2206

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Эффект от введения наноразмерных частиц принципиально выражается в том, что в системе появляется не только дополнительная граница раздела фаз, но и носитель квантово-механических проявлений [2].

Анализ состояния и тенденций развития объектов наноиндустрии в настоящее время позволяет сделать вывод о том, что одной из наиболее перспективных областей нанотехнологий является синтез углеродных наноматериалов (УНМ). К широко распространенным способам синтеза нанодисперсных добавок, предлагаемых в настоящее время, относятся технологии, для которых характерно применение дорогостоящего и энергоёмкого оборудования, повышенных давлений и температур, плазмы и дугового разряда, а также токсичных реактивов с многостадийной химической очисткой, что приводит к значительному увеличению стоимости нанотехнологической продукции и препятствует ее широкомасштабному внедрению в строительную отрасль [3]. В этой связи актуальным и перспективным научно-исследовательским направлением является изыскание доступных и экологически безопасных способов получения эффективных микро- и наномодификаторов структуры и свойств цементных композитов.

Проводились исследования, направленные на изучение влияния добавок углеродного порошка и супер-, гиперпластификатора на прочность цементного камня в зависимости от количества и состава вводимого вещества. Для проведения эксперимента изготовлялись и испытывались образцы согласно ГОСТ 30744–2001 «Цементы. Методы испытания с использованием полифракционного песка».

Для исследований применялись: цемент М500 Д0 ГОСТ 10178–85, мелкий заполнитель – песок по ГОСТ 8736, вода затворения ГОСТ 23732–2011, суперпластификатор С-3 (раствор), гиперпластификатор MasterGlenium51 (раствор).

В основу метода получения углеродного порошка был положен принцип технологии «сверху вниз», связанный с уменьшением размеров применяемого сырья вплоть до микро- и наноразмеров путём совместного помола. Методом фотоннокорреляционной спектроскопии проведено исследование распределения по размеру частиц углерода (рис.1).

Рис.1. Распределение по размерам частиц углерода (µm)

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Результаты исследований показали, что углеродный порошок состоит из частиц размером от 2 до 30 микрометров.

Для установления эффективности применения углеродного порошка проводилась сопоставительная оценка влияния различных модификаций добавок на прочность цементного камня. В результате проведённых экспериментов установлены зависимости прочности на сжатие и на растяжение при изгибе образцов цементного камня от состава цементной смеси (рис.2-5).

Рис.2. Зависимость изменения прочности цементного камня при сжатии от количества вводимого модификатора:

1 – углеродныечастицынемодифицированные; 2, 3 – углеродныечастицы, модифицированныеионами кальциявразличныхусловиях; 4 – углеродныечастицы, модифицированныеионамимагния

Рис.3. Зависимость изменения прочности цементного камня при сжатии от количества вводимого модификатора:

5 – кислотно-активизированные углеродные частицы; 6, 7 – кислотно-активизированные углеродные частицы, модифицированые ионами магния; 8 – кислотно-активизированные углеродные частицы, модифицированные ионами магния

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Рис.4. Зависимость изменения прочности цементного камня на растяжение при изгибе от количества вводимого модификатора:

1 – углеродные частицы немодифицированные; 2, 3 – углеродные частицы, модифицированные ионами кальция в различных условиях; 4 – углеродные частицы, модифицированные ионами магния.

Рис.5. Зависимость изменения прочности цементного камня на растяжение при изгибе от количества вводимого модификатора:

5 – кислотно-активизированные углеродные частицы; 6, 7 – кислотно-активизированные углеродные частицы, модифицированые ионами магния; 8 – кислотно-активизированные углеродные частицы, модифицированные ионами магния

Из представленных данных видно, что в среднем увеличение прочности цементного камня при использовании различных модификаций добавок углеродного порошка сопостовимо. Поэтому для установления более точных зависимостей прочности цементного камня от количества введенной добавки проводился ряд сравнительных

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

экспериментов, в которых переменной являлось количество вводимой добавки немодифицированного углеродного порошка. Результаты представлены на рис. 6-7.

Рис.6. Зависимость предела прочности на сжатии цементного камня от количества вводимой добавки немодифицированного углеродного порошка от 0,25 до 2 %

Рис.7. Зависимость предела прочности на растяжение при изгибе цементного камня от количества вводимой добавки немодифицированного углеродного порошка от 0,25 до 2 %

На втором этапе исследований проводилась сопоставительная оценка суперпластификатора С-3 и гиперпластификатора MasterGlenium51. Для этого изготавливались образцы снормальнойгустотойпластичногораствора, срасплывомконуса(поГОСТ310.4), равным 110 мм при водоцементном соотношении 0,40. В соответствии с этой величиной расплыва конуса понижалось водоцементное соотношение. Полученные результаты испытаний приведены на рис.8-9.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Рис.8. Зависимость изменения прочности цементного камня на сжатии от количества вводимой добавки:

1 – гиперпластификатор MasterGlenium 51; 2 – суперпластификатор С-3

Рис.9. Зависимость предела прочности на растяжение при изгибе от количества вводимой добавки:

1 – гиперпластификатор MasterGlenium 51; 2 – суперпластификатор С-3

Для установления влияния углеродной добавки и супер-, гиперпластификатора на свойства цементного камня применяли метод математического планирования эксперимента. В качестве матрицы планирования использовали план Коно, состоящий из 9 опытов. Варьируемыми факторами служили: X1 – количество добавки, % от массы цемента; X2 – количество супер-, гиперпластификатора, % от массы цемента. Матрица планирования, рабочая матрица и результаты испытаний приведены в табл.1,2.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Т а б л и ц а 1 Матрица планирования, рабочая матрица и результаты испытаний

При проведении исследований по разработке технологии модифицирования цементного камня комплексной добавкой на основе супер-, гиперпластификатора и углеродного порошка в качестве параметра, влияющего на процесс, было принято количество вводимых компонентов. Водотвёрдое отношение было принято из условия равноподвижности цементного теста. В качестве оптимизируемого параметра технологии модифицирования рассматривали прочность наполненного цементного камня.

После проведения испытаний и статистической обработки результатов эксперимента получены уравнения регрессии, связывающие изменение показателя прочности испытанных образцов цементного камня от рассматриваемых факторов.

Графические зависимости изменения прочности модифицированных композитов от количества вводимых добавок, построенные по уравнениям регресии, приведены на рис.10-13.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Рис.10. Зависимости изменения прочности на сжатии модифицированного цементного камня от количества углеродного порошка и гиперпластификатора MasterGlenium 51

Рис. 11. Зависимости изменения прочности на растяжение при изгибе модифицированного цементногокамняотколичествауглеродногопорошкаигиперпластификатораMasterGlenium 51

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

R 54,189 4,517Х1 1,983Х2 4,283Х12 0,150Х1 Х2 0,88Х22 . (3)

Рис.12. Зависимости изменения прочности на сжатии модифицированного цементного камня от количества углеродного порошка и суперпластификатора С-3

R 6,578 0,217Х1 0,050Х2 0,417Х12 0,550Х1 Х2 0,483Х22 . (4)

Рис.13. Зависимости изменения прочности на растяжение при изгибе модифицированного цементного камня от количества углеродного порошка и суперпластификатора С-3

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Исследования показали, что:

совместное использование добавок углеродного порошка и гиперпластификатора «MasterGlenium51» позволяет увеличить прочность цементного камня при сжатии в возрасте 28 суток на 109 % по сравнению с контрольным составом (33 МПа);

совместное использование добавок углеродного порошка и суперпластификатора «С-3» позволяет увеличить прочность цементного камня при сжатии в возрасте 28 суток на 76 % по сравнению с контрольным составом (33 МПа).

Список литературы

1.Баженов, Ю.М. Технология бетона / Ю.М. Баженов. – М.: ACB, 2011. – 528 с.

2.Баженов, Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны / Ю.М. Баженов, В.С. Демьянова, В.И. Калашников. – М.: ACB, 2006. – 368 с.

3.Лукутцова, Н.П. Теоретические и технологические аспекты получения микро- и нанодисперсных добавок на основе шунгитосодержащих пород для бетона: монография / Н.П. Лукутцова, А.А. Пыкин. – Брянск: Изд-во БГИТА, 2013. – 231 с.

References

1.Bazhenov, Yu.M. Technology of Concrete / Yu.M. Bazhenov. – M.: ASV Publ., 2011. – 528 p.

2.Bazhenov, Yu.M. Modified High-quality Concretes / Yu.M. Bazhenov, V.S. Dem’yanova, V.I. Kalashnikov. – M.: ASV Publ., 2006. –368 p.

3.Lukuttsova, N.P. Theoretical and technological aspects of obtaining microand nanodispersed additives based on schungite breeds for concrete: monograph / N.P. Lukuttsova, A.A. Pykin. – Bryansk: Izd BGITA, 2013. – 231 p.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 666.3.016

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ЯЧЕИСТОГО СЫРЦА В ПРОЦЕССЕ СУШКИ

В.А. Береговой, Е.В. Снадин

Приведены результаты исследования влажностной усадки ячеистого сырца, применяемого в технологии газокерамических материалов. Разработана методика прогноза величины усадки от основных технологических факторов. Для вспененных сырьевых масс на основе природных опок получена расчетная зависимость линейной влажностной усадки.

Ключевые слова: керамический сырец, влажностная деформация, влияние состава, закономерности изменения свойств

FORECASTING DEFORMATIONS OF CELLULAR RAW BRICKS

DURING DRYING PROCESS

V.A. Beregovoy, E.V. Snadin

The results of the study of shrinkage in relation to raw mixes for receiving cellular ceramics are given. The method to forecast the values of the shrinkage by the basic technological factors was developed. Dependence linear humid shrinkage of the foam raw materials based on natural gaizes is defined.

Keywords: ceramic raw, humid deformation, the influence of composition, regularities of changes in the properties

Исследования направлены на развитие технологических основ получения нового ячеистого обжигового материала – кремнистой газокерамики, вырабатываемой из опочного минерального сырья и обладающей улучшенными техническими показателями в сравнении с существующими видами пористых керамических изделий из глины [1, 2].

Сырцовые массы, применяемые в технологии газокерамики, являются сильно уваженными капиллярно-пористыми телами, процесс набора прочности которых сопровождается значительной усадкой. Интенсивное испарение влаги, происходящее со стороны открытой поверхности пористого сырца, формирует градиент влажности по его сечению и является причиной развития неравномерной усадки. Некомпенсированные усадочные деформации приводят к образованию микротрещин с последующим разрушением материала при обжиге.

В настоящее время отсутствует общая теория, описывающая механизм возникновения и развития усадочных деформаций в процессе твердения минеральных систем. Применительно к керамическим шихтам наиболее опасные изменения происходят на