Добавка гидрофобно-фунгицидного действия и ее влияние на твердение цемента

Журнал: «Строительство: новые технологии - новое оборудование», №12, 2017г.

Для защиты стен от проникновения влаги и прорастания плесени коллективом ученых кафедры строительного материаловедения и технологий Братского государственного университета была разработана комплексная гидрофобно-фунгицидного действия добавка для штукатурки на основе цемента [1].

Основным действующим веществом гидрофобно-биоцидной добавки является полимерный остаток (ПО) производства скипидара. Использование ПО в качестве гидрофобизатора бетонов было известно [2], но биоцидный эффект действия ПО установлен и описан в настоящее время. Терпены, присутствующие в ПО, являются природными стерилизаторами повреждённых тканей растений [3]. Расширение возможного спектра действия полимерного остатка позволило сделать на его основе добавку для сухих строительных смесей еще более эффективной.

Цель настоящих исследований: изучить влияние комплексной гидрофобно-фунгицидной добавки на твердение цемента, в том числе на примере сухой строительной смеси.

Экспериментальная часть

Для изготовления комплексной гидрофобно-фунгицидной добавки (КД) на основе ПО использованы зола-унос (ЗУ) ТЭЦ-6 (бывшая ТЭЦ-7) в г. Братске ПАО «Иркутскэнерго» и поверхностно-активное вещество – сырое сульфатное мыло (ССМ) Братского филиала ЗАО «Илим Палп Энтерпрайз».

В качестве материалов при изготовлении ССС использовали портландцемент ПЦ-500-Д0-Н (ЦЕМ I 42.5Н) ОАО «Ангарскцемент» и кварцевый песок с модулем крупности 1,61. При оптимизации состава применили добавки суперпластификатора С-3 и ускорителя твердения формиата кальция (ФК). Для затворения смесей использована вода водопроводная, соответствующая требованиям ГОСТ 23732.

Пористость цементного камня исследовали методом ртутной порометрии с помощью прибора Quantachrome Poremaster 33. Дифференциально-термический анализ – совмещённого термогравиметра-дифференциально сканирующего калориметра NETZSCH STA 449 F3 Jupiter (температура съёмки от 50 до 1000 °С, скорость нагрева 10 К/мин, атмосфера воздушная).Рентгенофазовый анализ твердеющего цементного камня проводили на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-3М» (материал катода – медь, напряжение 35 кВ, ток 25 мА, скорость съемки 4 гр/мин, время сбора сигнала 1 с, интенсивность излучения 2000.

Результаты исследований

Добавку из ПО готовили путем осаждения на минеральных порошках эмульсии ПО типа «масло в воде» с последующим высушиванием и измельчением полученных гранул добавки. Соотношение компонентов комплексной добавки (КД): ЗУ и эмульсии ПО составило 1:1.

Разработанная КД смешивается с водой и минеральными порошками, а её сила запаха по результатам одорометрических исследований составляет 2 балла (сила запаха ПО и эмульсии ПО – 5 баллов).

Влияние КД на свойства щтукатурной смеси проводили на цементно-песчаном растворе 1:3. На рисунке представлены графики набора прочности строительных растворов с одинаковым В/Ц = 0,5 и равной подвижностью, соответствующей расплыву 145 ± 3 мм на столике Скрамтаева, достигнутому введением суперпластификатора С-3. Составы растворов:

1) Контрольный: с добавкой С-3 0,5 % массы цемента.

2) КД: с добавкой КД 2,5 %; С-3 1,25 % массы цемента. Оптимальный расход добавки КД назначен на основе проведённых ранее исследований [4].

Прочность раствора с добавкой КД в первые сутки твердения в 4 раза ниже, чем у раствора без добавки. При приближении к возрасту нормального твердения разность показателей прочности растворов уменьшается, и в возрасте 28 суток составляет 8,6 %. Коэффициент водонасыщения затвердевшего раствора при добавлении КД снижается с 0,89 до 0,78, то есть КД является эффективным гидрофобизатором.

Рентгенофазовый анализ влияния добавки КД на фазовый состав цементного камня нормального твердения показывает, что существенного изменения фазового состава в результате твердения при добавлении 2,5 % КД не происходит. Интенсивность отражения основных пиков портландита цементного камня с добавкой КД приблизительно на 9 % ниже, чем у цементного камня без добавок, что сопоставимо с разностью прочности затвердевших строительных растворов.

Рисунок. Динамика твердения строительных растворов – контрольного и с добавкой КД

Дифференциально-термический анализ подтверждает замедление выхода Ca(OH)2 при гидратации цемента: площадь пика на интервале 430–460 °С, свидетельствующего о дегидратации портландита, у камня с добавкой КД составляет 82,22 Дж/г против 98,31 Дж/г у камня без добавок. Примечательно, что испарение химически не связанной воды у контрольного образца цементного камня заканчивает поглощать теплоту при температуре 140,6 °С и поглощает 84,5 Дж/г, тогда как из цементного камня с добавкой КД вода полностью испаряется уже при температуре 111,1 °С и поглощает 26,28 Дж/г. Это свидетельствует о понижении гигроскопичности цементного камня при добавлении КД.

Для нивелирования эффектов замедления сроков схватывания и возросшей водопотребности в сухую смесь с добавкой были введены суперпластификатор С-3 и ускоритель твердения ФК. Расходы добавок по отношению к массе цемента были оптимизированы [1] методом планированного эксперимента и составили: КД – 2,5 %; С-3 – 0,75 %; ФК – 2 %.

Выводы

Установлено, что комплексная органо-минеральная добавка гидрофобно-фунгицидного действия на основе золы-унос и полимерного остатка производства при введении в количестве 2,5 % массы цемента в цементно-песчаный строительный раствор замедляет гидратацию основных клинкерных минералов, в первые сутки твердения с последующим набором прочности до 92–98 % в возрасте 28 суток. При этом создаются условия для формирования плотной структуры с повышенной стойкостью к агрессивным внешним воздействиям.

С использованием разработанной гидрофобно-фунгицидной добавкой разработана штукатурная сухая строительная смесь для влажных помещений, обладающая повышенным показателем водонепроницаемости, соответствующим марке W8, и грибостойкости по отношению к распространённому деструктору строительных материалов и патогену-плесени A. Niger [5].