Разработка добавок для получения быстротвердеющего и долговечного искусственного камня

РАЗРАБОТКА ДОБАВОК ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЫСТРОТВЕРДЕЮЩЕГО
И ДОЛГОВЕЧНОГО ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ

http://agiostroy. ru/magazine/8.html

к. т. н.

В транспортном строительстве возникает необходимость разработки и создания материалов, которые способствовали бы решению задачи быстрого возведения и восстановления объектов железнодорожного транспорта в зонах чрезвычайных ситуаций.

Такие материалы должны отличаться как быстрым набором прочности, так и параметрами долговечности.

В проведенных исследованиях применялись два вида портландцемента: ПЦ 400 Д20 и быстротвердеющий ПД 600 Д0 с повышенной удельной поверхностью.

В качестве добавок были использованы отходы металлургического производства, представленные железосодержащей добавкой на основе Fe2O3, а также многокомпонентный отход медеплавильного производства (МКО), химический состав которого приведен в таблице 1.

Таблица 1
Компонент	Si2О2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	ZnO	CuO	TiO	PbO2	MnO	NiO	Cr2O3	CdO
Массовая доля, %	29,4	60,4	3,3	1,5	0,9	2,9	1,1	0,4	0,4	0,08	0,025	0,04	0,01

Отход медеплавильного производства был использован также и в качестве мелкого заполнителя, так как исходный состав отхода содержит около 30% SiО2.

Влияние добавок и заполнителей на твердение камня оценивалось по прочностным характеристикам цементных паст и бетона. Твердение цементосодержащих композиций осуществлялось в естественных условиях при положительной температуре t = +15° С, в течение 28 суток.

Полученные прочностные характеристики цементного камня на основе ПЦ 400 представлены в таблице 2.

Таблица 2   Прочность активированного цементного камня на основе ПЦ 400 Д20
№ п. п.	Добавка	Прочность при сжатии, МПа
Наименование	% от массы цемента	возраст, сутки
1	3	7	28
1	—	—	30,0	34,6	37,6	48,5
2	Fe2O3	1	32,5	33,6	36,5	54,1
3	3	36,3	37,1	40,3	57,8
4	5	30,1	33,5	35,1	49,6
5	МКО	3	28,8	33,9	45,5	50,3
6	5	32,9	38,1	46,6	63,8
7	10	24,3	34,5	41,0	56,3
8		15	25,8	33,2	39,9	57,2
Примечание: В/Ц = 0,26

По результатам эксперимента определено, что оптимальное количество железосодержащей добавки на основе Fe2O3 составляет 3 мас. % от массы цемента, при этом цементосодержащая система характеризуется высоким набором прочности в течение анализируемого периода. В раннем возрасте прочность при сжатии повышается до 21%, в проектном возрасте до 19%.

Введение многокомпонентного отхода (МКО) медеплавильного производства в качестве добавки обеспечивает наибольший прирост прочности при его использовании в количестве 5 мас. % от массы цемента. Эта добавка способствует повышению проектной прочности, которая увеличивается до 32%. При этом цементный камень на основе ПЦ 400 имеет прочность при сжатии в возрасте 28 суток 64 МПа, т. е. по своим прочностным характеристикам соответствует искусственному камню на основе ПЦ 600 Д0.

Полученные положительные результаты при использовании МКО и наличие большого содержания в нем SiO2 явились основанием рассмотреть данный отход как заполнитель при создании мелкозернистого бетона.

О качестве использования отхода медеплавильного производства вместо традиционного строительного песка можно судить по прочностным характеристикам бетона, представленным в таблице 3.

Таблица 3  Прочность мелкозернистого бетона на основе МЦ 400 Д20 состава 1:3:0,5 (Ц:П:В)
№ п. п.	Марка цемента	Мелкий заполнитель	В/Ц	Прочность при сжатии, МПа возраст, сутки
2	3	7	28
1	М400	песок	0,5	5,9	7,8	8,4	9,6
2	М400	МКО	0,5	7,2	9,9	11,5	14,5

Установлено, что полная замена песка на отход медеплавильного производства является высокоэффективным решением, позволяющим получать мелкозернистый бетон с повышением прочности при сжатии в раннем возрасте на 22%, в проектном возрасте на 51%.

Для создания быстротвердеющего бетона кроме использования добавок была рассмотрена возможность применения быстротвердеющего цемента, а также их взаимное сочетание с целью получения наибольшего эффекта при решении поставленной задачи создания материала, обеспечивающего быстрое возведение бетонных конструкций.

Полученные прочностные характеристики по оценке влияния двух видов добавок на ПЦ 600, представленные в табл. 4, показали, что введение железосодержащей добавки в количестве 1 мас. % от массы цемента обеспечивает прирост прочности при сжатии в первые сутки твердения на 63%, цементный камень в этом возрасте характеризуется прочностью при сжатии, равной 61,5 МПа.

Таблица 4   Прочность активированного цементного камня на основе ПЦ 600 Д0
№ п. п.	Добавка	Прочность при сжатии, МПа
Наименование	% от массы цемента	возраст, сутки
1	3	7	28
1	—	—	37,8	58,5	64,7	66,5
2	Fe2O3	1	61,5	65,4	68,0	75,3
3	3	39,8	65,7	63,3	67,0
4	5	50,5	54,8	60,7	62,1
5	МКО	3	42,5	57,3	75,5	84,2
6	5	36,3	65,5	67,9	70,5
7	10	52,5	69,0	75,0	80,3
8		15	56,5	52,2	60,2	64,4
Примечание: В/Ц = 0,26

Добавка МКО, взятая в количестве 10 мас.% от массы цемента в первые сутки увеличивает прочность при сжатии на 39%, что составляет 52,5 МПа.

При полной замене строительного песка (таблице 5) на отход медеплавильного производства прочность в первые сутки повышается на 62%, в проектном возрасте на 44%.

Проведенные исследования и полученные экспериментальные данные показали, что ПЦ600 эффективно подвергается химическому воздействию и обеспечивает высокий прирост прочности в раннем возрасте.

Вполне очевидно, что для быстрого возведения бетонных конструкций следует применять быстротвердеющий портландцемент М600 ДО с рассмотренными добавками, а для получения изделий улучшенного качества и повышенной долговечности целесообразно использовать ПЦ400 Д20 с предлагаемыми химическими добавками.

Таблица 5   Прочность мелкозернистого бетона на основе МЦ 600 Д0 состава 1:3:0,5 (Ц:П:В)
№ п. п.	Марка цемента	Мелкий заполнитель	В/Ц	Прочность при сжатии, МПа возраст, сутки
1	2	3	7	28
1	М400	песок	0,5	6,1	8,9	9,5	11,2	18,0
2	М400	МКО	0,5	9,9	13,4	13,9	15,0	25,9

Применение рассмотренных добавок эффективно не только с целью решения технологических задач, но и экологических, так как предполагается использование многотоннажных отходов металлургического и медеплавильного производства.