Модификаторы в строительной технологии (стр. 18 )

Таблица 12 – Общие требования к гранулированным гидрофобным (водонераспускаемым) трегерам

Показатель	Норма
Фракции гранул, мм	3-5; (5-10)
Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа	2,5-3,5
Средняя насыпная плотность, кг/м3	800-900 (1000)
Водостойкость	0,8-0,9 (1,0)

На рисунке 10 видно, как минеральный наполнитель агломерирован путем склеивания частиц сложным клеем, состоящим из ПАВ (КОСЖК) и гидратированного цемента.

Рисунок 10 – Фотография гидрофобного трегера

Криотехнология

Разработан КарГТУ (, ) также способ изготовления трегеров на основе битумов низких марок. Битумы низких марок подвергаются замораживанию до придания им хрупких свойств. Затем их измельчают до получения зерен размером не более 5-7 мм и предварительно опудривают цементом. Далее полученные гидрофобные трегеры применяют при изготовлении бетонов специального назначения (дорожный, гидротехнический) [ 61].

Как показала практика, существенный эффект по сдерживанию процессов массопереноса (влаги) достигается в случае применения гидрофобных трегеров на основе битума совместно с прямой битумной эмульсией. При этом бетон с гидрофобным трегером желательно выдержать не менее 6 ч (до набора структурной прочности), затем подвергнуть тепловой обработке при температуре изотермического прогрева не более 70°С. В это время гидрофобный трегер (битум) расплавляется и кольматирует поры и полости бетона. Данный способ для реализации в промышленных условиях требует дополнительных исследований.

Экструзионный способ

Экструзионный гидрофобный трегер разработан и реализован при изготовлении гидрофобизированного газобетона. Известно, что газобетон имеет неудовлетворительные показатели остаточной влажности, водопоглощения и капиллярного подсоса. Применение гидрофобизирующих добавок позволяет улучшить эти показатели.

В жилищном строительстве предпочтение следует отдавать ячеистым бетонам, имеющим водоотталкивающие свойства, то есть с характеристикой водопоглощения порядка 25-30 %. Такое водопоглощение газобетона можно получить, увеличив содержание битумной эмульсии с 5-7 до 20% от массы вяжущего. Однако при этом наблюдается сброс прочности газобетона до 50% и более, что делает способ повышения гидрофобных свойств ячеистого бетона путем применения высоких дозировок гидрофобизатора – битумной эмульсии неэффективным.

Поэтому был предложен способ повышения гидрофобных свойств ячеистого газобетона автоклавного твердения путем совместного применения гидрофобизирующих добавок и трегеров в виде гранул размером не более 5 мм, изготовленных из битума и кварцевого песка.

Способ приготовления гидрофобного трегера включает следующие операции:

– загрузку битума в емкость-смеситель с подогревом, в котором битум переводится в расплав;

– совмещение молотого песка с расплавленным битумом в соотношении 1:2;

– подачу полученной смеси битума и молотого песка с помощью питателя через приемную воронку в экструдер;

– продавливание смеси через фильеры экструдера с диаметром отверстий 2-3 мм;

– получение с помощью отсекателя гранул-цилиндров (2-3 мм), которые подаются на тарельчатый гранулятор, где они окатываются и одновременно опудриваются цементом;

– подачу готовых опудренных гранул на склад готовой продукции.

По такой же схеме можно приготовить гидрофобный трегер с применением в качестве наполнителя золы-уноса. Применение золы-уноса позволяет исключить дорогостоящий цикл – помол песка.

Как показали испытания, применение гидрофобных трегеров на основе низкомарочных битумов позволяет снизить до 15% расход воды затворения смеси и тем самым снизить влажность бетона до 28%.

Таким образом, приготовленные разными способами гидрофобные трегеры совместно с гидрофобизирующими добавками позволяют получить бетоны с существенно улучшенными гидрофизическими характеристиками, что важно для бетонных изделий и конструкций, работающих в водонасыщенных, агрессивных малоизученных грунтовых условиях центрального, северного и особенно западного регионов Казахстана.

4 ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАТОРОВ НА СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

4. 1 Механизм действия химических добавок

Известно, что процесс превращения порошкообразных вяжущих в камневидное тело при затворении водой сложен. Ученые по-разному объясняют механизм их схватывания и твердения. К началу XX века четко оформились физико-химические теории схватывания и твердения, связанные с именами А. Л. Ле-Шателье, Михаэлиса и .

Процесс твердения, по Михаэлису, заключается в том, что вначале под действием воды в поверхностных слоях цементных зерен образуется рыхлая масса геля, обеспечивающая первую стадию – склеивание зерен. По Ле-Шателье, процесс протекает путем растворения исходного силиката с образованием в дальнейшем пересыщенного раствора, из которого выделяются гидраты в виде кристаллов новообразований. считает, что всякое твердеющее вещество обязательно проходит стадию коллоидного состояния, причем растворимость гидратных продуктов является важным условием твердения. Процесс твердения он рассматривает как единый кристаллохимический процесс, имеющий стадии растворения, образования коллоидных растворов и кристаллизации.

Современные представления о процессах гидратационного твердения неорганических вяжущих веществ опираются на теоретические положения физико-химической механики, разработанные . Согласно этим представлениям в твердеющем цементе возможно существование коагуляционных, кристаллизационных и конденсационных структур (весьма прочных). Конденсационные структуры характеризуются пространственной сеткой, образованной в результате возникновения химических связей за счет валентностей. Кристаллизационный механизм твердения неорганических вяжущих веществ связан с положением о том, что прочность образующихся кристаллизационных структур определяется прочностью отдельных кристаллов и их срастаний, а также связями коагуляционного типа [54].

В трудах и его учеников вопросы синтеза цементного камня увязываются с ролью в этом процессе отдельных клинкерных минералов. Цементный камень рассматривается с точки зрения "теории микробетона" , согласно которой зерна клинкера и отдельных клинкерных минералов, гидратируясь с поверхности, становятся узлами пространственной решетки цементного камня, а кристаллические и гелевидные новообразования, возникающие в твердеющем цементном камне, являются диффузными оболочками вокруг негидратированных частиц (по – "вокруг клинкерного фонда") [2, 3].

Рассмотрим механизм процессов, обусловливающих гидрофобизацию цементных материалов путем применения гидрофобизирующих добавок. В основу теоретических воззрений о механизме действия гидрофобизирующих добавок положены представления о возможности взаимодействия гидрофобизатора и других ингредиентов модификатора с неорганическими соединениями (цемент) при наличии в этих соединениях реакционно-способных групп. Взаимодействие цемента с поверхностно-активным веществом и водой затворения идет с поверхности зерен цемента. Но, как утверждает , на разнородных клинкерных минералах, составляющих зерно цемента, этот процесс идет по-разному, в зависимости от природы ПАВ: гидрофобизирующий компонент прочно фиксируется на четырехкальциевом алюмоферрите (C4AF), двухкальцевом силикате (C2S) и трехкальцевом силикате (C3S), но совершенно не осаждается на трехкальциевом алюминате (С3А). По данным и [5, 9], по адсорбционной способности в отношении лигносульфоната кальция минералы располагаются в следующий ряд: С3А, C4AF, C2S, C3S.

В связи с противоречивыми сведениями в научно-технической литературе о механизме действия химических добавок профессором были проведены исследования о влиянии химических добавок на свойства цементных материалов.

При этом рассмотрены научно-теоретические воззрения о влиянии гидрофобизации на цементные системы.

Гидрофобизацией называется придание поверхности гидрофильного материала свойства несмачиваемости водой, т. е. "обратным" свойством гидрофобизации является смачиваемость материала [3].

Смачиваемость твердых тел жидкостью – результат взаимодействия на границе раздела трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Она характеризуется степенью растекания капли жидкости на поверхности твердого тела, которая, в свою очередь, определяется соотношением между адгезией, т. е. сцеплением жидкости и твердого тела, и когезией самой жидкости, т. е. силами притяжения между ее молекулами. Количественной оценкой смачиваемости служит краевой угол (или его косинус), образованный касательной к поверхности капли с поверхностью твердого тела в точке соприкосновения трех фаз: жидкой, твердой и газообразной. Для смачиваемых жидкостью материалов краевой угол острый (соs(Q) < 1), для несмачиваемых – тупой (–1 > соs(Q) < 0) (рисунок 11).

а) б)

а – смачиваемых материалов (Q < 90º); б – несмачиваемых материалов (Q > 90º); Ж – жидкая, Т – твердая, Г – газообразная

Рисунок 11 – Краевые углы для материалов, имеющих различную степень смачиваемости

Степень смачиваемости водой зависит главным образом от химической природы твердой поверхности, ее структуры, наличия гидрофобизирующих веществ.

в результате экспериментов по измерению краевого угла смачивания показал, что на зернах гидрофобного цемента имеются оболочки из ориентированных крупных асимметрично полярных молекул, которые обращены углеводородными радикалами наружу. Наибольшую гидрофобность обнаружили цементы с добавками олеиновой кислоты и асидолмылонафта. Цементы без добавок, а также с добавкой сульфитно-спиртовой барды оказались абсолютно гидрофильными. Промежуточное положение между ними заняли цементы, изготовленные с добавками масляных отходов промышленности, а также канифольного мыла.