Эффективные облегчённые кладочные и тампонажные растворы для суровых климатических условий (стр. 3 )

При отрицательных температурах лучший рост прочности показывает раствор с нитритом натрия, формиатом натрия, а также поташом с замедлителем схватывания. Однако конечная прочность после оттаивания выше у растворов с добавкой нитрита натрия – 16,7 МПа при сжатии. Наиболее интенсивным ростом прочности при отрицательной температуре характеризуются растворы с добавкой поташа, в особенности, в первые 7 суток твердения. При этом в последующий период твердения прирост прочности не столь значителен, в особенности – прочности при изгибе. Формиат натрия по скорости прироста прочности занимает промежуточное место среди этих добавок. Т. е. для условий малых отрицательных температур лучшими показателями качества обладают облегчённые кладочные растворы с ПСМС и 7 % нитрита, 5 % формиата натрия или 7 % поташа и замедлителем схватывания.

Методами рентгенофазового, микроструктурного и химического анализов определёны новообразования, изучена структура облегчённых кладочных растворов с 15% ПСМС, суперпластификатором и ПМД. Для всех составов характерна однородная структура с хорошо распределёнными микросферами (рисунки 1, 2).

Был проанализирован состав без ПМД. Степень гидратации у него составляет 70 %, новообразования – характерные для таких систем. На рентгенограмме идентифицируются минералы цементного клинкера, продукты гидратации портландцемента, кальцит. Для раствора с K2CO3 и замедлителем схватывания характерно наличие трещин по контактной зоне «цементная матрица – микросфера», имеющих ширину раскрытия 0,5…5 мкм и длину 5…30 мкм. В цементном камне содержится кальцит, гидрокарбоалюминат кальция, гидроалюминаты кальция. Степень гидратации 55%. Структура цементного камня с добавкой NaNO2 (рисунок 1) достаточно плотная и состоит из низкоосновных гидросиликатов кальция с отношением CaO/SiO2=1,7, гидроалюминатов и гидроферритов кальция. Идентифицируется гидронитриталюминат кальция. Степень гидратации 65%. Отмечается повышение количества эттрингита на 30 % по сравнению с контрольным составом, за счёт чего, видимо, прочность раствора с NaNO2 достаточно высокая.

Рисунок 1 – Микроструктурный и рентгенофазовый анализ облегчённого кладочного раствора с ПСМС и NaNO2. Степень гидратации – 65 %.
Рисунок 2 – Микроструктурный и рентгенофазовый анализ облегчённого кладочного раствора с ПСМС и HCOONa. Степень гидратации – 60 %.

Структура цементного камня с добавкой HCOONa (рисунок 2) достаточно плотная. Представлена она, в основном, низкоосновными гидросиликатами кальция с отношением CaO/SiO2=1,7, гидроалюминатами и гидроферритами кальция. Степень гидратации составляет 60%. Отмечается некоторое повышение количества эттрингита. Степень закристаллизованности гидросиликатов несколько выше, чем у контрольного состава.

С помощью математического планирования эксперимента и обработки его результатов получены двухфакторные математические модели свойств: прочности на изгиб и сжатие в возрасте от 7 до 56 суток твердения, а также оптимизированы составы облегчённого кладочного раствора с 15 % ПСМС с суперпластификатором и нитритом или формиатом натрия. В результате обработки полученных данных определены функции цели: прочность растворов при сжатии и изгибе в возрасте 7, 14, 28 и 56 суток. Варьируемыми факторами являлась температура твердения (–10 оC, –5 оC, 0 оC) и расход противоморозной добавки (для нитрита натрия: 4 %, 7 %, 10 %; для формиата натрия: 3 %, 5 %, 7%). Достоверность результатов была проверена по критериям Стьюдента и Фишера. Ошибка аппроксимации для всех уравнений находилась в интервале 4…5 %. Получены уравнения регрессии:

Нитрит натрия (сжатие):

Rсж7=3,49+0,48∙X1+1,32∙X2–0,59∙X1∙X2–0,19∙X12–0,58∙X22;

Rсж14=5,50+0,77∙X1+2,15∙X2–0,76∙X1∙X2–0,51∙X12–0,92∙X22;

Rсж28=7,9+1,12∙X1+3,07∙X2–1,01∙X1∙X2–0,76∙X12–1,38∙X22;

Rсж56=16,7+0,3∙X1+1,9∙X2–1,16∙X1∙X2–0,46∙X12–0,15∙X22;

Нитрит натрия (изгиб):

Rизг7=1,0+0,13∙X1+0,35∙X2–0,23∙X1∙X2–0,08∙X12–0,1∙X22;

Rизг14=1,6+0,22∙X1+0,55∙X2–0,41∙X1∙X2–0,11∙X12–0,12∙X22;

Rизг28=2,0+0,28∙X1+0,67∙X2–0,42∙X1∙X2–0,17∙X12–0,25∙X22;

Rизг56=4,3+0,01∙X1+0,73∙X2–0,42∙X1∙X2–0,17∙X12–0,08∙X22.

Уравнения регрессии, описывающие прочность растворов с формиатом натрия, имеют аналогичный вид.

Были исследованы структура и свойства облегчённого тампонажного раствора с 15 % ПСМС. В качестве ПМД использовались: хлориды натрия и кальция, поташ, нитрит, нитрат и формиат натрия.

Таблица 5 – Свойства облегчённого тампонажного камня с ПСМС, сформированного

при температуре твердения (20±2)°С и атмосферном давлении.

Состав, масс. %	Средняя плотность, кг/м3	Прочность, МПа	Влажность камня, % *	Водопоглощение, % *
раствора	камня в возрасте 2 сут	камня в сухом состоянии	изгиб	сжатие
ρ		сух	Rизг	Rсж	wm	Wm
100ПЦТ + 15ПСМС + + 88В	1106	980	836	1,0	2,6	17,2	28,8
100ПЦТ + 15ПСМС + + 67В + 0,75(С–3)	1080	1018	855	2,2	6,7	19,1	22,3

* – влажность и водопоглощение по массе.

Были определены прочностные характеристики облегчённого тампонажного раствора с 15 % ПСМС, сформированного при температуре твердения (20±2)оС в возрасте 2, 7 и 28 суток (таблицы 5, 6). При отрицательных температурах раствор без ПМД замерзает и прочностью практически не обладает.

Таблица 6 – Кинетика набора прочности облегчённого тампонажного камня

при температуре твердения (20±2)°С

Состав, масс.%	Прочность раствора при изгибе и сжатии, МПа
2 сут	7 сут	14 сут	28 сут
изгиб	сжатие	изгиб	сжатие	изгиб	сжатие	изгиб	сжатие
100ПЦТ + 44В	7,2	20,8	8,5	31,3	8,7	36,9	8,9	40,1
100ПЦТ + 28В + 0,75СП	9,7	34,4	11,4	41,8	12,1	44,7	13,0	51,2
100ПЦТ + 15ПСМС + 88В	1,0	2,6	1,8	5,6	2,4	7,1	2,6	8,4
100ПЦТ+15ПСМС+67В+0,75СП	2,2	6,7	3,1	12,4	3,5	15,3	3,7	16,6

Были определены прочностные характеристики облегчённого тампонажного раствора с 15 % ПСМС и ПМД при температуре твердения минус 5 оС в возрасте 2 и 7 суток, поскольку именно данная температура наиболее характерна для ММП. Расход для каждой ПМД был разный и определялся расчётом.