Коллоидно-химические аспекты стабилизации суспензий тонкодисперсных частиц титаната висмута для цементных систем

Введение. Развитие строительной индустрии на современном этапе предполагает модифицирование уже известных традиционных строительных материалов нано- и тонкодисперсными добавками, которые могли бы придать строительным материалам на основе цемента новые уникальные характеристики, позволили бы управлять процессами структурообразования и, следовательно, создавать материалы с заранее заданными необходимыми свойствами. Добавки могут вводиться в состав цементного композита в процессе совместного помола с минералами цементного клинкера, в качестве одного из компонентов в составе сухой строительной смеси или в виде суспензии вместо воды затворения. Таким образом, возникает необходимость получения устойчивых к агрегации и оседанию суспензий тонкодисперсных частиц добавок. Таким образом, целью данной работы было получение стабилизированных суспензий тонкодисперсных частиц титаната висмута для цементных систем и исследование свойств полученного модифицированного цементного камня. Материалы и методы. В рамках данной работы проводили исследования по установлению оптимальной концентрации поликарбоксилатного пластификатора в водопроводной воде, необходимого для стабилизации суспензий тонкодисперсного титаната висмута при помощи сталагмометрического и кондуктометрического методов, была изучена седиментационная устойчивость полученных суспензий и влияние на нее ультразвукового воздействия, определены физико-механические характеристики цементного камня, модифицированного полученными суспензиями. Результаты. Для того чтобы установить оптимальную концентрацию пластификатора, необходимую для получения стабилизированных суспензий частиц титаната висмута, была определена критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) для пластификатора в суспензиях, в которых дисперсионной средой является водопроводная вода. Значение ККМ составило 1,3 г/л. После достижения данной концентрации в истинном растворе пластификатора начинается процесс образования мицелл. В мицеллярной форме пластификатор уже не обладает стабилизирующим эффектом на частицы добавки, следовательно, концентрация пластификатора должна быть ниже ККМ. Также было выявлено, что ультразвуковое воздействие повышает седиментационную устойчивость суспензий. Полученные стабилизированные суспензии использовались вместо воды затворения для получения модифицированных образцов цементного камня. Было выявлено повышение прочности при сжатии образцов цементного камня, полученных после введении тонкодисперсного титаната висмута в состав цементного композита в виде стабилизированных ультразвуковой обработкой водных суспензий с концентрацией тонкодисперсной добавки 10, 30 и 50 г/л в первые сутки с 24 до 33 МПа по сравнению с бездобавочным образом (на 13, 25 и 38% соответственно), а в марочном возрасте с 80 до 93 МПа (на 4, 9 и 16%). Аналогично, при модифицировании образцов цементного камня стабилизированными ультразвуком воднополимерными суспензиями титаната висмута прочность при сжатии возросла максимально в первые сутки и третьи сутки твердения с 29 до 42 МПа (на 31, 38 и 45%) и с 53 до 70 МПа (на 28, 30 и 32%), соответственно, по сравнению с образцом цемента с пластификатором. Заключение. В результате проведенных в данной работе исследований была установлена ККМ поликарбоксилатного пластификатора, оптимальная для стабилизации тонкодисперсной добавки титаната висмута для цементных систем, подтверждена эффективность ультразвуковой обработки для достижения седиментационной устойчивости полученных суспензий добавки, установлено повышение прочностных характеристик модифицированных образцов цементного камня как в начальные сроки твердения, так и в марочном возрасте, что позволит рассматривать цементный композит с тонкодисперным титанатом висмута в качестве основы для получения строительных материалов нового поколения.