Научная статья на тему 'Добавка, упрочняющая структуру цементного камня и интенсифицирующая гидратацию и твердение цемента'

Добавка, упрочняющая структуру цементного камня и интенсифицирующая гидратацию и твердение цемента Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
153
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
портландцемент / структура / добавка / вяжущее / прочность. / portland cement / structure / addition / binding / strength.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — А. М. Иманов, С. Х. Теймурова, О. М. Иманова

Приводятся результаты исследований по синтезу активной минеральной добавки к цементу и испытаний цементного камня. Дается химический состав компонентов шихт для синтезируемой добавки, условия их обжига и минералогический состав спеков. Объясняется повышение прочностных характеристик цементного камня с синтезированной добавкой.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — А. М. Иманов, С. Х. Теймурова, О. М. Иманова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ADDITION STRENGTHENING A STRUCTURE OF CEMENT STONE AND INTENSIFYING HIDRATION OF CEMENT SALIDIFICATION

The results of investigations on synthesis of the active addition to cement stone and testing cement stone are offered. There is given the chemical composition of charges components for synthesized addition, conditions for their annealing and mineralogical composition of cakes. Increase in strengthening characteristics of cement stone with synthesized addition explained.

Текст научной работы на тему «Добавка, упрочняющая структуру цементного камня и интенсифицирующая гидратацию и твердение цемента»

100

AZЭRBAYCAN KiMYA JURNALI № 1 2018

УДК 666.943.015.66

ДОБАВКА, УПРОЧНЯЮЩАЯ СТРУКТУРУ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ И ИНТЕНСИФИЦИРУЮЩАЯ ГИДРАТАЦИЮ И ТВЕРДЕНИЕ ЦЕМЕНТА

А.М.Иманов, С.Х.Теймурова, О.М.Иманова

Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт строительных материалов им. С.А.Дадашева

аупиг imanova@mail.ru

Поступила в редакцию 28.06.2016

Приводятся результаты исследований по синтезу активной минеральной добавки к цементу и испытаний цементного камня. Дается химический состав компонентов шихт для синтезируемой добавки, условия их обжига и минералогический состав спеков. Объясняется повышение прочностных характеристик цементного камня с синтезированной добавкой.

Ключевые слова: портландцемент, структура, добавка, вяжущее, прочность.

Введение

Усовершенствование производства портландцемента и его компонентов, позволяющее добиться удешевления и повышения качества, остается важнейшим вопросом в химии цемента. Повышение структурной плотности и прочности цементного камня и изделий - предмет исследований в области химии материалов.

Одним из основных компонентов портландцемента, определяющим его важнейшие строительно-технические свойства (долговечность, водостойкость, прочность), является активная минеральная добавка, вводимая на стадии помола клинкера. Эта добавка при смешивании в тонкомолотом виде с воздушной известью придает ей гидравлические вяжущие свойства, а в смеси с портландцементом повышает водо- и сульфатостойкость [1].

Известно [2], что в дисперсных системах структурные связи представлены коа-гуляционно-тиксотропными и коагуляционно-кристаллизационными связями. Последние характерны и для портландцементного камня. Установлено [3], что с вводом в состав цемента активных минеральных добавок, образующих структуры твердения, связи меняются по количеству и качеству. При этом степень изменения повышается с увеличением неоднородности добавки, а поскольку активные гидравлические добавки в подавляющем большинстве являются полиминеральными и наряду с активными компонентами содержат практически инертные минеральные компоненты, ввиду различия химических потенциа-

лов последних в цементном камне образуются связи, отличные друг от друга по силам сопротивления физическому, механическому и химическому воздействиям.

Из всех структурных связей в цементном камне наиболее уязвимой является коа-гуляционно-тиксотропная, развиваемая глинистыми минералами, содержащимися почти во всех природных минеральных добавках, особенно осадочного происхождения, а также в измененных вулканических породах, например, трассе.

Поэтому предпочтение отдается применению искусственных добавок, среди которых особенно выделяются основные гранулированные шлаки. Гранулированные шлаки состоят главным образом из шлакового стекла и поэтому не случайно широко используются как добавка к цементу и для выпуска на его основе шлакопортландцемента.

Шлаковые стекла образуют коагуляци-онно-кристаллизационную структуру аналогично образуемым в системе портландцемент-ного клинкера. Об этом свидетельствуют результаты исследований, изложенные в работе [4]. Согласно этим результатам, при гидратации теста, приготовленного из смеси, содержащей 60% портландцемента и 40% гранулированного доменного шлака, установлено, что реакционная кайма вокруг шлаковых частиц и полностью гидратированный шлак имеют состав, сопоставимый с составом исходной смеси и включают различные количества гидрата С^-Н c соотношением Si/Ca=0.62 и фазы гидрограната с соотношением А1/М§=0.38.

В последние годы нередко прибегают к синтезу добавок. Например, известна [5] синтезированная минеральная добавка из сырьевой смеси, включающей известняк, боксит и хро-митовый концентрат. Добавка получается путем спекания указанной смеси. При этом продукт спекания состоит из мас.%: хромалюми-ната кальция 40-95, силиката кальция 2-25, алюмината кальция 1-25 и феррита кальция 2-10. Введение данной добавки в портландцемент в количестве (0.5-7.0)% способствует повышению как начальной, так и конечной прочности цементного камня. Однако и эта добавка имеет недостатки. Она не всегда обеспечивает цементному камню высокую прочность. Исходные материалы для неё включают дефицитное и ценное сырье (боксит, хромитовые концентраты). Кроме того, хромовые соединения являются токсичными, что ограничивает область применения цемента.

Экспериментальная часть и обсуждение результатов

С целью повышения прочности и снижения себестоимости портландцемента нами синтезирована активная минеральная добавка из шихты наиболее широко распространенного и недефицитного сырьевого мате-

Таблица 1. Химический состав компонентов шихты и

риала, а именно, известняка, гипса и ярозит-содержащей породы (табл.1).

Смесь известняка СаСО3, гипса СаS04•2Н20 и ярозитсодержащей породы (Н30)Fe3(0H)6(S04)2 перемешивают и измельчают в лабораторной щаровой мельнице до удельной поверхности порядка 300 см2/г, затем готовят шлам с влажностью 13-15%. Из последнего изготавливают образцы-цилиндрики диаметром и высотой в 16 мм и обжигают при 900-1200°С с выдержкой в 90-120 мин.

Полученный продукт обжига содержит сульфоалюмоферрит кальция, силикаты кальция, сульфаты щелочных металлов и ферриты кальция.

Состав шихт для получения добавки и условия их обжига приведены в табл. 2.

Минералогический состав спеков приведен в табл. 3.

Добавку, клинкер и гипс в соотношениях, указанных в табл. 3, размалывают в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности порядка 300 м2/кг.

Полученные вяжущие вещества испытывают в растворных образцах состава смеси цемента и кварцевого песка 1:3 при отношении В/Ц=0.4.

клинкера

Наименование использованных компонентов Соде ржание, %

п.п.п*. SiO2 M2O3 Fe2Os CaO MgO SO3 Na2O+K2O

известняк 43.0-43.73 0.20-0.22 Следы -0.31 Следы -0.32 55.25-55.50 0.32-0.40 0.03-0.41 0.04-0.10

ярозитсодержа-щая порода 10.2-15.3 3.7-6.3 3.7-9.5 27.9-32.5 1.1-10.9 0.8-1.9 30.8-36.7 3.9-6.5

портландцемент-ный клинкер 1.0-1.2 19.6-21.7 4.5-5.0 2.9-4.4 63.5-64.6 1.0-1.2 0.6-0.8 0.7-0.8

* - потери при прокаливании

Таблица 2. Состав шихт для получения добавки и условия их обжига

Добавка Состав шихты, мас.% Режим обжига

известняк гипс боксит хромит ярозитсодержащая порода температура, 0С выдержка, ч

1(известная) 38 - 55 7 - 1100 3

2 45 5 - - 50 900 2

3 56 4 - - 40 1000 1

4 70 3 - - 27 1200 0.5

Таблица 3. Минералогический состав спеков

Добавка Минералогический состав спеков, мас.%

сульфоалюмоферрит кальция силикаты кальция сульфаты щелочей феррит кальция

1(известная) - - - -

2 12.0 15.0 9.0 64.0

3 10.0 12.0 7.0 71.0

4 8.0 8.0 5.0 79.0

102

А.М.ИМАНОВ и др.

Хранение образцов - воздушно-влажное. Испытывают образцы через 3 и 28 суток. Результаты испытаний приведены в табл. 4.

Использование в составе вяжущего минеральной добавки в количестве 0.5-25 мас.% повышает как начальную, так и конечную прочность цементного камня. При этом начальная (3-суточная) прочность при изгибе повышается на 35-80%, а конечная (28-суточная) - на 22-46% по сравнению с бездобавочным клинкерным цементом. Прочность же при сжатии соответственно увеличивается на 18-42 и 17-52%.

Наилучшие результаты по сравнению с известным вяжущим показывают цементные камни с добавкой в количестве 3-15 мас.%. Введение в цемент добавки в количестве более 15 мас.%, например 20 мас.%, также повышает прочность цементного камня на сжатие во все сроки твердения по сравнению с известным вяжущим, но несколько снижает прочность при изгибе. При содержании добавок в количестве менее 3 мас.%, например 0.5-1 мас.%, прочность увеличивается незна-

чительно.

Повышение начальной прочности цементного камня с добавками обусловлено наличием сульфатных соединений щелочей и сульфоалюмоферрита кальция в продуктах спекания, а конечной - наличием феррита кальция. Последний, составляя основную массу продукта спекания, гидратируется медленно и, вступая в реакцию с продуктами гидратации основных цементных минералов, образует гидросульфоферриты кальция, которые повышают плотность, упрочняют структуру цементного камня и компенсируют отрицательное влияние щелочей на прочность цементного камня в поздние сроки твердения. Наличие указанных минералов добавок (табл. 5) установлено микроскопическим и рент-генодифрактометрическим анализами.

На рентгенограммах гидросульфоалю-мината кальция - высокосульфатной (три-сульфат) модификации отвечают рефлексы ё = 9.8, 5.58, 4.77А и др., а низкосульфатной (моносульфат) - ё=8.84, 4.43, 2.83, 2.40, 2.07А и др. [7].

Таблица 4. Состав и прочностные характеристики вяжущего

Состав вяжущего, мас.% Добавка * Прочность, МПа

при изгибе, за время, сут. при сжатии, за время, сут.

портландцементный клинкер гипс добавка 3 28 3 28

93 3 4 1 3.5 6.0 26.0 44.0

84 1 15 2 3.9 6.7 31.0 51.8

88 2 10 2 3.9 6.6 30.2 50.1

94 3 3 2 4.1 7.8 35.0 56.0

84 2 14 3 4.4 6.9 37.4 53.7

88 3 9 3 3.8 7.0 34.0 52.0

94 1 5 3 4.4 8.0 36.2 58.0

84 3 13 4 4.5 7.7 35.1 53.1

88 1 11 4 4.3 6.8 32.3 51.5

94 2 4 4 4.0 7.5 33.0 54.5

* - Номер добавки дан в табл.3.

Таблица 5. Распределение минералов добавок в вяжущем

№ добавки по табл.2 Количество добавки к вяжущему, мас.% Распределение минералов добавок в вяжущем, мас.%

сульфоалюмоферрит кальция силикаты кальция сульфаты щелочей феррит кальция

15 1.8 2.25 1.35 9.6

1 10 1.2 1.5 0.9 6.4

3 0.36 0.45 0.27 1.92

14 1.4 1.68 0.98 9.94

2 9 0.9 1.08 0.63 6.39

5 0.5 0.6 0.35 3.55

13 1.04 1.04 0.65 10.27

3 11 0.88 0.88 0.55 8.69

4 0.32 0.32 0.20 3.16

Заключение

По позитивному влиянию на строительно-технические свойства цемента выгодно отличаются искусственные добавки, в т.ч. синтезированные, способствующие развитию относительно однородной коагуляционно-кристаллизационной структуры и исключающие коагуляционно-тиксотропную структурную связь. Поэтому целесообразно с целью обезвреживания отрицательного влияния глинистых минералов подвергать природные добавки перед их применением термообработке при 300-7000С в зависимости от преобладающего в добавке типа глин. При такой термообработке они теряют группы гидрок-сильной воды и аморфизируются, переходя из вредных в полезные компоненты.

Список литературы

1. Butt Iu.M., Sychev M.M., Timashchev V.V. Himi-cheskaia tekhnologiia viazhushchikh materialov. M.: Vyssh. shkola, 1980. S. 423-425.

2. Rebinder P.A. Izbrannye trudy. Poverkhnostnye iavleniia v dispersnykh sistemakh. Fiziko-himi-cheskie issledovaniia protcessov deformatcii tver-dykh tel. M.: Nauka, 1979. S. 250.

3. Imanov A.M. Strukturnye sviazi, razvivaemye mineralnymi komponentami aktivnykh dobavok v tcementnom kamne // Zhurn. pricl. himii. 1976. T. 49. S. 32-36.

4. Ivashchenko S.I., Gorshkova I.V., Akopova L.L., Zaalishvili N.G. Issledovanie vliianiia struktury modifitcirovannogo bezvodnogo i gidrosulfoalu-minatnogo kaltciia na prochnost tcementov // 15 Szilikatip, es szilikattud konf., Budapest 12-16 jun., 1989: SiLiCONF 89, {R.I} - Budapest, 1989. C. 312-314.

5. Imanov A.M., Kafarova KH.S., Ragimov KH.I., Gulieva N.A. Viazhushchee. A.s. № 865856 SSSR. B.I. 1981. № 35.

6. Imanov A.M., Teimurova S.KH., Imanova O.M., Kafarova KH.S. Viazhushchee. A.s. № 1127870 SSSR. B.I. 1984. № 45.

7. Kurbanova Z.G. Ob ustoichivosti gidrosulfo-ferritov kaltciia // Sb. nauchnykh trudov (po materialam NIISM im. S.A.Dadasheva Baku). Stroitelnye materialy, izdeliia, izgotovlennye na baze mestnogo syria. 1983. S. 22-24.

SEMENT DA§I STRUKTURUNU MOHKOMLONDÏRON, SEMENTiN fflDRATLA§MASINI VO

BORKlMaSiNi iNTENSiVLa§DiR0N OLAVO

O.M.imanov, S.X.Teymurova, O.M.imanova

Sementa aktiv mineral alavanin sintezinin tadqiqat naticalari va sement daçinin sinaqlan verilir. Sintez olunan alavanin çixtasinin komponentlarinin kimyavi tarkibi, onun yanma çaraiti va yanmiç maddalarin mineroloji tarkiblari gôstarilmiçdir. Sintez olunmuç alavali sement daçimn môhkamlik xususiyyatlarinin artmasinin izahi verilir.

Açar sozlar: portlandsement, struktur, alava, yapi§dirici, mohkamlik.

ADDITION STRENGTHENING A STRUCTURE OF CEMENT STONE AND INTENSIFYING HIDRATION

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

OF CEMENT SALIDIFICATION

O.M.Imanova, S.Kh.Teymurova, O.M.Imanova

The results of investigations on synthesis of the active addition to cement stone and testing cement stone are offered. There is given the chemical composition of charges components for synthesized addition, conditions for their annealing and mineralogical composition of cakes. Increase in strengthening characteristics of cement stone with synthesized addition explained.

Keywords: portland cement, structure, addition, binding, strength.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.