, , , Бондаренко композиційної побудови швидкотверднучих лужних шлакопортландцементів

УДК 691.5

, д. т.н., проф., , к. т.н. , к. т.н. , асп.

(Державний науково-дослідний інститут в’яжучих матеріалів

ім. , КНУБА, Київ)

Принципи композиційної побудови

швидкотверднучих лужних шлакопортландцементів

В роботі розглянуто фізико-хімічні закономірності регулювання складу новоутворень та властивостей швидкотверднучих лужних шлакопортландцементних в’яжучих систем за рахунок модифікації їх комплексними добавками.

На сучасному етапі розвитку технології бетону одним з шляхів розв’язання проблеми підвищення його якості, довговічності і економічності є використання добавок-модифікаторів властивостей як бетонної суміші, так і затверділого бетону [1].

Задача створення високоефективних в’яжучих систем пов’язана з розробкою поліфункціональних модифікаторів, які ефективно впливають на бетон на всіх етапах його “життя” - від приготування суміші до роботи затверділого бетону в конструкції при різних умовах експлуатації. Тому важливою є проблема пошуку нових комплексних модифікаторів поліфункціональної дії, які були б універсальними та забезпечували одночасне покращення властивостей суміші, прискорення твердіння, підвищення кінцевої міцності, а також спеціальних властивостей бетонів. Головні ефекти пов’язані з розріджуючою дією добавок супер - й гіперпластифікаторів та з прискоренням твердіння бетону при нормальній температурі з допомогою добавок-прискорювачів. Високодисперсні кремнеземисті добавки, забезпечуючи високий темп набору міцності та її граничні значення, в поєднанні з першими двома типами добавок можуть забезпечити отримання високоякісного бетону з підвищеними функціональними характеристиками внаслідок досягнення синергетичного ефекту. При цьому увагу слід звернути на розробку екологічно безпечних комплексних органо-мінеральних добавок з використанням силікатів лужних металів, які можна вводити під час помелу шлакопортландцементних в’яжучих композицій. Оптимальне поєднання добавок-модифікаторів дозволить керувати реологічними властивостями бетонних сумішей і модифікувати структуру цементного каменю на мікрорівні у напрямку надання матеріалам високих фізико-механічних та експлуатаційних властивостей. Особливу увагу привертають пластифікуючі добавки, використання яких дозволяє збільшити рухомість бетонних сумішей, що сприяє зменшенню енерго - та трудозатрат при укладанні бетонної суміші, інтенсифікації технологічного циклу виготовлення як збірних, так і монолітних залізобетонних конструкцій, підвищенню якості продукції [1]. Однак залишається відкритим питання про сумісність пластифікуючих добавок з іншими модифікаторами бетонних сумішей, які дозволяють регулювати технологічні та експлуатаційні властивості бетонів на їхній основі - прискорювачами та уповільнювачами тверднення, протиморозними та пороутворюючими добавками тощо, які входять до складу комплексних модифікуючих добавок. Ефективність таких добавок визначається сумісною дією компонентів і забезпечується не лише позитивним впливом складових, але й відсутністю негативного впливу компонентів один на одного.

Аналіз відомих способів активації в’яжучих композицій, включаючи хімічну, механічну та фізико-хімічну, дозволяє зазначити, що найбільше поширення мають механічні способи. Проте ці способи пов’язані зі значними втратами енергії і не завжди дозволяють досягти поставленої мети, тобто покращити властивості штучного каменю [2,3]. Серед хімічних способів привертають увагу методи лужної активації шлакопортландцементних в’яжучих систем, які дозволяють не тільки покращити кінетику нарощування міцності, але й позитивно впливати на формування спеціальних властивостей отриманого штучного каменю. В той же час використання лужної активації не є таким простим розв’язанням проблеми, оскільки потребує додаткового застосування добавок-уповільнювачів, які б дозволили регулювати строки тужавлення та не мали б негативного впливу на міцнісні показники штучного каменю. Слід відмітити, що при використанні лужної активації шлакопортландцементу необхідною умовою є введення до його складу комплексної добавки, що містить лужний компонент.

Передумовою для виконання даної роботи є пріоритетні праці Державного науково-дослідного інституту в’яжучих матеріалів імені [4-6] у галузі розробки модифікованих в’яжучих систем, а також наукові праці, пов’язані з регулюванням строків тужавлення за рахунок введення органічних та мінеральних добавок.

Метою роботи було дослідження особливостей регулювання технологічних та експлуатаційних властивостей швидкотвердіючих шлакопортландцементів, отриманих з використанням комплексних добавок, до складу яких входять пластифікатори різного типу.

При проведенні досліджень були використані шлако-клінкерні суміші з вмістом в них портландцеметного клінкера 40% та 60% шлаку, модифіковані комплексом добавок (гідрофобізатор - лужний компонент - сповільнювач - пластифікатор) і виготовлені за технологією однокомпонентної в’яжучої речовини, що передбачає сумісний помел портландцементного клінкеру, шлаку та вищевказаних добавок.

Для визначення оптимального складу бетону на основі модифікованих шлакопортландцементних в’яжучих речовин попередньо було проведено дослідження по встановленню марки розроблених в’яжучих речовин згідно ГОСТ 310.4. З цією метою готували цементно-піщані суміші, що містять в’яжучу речовину та дрібний заповнювач у співвідношенні 1:3. Випробування проводили на зразках балочках розміром 4×4×16 см. Фізико-механічні характеристики цементно-піщаних розчинів наведено на рис. 1.

а)

б)

Рис. 1.

Кінетика набору міцності при стиску (а) та при згині (б) штучного каменю на основі: 1 - порландцементного клінкеру; 2 - шлакопортландцементної композиції без добавок, що містить 60% шлаку, та з добавками: 3 - метасилікату натрію (3%); 4 - метасилікату натрію (3%) і щавлевої кислоти (2%); 5 - метасилікату натрію (3%) і Melflux (0,6%); 6 - метасилікату натрію (3%), щавлевої кислоти (2%) та Melflux (0,6%)

Аналізуючи отримані дані можна відмітити, що при модифікації шлакопортландцементної композиції метасилікатом натрію, щавлевою кислотою та пластифікатором полікарбоксилатного складу міцність на стиск зразків цементно-піщаного розчину зростає порівняно із контрольними зразками на основі немодифікованих в’яжучих систем. Найвищі показники міцності при стиску та згині на всіх етапах твердіння мають зразки, що містять у своєму складі одночасно метасилікат натрію, щавлеву кислоту та пластифікатор, причому не тільки у віці 28 діб, але й на початкових етапах тверднення 2...7 діб. Після 28 діб тверднення міцність шлакопортландцементних композицій, модифікованих метасилікатом натрію та пластифікатором становить 60,4 МПа, а при введенні до складу комплексної добавки сповільнюючого компонента (щавлевої кислоти) міцність зростає до 62,4 МПа (рис. 1 а). Аналогічна тенденція зростання міцнісних показників при використанні вищевказаних добавок спостерігається і для міцності при згині (рис. 1 б). Розроблені в’яжучі системи характеризуються наступними строками тужавлення: початок тужавлення наступає не раніше 95хв, кінець - не пізніше 10 год.

Для розкриття механізму процесів синтезу міцності розроблених в’яжучих систем досліджено продукти їх гідратації та склад новоутворень з використанням електронної мікроскопії та зондового аналізу. Результати проведених досліджень представлено на рис. 2.

Аналіз мікрофотографій поверхні сколу штучного каменю на основі композицій, що містить 40% портландцементного клінкеру та 60% шлаку, через 28 діб гідратації дозволяє відмітити утворення у складі продуктів гідратації кальцієвого хондродіту і гідросилікатів кальцію: CSH(B) та C2SH (рис. 2 а) у вигляді деформованих пластинок, дисків та волокон. Аналіз розподілу елементів по поверхні сколу цементного каменю та співвідношення CaO/SiO2 = 1,1÷1,7 свідчить про присутність портландиту й утворення поряд з гідросилікатами кальцію у складі продуктів твердіння кальцієвого хондродіту. Присутність портландиту підтверджується наявністю на мікрофотографіях масивних кристалів у вигляді призм та пластинок, що мають гладку поверхню. На мікрофотографіях також видно гранули шлаку, які не вступили в реакцію гідратації і виконують роль наповнювача у цементному камені, що обумовлює необхідність хімічної активації шлаку (рис. 1 а). На мікрофотографіях штучного каменю, модифікованого метасилікатом натрію, на 28 добу (рис. 2 б) чітко видно формування кристалів піктоліту на поверхні частинок шлаку. Хімічний аналіз розподілу елементів по поверхні сколу цементного каменю свідчить, що поряд з піктолітом у складі продуктів твердіння присутні кальцієвий хондродіт та гідросилікати кальцію, що призводить до збільшення співвідношення CaO/SiO2 до 1,75÷3,25. Згідно даних електронно-мікроскопічного аналізу штучного каменю, модифікованого метасилікатом натрію, в його складі утворюються кристали кальцієвого хондродіту, піктоліту та повністю відсутній портландит, що підтверджується не тільки результатами РФА і ДТА, але й зондовим мікроаналізом. Як свідчать отримані дані (рис. 2 б), поруч із кальцієвим хондродітом та піктолітом синтезуються гелеподібні маси, що представлені переважно сумішшю низькоосновних гідросилікатів кальцію, які утворилися на ранніх стадіях гідратації. Представлені мікрофотографії штучного каменю, модифікованого комплексною добавкою, що містить метасилікат натрію та щавлеву кислоту, у віці 28 діб (рис. 2 в) свідчать про переважний синтез афвіліту у складі продуктів гідратації, що підтверджується утворенням голчастих кристалів характерної форми, та про зародження кристалів низькоосновних гідросилікатів кальцію. Аналіз розподілу елементів по поверхні сколу цементного каменю свідчить, що поряд з афвілітом у складі продуктів твердіння присутні кальцієвий хондродіт, піктоліт та гідросилікати кальцію.

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 2.

Електронні мікрофотографії поверхні сколу цементного каменю на основі: шлакопортландцементної композиції без добавок, що містить 60% шлаку (а), та з добавками: метасилікату натрію (3%) (б); метасилікату натрію (3%) і щавлевої кислоти (2%) (в); метасилікату натрію (3%) і Melflux (0,6%) (г); метасилікату натрію (3%), щавлевої кислоти (2%) та Melflux (0,6%) (д) після твердіння в нормальних умовах протягом 28 діб

На мікрофотографіях штучного каменю, модифікованого метасилікатом натрію у комплексі з пластифікуючою добавкою, у віці 28 діб (рис. 2 г), чітко видно формування голкоподібних кристалів піктоліту. Хімічний аналіз розподілу елементів по поверхні сколу цементного каменю підтверджує формування у складі продуктів твердіння кальцієвого хондродіту, піктоліту та гідросилікатів кальцію. Присутність волокнистих гідросилікатів кальцію та гелеподібної маси, що представлена твердими розчинами перемінного складу, обумовлює підвищення здатності системи пристосовуватись до різних умов експлуатації. Згідно даних електронно-мікроскопічного аналізу модифікованого штучного каменю, в його складі має місце утворення кристалів кальцієвого хондродіту, піктоліту та повністю відсутній портландит, що підтверджується не тільки результатами РФА і ДТА, але й зондовим мікроаналізом (рис. 2 г). Слід відзначити, що підвищення міцнісних показників модифікованої шлакопортландцементної композиції забезпечується наявністю кристалів скоутиту, що на мікрофотографіях фіксується у формі округлих кристалів. Представлені мікрофотографії штучного каменю, що містить метасилікат натрію у комплексі зі щавлевою кислотою, модифікованого пластифікуючою добавкою Melflux, у віці 28 діб (рис. 2 д) свідчать про переважний синтез афвіліту у складі продуктів гідратації, що підтверджується утворенням голчастих кристалів характерної форми, та про зародження кристалів низькоосновних гідросилікатів кальцію. Слід відмітити, що введення сповільнюючої добавки забезпечує зниження основності утворених продуктів гідратації, про що свідчить зменшення відношення CaO/Sio2 до 1,13÷1,25, тоді як без щавлевої кислоти це відношення знаходиться в межах 1,3-1,63. На електронних мікрофотографіях штучного каменю (рис. 2 д) видно присутність афвіліту, що спостерігається у вигляді довгих голок, нитковидних кристалів та волокон. Слід відмітити позитивний вплив на міцнісні показники скоутиту, що відображений на мікрофотографіях і підтверджується результатами мікрозондового аналізу вже на 28 добу тверднення модифікованих шлакопортландцементних композицій.

Таким чином, в результаті проведених досліджень встановлено, що формування низькоосновних гідросилікатів кальцію у складі продуктів гідратації цементного каменю позитивно впливає на фізико-механічні показники отриманих в’яжучих композицій на основі лужного шлакопортландцементу, модифікованого комплексним добавками.

Проведений підбір складу бетону показав ефективність використання для модифікації шлакопортландцементних в’яжучих композицій зі значним вмістом відходів металургійної промисловості (доменного гранульованого шлаку) пластифікуючої добавки разом з метасилікатом натрію. Також доведено, що для активації шлаку доцільно використовувати комплексну органо-мінеральну добавку, яка складається з лужного компонента - метасилікату натрію та сповільнювача - щавлевої кислоти. Дослідження міцнісних властивостей бетону виконано на зразках-кубах із розміром ребра 10 см згідно діючих нормативних документів. Зразки зберігали у формах протягом 1 доби при температурі 18-20°С, а далі після розпалублення витримували за нормальних умов. Результати досліджень фізико-механічних властивостей бетонів на основі шлакопортландцементних в’яжучих речовин та портландцементного клінкеру (як склад порівняння) представлено на рисунку 3.

Найкращими показниками міцності відрізняються бетони на основі шлакопортландцементів, модифікованих комплексною добавкою, до складу якої входять лужний компонент, сповільнююча та пластифікуюча добавки. Введення розробленої добавки дозволяє підвищити міцність штучного каменю в ранні строки тверднення (3 доби) на 57%, а в більш пізні (28 та 90 діб) - на 53 та 36% відповідно. Вибір добавки для модифікації шлакопортландцементних композицій обумовлюється як кінетикою нарощування міцності бетонів на основі запропонованих в’яжучих речовин, так і ринковою ціною на складові компоненти комплексної добавки.

а)

Рис. 3.

Кінетика набору міцності при стиску бетону на основі: 1 - порландцементного клінкеру; 2 - шлакопортландцементної композиції без добавок, що містить 57% шлаку та з добавками: 3 - метасилікату натрію (3%); 4 - метасилікату натрію (3%) і щавлевої кислоти (2%); 5 - метасилікату натрію (3%) і Melflux (0,6%)

Таким чином, аналіз отриманих даних кінетики набору міцності свідчить про можливість отримання довговічних бетонів на основі запропонованих шлакопортландцементних в’яжучих систем, модифікованих комплексними добавками.

Висновки:

1. Доведено ефективність лужної активації шлакопортландцементних в’яжучих композицій комплексними добавками, що містять лужний компонент. Розроблені склади модифікованих шлакопортландцементних в’яжучих композицій мають марку 500 - в разі використання комплексної органо-мінеральної добавки, до складу якої входять метасилікат натрію і сповільнювач, та марку 600 - при застосуванні метасилікату натрію у комплексі з пластифікуючою добавкою, тоді як базова система на основі портландцементного клінкеру має марку 400 (міцність на 28 добу лише 43,1 МПа), а шлакопортландцементна система має міцність на 28 добу лише 40,9 МПа (марка 400) [7].

2. Досліджено фізико-хімічні особливості структуроутворення досліджуваних шлакопортландцементних в’яжучих систем та фазовий склад новоутворень з використанням електронної мікроскопії та зондового мікроаналізу і встановлено, що активація шлакопортландцементу лужною складовою приводить до направленого синтезу низькоосновних гідросилікатів кальцію, піктоліту, причому у складі новоутворень зберігається незначна кількість C2SH (А) та кальцієвого хондродіту. При використанні сповільнюючої добавки у складі продуктів гідратації ідентифіковані переважно низькоосновні гідросилікати кальцію CSH (В) та афвіліт.

3. Запроектовано склад бетонних сумішей на базі модифікованого шлакопортландцементу з підвищеним вмістом шлаку (до 57%), що забезпечує отримання бетонів класу В40 - в разі використання метасилікату натрію у комплексі зі щавлевою кислотою та В45 - при застосуванні метасилікату натрію разом з пластифікуючою добавкою полікарбоксилатного складу - Melflux.

4. Розроблені склади бетонів на основі лужного шлакопортландцементу доцільно використовувати при зведенні будівель і споруд (гідротехнічне будівництво, дорожні бетони тощо), для виготовлення товарних бетонів, для виробництва спеціальних бетонів та отримання бетонів високої якості з максимальним вмістом відходів металургійної промисловості.

1. Батраков бетоны. Теория и практика. - М. 19с. 2. Мчедлов-Петросян неорганических строительных материалов. М.: Стройиздат, 19с. 3. , Фунди пуццолановые цементы с химическими добавками / Цемент№ 11-12. - С. 24-29. 4. , , Ростовська шлакопортландцемент // Строительные материалы и изделия№ 3, С. 8-10. 5. Кривенко шлакощелочные цементы. - К.: Будівельник, 19с. 6. Глуховский ікатні вироби і конструкції. - К.: Будівельник, 19с. 7. ДСТУ Б. В. 2.7-46-96 Цементи загальнобудівельного призначення. Технічні умови.



Подпишитесь на рассылку:

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства

Блокирование содержания является нарушением Правил пользования сайтом. Администрация сайта оставляет за собой право отклонять в доступе к содержанию в случае выявления блокировок.