерно более интенсивное снижение прочности от В/Ц, по сравнению с обычным ПЦ. Это может ликвидировать все преимущества БГПЦ в технологиях производства материалов с высокими В/Ц. Для проверки этого положения изготавливали газобетон на сравниваемых вяжущих со средней плотностью около 700 кг/м³.




Как видно из рисунка 2, значительные преимущества БГПЦ практически ликвидируются в технологии газобетона с высокими В/Ц.

Таким образом, наиболее рациональной областью применения БГПЦ, обеспечивающего высокую подвижность смесей при низком В/Ц, является производство плотных бетонов и растворов с низким В/Ц, а также определение целесообразности его использования в технологиях ячеистых бетонов.


СПИСОК литературЫ


1. United States Patent 5,076,851, 5,125,976 Безгипсовый щелочной портландцемент / František Škvára, Pius Durovec, Bohumil Cernovský, Tomáš Všetecka, Jaroslav Hrazdira, Zdenek Kadlec; Опубл. В “Глинозёмистый цемент”. – С. 163-171.


УДК 678.686

Огрель Л.Ю. канд. хим. наук, доцент

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова


МОДИФИЦИРОВАННОЕ ЭПОКСИДНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ

С ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТЬЮ

ДЛЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ


Конструкционный стеклопластик на основе эпоксидных связующих находит широкое применение для изготовления различных изделий и конструкций методом намотки. Высокие прочностные характеристики, химическая стойкость и ряд других преимуществ делают его незаменимым материалом для изготовления корпусов трубных изделий в самых разнообразных производствах, в том числе и оборонных. Строительные технологии могут успешно применять этот материал для изготовления различных изделий и конструкций, таких, например, как трубопроводы для перекачки нефти, нефтепродуктов и других агрессивных жидкостей, газоотводящие стволы и газоходы ТЭЦ и целый ряд других изделий. Для более широкого использования изделий из эпоксидного стеклопластика в энергетическом гражданском строительстве необходимо улучшить его теплофизические свойства, и, в частности, повысить термостойкость и стойкость к термоокислительной деструкции, что, несомненно, увеличит сроки эксплуатации и экономическую эффективность таких изделий. При этом физико-механические характеристики должны удовлетворять необходимым конструкционным требованиям.

В настоящее время предельная температура длительной эксплуатации эпоксидных стеклопластиков не превышает 150–180^оС, хотя имеются единичные примеры успешного использования подобных изделий и при более высоких температурах (до 200^оС), но это скорее исключение. Вопрос повышения верхнего предела эксплуатации эпоксидных намоточных стеклопластиков на сегодняшний день очень актуален. Даже незначительный прогресс в этой области позволит значительно расширить ассортимент выпускаемых изделий, сделает их конкурентоспособными и эффективными во многих случаях. с помощью традиционных многотоннажных эпоксидов получают материалы, длительно устойчивые при температурах до 155ºС при наличии значительных механических и тепловых нагрузок. Таким образом, эпоксидные полимеры на практике имеют сравнительно невысокую тепло- и термическую стойкость.

Для улучшения эксплуатационных характеристик разработанного нами связующего с повышенной термостойкостью до 200^о С «ЭДАТ» (на основе эпокситрифенольной и эпоксидиановых смол и ароматического аминного отвердителя типа Безам АБА), был выбран способ физической модификации эпоксидного связующего на стадии смешения компонентов. Метод физической модификации малыми количествами инертных добавок, повышающих фрагментальную подвижность макромолекул в процессе формования, разработанный под руководством Акутина М.С., носит название легирование. В настоящее время метод легирования успешно применяется для термопластичных полимерных материалов. Вопрос легирования реактопластов на сегодняшний день не изучен, нет сведений в литературе о применении данного метода по отношению к эпоксидным смолам и олигомерам. В качестве легирующих добавок мы использовали жидкие кремнийорганические органосиланы и органосилоксаны: тетроэтоксисилан (ТЭС), полиметилсилоксан (ПМС–5000), синтетический кремнийорганический низкомолекулярный термостойкий каучук (СКТН), октаметициклотетрасилоксан (ОМЦТС). Выбор кремнийорганических продуктов обусловлен тем, что они хорошо совмещаются с указанными олигомерами, обладают достаточной термической стойкостью, способны образовывать устойчивые цепи, работоспособные в широком температурном диапазоне.

Эпоксидные смолы представляют собой сетчатые пространственно-сшитые двухфазные системы, состоящие из глобул и межкристаллитной аморфной фазы. Таким образом, сама полимерная матрица представляет собой "двухфазный молекулярный композит". Густосетчатые полимеры при изгибе и растяжении разрушаются со сравнительно малыми пластическими деформациями. При сжатии и сдвиге возникает предел текучести, и пластические деформации растут. Сдвиг происходит при довольно малых напряжениях и обусловлен разрывом относительно слабых ван-дер-ваальсовых и водородных связей между отдельными структурными образованиями в системе. Наполнение, как правило, приводит к снижению разрушающего напряжения при изгибе и растяжении и, одновременно, к повышению модуля упругости и увеличению предела текучести и прочности при сжатии и сдвиге.

Введение малых количеств кремнийорганических жидких легирующих добавок влияет на переход структуры из квазигазовой в квазижидкостную форму. Он осуществляется на более ранних этапах формирования саморегулирующейся полиморфной структуры, протекает интенсивнее и с меньшей дефектностью.

Учитывая все выше изложенные теоретические представления о структурообразовании полимеркомпозитов с легирующими добавками на основе эпоксидных олигомеров, нами была предложена идея распространения метода легирования на условия термореактивных систем. При этом не исключен механизм физико-химической модификации эпоксидного связующего горячего отверждения, так как

температуры отверждения могут быть достаточными, чтобы инициировать протекание химических реакций.

Из литературных источников известно, что количество вводимых в полимеры легирующих модифицирующих добавок может варьироваться от 0,1 до 5% масc. по отношению к исходному полимеру. Как правило, оптимум определяют экспериментальным путем для каждой отдельной системы. Для определения оптимального количества вводимых в связующее «ЭДАТ» кремнийорганических легирующих добавок были проведены исследования физико-механических характеристик модифицированного кремнийорганическими добавками указанного связующего. Добавки: тетроэтоксисилан (ТЭС), полиметилсилоксан (ПМС–5000), синтетический кремнийорганический низкомолекулярный термостойкий каучук (СКТН) и октаметициклотетрасилоксан (ОМЦТС) вводили в количествах: 0,1; 1; 2; 3; 4; 5 % масс. по отношению к связующему.

На рис. показаны зависимости изгибающего напряжения при разрушении образцов эпоксидного связующего от содержания модифицирующих добавок. Так введение ПМС-5000, СКТН и ТЭС в связующее «ЭДАТ» в количестве 1% масс. привело к увеличению данного показателя с 63 до 110МПа, 67МПа и 79МПа соответственно. Дальнейшее увеличение содержания модифицирующих добавок ПМС-5000, СКТН и ТЭС до 5% масс. привело к снижению изгибающего напряжения. Добавление ОМЦТС к связующему привело к снижению изгибающего напряжения при разрушении (60–51МПа).

Увеличение прочностных характеристик эпоксидного связующего «ЭДАТ» при ведении малых количеств модифицирующих добавок обусловлено также и тем, что введение микроколичеств инертных по отношению к эпоксидной системе добавок снижает внутреннее напряжение в системе, возникающие за счет сближения макромолекул в процессе полимеризации. Переход в процессе полимеризации связующего из жидкого состояния в твердое и потеря летучих компонентов приводит к росту усадочных напряжений и образованию микротрещин. Добавка, играющая роль релаксатора внутренних напряжений, повышая общую эластичность системы, приводит к релаксации напряжений усадки, и, как следствие, увеличению микротрещиностойкости.



Рис. Зависимости изгибающего напряжения при разрушении образцов

эпоксидного связующего от содержания модифицирующих добавок.


В результате проведенной работы был разработан состав эпоксидного связующего на основе комплексной эпоксидиановой и эпокситрифенольной смол, отличающийся использованием в качестве отвердителя аминного типа Бензама АБА, с высокими физико-механическими характеристиками, повышенной термической стойкостью и улучшенными экономическими показателями. Полученное связующее рекомендовано для изготовления конструкционного стеклопластика для газоходов и газоотводящих стволов ТЭЦ методом намотки.

Предложен и разработан метод регулирования свойств композиционных материалов на основе эпоксидных олигомеров и аминного отвердителя малыми количествами кремнийорганических жидких продуктов (органосилоксанов). Определено оптимальное количество модифицирующих добавок ПМС-5000, СКТН, ТЭС, ОМЦТС для связующего «ЭДАТ» с целью достижения улучшенных прочностных показателей. Установлено, что наиболее высокими физико-механическими показателями обладает связующее «ЭДАТ», модифицированное добавкой ПМС-5000 в количестве 1% масс.


Установлено, что введение в связующее «ЭДАТ» модифицирующих добавок, ОМЦТС, ТЭС, и СКТН в оптимально подобранном количестве для композитов, эксплуатируемых при температурах выше 100º

С не целесообразно, поскольку при нагревании свыше 100ºС у образцов наблюдается потеря массы, связанная, по-видимому, с миграцией добавок. Модификация связующего «ЭДАТ» легирующей добавкой ПМС-5000 (1% масс.) не приводит к замеченным изменениям термостойкости связующего. Связующее устойчиво до 200ºС.

В ходе работы установлено, что введение модифицирующей добавки ПМС-5000 в связующее «ЭДАТ» снижает коэффициенты диффузии, сорбции и проницаемости химически агрессивных сред, таким образом приводя к повышению химической стойкости связующего, что предполагает более длительные сроки эксплуатации материала в химически агрессивных условиях.


УДК 691:620.1

Павлова И.Л., канд. техн. наук, доцент, Иващенко Н.А., инженер, Тимохин Д.К., аспирант

Саратовский государственный технический университет

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИИ
ВОДОРАСТВОРИМЫМИ ПОЛИМЕРАМИ С АМИДНОЙ ГРУППОЙ


В комплекс задач реализации программ строительства жилья особую значимость приобретают вопросы разработки эффективных строительных материалов с использованием местного сырья. Широко распространены в Поволжье опоковыдные кремнистые породы, наибольшее залегание в пределах Ульяновско-Саратовско-Волгоградского правобережья Волги.

Анализ технико-экономических данныхпозволяет сделать вывод о перспективности их использования, как сырьевых компонентов в производстве силикатонатриевого жидкого стекла по одностадийному методу.

Из потенциально возможных направлений применения жидкого стекла в качестве вяжущего следует акцентировать поиск исследований по разработке составов и способов получения теплоизоляционных материалов с плотностью 70…300 кг/м³. При этом обеспечить повышение водостойкости одного из основных недостатков композиций из жидкого стекла.

Традиционно отверждение жидкостекольных композиций производится воздействием на жидкое стекло кремнефтористого натрия, в результате которого в виде геля выделяется кремниевая кислота. Гелеобразный кремнезем откладывается на поверхности частиц наполнителя, связывая зерна наполнителя.

Для выделившегося в процессе отверждения геля кремниевой кислоты характерно последующее обезвоживание, что приводит к образованию малопрочного связующего с сильно развитыми микро- и макродеффектами. Кроме того, интенсивное сжатие геля кремниевой кислоты вызывает возникновение микротрещин, что обусловлено возникновением в системе внутренних напряжений.

Область применения жидкостекольных композиционных материалов -кислотостойкие конструкции и изделия. Вода, содержащаяся в растворе кислоты, сорбируется композитом за счет диффузии и молярного переноса по дефектам структуры и выщелачивает компоненты жидкостекольного связующего. Этим и объясняется низкая стойкость жидкостекольных составов в водной среде.

Для снижения проницаемости и повышения стойкости к действию воды и водных растворов в состав силикатных смесей вводят полимерные уплотняющие добавки: фуриловый спирт, фурфурол и т.д. в количестве 3% массы жидкого стекла.

Полимеры, вводимые в силикатные смеси, частично заполняют поры и капилляры, гидрофобизируют их стенки, в результате чего формируется структура с преобладанием мелких пор, обусловливающая снижение паро-, газо- и влагопроницаемости, повышение химической стойкости и показателей всех физико-механических свойств. Но поры при этом заполняются лишь частично. Дальнейшего улучшения свойств жидкостекольных композитов можно достичь введением расширяющихся добавок.

С этой целью в композицию вводился полиакриламид (ПАА). ПАА обладает способностью удерживать в себе объемную воду в большом количестве. Поэтому при воздействии воды и водных растворов кислот на модифицированный композит ПАА, взаимодействуя с водой, проникающей по дефектам структуры, переходит в состояние плотного геля, кольматирует поры и капилляры композита, тем самым препятствуя проникновению агрессивной среды в глубь материала и выщелачиванию компонентов жидкостекольного связующего.

Полиакриламид относится к числу доступных и недорогих водорастворимых полимеров с уникальным комплексом прикладных свойств. Сегодня трудно найти какую-либо область техники и технологии, где не применялись бы полиакриламидные реагенты. В частности, они являются высокоэффективными загустителями буровых растворов, дегидрантов, в качестве структурообразователей почв в сельском хозяйстве и дорожном строительстве.

(Со)полимеры АА находят применение в строительной индустрии для увеличения механических показателей композиций из гипса и цемента, а также для более плавного регулирования процессов отверждения, для интенсификации процессов обезвоживания асбоцементной массы и для улучшения качества водоэмульсионных красок.

Промышленное производство ПАА началось в начале 50-х годов, и интенсивно развивалось на качественном и количественном уровнях Полиакриламидные реагенты выпускаются в виде растворов, дисперсий, гранул или порошка. В настоящее время мировое производство полиакриламидных реагентов превышает 200 тыс.т/год.

Как было сказано выше, ПАА удерживает в себе большое количество воды, поэтому введение его в композит возможно в виде раствора (геля) с концентрацией не более 7,5%. Параллельное введение большого количества воды вместе с ПАА делает эффективность добавки сомнительной.

Возможно также получение ПАА в составе композита введением в смесь мономера акриламида и последующей его полимеризацией.

Исходя из этих способов получения ПАА в структуре композита, в качестве модифицирующих добавок использовались водные растворы акриламида (АА) и полиакриламида (ПАА).

Исследованы основные физико-механические свойства композитов. Установлено повышение прочностных характеристик и биостойкости разработанных составов с различными по природе заполнителями.


УДК 666.972

Патрахина В.В., канд.техн.наук, Хижинкова Е.Ю., аспирант,

Овчаренко Г.И., д-р техн. наук, профессор

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова