ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО СУПЕРСОРБЕНТА НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА

Производство синтетических полимерных материалов в промышленных масштабах началось еще в начале ХХ века. Однако полимеры имеют историю куда продолжительнее, чем сам человек. Весь животный и растительный мир состоит из высокомолекулярных соединений – это ДНК, РНК, целлюлоза и т.п. «Ученые сравнительно недавно научились синтезировать полимерные материалы, что дало огромный толчок в развитии строительства, медицины, машиностроения и усовершенствовании человеческого быта. К новым искусственным органическим материалам относятся и полимерные гели или просто гидрогели» [3, с. 14].

Гидрогели представляют собой набухшие в воде длинные полимерные цепи, сшитые друг с другом поперечными ковалентными связями в единую пространственную сетку. Данные полимеры получили название: молекулярные губки, по причине того, что обладают способностью поглощать и удерживать большое количество воды. [4, с. 71].

Известно, что «необходимое количество воды для протекания процессов гидратации клинкерных минералов находится в пределах от 24 до 28%.» Но следует также отметить, что и «указанное количество воды нередко является избыточным, и этот факт в свою очередь, ведет к образованию пористости цементного камня и как следствие к падению его прочностных характеристик» [1, с. 288-289]. В связи с этим возникла задача сокращения вводимого количества воды в бетонную смесь (БС) с целью уменьшения пористости и сохранения прочности цементного камня.

Одним из возможных решений поставленной задачи является введение в БС гранул полиакриламида (ПАА) в качестве водоудерживающей и водовпитывающей добавки. Известно, что «1 г сухого ПАА способен поглощать и удерживать в себе 0,10-0,25 л воды, при этом увеличиваясь в объеме в 7-10 раз» (рис. 1.) [4, с 72-73].

Поперечно-сшитые сополимеры на основе акриламида, являются нерастворимыми в воде, по причине того, что каждая молекула такого соединения является макромолекулой. При взаимодействии гранул ПАА с водой, ее молекулы начинают проникать в пустоты между цепями полимера, таким образом, происходит процесс набухания [2, с 145].

Цель работы заключалась в изучении влияния гранулированного ПАА на прочностные показатели бетона.

При приготовлении БС использовались следующие материалы: в качестве вяжущего вещества – портландцемент М500, заполнителя – кварцевый песок, вода, гранулы ПАА сферической формы марки «Агрикола». Размеры частиц суперсорбента находятся в пределах от 1,8 мм до 2,1 мм. Гранулы вводились в смесь с учетом 1 г сухого полимера на 0,10-0,15 л воды.

Рисунок 1. Гранулы суперсорбента в сухом (слева) и водонасыщенном (справа) состоянии

Бетонную смесь получали путем сухого смешивания портландцемента с заполнителем и последующего добавления воды. После приготовления БС для достижения равномерного распределения гранул ПАА по объему образца, было предложено два варианта введения полимерных частиц: послойная заливка БС в форму с добавлением определенного количества частиц полимера на поверхность каждого из слоев; и введение полимерной добавки в бетонную смесь с последующей заливкой в форму (рис.2).

Рисунок 2. Формование бетонной смеси с полимерной добавкой

По истечении 7 суток, образцы-кубики с полимерной добавкой были распалублены и отправлены на определение прочностных показателей, проводимое стандартизованными методами на гидравлическом прессе. Результаты испытаний приведены в таблице 1. Образец под номером 1 – без полимерной добавки, под номерами 2 и 3 с одинаковым содержанием суперсорбента.

Таблица 1.

Результаты испытания образцов-кубиков на сжатие в возрасте 7 суток

После проведения испытаний были установлены следующие факты:

• наибольшее скопление гранул наблюдалось в основании и по граням образца;
• минимальное механическое воздействие на области, где наблюдалось наибольшее скопление гранул, приводит к ее абсолютному разрушению;
• пустоты, образованные полимером в бетонных образцах, имели одинаковый размер (5 мм в диаметре) и правильную сферическую форму.

   a)                                                                   б)

Рисунок 3. Образцы-кубики после 7 суток нормального твердения

а) образец до испытания на сжатие

б) образец после испытания на сжатие

Таким образом, можно сделать следующий вывод: вяжущее вещество имеет фактически нулевую адгезию с гранулами суперсорбента, следовательно, введение частиц ПАА в бетон оказывает отрицательное влияние на его прочностные характеристики.

Список литературы:

1. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества. Технология и свойства: учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1979. - С. 479.
2. Кнорре Д. Г., Крылова Л. Ф., Музыкантов B.C., Физическая химия: Учеб. для биол. ф-тов университетов и пед. вузов. 2-e изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. - С. 460.
3. Усачева, Т.С. Общая химическая технология полимеров: учеб. пособие / Т.С. Усачева, В.А. Козлов; Иван. гос. хим.-технол. ун-т.- Иваново,2012. - С. 238.
4. Филиппова О. Е. «Умные» полимерные гидрогели // Природа, 2005.