Компоненты исследуемых составов

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ КОМПОЗИТЫ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ

ВОДОРАСТВОРИМЫМИ АДДУКТАМИ НАНОКЛАСТЕРОВ УГЛЕРОДА

Низина Татьяна Анатольевнад.т.н., профессор кафедры строительных конструкций

(Архитектурно-строительный факультетНационального исследовательского

Мордовского государственного университета, г. Саранск)

Компоненты исследуемых составов

Исследуемые модификаторы (ООО «НТЦ Прикладных Нанотехнологий», г. Санкт-Петербург):

АНКУ 2, АНКУ 5, АНКУ 5А – cульфопроизводное нанокластера углерода;АНКУ 6 – натриевая соль водорастворимого наноуглеродного аддукта;НКУ – водорастворимый наноуглеродный аддукт.

Портландцемент ЦЕМ I 42,5Б (ОАО «Мордовцемент», р. Мордовия)

Пластификатор Melflux 1641 F (BASF Constraction Polymers, Trostberg, Германия)

Исследуемые факторы Интервалы варьирования

Содержание пластификатора Melflux 1641 F,

% от массы цемента 0,4 – 0,8

Содержание модификатора,

% от массы пластификатора Melflux 1641 F 0 – 6

В/Ц отношение 0,27 – 0,31

Расплыв модифицированного цементного теста (см)

АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 5А

АНКУ 6 НКУ

Относительный расплыв цементного теста

0.27 0.28 0.29 0.3 0.310.4

0.5

0.6

0.7

0.8

X1 - В/Ц отношениеОтносительный расплыв, отн. ед.:

X2

- С

одер

жан

ие п

ласт

ифик

атор

а M

F 16

41,

.

% о

т м

ассы

цем

ента

0-0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-11-1.2 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2

АНКУ 2: 1,5% 3% 4,5% 6%

0.27 0.28 0.29 0.3 0.310.4

0.5

0.6

0.7

0.8


X2

- С

одер

жан

ие п

ласт

ифик

атор

а M

F 16

41,

.

% о

т м

ассы

цем

ента

0-0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-11-1.2 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2

0.27 0.28 0.29 0.3 0.310.4

0.5

0.6

0.7

0.8


X2

- С

одер

жан

ие п

ласт

ифик

атор

а M

F 16

41,

.

% о

т м

ассы

цем

ента

0-0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-11-1.2 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2

0.27 0.28 0.29 0.3 0.310.4

0.5

0.6

0.7

0.8


X2

- С

одер

жан

ие п

ласт

ифик

атор

а M

F 16

41,

.

% о

т м

ассы

цем

ента

0-0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-11-1.2 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2

АНКУ 5: 1,5% 3% 4,5% 6%

0.27 0.28 0.29 0.3 0.310.4

0.5

0.6

0.7

0.8


X2

- С

одер

жан

ие п

ласт

ифик

атор

а M

F 16

41,

.

% о

т м

ассы

цем

ента

0-0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-11-1.2 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2

0.27 0.28 0.29 0.3 0.310.4

0.5

0.6

0.7

0.8


X2

- С

одер

жан

ие п

ласт

ифик

атор

а M

F 16

41,

.

% о

т м

ассы

цем

ента

0-0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-11-1.2 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2

0.27 0.28 0.29 0.3 0.310.4

0.5

0.6

0.7

0.8


X2

- С

одер

жан

ие п

ласт

ифик

атор

а M

F 16

41,

.

% о

т м

ассы

цем

ента

0-0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-11-1.2 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2

0.27 0.28 0.29 0.3 0.310.4

0.5

0.6

0.7

0.8


X2

- С

одер

жан

ие п

ласт

ифик

атор

а M

F 16

41,

.

% о

т м

ассы

цем

ента

0-0.2 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 0.8-11-1.2 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2

Кривые пластической прочности модифицированного цементного теста

без модификатора 0.4% Melflux 1641 F

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16Время, час.

(без наномодификаторов)Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента:

Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

0.6% Melflux 1641 F 0.8% Melflux 1641 F

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16Время, час.

0.4% пластификатора MF 1641 (3% модификатора)Вид модификатора:

Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

нет АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 5ААНКУ 6 НКУ АСК

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16Время, час.


Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па


0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16Время, час.


Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па



0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Время, час.(3% наномодификатора АНКУ 2 от массы MF 1641)

Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента:

Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16



Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Время, час.(3% наномодификатора АНКУ 5А от массы MF 1641)


Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8


0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16



Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16



Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Время, час.(6% наномодификатора АНКУ 5А от массы MF 1641)


Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8


НКУ 6 НКУ

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16



Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Время, час.(3% наномодификатора НКУ от массы MF 1641)


Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16



Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

0

5000

10000

15000

20000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Время, час.(6% наномодификатора НКУ от массы MF 1641)


Пла

сти

ческ

ая п

рочн

ость

, к

Па

0.4 0.6 0.8

Предел прочности при сжатии (МПа)модифицированного цементного камня


АНКУ 6 НКУ

Относительный предел прочности при сжатии модифицированного цементного камня


АНКУ 6 НКУ

Сорбционные кривые модифицированного цементного камня при экспонировании в воде

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.25 0.5 0.75 1

Длительность экспонирования в воде, час.В/Ц=0.3; MF 1641=0.8% от Ц; НМ=4.5% от MF 1641

Вид наномодификатора:

При

рост

мас

сы, %

АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 5А АНКУ 6 НКУ АСК

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.25 0.5 0.75 1



При

рост

мас

сы, %


0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.25 0.5 0.75 1



При

рост

мас

сы, %


0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.25 0.5 0.75 1



При

рост

мас

сы, %


Относительный предел прочности при сжатии модифицированного цементного камня


АНКУ 6 НКУ

ИК-спектры исследуемых модификаторов

3000 2000 1000Wavenumber (cm-1)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

Ab

sorb

an

ce

35

34

.02

34

37

.57

34

25

.99

33

98

.99

16

20

.40

14

42

.93

14

27

.50

116

5.1

511

22

.71

10

49

.40

89

8.9

48

44

.92

81

7.9

27

52

.33

67

1.3

16

40

.44

61

3.4

4

3000 2000 1000Wavenumber (cm-1)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

Ab

sorb

an

ce

16

20

.40

16

04

.97

12

11.4

411

65

.15

10

30

.11

89

1.2

28

21

.78

75

6.1

9

64

4.3

06

13

.44

АНКУ 5 (красная линия);

АНКУ 5А (черная линия)

НКУ (красная линия);

АНКУ 6 (черная линия)

Результаты термогравиметрического анализа исследуемых модификаторов


АНКУ 6 НКУ

Результаты анализа термической стойкости порошков наномодификаторов

АНКУ 2

АНКУ 5

АНКУ 5А

АНКУ 6

НКУ

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Температура, оС

о С/m

g

АНКУ 2

АНКУ 5

АНКУ 5А

АНКУ 6

НКУ

100

200

300

400

500

600

700

800

0 10 20 30 40 50 60Потери массы, %

Тем

пер

атур

а, о С

АНКУ 2

АНКУ 5

АНКУ 5А

АНКУ 6

НКУ

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 100 200 300 400 500 600 700 800Температура, оС

Уде

льн

ая э

нер

гия,

kso C

/g

АНКУ 2

АНКУ 5

АНКУ 5А

АНКУ 6

НКУ

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Температура, оС

Пот

ери

мас

сы, %

Оптимизация составов модифицированного АНКУ 2 цементного камня методом скаляризации МаксимумМаксимум целевой функции:

)(

)0(

)0.(

).(

)0(

)(321 ,,min),,(

AHKYm

m

сж

АНКУсж

к

АНКУк

W

W

R

R

Р

Рxxxq

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

Относительный расплыв

В/Ц

отн

ошен

ие

.

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2


Пла

стиф

икат

ор M

F 16

41,

. %

от

мас

сы ц

емен

та

0

1

2

3

4

5

6

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2


Мод

ифик

атор

АН

КУ

2, .

%

от

мас

сы M

F 16

41

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Относ. предел прочности при сжатии

В/Ц

отн

ошен

ие

.

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5


Пла

стиф

икат

ор M

F 16

41,

. %

от

мас

сы ц

емен

та

0

1

2

3

4

5

6

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5


Мод

ифик

атор

АН

КУ

2, .

%

от

мас

сы M

F 16

41

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Wm (без АНКУ 2)/Wm (с АНКУ 2)

В/Ц

отн

ошен

ие

.

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5


Пла

стиф

икат

ор M

F 16

41,

. %

от

мас

сы ц

емен

та

0

1

2

3

4

5

6

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5


Мод

ифик

атор

АН

КУ

2, .

%

от

мас

сы M

F 16

41

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14

Целевая функция

В/Ц

отн

ошен

ие

.

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14


Пла

стиф

икат

ор M

F 16

41,

. %

от

мас

сы ц

емен

та

0

1

2

3

4

5

6

1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14


Мод

ифик

атор

АН

КУ

2, .

%

от

мас

сы M

F 16

41

Оптимизация составов модифицированного цементного камня

АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 5А НКУ

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

1 1.1 1.2 1.3 1.4


В/Ц

отн

ошен

ие

.

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

1 1.1 1.2 1.3 1.4


В/Ц

отн

ошен

ие

.

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

1 1.1 1.2 1.3 1.4


В/Ц

отн

ошен

ие

.

0.27

0.28

0.29

0.3

0.31

1 1.1 1.2 1.3 1.4


В/Ц

отн

ошен

ие

.

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 1.1 1.2 1.3 1.4


Пла

стиф

икат

ор M

F 16

41,

. %

от

мас

сы ц

емен

та

0

1

2

3

4

5

6

1 1.1 1.2 1.3 1.4


Мод

ифик

атор

АН

КУ

5, .

%

от

мас

сы M

F 16

41

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 1.1 1.2 1.3 1.4


Пла

стиф

икат

ор M

F 16

41,

. %

от

мас

сы ц

емен

та

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 1.1 1.2 1.3 1.4


Пла

стиф

икат

ор M

F 16

41,

. %

от

мас

сы ц

емен

та

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1 1.1 1.2 1.3 1.4


Пла

стиф

икат

ор M

F 16

41,

. %

от

мас

сы ц

емен

та

0

1

2

3

4

5

6

1 1.1 1.2 1.3 1.4


Мод

ифик

атор

АН

КУ

5A

, .

% о

т м

ассы

MF

1641

0

1

2

3

4

5

6

1 1.1 1.2 1.3 1.4


Мод

ифик

атор

АН

КУ

6, .

%

от

мас

сы M

F 16

41

0

1

2

3

4

5

6

1 1.1 1.2 1.3 1.4


Мод

ифик

атор

НК

У, .

%

от

мас

сы M

F 16

41

Спасибо за внимание!

Documents

Компоненты исследуемых составов