ЭФФЕКТИВНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ КОМПОЗИТЫ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ВОДОРАСТВОРИМЫМИ АДДУКТАМИ НАНОКЛАСТЕРОВ УГЛЕРОДА Низина Татьяна Анатольевна д.т.н., профессор кафедры строительных конструкций (Архитектурно-строительный факультет Национального исследовательского Мордовского государственного университета, г. Саранск) Компоненты исследуемых составов Исследуемые факторы Интервалы варьирования Содержание пластификатора Melflux 1641 F, % от массы цемента Содержание модификатора, % от массы пластификатора Melflux 1641 F В/Ц отношение 0,4 – 0,8 0–6 0,27 – 0,31 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) Расплыв модифицированного цементного теста (см) АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 6 АНКУ 5А НКУ Относительный расплыв цементного теста 4,5% 0.28 0-0.2 1-1.2 0.29 0.3 X1 - В/Ц отношение Относительный расплыв, отн. ед.: 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 0.4 0.31 0.27 0.8-1 1.8-2 0.28 0-0.2 1-1.2 0.29 0.3 X1 - В/Ц отношение Относительный расплыв, отн. ед.: 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 АНКУ 5: 1,5% 0.4 0.31 0.5 0-0.2 1-1.2 0.3 X1 - В/Ц отношение Относительный расплыв, отн. ед.: 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 0.28 0-0.2 1-1.2 0.4 0.31 0.8-1 1.8-2 0.29 0.3 X1 - В/Ц отношение Относительный расплыв, отн. ед.: 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 0.4 0.31 0.7 0.6 0.5 0.28 0-0.2 1-1.2 0.29 0.5 0.27 0.28 0-0.2 1-1.2 0.3 X1 - В/Ц отношение Относительный расплыв, отн. ед.: 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 0.4 0.31 0.8-1 1.8-2 0.29 0.3 X1 - В/Ц отношение Относительный расплыв, отн. ед.: 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 0.4 0.31 0.8-1 1.8-2 6% 0.8 0.7 0.6 0.5 0.27 0.28 0-0.2 1-1.2 0.29 X2 - Содержание пластификатора MF 1641, . % от массы цемента 0.6 0.8-1 1.8-2 0.8 0.27 0.7 4,5% X2 - Содержание пластификатора MF 1641, . % от массы цемента 0.6 0.29 0.27 3% 0.7 0.28 0.5 0.8-1 1.8-2 0.8 0.27 0.6 X2 - Содержание пластификатора MF 1641, . % от массы цемента 0.5 0.7 X2 - Содержание пластификатора MF 1641, . % от массы цемента 0.27 0.6 X2 - Содержание пластификатора MF 1641, . % от массы цемента 0.5 X2 - Содержание пластификатора MF 1641, . % от массы цемента 0.6 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.7 6% 0.3 X1 - В/Ц отношение Относительный расплыв, отн. ед.: 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 0.4 0.31 0.8-1 1.8-2 0.8 0.7 0.6 0.5 0.27 0.28 0-0.2 1-1.2 0.29 0.3 X1 - В/Ц отношение Относительный расплыв, отн. ед.: 0.2-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8 1.2-1.4 1.4-1.6 1.6-1.8 0.4 0.31 0.8-1 1.8-2 X2 - Содержание пластификатора MF 1641, . % от массы цемента 3% X2 - Содержание пластификатора MF 1641, . % от массы цемента АНКУ 2: 1,5% Кривые пластической прочности модифицированного цементного теста без модификатора 0.4% Melflux 1641 F 20000 Пластическая прочность, кПа Пластическая прочность, кПа 20000 15000 10000 5000 0 15000 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 Время, час. (без наномодификаторов) 2 4 0.6 0.6% Melflux 1641 F 12 14 16 АНКУ 5А 0.8% Melflux 1641 F 20000 Пластическая прочность, кПа 20000 Пластическая прочность, кПа 10 Вид модификатора: АНКУ 2 АНКУ 5 НКУ АСК нет АНКУ 6 0.8 8 Время, час. 0.4% пластификатора MF 1641 (3% модификатора) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 6 15000 10000 5000 0 15000 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Время, час. 0.6% пластификатора MF 1641 (3% модификатора) нет АНКУ 6 Вид модификатора: АНКУ 2 АНКУ 5 НКУ АСК 16 АНКУ 5А 0 2 4 6 8 10 12 14 Время, час. 0.8% пластификатора MF 1641 (3% модификатора) нет АНКУ 6 Вид модификатора: АНКУ 2 АНКУ 5 НКУ АСК 16 АНКУ 5А Кривые пластической прочности модифицированного цементного теста АНКУ 2 АНКУ 5 15000 10000 5000 0 15000 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 2 4 6 8 10 12 14 10000 5000 16 0 2 4 6 8 10 12 14 Время, час. Время, час. Время, час. (3% наномодификатора АНКУ 2 от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 (3% наномодификатора АНКУ 5 от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: (3% наномодификатора АНКУ 5А от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 0.4 15000 10000 5000 0 15000 10000 5000 0 2 4 6 8 10 12 14 Время, час. (6% наномодификатора АНКУ 2 от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 16 0.6 16 0.8 20000 Пластическая прочность, кПа Пластическая прочность, кПа 20000 0 15000 0 0 20000 Пластическая прочность, кПа 20000 Пластическая прочность, кПа 20000 Пластическая прочность, кПа Пластическая прочность, кПа 20000 АНКУ 5А 15000 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 2 4 6 8 10 12 14 Время, час. Время, час. (6% наномодификатора АНКУ 5 от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 (6% наномодификатора АНКУ 5А от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 16 Кривые пластической прочности модифицированного цементного теста НКУ 6 НКУ 20000 Пластическая прочность, кПа Пластическая прочность, кПа 20000 15000 10000 5000 0 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 2 4 6 8 10 12 14 Время, час. Время, час. (3% наномодификатора АНКУ 6 от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 (3% наномодификатора НКУ от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 16 20000 Пластическая прочность, кПа 20000 Пластическая прочность, кПа 15000 15000 10000 5000 0 15000 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 2 4 6 8 10 12 14 Время, час. Время, час. (6% наномодификатора АНКУ 6 от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 (6% наномодификатора НКУ от массы MF 1641) Содержание пластификатора MF 1641, % от массы цемента: 0.4 0.6 0.8 16 Предел прочности при сжатии (МПа) модифицированного цементного камня АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 6 АНКУ 5А НКУ Относительный предел прочности при сжатии модифицированного цементного камня АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 6 АНКУ 5А НКУ 14 14 12 12 Прирост массы, % Прирост массы, % Сорбционные кривые модифицированного цементного камня при экспонировании в воде 10 8 6 4 10 8 6 4 2 2 0 0 0 0.25 0.5 0.75 0 1 АНКУ 5 АНКУ 5А АНКУ 6 НКУ АНКУ 2 АСК 14 14 12 12 Прирост массы, % Прирост массы, % АНКУ 2 0.25 0.5 0.75 1 Длительность экспонирования в воде, час. В/Ц=0.3; MF 1641=0.8% от Ц; НМ=1.5% от MF 1641 Вид наномодификатора: Длительность экспонирования в воде, час. В/Ц=0.3; MF 1641=0.8% от Ц; НМ=4.5% от MF 1641 Вид наномодификатора: 10 8 6 4 2 АНКУ 5 АНКУ 5А АНКУ 6 НКУ АСК 10 8 6 4 2 0 0 0 0.25 0.5 0.75 1 0 Длительность экспонирования в воде, час. В/Ц=0.3; MF 1641=0.4% от Ц; НМ=4.5% от MF 1641 Вид наномодификатора: АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 5А АНКУ 6 НКУ 0.25 0.5 0.75 1 Длительность экспонирования в воде, час. В/Ц=0.28; MF 1641=0.8% от Ц; НМ=1.5% от MF 1641 Вид наномодификатора: АСК АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 5А АНКУ 6 НКУ АСК Относительный предел прочности при сжатии модифицированного цементного камня АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 6 АНКУ 5А НКУ 1165.15 ИК-спектры исследуемых модификаторов 1122.71 1049.40 1.4 1.3 0.7 671.31 613.44 640.44 0.8 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 НКУ (красная линия); АНКУ 6 (черная линия) 898.94 844.92 817.92 752.33 0.6 1442.93 1427.50 0.0 0.70 1000 0.65 1211.44 0.60 АНКУ 5 (красная линия); АНКУ 5А (черная линия) 0.55 1030.11 0.50 0.45 0.40 1620.40 1604.97 0.35 0.30 0.25 891.22 821.78 756.19 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 3000 2000 Wavenumber (cm-1) 1000 644.30 613.44 2000 Wavenumber (cm-1) 1165.15 3000 Absorbance Absorbance 0.9 1620.40 1.0 3534.02 1.1 3437.57 3425.99 3398.99 1.2 Результаты термогравиметрического анализа исследуемых модификаторов АНКУ 2 АНКУ 5 АНКУ 6 АНКУ 5А НКУ Результаты анализа термической стойкости порошков наномодификаторов 0.2 100 АНКУ 6 0.15 80 0.1 АНКУ 5А С/mg АНКУ 2 70 НКУ НКУ 0.05 о Потери массы, % АНКУ 5 90 АНКУ 5А 60 0 50 -0.05 40 -0.1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 АНКУ 5 АНКУ 2 0 100 200 Температура, о С 300 400 500 600 700 800 600 700 800 о Температура, С 140 800 АНКУ 2 НКУ 120 700 АНКУ 5 Удельная энергия, ks C/g АНКУ 6 100 o 600 АНКУ 5А о Температура, С АНКУ 6 НКУ 500 400 300 200 АНКУ 6 80 60 40 20 АНКУ 2 АНКУ 5А 0 АНКУ 5 -20 100 -40 0 10 20 30 40 Потери массы, % 50 60 0 100 200 300 400 500 о Температура, С Оптимизация составов модифицированного АНКУ 2 цементного камня методом скаляризации Максимум целевой функции: 1.4 1.6 1.8 2 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 0.8 0.5 0.4 0.7 0.6 0.5 0.4 1 1.2 1.4 1.6 1.8 1.3 1.4 1.5 1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 Целевая функция 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 2 1 Относительный расплыв 1.2 0.8 Пластификатор MF 1641, . % от массы цемента Пластификатор MF 1641, . % от массы цемента 0.6 1.1 Wm (без АНКУ 2)/Wm (с АНКУ 2) 0.8 0.7 1.1 1.2 1.3 1.4 0.29 0.27 1 Относ. предел прочности при сжатии 0.3 0.28 0.27 1 Относительный расплыв 0.29 Пластификатор MF 1641, . % от массы цемента 1.2 0.3 0.28 0.27 1 . . 0.29 0.28 0.27 0.31 В/Ц отношение 0.29 0.3 В/Ц отношение В/Ц отношение В/Ц отношение 0.3 0.28 Пластификатор MF 1641, . % от массы цемента 0.31 . 0.31 . 0.31 Wm(0) Рк ( АНКУ ) Rсж.( АНКУ ) q( x1 , x2 , x3 ) min , , Р R W к ( 0) сж.(0) m( AHKY ) 0.7 0.6 0.5 0.4 1.5 1 Относ. предел прочности при сжатии 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1 Wm (без АНКУ 2)/Wm (с АНКУ 2) 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 Целевая функция 6 3 2 1 5 4 3 2 1 6 Модификатор АНКУ 2, . % от массы MF 1641 4 6 Модификатор АНКУ 2, . % от массы MF 1641 Модификатор АНКУ 2, . % от массы MF 1641 Модификатор АНКУ 2, . % от массы MF 1641 6 5 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 0 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Относительный расплыв 2 0 0 1 1.1 1.2 1.3 1.4 Относ. предел прочности при сжатии 1.5 0 1 1.1 1.2 1.3 1.4 Wm (без АНКУ 2)/Wm (с АНКУ 2) 1.5 1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 1.12 1.14 Целевая функция Оптимизация составов модифицированного цементного камня АНКУ 2 АНКУ 5 1.2 1.3 1.4 1.2 1.3 1.4 0.5 0.4 0.7 0.6 0.5 0.4 1 1.1 1.2 1.3 1 1.1 1.2 1.3 3 2 5 4 3 2 1 1 1 1.1 1.2 1.3 Относ. предел прочности при сжатии 1.4 0.5 1.2 1.3 1.1 1.2 1.3 Относ. предел прочности при сжатии 1.4 1.2 1.3 1.4 0.7 0.6 0.5 1.4 1 Относ. предел прочности при сжатии 6 5 5 4 3 2 1.1 1.2 1.3 1.4 Относ. предел прочности при сжатии 6 4 3 2 1 0 1 1.1 0.4 1.1 1 0 0 0.6 1 Модификатор АНКУ 6, . % от массы MF 1641 Модификатор АНКУ 5A, . % от массы MF 1641 4 1 Относ. предел прочности при сжатии 0.8 1.4 6 5 1.4 0.7 Относ. предел прочности при сжатии 6 1.3 0.4 1.4 Относ. предел прочности при сжатии 1.2 0.8 Пластификатор MF 1641, . % от массы цемента Пластификатор MF 1641, . % от массы цемента 0.6 1.1 Относ. предел прочности при сжатии 0.8 0.7 0.29 0.27 1 Относ. предел прочности при сжатии 0.8 Пластификатор MF 1641, . % от массы цемента 1.1 0.3 0.28 0.27 1 Относ. предел прочности при сжатии 0.29 Пластификатор MF 1641, . % от массы цемента 1.1 0.3 0.28 0.27 1 . . 0.29 0.28 0.27 0.31 Модификатор НКУ, . % от массы MF 1641 0.29 0.3 В/Ц отношение В/Ц отношение В/Ц отношение 0.3 0.28 Модификатор АНКУ 5, . % от массы MF 1641 0.31 . 0.31 . 0.31 В/Ц отношение НКУ АНКУ 5А 0 1 1.1 1.2 1.3 Относ. предел прочности при сжатии 1.4 1 1.1 1.2 1.3 Относ. предел прочности при сжатии 1.4 Спасибо за внимание!