Лабораторная работа № 3

Влияние порошкового полимера этилгидроксиэтил целлюлозы (ЭГЭЦ) на основе вторичных ресурсов на сроки схаватывания неорганического связующего (цемента ПЦ-400 Д-0)

Цель работы: исследовать влияния порошковых полимеров на основе эфиров целлюлозы (продукт вторичного сырья) на сроки схватывания неорганического связующего.

Сроки схватывания как критерий, определяющий жизнеспособность материала, являются важным технологическим показателем. Из литературных источников известно, что порошковые полимерные модификаторы (в том числе на основе вторичных ресурсов) в минеральных смесях способны изменять сроки схватывания неорганических минеральных вяжущих.

В таблице 3 представлены результаты исследований сроков схватывания модифицированного цемента. Как следует из приведенных данных добавки ПВС, ПОЭ, Na-КМЦ-в, РЛП № 22 и РЛП № 23 незначительно изменяют сроки схватывания, вероятно ввиду их меньшей адсорбируемости и способности блокировать активные гидратационные центры цемента.

Сроки схватывания цементных составов, модифицированных порошковыми полимерными добавками

Таблица 3

Вид добавки	Содержание добавки, % от массы цемента	Водо-цементное отношение	Сроки схватывания, ч-мин
начало	конец
Без добавки	-	В/Ц=0,3	4-50	5-50
ПВС	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	4-50 4-55	5-55 6-00
Na-КМЦ-в	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	5-00 5-00	6-00 6-10
ПОЭ	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	5-10 5-55	6-15 6-30
МГЭЦ	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	7-40 11-10	8-55 12-00
МЦ	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	5-30 7-40	6-50 9-00
МЦ-с	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	5-45 7-50	6-30 10-00
ЭГЭЦ	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	6-50 10-20	8-00 11-00
РЛП № 22	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	5-00 5-10	6-10 6-15
РЛП № 23	0,1 0,3	В/Ц=0,3 В/Ц=0,3	4-55 5-20	6-00 6-15

Редиспергируемые порошки на основе стирол-бутадиеновых сополимеров, гомополимеров полиакриловых эфиров, стиролакриловых сополимеров, винилацетат этиленовых сополимеров, винилацетет акриловых сополимеров и многих других, (фирм производителей Elotex, Wacker, DOW, BASF, Rhodia) снижают гидратационную активность, что хорошо идентифицируется с помощью ДТА.

Добавки Na-КМЦ-в и ПОЭ оказывают незначительное замедляющее действие на сроки схватывания цемента (табл. 3). Сильными замедлителями в цементном растворе являются полимерные добавки МЦ, МЦ-с, ЭГЭЦ и МГЭЦ. Это связанно с тем, что большие и разветвленные макромолекулы этих полимеров в цементном растворе активно адсорбируются на частицах цемента, и замедляет их гидратацию.

Добавки ЭГЭЦ и МГЭЦ замедляют гидратацию цемента более выражено даже по сравнению с добавками МЦ и МЦ-с, несмотря на хорошую растворимость МЦ и более высокую водоудерживающую способность добавок в цементно-песчаных растворах. Это можно объяснить тем, что полимерные добавки ЭГЭЦ и МГЭЦ имеют более разветвленные макромолекулы с этильными, метильными гидроксиэтильными группами эфиров. Они способствуют образованию плотных экранирующих полимерных гидратных оболочек вокруг частиц цемента. Эти оболочки замедляют диффузию воды к поверхности частиц цемента и препятствуют росту цементных новообразований.

Оборудование.

Прибор Вика с иглой и пестиком.

Кольцо к прибору.

Мешалка для приготовления цементного теста.

Прибор Вика представлен на рисунке 6. Прибор имеет цилиндрический металлический стержень 1, свободно перемещающийся в обойме станины 2. Для закрепления стержня на требуемой высоте служит стопорное устройство 3. Стержень снабжен указателем 4 для отсчета перемещения его относительно шкалы 5, прикрепленной к станине. Шкала имеет цену деления 1 мм.

При определении сроков схватывания пестик заменяют иглой 7. Игла должна быть изготовлена из стальной жесткой нержавеющей проволоки с полированной поверхностью и не должна иметь искривлений.

Массу перемещающейся части прибора сохраняют взаимной перестановкой пестика и иглы. Отдельные детали перемещающейся части прибора подбирают таким образом, чтобы их общая масса находилась в пределах 300±2 г.

Кольцо к прибору Вика и пластина, на которую устанавливают кольцо, должны быть изготовлены из нержавеюшей стали, пластмассы или другого не впитывающего воду материала.

Рис. 6. Прибор Вика.

1-цилиндрический металлический стержень; 2-обойма станины; 3-стопорное устройство; 4-указатель; 5-шкала; 6-пестик; 7-игла, 8-дополнительный груз.

Материалы

При проведении экспериментальных исследований использовался цемент одного химико-минералогического состава - ПЦ 400 Д-0.

Этилгидроксиэтил целлюлоза ЭГЭЦ (Bermocoll ССА 425, производитель компания – «Akzo Nobel») – полимер в виде порошка белого цвета. Размер частиц полимера – 98%<0,3 мкм, содержание воды – до 4%, поверхностная активность – слабая. Вязкость водного 1%-го раствора при 20⁰С 7000±1000 мПа с по Брукфильду (тип прибора LV). Химическая структура ЭГЭЦ в упрощенном виде представлена на рис. 7. Данный порошковый полимер рекомендуется к применению в качестве добавки в шпаклевки и клеи для плитки на основе цемента, в атласной штукатурке на основе гипса и в теплоизоляции внешних стен на основе цемента. Нормальная рекомендуемая дозировка 0,2¸0,7%, зависящая от типа вяжущего [14, 15]. Эфир целлюлозы имеет следующую эмпирическую формулу:

[С₆Н₇О₂(ОН)_3-x ×(ОС₂Н₄C₂Н₅)_x]_n.

Рис.7. Химическая структура этилгидроксиэтил целлюлозы в упрощенном виде. DP/5 – степень полимеризации (число структурных блоков ангидроглюкозы в полимерной молекуле).

Порошковый полимер ЭГЭЦ, в количестве 0,5% от массы цемента вводился в цементный порошок в сухом состоянии, затем тщательно перемешивался в течении 1-2 мин, до получения однородной порошковой массы. После чего в полеченную массу добавлялась вода в количестве В/Ц=0,3-0,35.

Проведение испытаний

Пробу цемента подготавливают по ГОСТ 310.1-76 (В/Ц=0,3-0,35).

Перед началом испытаний проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора, соприкасая иглу с пластинкой, на которой расположено кольцо. При отклонении от нуля шкалу прибора соответствующим образом передвигают.

Кольцо и пластинку перед началом испытаний смазывают тонким слоем машинного масла. После окончания перемешивания (5 мин) цементного теста при В/Ц=0,3-0,35 кольцо быстро наполняют в один прием цементным тестом и 5-6 раз встряхивают его, постукивая пластинку о твердое основание. Поверхность теста выравнивают с краями кольца, срезая избыток теста ножом, протертым влажной тканью.

Перед началом испытаний проверяют, свободно ли опускают стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора. Кроме того, проверяют чистоту поверхности и отсутствие искривленной иглы. Иглу прибора доводят до соприкосновения с поверхностью цементного теста нормальной густоты, приготовленного и уложенного в кольцо. В этом положении закрепляют стержень стопором, затем освобождают стержень, давая игле свободно погружаться в тесто.

В начале испытаний, пока тесто находиться в пластичном состоянии, во избежание сильного удара иглы о пластинку допускается слегка ее задерживать при погружении в тесто. Как только тесто загустеет настолько, что опасность повреждения иглы будет исключена, игле дают свободно опускаться. Момент начала схватывания определяют при свободном опускании иглы.

Иглу погружают в тесто через каждые 10 мин, передвигая кольцо после каждого погружения для того, чтобы игла не попадала в прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.

Во время испытаний прибор должен находиться в затенненом месте, где нет сквозняков, и не должен подвергаться сотрясениям.

Началом схватывания цементного теста считают время, прошедшее от начала затворения (момент контакта цементного порошка с водой) до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1-2 мм.

Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения до момента, когда игла опускается в тесто на более чем на 1-2 мм.

Контрольные вопросы.

1. Какие порошковые полимеры на основе вторичных ресурсов используются в качестве компонентов композитов?

2. Изменению каких показателей способствуют порошковые материалы?

3. Сроки схватывания связующих на основе неорганических соединений являются критерием чего?

4. Дать определения начала и конца срока схватывания.

Рекомендуемая литература

1. Справочник по композиционным материалам. 2 том / Под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 1988. 580 с.

2. Технология пластических масс / Под ред. Брацыхина Е.А. Издательство «Химия», 1982. 325 с.