Transcript Смотреть презентацию

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 , x 2 , 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!