Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2278

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
16.06.2024
Размер:
6.28 Mб
Скачать

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Список литературы

1.Manevich, V.E. Foam glass and problems of energy conservation / V.E. Manevich, K.Yu. Subbotin // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). – 2008. – Vol. 65, No. 3–4. – P. 105-108. – DOI: 10.1007/s10717-008-9026-1.

2.Минько, Н.И. Теплоизоляционные стекломатериалы. Пеностекло / Н.И. Минько, О.В. Пучка, М.Н. Степанова, С.С. Вайсера. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2016. – 263 с.

3.Kazantseva, L.K. Particulars of foam glass manufacture from zeolite-alkali batch / L.K. Kazantseva // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). – 2013. – Vol. 70, No. 7-8. – P. 277-281. – DOI: 10.1007/s10717-013-9560-3.

4.Manevich, V.E. Diatomite – Siliceous material for the glass industry / V.E. Manevich, R.K. Subbotin, E.A. Nikiforov, N.A. Senik, A.V. Meshkov // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). – 2012. – Vol. 69, No. 5-6. – P. 168–172. – DOI: 10.1007/s10717-012-9438-9.

5.Qu, Y.-N. Lightweight and high-strength glass foams prepared by a novel green spheres hollowing technique / Y.-N. Qu, J. Xu, Z.-G. Su, N. Ma, X.-Y. Zhang, X.-Q. Xi, J.-L. Yang // Ceramics International. – 2016. – Vol. 42, No. 2. – P. 2370–2377. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.10.034.

6.Никитин, А.И. Теплоизоляционные материалы и изделия на основе трепелов Потанинского месторождения / А.И. Никитин, Г.И. Стороженко, Л.К. Казанцева, В.И. Верещагин // Строительные материалы. – 2014. – № 8. – С. 34–37.

7.Орлов, А.Д. Оптимизированная одностадийная технология гранулированного пеностекла на основе низкотемпературного синтеза стеклофазы / А.Д. Орлов // Строительные материалы. – 2015. – № 1. – С. 24–26.

8.Ivanov, K.S. Diatomites in Granular Foam-Glass Technology / K.S. Ivanov, S.S. Radaev, O.I. Selezneva // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). – 2014. – Vol. 71, No. 5-6. – P. 157–161. – DOI: 10.1007/s10717-014-9641-y.

9. Bernardo, E. Glass foams from dismantled cathode ray tubes / E. Bernardo, F. Albertini // Ceramics International. – 2006. – Vol. 32, No. 6. – P. 603–608. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2005.04.019.

10.Chen, M. Lead recovery and the feasibility of foam glass production from funnel glass of dismantled cathode ray tube through pyrovacuum process / M. Chen, F.-S. Zhang, J. Zhu // Journal of Hazardous Materials. – 2009. – Vol. 161, No. 2-3. – P. 1109–1113. – DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.04.084.

11.Fernandes, H.R. Preparation and characterization of foams from sheet glass and fly ash using carbonates as foaming agents / H.R. Fernandes, D.U. Tulyaganov, J.M.F. Ferreira // Ceramics International. – 2009. – Vol. 35, No. 1. – P. 229–235. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2007.10.019.

12.Guo, Y. Novel glass ceramic foams materials based on polishing porcelain waste using the carbon ash waste as foaming agent / Y. Guo, Y. Zhang, H. Huang, X. Meng, Y. Liu, S. Tu, B. Li // Construction and Building Materials. – 2016. – Vol. 125. – P. 1093– 1100. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.134.

13.Li, Z. Preparation and characterization of glass–ceramic foams with waste quartz sand and coal gangue in different proportions / Z. Li, Z. Luo, X. Li, T. Liu, L. Guan, T. Wu, A. Lu // Journal of Porous Materials. – 2016. – Vol. 23, No. 1. – P. 231–238. – DOI: 10.1007/s10934-015-0074-y.

14.Rincón, A. Novel ‘inorganic gel casting’ process for the manufacturing of glass foams / A. Rincón, G. Giacomello, M. Pasetto, E. Bernardo // Journal of the European Ceramic Society. – 2017. – Vol. 37, No. 5. – P. 2227–2234. – DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.01.012.

15.Yin, H. Fabrication of foam glass from iron tailings / H. Yin, M. Ma, J. Bai, Y. Li, S. Zhang, F. Wang // Materials Letters. – 2016. – Vol. 185. – P. 511–513. – DOI: 10.1016/j.matlet.2016.09.034.

16.Zhang, Q. Preparation of high strength glass ceramic foams from waste cathode ray tube and germanium tailings / Q. Zhang, F. He, H. Shu, Y. Qiao, S. Mei, M. Jin, J. Xie // Construction and Building Materials. – 2016. – Vol. 111. – P. 105–110. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.01.036.

Regional architecture and engineering 2019

№3 21

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

17.Береговой, В.А. Облегченная керамика повышенной прочности для энергоэффективных ограждающих конструкций / В.А. Береговой, Е.В. Снадин // Региональная архитектура и строительство. – 2017. – № 4 (33). – С. 54–59.

18.Береговой, В.А. Улучшение прочностных показателей пенокерамического сырца / В.А. Береговой, Е.В. Снадин // Региональная архитектура и строительство. – 2018. – № 4 (37). – С. 80–84.

19.Иваненко, В.Н. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород / В.Н. Иваненко. – Киев: Будиiвельник, 1978. – 120 с.

20.Сеник, Н.А. Получение высокоэффективного теплоизоляционного материала

на основе диатомита путем низкотемпературного вспенивания / Н.А. Сеник, А.В. Мешков, А.Л. Виницкий, Т.В. Вакалова, В.И. Верещагин // Техника и технология силикатов. – 2012. – Т. 19, № 4. – С. 6–12.

21. Pak, V.N. Porous glass and nanostructured materials / V.N. Pak, Y.Y. Gavronskaya, T.M. Burkat. – New York: Nova, 2015. – 113 p.

References

1.Manevich, V.E. Foam glass and problems of energy conservation / V.E. Manevich, K.Yu. Subbotin // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). – 2008. – Vol. 65, No. 3–4. – P. 105–108. – DOI: 10.1007/s10717-008-9026-1.

2.Min'ko, N.I. Insulating glass materials. Foam glass / N.I. Min'ko, O.V. Puchka, M.N. Stepanova, S.S. Vajsera. – Belgorod: Publishing house of BSTU, 2016. – 263 p.

3.Kazantseva, L.K. Particulars of foam glass manufacture from zeolite-alkali batch / L.K. Kazantseva // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). – 2013. – Vol. 70, No. 7-8. – P. 277-281. – DOI: 10.1007/s10717-013-9560-3.

4.Manevich, V.E. Diatomite – Siliceous material for the glass industry / V.E. Manevich, R.K. Subbotin, E.A. Nikiforov, N.A. Senik, A.V. Meshkov // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). – 2012. – Vol. 69, No. 5-6. – P. 168–172. – DOI: 10.1007/s10717-012-9438-9.

5.Qu, Y.-N. Lightweight and high-strength glass foams prepared by a novel green spheres hollowing technique / Y.-N. Qu, J. Xu, Z.-G. Su, N. Ma, X.-Y. Zhang, X.-Q. Xi, J.-L. Yang // Ceramics International. – 2016. – Vol. 42, No. 2. – P. 2370–2377. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.10.034.

6.Nikitin, A.I. Insulation materials and products based on diatomaceous earth Potanin field / A.I. Nikitin, G.I. Storozhenko, L.K. Kazanceva, V.I. Vereshchagin // Building material. – 2014. – No. 8. – P. 34–37.

7.Orlov, A.D. Optimized single-stage technology of granulated foam glass based on low-temperature synthesis of glass phase / A.D. Orlov // Building material. – 2015. – No. 1. – P. 24–26.

8.Ivanov, K.S. Diatomites in Granular Foam-Glass Technology / K.S. Ivanov, S.S. Radaev, O.I. Selezneva // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). – 2014. – Vol. 71, No. 5–6. – P. 157–161. – DOI: 10.1007/s10717-014-9641-y.

9. Bernardo, E. Glass foams from dismantled cathode ray tubes / E. Bernardo, F. Albertini // Ceramics International. – 2006. – Vol. 32, No. 6. – P. 603–608. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2005.04.019.

10.Chen, M. Lead recovery and the feasibility of foam glass production from funnel glass of dismantled cathode ray tube through pyrovacuum process / M. Chen, F.-S. Zhang, J. Zhu // Journal of Hazardous Materials. – 2009. – Vol. 161, No. 2-3. – P. 1109–1113. – DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.04.084.

11.Fernandes, H.R. Preparation and characterization of foams from sheet glass and fly ash using carbonates as foaming agents / H.R. Fernandes, D.U. Tulyaganov, J.M.F. Ferreira // Ceramics International. – 2009. – Vol. 35, No. 1. – P. 229–235. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2007.10.019.

12.Guo, Y. Novel glass ceramic foams materials based on polishing porcelain waste using the carbon ash waste as foaming agent / Y. Guo, Y. Zhang, H. Huang, X. Meng,

22 Региональная архитектура и строительство 2019

№3

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Y. Liu, S. Tu, B. Li // Construction and Building Materials. – 2016. – Vol. 125. – P. 1093– 1100. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.134.

13.Li, Z. Preparation and characterization of glass–ceramic foams with waste quartz sand and coal gangue in different proportions / Z. Li, Z. Luo, X. Li, T. Liu, L. Guan, T. Wu, A. Lu // Journal of Porous Materials. – 2016. – Vol. 23, No. 1. – P. 231–238. – DOI: 10.1007/s10934-015-0074-y.

14.Rincón, A. Novel ‘inorganic gel casting’ process for the manufacturing of glass foams / A. Rincón, G. Giacomello, M. Pasetto, E. Bernardo // Journal of the European Ceramic Society. – 2017. – Vol. 37, No. 5. – P. 2227–2234. – DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.01.012.

15.Yin, H. Fabrication of foam glass from iron tailings / H. Yin, M. Ma, J. Bai, Y. Li, S. Zhang, F. Wang // Materials Letters. – 2016. – Vol. 185. – P. 511–513. – DOI: 10.1016/j.matlet.2016.09.034.

16.Zhang, Q. Preparation of high strength glass ceramic foams from waste cathode ray tube and germanium tailings / Q. Zhang, F. He, H. Shu, Y. Qiao, S. Mei, M. Jin, J. Xie // Construction and Building Materials. – 2016. – Vol. 111. – P. 105–110. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.01.036.

17.Beregovoj, V.A. Lightweight high-strength ceramics for energy-efficient walling / V.A. Beregovoj, E.V. Snadin // Regional architecture and engineering. – 2017. – No. 4 (33). – P. 54–59.

18.Beregovoj, V.A. Improvement of strength parameters of raw foam ceramic / V.A. Beregovoj, E.V. Snadin // Regional architecture and engineering. – 2018. – No. 4 (37). – P. 80–84.

19.Ivanenko, V.N. Building materials and products from siliceous rocks / V.N. Ivanenko. – Kiev: Budivelnik, 1978. – 120 p.

20.Senik, N.A. Production of high-performance thermal insulation material based on diatomite by low-temperature foaming / N.A. Senik, A.V. Meshkov, A.L. Vinickij, T.V. Vakalova, V.I. Vereshchagin // Technique and technology of silicates. – 2012. – Vol. 19, No. 4. – P. 6–12.

21.Pak, V.N. Porous glass and nanostructured materials / V.N. Pak, Y.Y. Gavronskaya, T.M. Burkat. – New York: Nova, 2015. – 113 p.

Regional architecture and engineering 2019

№3 23

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК [691.5:691.542]:691-404

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Россия, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, тел.: +7 (495) 781-80-07; факс: +7 (499) 183-44-38

Иноземцев Александр Сергеевич, кандидат технических наук, младший научный сотрудник, доцент E-mail: InozemcevAS@mgsu.ru

Королев Евгений Валерьевич, доктор технических наук, профессор, проректор

E-mail: KorolevEV@mgsu.ru

Зыонг Тхань Куй, аспирант

National Research Moscow State University of

Civil Engineering

Russia, 129337, Moscow, 26, Yaroslavskoe shosse, tel .: +7 (495) 781-80-07; fax: +7 (499) 183-44-38

Inozemtsev Sergey Sergeevich, Doctor of Sciences, junior researcher, Associate Professor

E-mail: InozemcevAS@mgsu.ru

Korolev Evgeny Valer’evich,

Doctor of Sciences, Professor, Vice-rector E-mail: KorolevEV@mgsu.ru

Doung Than Qui,

Postgraduate

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦЕМЕНТНО-МИНЕРАЛЬНЫХ СИСТЕМ, ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИКАРБОКСИЛАТНЫМ ПЛАСТИФИКАТОРОМ*

А.С. Иноземцев, Е.В. Королев, Т.К. Зыонг

В работе представлены результаты исследования пластифицированных цементноминеральных паст, наполненных тонкими минеральными добавками – золой-уносом бурых углей, известняковым порошком из крымского ракушечника, порошком из кварцевого песка и микрокремнеземом. Установлено, что реологические кривые цементноминеральных паст, пластифицированных эфирами поликарбоксилатов, характеризуются наличием аномальных участков, описываемых нисходящим участком на зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига и свойственных слабоструктурированным подвижным системам с напряжением сдвига менее 1 Па.

Ключевые слова: цементно-минеральные пасты, пластифицированные композиции, поликарбоксилатный пластификатор, реологическая кривая, кривая течения, аномалия течения, реологическая аномалия

RHEOLOGICAL FEATURES OF CEMENT-MINERAL SYSTEMS

WITH A POLYCARBOXYLATE PLASTICIZER

A.S. Inozemtcev, E.V. Korolev, T.Q. Duong

The results of the study of plasticized cement-mineral pastes filled with fine mineral additives are given in the article. Abnormal area of rheological curves of cement-mineral pastes with polycarboxylate ethers was found out. The flow anomaly is described by the decreasing of shear stress on the shear rate for mixtures in the range of shear stress less than 1 Pa. The plasticizer is a key factor in the demonstration of an abnormal area for the studied cement-mineral dispersion systems.

Keywords: cement-mineral pastes, plasticized compositions, polycarboxylate plasticizer, rheological curve, flow curve, flow anomaly, rheological anomaly

* Работа выполнена в рамках соглашения № 14.583.21.0072 о предоставлении субсидий для реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (идентификатор проекта – RFMEFI58318X0072) при финансовой поддержке Минобрнауки России.

24 Региональная архитектура и строительство 2019

№3

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Введение

Вопросам применения минеральных добавок в портландцементных системах посвящено множество трудов (см., например, 9]). При этом их влияние в зависимости от физико-химических свойств может существенно варьироваться: от структурнотопологического до участия в процессах структурообразования за счет взаимодействия с основными компонентами и продуктами гидратации вяжущего. Особенный интерес представляют работы, посвященные совместной работе минеральных добавок и поликарбоксилатов.

Так, в трудах [3…12] отмечается, что комбинирование минеральных и пластифицирующих добавок за счет водоредуцирующего эффекта позволяет управлять В/Ц-от- ношением или расходом вяжущего вещества, что является важным фактором для повышения прочности или конкурентоспособности бетонов. Высокодисперсные минеральные добавки (МД), заполняя пустоты между более крупными частицами в пластифицированных бетонных смесях, способствуют лучшему их течению и формируют более плотную структуру, также обеспечивая повышение механических свойств композита [10, 11, 13].

В [12] тонкодисперсные компоненты в бетонных смесях как для обычных, так и для высокопрочных и особовысокопрочных бетонов по функциональному действию классифицированы на 2 вида:

1)реологически активные, характеризующиеся усиленным действием пластификаторов в цементно-минеральной матрице;

2)реологически- и реакционно-активные, отличающиеся от первого вида, дополнительной химической активностью кремнеземистой фазы по отношению к гидролизной извести портландцемента.

Ранее в [15] на модельной системе (пластифицированный цементно-песчаный раствор) исследовано влияние МД на ее реологические свойства. Исследования показали, что при постоянном расходе портландцемента увеличение до определенного количества высокодисперсных компонентов в смеси за счет уменьшения количества крупной фракции (мелкого заполнителя) приводит к повышению подвижности смесей (рис. 1). При этом прочностные свойства композита увеличиваются прямо пропорционально подвижности смеси (рис. 2).

Рис. 1. Влияние минеральных добавок на реологические свойства портландцементных дисперсных систем, оценивающиеся по диаметру расплыва смеси

Regional architecture and engineering 2019

№3 25

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Рис. 2. Зависимость между подвижностью смеси и прочностью исследуемых составов

Представленные результаты можно объяснять, с одной стороны, оптимизацией строения смеси, когда за счет увеличения толщины прослойки цементно-минеральной смеси (портландцемент, минеральная добавка, вода и пластификатор) снижаются силы сопротивления движению частиц мелкого заполнителя, а с другой – вкладом высокодисперсных частиц минерального наполнителя в распределение пластификатора в смеси и, как следствие, равномерным распределением воды по поверхности компонентов. При достижении определенной степени наполнения, которая связана с физическими особенностями каждой из минеральных добавок, начинают преобладать негативные факторы (увеличение суммарной площади сухих компонентов, неоднородность объемного распределения воды), вследствие действия которых подвижность смесей снижается.

Максимальная подвижность смеси и прочность композита зависят как от физикохимических свойств минеральной добавки, так и от вида и количества пластификатора. Причем эффективность пластификатора (водоредуцирующий эффект) также зависит от указанных свойств минеральной добавки. Отсюда немаловажным является вклад взаимодействия пластификатора с минеральной добавкой для обеспечения требуемой подвижности смесей и соответствующей прочности композита.

Для получения смесей с равномерно распределенными компонентами, имеющих реологические свойства, обеспечивающие их транспортировку (перекачку) и укладку, важными являются исследования зависимости реологических характеристик от скорости сдвига.

Материалы и методы исследования

В работе для исследования влияния минеральных добавок на реологические свойства пластифицированных цементно-минеральных паст применяли следующие компоненты. В качестве вяжущего вещества использовался портландцемент CEM I 42,5. Для обеспечения подвижности растворной смеси применялся гиперпластификатор на поликарбонатной основе Melflux 1641F. В качестве минеральных добавок использовались: зола-унос, тонкоизмельченный ракушечник (далее – мука из ракушечника), тонкоизмельченный кварцевый песок (далее – мука из кварцевого песка), микрокремнезем. В составе цементно-минеральной смеси варьировалось соотношение минеральной добавки к вяжущему веществу (табл. 1) при постоянном В/Ц = 0,4 и количестве пластификатора – 1 % от массы портландцемента.

26 Региональная архитектура и строительство 2019

№3

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Т а б л и ц а 1 Маркировка составов и содержание минеральных добавок в цементных пастах

Состав

Д/Ц

Состав

Д/Ц

Состав

Д/Ц

Состав

Д/Ц

1

МКМ-1

0,06

П-1

0,14

З-1

0,08

Р-1

0,20

2

МКМ-2

0,11

П-2

0,27

З-2

0,15

Р-2

0,41

3

МКМ-3

0,17

П-3

0,41

З-3

0,23

Р-3

0,68

4

МКМ-4

0,22

П-4

0,68

З-4

0,30

Р-4

0,95

5

МКМ-5

0,28

П-5

0,95

З-5

0,38

Р-5

1,22

П р и м е ч а н и е : Д/Ц – соотношение между минеральной добавкой и портландцементом, МКМ – микрокремнезем, П – мука из кварцевого песка, З – зола-унос, Р – мука из ракушечника.

 

 

 

 

 

 

 

Химический состав минеральных добавок

Т а б л и ц а 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минеральная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соединение, % мас.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

добавка

 

 

SiO2

 

CaO+

 

Al2O3

 

FeO+

 

MgO+

 

Другое

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CaCO3

 

Fe2O3

 

MgCO3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

Микрокремнезем

 

90,0

 

3,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,5

2

 

 

 

Зола-унос

 

 

50,0

 

2,5

 

 

37,0

4,5

 

 

 

0,5

 

 

5,5

3

 

Мука из кварцевого

94,5

 

0,3

 

 

 

 

2,5

 

 

 

0,1

 

 

2,3

 

 

 

 

 

песка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

Мука из

 

 

21,2

 

65,0

 

 

 

1,5

0,5

 

 

 

0,4

 

 

11,4

 

 

 

ракушечника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 3

 

 

 

 

Физические свойства компонентов и структурные характеристики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

исследуемых составов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

минеральной

 

 

Геометрические характеристики исследуемых составов

 

 

 

 

 

добавки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав

 

 

 

 

 

Суммарная площадь

 

Расчетная толщина водной

 

 

**

 

поверхности дисперсной фазы,

 

 

 

 

 

*

,

,

 

 

 

прослойки, hв, мкм

 

 

 

 

 

d

Sуд

 

 

 

 

Sf, 10

6

м

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мкм

м2/кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Номер состава

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

3

 

 

 

4

 

5

1

 

2

3

4

 

5

 

1

 

К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44,43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12,47

 

 

 

 

 

2

 

МКМ

11,2

83600

49,48

54,26

58,78

 

63,06

67,12

10,87

 

9,64

8,66

7,86

7,19

 

3

 

З

19,1

20900

44,84

45,22

45,58

 

45,91

46,23

11,88 11,36 10,87 10,43 10,02

 

4

 

П

14,0

14000

43,94

43,52

43,14

 

42,51

42,00

11,77

 

11,15

10,59

9,62

8,82

 

5

 

Р

5,6

16800

44,43

44,43

44,43

 

44,44

44,44

11,27

 

10,28

9,21

8,33

7,61

П р и м е ч а н и е : К – контрольный состав без минеральной добавки; * – размер частиц, определенный по методу лазерной дифракции; ** – удельная поверхность, определенная по методу БЭТ.

Исследование реологических характеристик пластифицированных цементно-мине- ральных смесей осуществлялось по показателю предельного напряжения сдвига на ротационном вискозиметре MCR-101 с измерительной системой «шар» (рис. 3).

Regional architecture and engineering 2019

№3 27

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

а

б

Рис. 3. Общий вид ротационного вискозиметра MCR-101 с измерительной системой «шар» до (а) и в момент испытания (б)

Результаты и обсуждение

Традиционно для описания реологических кривых течения используется модель Оствальда – Вейля [16]:

τ = k· n,

где τ – напряжение сдвига; – скорость сдвига; k – показатель консистенции;

n – показатель, характеризующий тип течения.

Как известно, к псевдопластическим системам (n < 1), как правило, относятся суспензии с асимметричными или волокнистыми частицами твердой фазы, а также растворы многих полимеров или целлюлозы, которые начинают течь уже при самых малых значениях сдвиговых нагрузок (с увеличением скорости сдвига напряжение сдвига изменяется с затухающей интенсивностью). К дилатантным средам (n > 1) относят насыщенные дисперсной фазы системы, где дисперсионная среда находится в прослойках между частицами и при небольших скоростях сдвига способствует снижению трения (с увеличением скорости сдвига напряжение сдвига изменяется с растущей интенсивностью). Примером таких систем являются суспензии крахмала, силиката калия, различные клеи.

Проведенные исследования показали, что исследуемые комплексы «пластификатор – минеральная добавка» оказывают различное влияние на течение цементно-минераль- ных смесей. Наблюдается сложное течение (рис. 4) – кривые течения характеризуются наличием участков со снижением напряжения сдвига при увеличении скорости сдвига.

На представленных на рис. 4 зависимостях видно, что при определенном соотношении минеральной добавки и портландцемента на зависимостях «предельное напряжение сдвига – скорость сдвига» можно выделить несколько участков зависи-

мости τ f γ , различающихся как по интенсивности изменения (табл. 4), так и по

направлению (нисходящий участок на кривой течения) в диапазоне 0,5 < < 0,8 1/с. Отметим, снижением напряжения сдвига при увеличении скорости сдвига на зависимостях f описываются как пластифицированные цементные пасты контроль-

ного состава (без минеральной добавки), так и составы с комплексом «пластификатор – минеральная добавка».

В табл. 4 представлены эмпирические коэффициенты математических моделей исследуемой зависимости, разбитой на четыре участка, аппроксимированных с помощью уравнения Оствальда – Вейля.

28 Региональная архитектура и строительство 2019

№3

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

a

б

в

г

Рис. 4. Кривые течения τ(γ) пластифицированных цементно-минеральных смесей на: золе-уносе (а), микрокремнеземе (б), муке из кварцевого песка (в) и ракушечнике (г)

(обозначения в соответствии с табл. 1)

Т а б л и ц а 4

 

 

Характеристики участков зависимости τ f γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав

 

Участок 1

Участок 2

Участок 3

Участок 4

п/п

 

k1

n1

k2

n2

k3

n3

k3

n3

 

 

1

2

 

3

4

5

6

7

8

9

10

1

К

 

0,48

0,99

0,05

-2,91

0,41

6,83

-9,39

9,75

2

МКМ-1

 

0,71

0,72

0,38

-0,06

0,76

1,06

-7,75

8,69

3

МКМ-2

 

4,08

0,87

-

-

-

-

-

-

4

МКМ-3

 

6,85

0,62

-

-

-

-

-

-

5

МКМ-4

 

20,01

0,61

-

-

-

-

-

-

6

МКМ-5

 

75,31

0,41

-

-

-

-

-

-

7

П-1

 

0,61

0,98

0,09

-2,14

0,51

5,06

-9,33

9,82

8

П-2

 

0,65

0,97

0,14

-1,29

0,62

3,68

-9,26

9,87

9

П-3

 

0,70

0,98

0,21

-1,10

0,64

3,67

-9,28

9,88

10

П-4

 

0,98

0,94

-

-

-

-

-

-

11

П-5

 

1,87

1,04

-

-

-

-

-

-

12

Р-1

 

0,94

0,98

0,21

-1,38

0,64

2,41

-9,24

9,89

13

Р-2

 

1,17

0,95

0,53

-0,42

0,96

2,25

-9,09

10,05

14

Р-3

 

1,71

0,89

-

-

-

-

-

-

15

Р-4

 

8,91

0,96

-

-

-

-

-

-

16

Р-5

 

20825

2,85

-

-

-

-

-

-

Regional architecture and engineering 2019

№3 29

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

О к о н ч а н и е т а б л . 4

 

1

2

3

4

5

 

6

7

8

9

10

 

 

17

З-1

0,56

0,78

0,10

 

-1,77

0,52

4,49

-9,30

9,84

 

 

18

З-2

0,65

0,81

0,22

 

-0,82

0,54

2,27

-9,24

9,89

 

 

19

З-3

0,79

0,81

0,63

 

-0,40

0,62

1,23

-9,17

9,97

 

 

20

З-4

0,91

0,71

0,41

 

-0,39

0,71

1,18

-9,09

10,05

 

 

21

З-5

1,94

0,83

-

 

-

-

-

-

-

 

 

Анализ полученных зависимостей

τ kγn

показывает, что на участке 1 ( < 0,5

1/с) смеси описываются, как правило, псевдопластическим характером течения (n < 1). Лишь при достижении высоких степеней наполнения минеральной добавкой интенсивность изменения напряжения сдвига увеличивается, что отражается в величине n (составы П-5, Р-5), превышающей n = 1.

Особенностью участка 2 (0,5 < < 0,8 1/с) является нисходящее направление изменения τ( ) при определенной степени наполнения для каждой из смеси с мине-

ральной добавкой. Отметим, что коэффициент n для этого участка имеет отрицательное значение, показывающее направление изменения напряжения сдвига. При увеличении степени наполнения n изменяется от значений меньше -1 до значений, лежащих в диапазоне от -1 до 0. Это может свидетельствовать об изменении характера течения. Поэтому течение такого участка с растущей интенсивностью, для которого n < 0 и |n| > 1, будем называть адилатантным, а с затухающей интенсивностью при n < 0 и |n| < 1 – апсевдопластическим. Так, в указанном диапазоне скоростей сдвига составы с комплексами «пластификатор – минеральная добавка» описываются адилатантным течением, сменяющимся апсевдопластическим при увеличении степени наполнения.

В [18] перечислено множество концепций, принятых для объяснения реологического поведения дисперсных систем. Концепция диссипации энергии вязкого трения на отдельных частицах и агрегатах, представленных в виде модельных цилиндров или сфер, предлагает для описания сложных кривых течения уравнения Эйнштейна, Куна и Кэссона. Как эти модели, так и обобщенное уравнение течения, сформулированное на основе модели Кэссона, предназначены для описания общего явления – снижение вязкости дисперсных систем при увеличении скорости сдвига и напряжения сдвига. И в большинстве случаев последние из них могут быть использованы с высокой достоверностью. Однако при описании сложного характера течения такие модели позволяют аппроксимировать лишь отдельные (как правило, начальный и конечный) участки кривой. Нисходящий участок кривой τ( ) называется переходным (аномаль-

ным) и не анализируется, хотя отчетливо идентифицируется и описывается как сдвиговое расслоение или срыв течения. Отсюда следует, что для описания сложного течения дисперсных систем необходимо построение структурной модели, учитывающей не только изменение конфигурации частиц, но и изменение силовых эффектов.

В диапазоне скорости сдвига 0,8 < < 0,95 1/с наблюдается интенсивное прираще-

ние напряжения сдвига, отличающее участок 3 дилатантным характером течения (n > 1), который при увеличении скорости сдвига более 0,95 1/с сменяется псевдопластическим (участок 4).

Таким образом, исследуемые составы при аппроксимации кривых течения с помощью модели Оствальда – Вейля описываются сменой характера течения при увеличении сдвиговой нагрузки с переходным аномальным участком, выраженность которого зависит от структурных особенностей смеси. То есть при достижении< 0,5 1/с происходит некое преобразование структуры смеси, вызванное изменением

особенностей взаимодействия частиц дисперсной фазы и их агломератов. Описанный характер изменения напряжения сдвига от скорости сдвига наблю-

дается для смесей с каждой из исследуемых минеральных добавок и зависит от степени наполнения. Так, в составах с микрокремнеземом аномалии отмечаются лишь при незначительном соотношении Д/Ц = 0,06. Для остальных составов отсутствие

30 Региональная архитектура и строительство 2019

№3

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]