Сравнительная оценка свободной поверхностной энергии цементного клинкера и карбонатных пород и эффективность их смачивания водными растворами пластифицирующих добавок

Изучение адсорбционных явлений на границе раздела твердых тел и водных растворов поверхностно-активных веществ является основой для выявления механизмов пластификации, водоредуцирования и воздухововлечения минерально-водных систем. Особую роль в этих явлениях, очевидно, играет свободная поверхностная энергия твердой фазы. В работе методом краевого угла смачивания определены составляющие этой энергии (кислотно-оснóвная и дисперсионная) для различных минеральных материалов (цементный клинкер и карбонатные породы), и оценено влияние на этот показатель водных растворов пластифицирующих добавок. Показано, что в материалах с относительно высоким содержанием SiO₂ существенно превалирует кислотная составляющая γ_s⁺, а в материалах с его низкой долей и повышенным содержанием СаО+MgO преимущественно проявляется оснóвная составляющая γ_s^– поверхностной энергии. Это позволяет оценить эффективность водных растворов пластификаторов цементных бетонов, являющихся сильными анионактивными веществами, которые интенсивно адсорбируются на поверхности материалов с ярко выраженной оснóвной составляющей. Изучен угол смачивания цементного клинкера и карбонатных пород водными растворами промышленных пластификаторов разной природы: «Полипласт Лигно» на основе лигносульфонатов натрия, полинафталинметилсульфонатного «СП-1» и «PC-1701» – модифицированного эфира поликарбоксилата. Установлено, что наиболее эффективным из них оказался суперпластификатор «PC-1701», который даже при незначительной концентрации (0,1%) снижает краевой угол смачивания на поверхности среднепрочного известняка на 29,3%.

А.Ю. БЕЛЯКОВ¹, инженер, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
О.В. ХОХРЯКОВ¹, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
К.О. НЕСТЕРОВА¹, магистрант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
И.С. ЛАРИОНОВ², инженер, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)
² Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ (420111 г. Казань, ул. К. Маркса, 10)

1. Шахова Л.Д., Котляров Р.А., Черноситова Е.С. К вопросу о механизме действия интенсификаторов помола цемента // Цемент и его применение. 2023. № 1. С. 104–111. EDN: ­MQKKOW
2. Тажибаев К.Т., Султаналиева Р.М., Конушбаева А.Т. Поверхностная энергия минералов и горных пород // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2013. № 29. С. 261–267. EDN: ­YPHZGH
3. Калашников В.И., Мороз М.Н., Тараканов О.В., Калашников Д.В., Суздальцев О.В. Новые представления о механизме действия суперпластификаторов, совместно размолотых с цементом или минеральными породами // Строительные материалы. 2014. № 9. С. 70–75. EDN: ­SNLKAH
4. Вовк А.И. Адсорбция суперпластификаторов на продуктах гидратации минералов портландцементного клинкера. Закономерности процесса и строение адсорбционных слоев // Коллоидный журнал. 2000. Т. 62. № 2. С. 161–169. EDN: ­ZXFVRI
5. Тараканов О.В., Иващенко Ю.Г., Ерофеева И.В. Влияние карбонатных минеральных добавок на формирование микроструктуры и прочность минеральных вяжущих веществ // Региональная архитектура и строительство. 2024. № 1 (58). С. 47–58. EDN: ­DQBVJX.
https://doi.org/10.54734/20722958_2024_1_47
6. Смирнов Д.С., Мавлиев Л.Ф., Хузиахметова К.Р., Мотыйгуллин И.Р. Влияние минеральной добавки на основе молотого доменного шлака на свойства бетонов и бетонных смесей // Известия КГАСУ. 2022. № 4 (62). С. 61–69. EDN: ­KQDLZR. https://doi.org/10.52409/20731523_2022_4_61
7. Морозова Н.Н., Гуляков Е.Г. Свойства бетона на цеолитсодержащем вяжущем // Известия КГАСУ. 2023. № 2 (64). С. 27–39. EDN: ­LCQWVC. https://doi.org/10.52409/20731523_2023_2_27
8. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. 2-е изд., перераб. и доп. М., 1998. 768 с. EDN: ­ZTDODP
9. Plank J., Winter C. Competitive adsorption between superplasticizer and retarder molecules on mineral binder surface // Cement and Concrete Research. 2008. Vol. 38. Iss. 5, pp. 599–605. EDN: ­MKSHJD. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.12.003
10. Гиззатуллин А.Р., Морозова Н.Н., Нестерова К.О. Функционализированные наполнители для применения в цементных бетонах // Полимеры в строительстве: научный интернет-журнал. 2023. № 1 (11). С. 47–57. EDN: ­CBGPNV
11. Ибрагимов Р.А., Потапова Л.И., Королев Е.В. Исследование структурообразования активированного наномодифицированного цементного камня методом ИК-спектроскопии // Известия КГАСУ. 2021. № 3 (57). С. 41–49. EDN: ­XHUPYY. https://doi.org/10.52409/20731523_2021_3_41
12. Can M.F. Determination of mineral surface energy using impact of rough topography // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2019. Vol. 55 (4), pp. 1002–1013. https://doi.org/10.5277/ppmp19022
13. Архипов В.А. и др. Определение характеристик смачиваемости порошковых материалов // Известия вузов. Физика. 2012. Т. 55. № 7–2. С. 20–26. EDN: ­PXKTKR
14. Валиев А.И., Старовойтова И.А., Сулейманов А.М. Адгезионное взаимодействие в гибридном композите. Связь энергетических характеристик фаз с прочностью // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2024. № 3. С. 17–26. EDN: ­NXNCHT https://doi.org/10.34031/2071-7318-2024-9-3-17-26
15. Ибрагимов Р.А. и др. Краевые углы смачивания порошков кварца и каустического доломита после механомагнитной обработки // Строительные материалы. 2024. № 3. С. 64–70. EDN: ­CUIUFP. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-822-3-64-70