УДК 666.22.33
Е. Н.ГРУШЕВСКАЯ, Н. В.ХОТИМ
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВТОРИЧНОГО ПОЛИАМИДА НА СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ ВЯЖУЩИХ
Оценено влияние вторичного полиамида, который показал, что на основе сочетания его и цементного вяжущего можно получить материалы с высокими физико-механическими свойствами и гидрофизическими свойствами.
Индустриализация строительства предъявляет к материалам новые требования, которым традиционные строительные материалы, такие, как бетоны, растворы и т. п., уже удовлетворить не могли. На помощь строительству пришла химия. Так появилось новое направление в технологии строительных материалов: модификация материалов, получаемых на основе минеральных вяжущих, полимерами путем направленного изменения структуры и соответственно свойств этих материалов.
Традиционные материалы на основе минеральных вяжущих - бетоны и растворы — по физико-механическим свойствам типичные каменные материалы, характеризующиеся высокой прочностью при сжатии и низкой - при изгибе и растяжении. У них высокий модуль упругости и малая деформативность, низкая адгезия к другим материалам и невысокое сопротивление ударным воздействиям. Наличие пор в затвердевшем бетоне и растворе и химический состав затвердевшего вяжущего предопределяют их ограниченную морозостойкость и невысокую химическую стойкость (особенно в кислых средах).
Полимерные материалы в большинстве своем, напротив, обладают высокой прочностью при растяжении и изгибе, у них более низкий модуль упругости и большая деформативность, хорошие адгезионные свойства и высокая химическая стойкость. Многие полимеры горючи; их теплостойкость обычно не превышает 100...150°С. Под действием солнечных лучей и кислорода воздуха они „старятся", изменяя физико-механические свойства. Фактором, ограничивающим применение полимеров в строительстве, является их высокая стоимость и относительная дефицитность [1].
При сохраняющихся темпах роста производства полимеров удельный вес отходов полимеров будет возрастать, что приведет к непрерывному накоплению полимерных отходов [2]. В связи с этим важнейшей проблемой для современной полимерной промышленности является вторичная переработка (рециклинг) пластмасс. Данным материалам присуще свойство длительное время сохраняться в естественных условиях по причине высокой стойкости к воздействиям окружающей среды [3]. Рециклинг полимеров актуален не только с позиции охраны окружающей среды, но и связан с тем, что в условиях дефицита полимерного сырья вторичные полимеры могут стать мощным сырьевым и энергетическим ресурсом [4]. Это позволит рациональнее использовать естественные ресурсы, снизить потребление энергии и сократить выбросы в окружающую среду [3].
Таким образом, получение материалов на основе сочетания минеральных вяжущих и полимеров, с тем чтобы максимально использовать лучшие качества каждого компонента и свести к минимуму его отрицательные свойства, т. е. модифицировать традиционные материалы на основе минеральных вяжущих добавками полимеров являются перспективным направлением современного строительного материаловедения [5].
Целью работы является оценка влияния вторичного полиамида на физико-механические и гидрофизические свойства цементных вяжущих.
В цементно-полиамидных растворах полимер влияет на физико-химические процессы твердения минерального вяжущего и изменяет структуру затвердевшего раствора, входя в него в виде самостоятельной фазы. Прослойки полиамида, связывая минеральные составляющие раствора, повышают его прочность при растяжении и изгибе.
Методика исследований
В состав полученного цементно-полиамидного материала входили следующие компоненты: в качестве минерального вяжущего применялся портландцемент 500-Д20 (ГОСТ 10178-85) с нормальной густотой цементного теста 25%, в качестве органического вяжущего - вторичный полиамид (ТУ 6-13-3-88), измельченный криогенным способом в среде жидкого азота до 0,14-0,63 мм. Следует отметить, что полимерные добавки вводят в строительные материалы в небольших количествах (1-5% от массы минерального вяжущего) с целью их пластификации или гидрофобизации [1].
Цементно-полиамидный материал получали смешиванием тонкодисперсного полиамида с цементом до однородного состояния и последующим постепенным добавлением воды затворения с добавкой гиперпластификатора Реламикс(ТУ 5870-002-14153664-04) вводимой в количестве 0,45%. Полимер вводили в количестве до 15% от массы минерального вяжущего (П/Ц = 0 - 0,176). Готовую модифицированную смесь укладывали в формы в виде балочек размером 40х40х160 и уплотняли на виброплощадке в течение ≈1мин. Далее образцы помещали в пропарочную камеру на 12 часов с температурой 80-850С. Спустя 7 суток испытывали прочность на изгиб, а через 28 суток – прочность на сжатие. Для определения использовался пресс Quasar 50; при испытаниях нагрузку постепенно увеличивали до разрушения образцов.
Для определения водопоглощения образцов их взвешивали на весах. Затем образцы помещались в емкость, наполненную водой с таким расчетом, чтобы уровень воды в емкости был выше верхнего уровня уложенных образцов примерно на 50 мм, температура воды в емкости составляла (20±2)0С. Через 24 часа после погружения образцов в воду, их вынимали из воды, вытирали тканью, взвешивались на весах; на основании чего и определяли водопоглощение полученных материалов.
Результаты исследований
Проведенный лабораторный опыт показал, что оптимальный состав миксвяжущего: П/Ц=0,056,что составляет 5% полиамида. Именно при таком соотношении наблюдается повышение предела прочности при изгибе на 47,7% (рисунок 1). Следует отметить, что при содержании в полученном материале 2,5% полиамида наблюдается повышение прочности при сжатии на 2,4% (рисунок 2).
Важнейшей реакционной способностью полиамида является то, что в щелочной среде активируются адсорбционно-способные связи при t=800С. Таким образом, в данной среде увеличивается адгезионная активность приводящая к высокому взаимодействию органических и минеральных вяжущих [6].
Рисунок 1 - Зависимость предела прочности при изгибе цементно-полиамидных образцов от содержания полимера
Рисунок 2 - Зависимость предела прочности при сжатии цементно-полиамидных образцов от содержания полимера
Анализ графической зависимости показал, что с увеличением содержания полимера в материале уменьшается и средняя плотность цементно-полиамидных образцов (рисунок 3).
Рисунок 3 - Зависимость средней плотности цементно-полиамидных образцов от содержания полимера
Это объясняется тем, что истинная плотность полиамида в 3 раза меньше, чем цемента: истинная плотность полиамида 1010-1140 кг/м3, а цемента 3000-3200 кг/м3[6].
Полиамид – гидрофильный полимер, поэтому при увеличении его содержания повышается воздухововлечение и снижается удобоукладываемость смеси в связи с тем, что часть воды затворения расходуется на смачивание мелкодисперсных частиц органического связующего. Это препятствует выходу вовлечённого воздуха в процессе формования. В результате при содержании в полиамид – цементном материале полимера более 2,5% уменьшается средняя плотность исследуемых образцов и увеличивается их водопоглощение в среднем на 18% (рисунок 3, 4).
Рисунок 4 - Зависимость водопоглощения цементно-полиамидных образцов от содержания полимера
Материал полиамид работает при температурах от -50 градусов, и его рабочая температура доходит до +100 градусов. Помимо устойчивости к высоким температурам, полиамид блочный, например, имеет высокую стойкость к воздействию радиоактивных волн. Стеклонаполненные полиамиды нетоксичны и при нормальных условиях не оказывают вредного воздействия на организм человека[1].
Таким образом, чтобы уменьшить воздухововлечение полимерцементной смеси необходимо для её приготовления применять лопастные мешалки или вибросмесители, высокочастотное вибрирование, а для жестких смесей трамбование и вибропрессование. Полученный материал можно рассматривать как композиционный строительный материал, основу которого составляет матрица затвердевшего минерального вяжущего, в которую встроены микродисперсные частицы полиамида в результате тепловлажностной обработки.
Список литературы
Попов, и полимерцементные бетоны, растворы и мастики [Текст]: учеб. пособие для СПТУ. / . – М.: Высш. Шк., 1987. – 72 с. Перспективные полимерные материалы / //Полимерные композиты 2000[Текст]: сб. докл. междунар. науч.-техн. конф.–Гомель, 2000. –С.3–9. Микроволновые технологии в процессах переработки и утилизации бытовых полимерных отходов[Текст]: Известия Самарского научного центра Российской академии наук.- Казанский государственный технический университет им. , , т. 12, №4(3), 2010.-с.580-582 Вторичная переработка пластмасс. Известия Самарского научного центра Российской академии наук / . – СПб.: Профессия, 2007. – 400 с. Баженов, [Текст] / . – М.: Стройиздат. 1983. – 472 с. Описание и марки полимеров – Полиамиды. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www. - Дата доступа: 17.03.2014
Научный руководитель: , кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой строительного материаловедения инженерно-строительного факультета Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, г. Гродно, Республика Беларусь, *****@***by.
