CC BY
34
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к. Материал 15.12.14 баспаFа tyctí.
Sh. K. Torpishev, M. K. Kuderin, R. N. Suleimenov
Multifunctional modifier based on a mixture of off-spec oil emulsion
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 15.12.14.
Бетон цоспаларынан химиялыц устемелер эзiрленген, бул цоспаларды бик бiргелкi цозгалшыцтыц арцалылы котерщт баянныц жэне узац арцылы устемелер алынганы корсет^ен.
The work deals with complex chemical concrete aimed admixtures, established to elaborate concretes of high durability and endurance under high concrete mobility.
УДК 666.972.16 (088.8)
Ш. К. Торпищев, М. К. Кудерин, М. Жусупов, А. Кузьменков
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар
ЭФФЕКТИВНЫЙ КОМПЛЕКСНЫЙ МОДИФИКАТОР ДЛЯ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ
В статье представлены результаты исследований по получению химических добавок бетонных смесей, высокоэффективный модификатор для изготовления комплексной добавки позволяет повысить морозостойкость, прочность, плотность и водонепроницаемость.
Ключевые слова: комплексный модификатор,бетон, техногенные продукты, обработка, экономичность.
Введение. Известно, что одним из способов сокращения требуемого расхода цемента в бетонах и повышения их долговечности является всемерное снижение их водосодержания, что обычно достигается применением пластифицирующих добавок. В настоящее время номенклатура имеющихся на рынке пластификаторов весьма обширна. Однако практически все они характеризуются относительно
и w у и л ОГ /
высокой коммерческой ценой, варьирующей от 2 до 8€/кг, что приводит к увеличению себестоимости бетонной смеси на 15-20 %. Использование дешевых (от 2€/кг) пластифицирующих добавок (например, лигносульфонатов) вызывает, как известно существенное замедление темпов твердения бетонов, что предполагает обязательное применение добавок ускорителей. Стоимость их также достаточно высока, к тому же расход в составе бетонной смеси в несколько раз выше расхода пластификаторов. Все это обусловливает существенное (до 40-46 %) удорожание стоимости бетона. Поэтому в последнее время все шире для модификации бетонных смесей стали использовать относительно дешевые побочные продукты и отходы различных производств. Так, в качестве ускорителя
процессов гидратации цемента довольно эффективна например, добавка уксуснокислого кальция, представляющая собой водный раствор состава 1: 4-5. [1], а эффективного пластификатора бетонных смесей - молочная сыворотка.
Использование уксуснокислого кальция позволяет резко увеличить скорость твердения смесей, однако сводит на нет любые попытки ее регулирования, например изменением расхода добавки. Молочная сыворотка, позволяющая получать высокоподвижные смеси характеризуется эффектом резкого увеличения их сроков схватывания и последующего твердения. Все это не позволяет в полной мере реализовать потенциальные преимущества (высокий технологический эффект и низкая цена) указанных модификаторов и существенно сдерживает их широкое внедрение в производство.
Авторами предпринята попытка использования уксуснокислого кальция и молочной сыворотки совместно с дополнительным модифицирующим компонентом - шламом-осадком производства сернокислого алюминия (побочным продуктом глиноземного производства), которое в известной степени устраняет недостатки их индивидуального применения.
Шлам-осадок производства сернокислого алюминия образуется на предприятиях перерабатывающих бокситы в глинозем и сульфат алюминия и включает в себя, в масс.%: вода - 18-24; А1203 - 0,4-0,6; ^20 - 9,4; Ш20 (карбонаты) -7-8; №20 (сульфаты) -1,6-1,9 ; SO3 - 36,5.
Фазовый состав шлама: №2 S04-70,3%, №2С03-13,3%, вода - остальное.
По внешнему виду он представляет собой сильно увлажненный тонкодисперсный порошок кремового или светло-коричневого цвета с характерным белым налетом после высыхания.
Сыворотка молочных заводов является побочным продуктом производства и характеризуется следующим составом (%): вода 94,2-93,4; сухое вещество 5,8-6,7 (жиры 0,02-0,4; молочный сахар 4,5-4,9; белок 0,8-1,1; минеральные вещества 0,52-0,6) [3].
Молочную сыворотку, входящую в состав комплексной добавки, можно отнести к классу ионогенных ПАВ, диссоциирующих в воде на поверхностно-активный анион и неактивный катион. Механизм действия ионогенных ПАВ заключается, как известно, в адсорбировании их своими полярными группами на гидрофильных поверхностях зерен цемента, создании мономолекулярных пленок, уменьшающих коэффициент внутреннего трения между зернами вяжущего. Пластифицирующий эффект определяется тем, что их молекулы состоят из электростатических зарядов противоположных знаков, которые отталкивают цементные частицы друг от друга, создавая вокруг них водную оболочку и препятствуя тем самым их слипанию. Однако эти же адсорбционно-сольватные слои, обеспечивающие гидродинамическую смазку между частицами цемента, относительно затрудняют доступ воды к минералам цемента, существенно замедляя процессы гидратации и твердения. (что наблюдается при автономном применении молочной сыворотки в процессе приготовления бетонных смесей). Замедление гидратации цемента приводит к снижению прочности цементного
камня в начальные сроки твердения. Наряду с этим стабилизирующий эффект добавки молочной сыворотки способствует образованию более мелкодисперсной кристаллической структуры, вследствие чего происходит интенсивное нарастание прочности в более поздние сроки твердения. Существенным фактором, повышающим прочность бетона в поздние сроки можно считать снижение водопотребности бетонной смеси при введении сыворотки.
Кроме этого, поверхностно-активная составляющая комплексной добавки способствует увеличению морозостойкости бетона в результате:
- повышения содержания воздуха и уменьшения количества, так называемой, свободной воды;
- образования тонкопористой и тонкокапиллярной структуры цементного камня и бетона и уменьшения миграции влаги;
- адсорбционного модифицирования и образования волокнистой структуры;
- увеличения прочности сцепления в контактах между цементным камнем и заполнителем;
- увеличения влагоотдачи из бетона.
Содержание в составе комплексной добавки компонентов - электролитов позволяет нейтрализовать негативное замедляющее влияние сыворотки на процессы гидратации. Щелочные соединения в составе шлама-осадка производства сульфата алюминия способствуют резкому увеличению скорости гидролитического разложения клинкерных минералов, в первую очередь трехкальциевого силиката (от чего процесс набора прочности бетона существенно прогрессирует). Гидролиз активных фаз цементного клинкера значительно ускоряется также в присутствии веществ, реагирующих с гидроксидом кальция, выделяющимся при твердении, с образованием труднорастворимых или нерастворимых продуктов. Таким образом, быстрое выведение Са(ОН)2 из реакции и уменьшение концентрации ионов кальция в растворе, в конечном счете, приводят к существенному уплотнению структуры бетона и повышению его прочности.
Образование двойных солей - гидратов (т.е. более стойких, чем традиционные продукты гидратации цементных минералов, структурных составляющих) также определяет рост морозостойкости получаемого бетона. За счет значительно большей полноты реакций гидратообразования в присутствии электролитов дальнейшая (через 28 сут после пропаривания) гидратация минералов цемента замедляется, что понижает внутренние напряжения в гетерогенной структуре «микробетона» и в местах контакта его с заполнителем. Это также способствует повышению морозостойкости бетонов, содержащих предлагаемую комплексную добавку.
Оптимальный расход комплексной, определенный эмпирически составлял 2,5 % от массы цемента. Комплексная добавка готовилась путем введения уксуснокислого кальция и молочной сыворотки в шлам-осадок производства сульфата алюминия с добавлением до 40 % расчетного количества воды затворения и подогрева полученной пульпы до температуры не менее 25 оС.
Результаты реализации предложенного решения приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ п/п Наименование или состав добавки и свойства бетонной смеси бетона, содержащего добавку Предлагаемые составы Прото тип Аналог Контрольный
1 2 3 4 5 6
1 -уксуснокислый кальций -молочная сыворотка -шлам-осадок производства сернокислого алюминия 13 45 42 16 38 46 19 31 50 + + -
2 Сроки схватывания, мин начало 63 55 41 422 11 72
-окончание 116 102 93 932 25 196
Плотность в сухом состоянии, кг/м3 70 2345 2337 2110 2148 2130
Предел прочности при сжатии, МПа после пропаривания 25,6 26,5 20,1 21,5 18,5
через 28 сут 28,3 29,5 32,3 23,3 25,3 21,3
3 Водонепроницаемость, МПа 0,8 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4
4 Морозостойкость, циклов 367 320 350 300 150 150
Заключение. По результатам, исследования (таблица 1) можно утверждать, что комплексная добавка предложенного состава устраняет недостатки индивидуального применения ее компонентов. Она позволяет уменьшить водопотребность (в среднем на 13,5 %) и улучшить удобоукладываемость бетонной смеси, повысить прочность (в среднем на 33 % по сравнению с прототипом), плотность (в среднем на 11 %), водонепроницаемость (на 26 %) и морозостойкость (на 21 %). При этом достигается экономия цемента (до 13 %) и не требуется изменения технологических параметров приготовления смесей и последующей их тепловлажностной обработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Федин, Г. П. Разработка и внедрение оптимальных составов бетонных смесей и режима виброобработки изделий с целью повышения качества и экономии цемента: ГИСИ, 1975. - С. 7-14.
2 Таубе, П. Р. и др. Эффективная добавка для цементных растворов и бетонов: Строительные материалы, №11. - 1974. - С. 21.
3 Коваленко, М. Н. Переработка побочного молочного сырья. - М. : «Пищевая промышленность», 1965.
Материал поступил в редакцию 15.12.14.
Ш. К. Торпищев, М. К. Кудерин, М. Жусупов, А. Кузьменков
гр • • • • • • ^ • • • •
1ехногенд1 еншдердщ непзшдеп бетондар Yшш ти1мд1 кешенд1 модификатор (тYрезгертушi)
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университетi, Павлодар к.
Материал 15.12.14 баспаFа tyctî.
Sh. K. Torpishev, M. K. Kuderin, M. Zhusupov, A. Kuzmenkov
Effective complex modifier for concretes on basis of technogenic products
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 15.12.14.
Мацалада бетон цоспаларынан химиялыц устемелер эзiрлен2ен, бул цоспаларды бшк бiргелкi цозгалшыцтыц арцалылы квтерщт баянныц жэне узац арцылы устемелер алынганы кврсет^ен.
In this is paper described the use of the data on design of composition of complex modifying agent for concrete mixes. The agent promotes strength development and durability.
UDC 666.972.16(088.8)
Sh. K. Torpishev, M. K. Kuderin, R. N. Suleymenova, G. K. Abisheva
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar
EXPERIMENTAL AND THEORETICAL PRINCIPLES OF STRUCTURIZATION OF MIXED BINDING MATERIALS INVOLVING THE USE OF ALKALI CONTAINING FILLERS
The article considers the experimental and theoretical principles of structurization of mixed binding materials Involving the use of alkali containing fillers.
Keywords: mixed binding materials, alkali fillers, structurization, cement, construction industry.
The exposure of principles of formating the cement stone structure based on mixed cements is the obligatory clause for formating of binding with set constructive-technical peculiarities, moreover it is the scientific basis for using these binding industrial wastes as a raw material in construction industry.
The structure and durability of the cement stone or sandy cement stone are determined by:
- the sort [type] and quantity of the crystals of the hydrate compounds;
- the volume of gell content;
- the size and volume of pores content;
- the stability of generating phases and the speed of their excretion.
