CC BY
10
УДК 666.96; 666.97
В. В. КОВАЛЕНКО, Ю. Л. ЗАЯЦЬ, П. О. ПШ1НЬКО, С. В. КОВАЛЕНКО, Л. О. ЯРИШК1НА, С. В. ВАСИЛЬЕВА (ДПТ)
Х1М1ЧНА ТА МОРФОЛОГ1ЧНА ОЦ1НКА ЯКОСТ1 ЦЕМЕНТУ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ ШПАЛ ТА Х1М1ЧНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВОДИ ДЛЯ БЕТОН1В I РОЗЧИН1В
В робот проведено хiмiчний та морфолопчний аналiз укранських цементiв для виробництва затзобе-тонних шпал та хiмiчне дослiдження води для бетонiв i розчинiв. Ключовi слова: цемент, шпали, фракцiйний склад, приведена
Дослщження реакцшно! спроможност шс-юв для виробництва затзобетонних шпал показало, що досить часто !х кислотнють перевищу-вала приведет у нормативних документах зна-чення, що провокуе активш х!м1чш реакци з структурними перебудовами в бетонах шпал протягом !х експлуатаци. Однак не тшьки кислотнють шску та щебеню впливае на актившсть лужно-кремшевокисло! реакци, а 1 приведена лужшсть в'яжучого. Визначенню 11 та анал1зу фракцшного складу часток цементу, а також оцшщ стабшьносп вищезгаданих характеристик присвячена ця робота.
Об'ектом дослщження були проби цементу, що постачалися на заводи з виробництва зат-зобетонних шпал Укра!ни протягом 2010 року.
В робот використано мшроструктурний, мшрорентгеноспектральний та статистичний методи анал1зу.
В робот [1] приведет данш про вплив приведено! лужност! цементу на в!ропдшсть про-ткання лужно-кремшевокисло! реакци в бе-тонних виробах, що експлуатуються. Вщм1че-но, що приведена лужшсть не повинна переви-щувати 0,6 % (мас.). Ця загальна характеристика цементу не дозволяе оцшювати штенсившсть структурно! перебудови бетонних вироб1в шд впливом термоциктчних (поблизу 0 °С) та ди-нам1чних навантажень в агресивному навколи-шньому середовищь Бшьш др1бш цементш ча-стки в процес формування цементного каменю розчиняються у цементному тсп та утворюють нерозчинш у вод! з'еднання. Але крупш частки в результат! того, що для шпал формують жор-стк! бетони не в змоз! розчинитися одразу або протягом мюяця. Як що щ частки мають високу приведену лужн!сть, у вологому середовищ! вони починають б!льш штенсивно розчинятися та реагувати з аморфним кремнеземом, що як довели попередш дослщження [1-3], мютиться у п!ску укра!нських родовищ. Це багаторазово
шдвищуе 1нтенсивн1сть лужно-кремшевокисло1 реакц!! в бетонних шпалах. Виходячи з вищезгаданих довод!в маемо необхвдшсть оц!нки не лише загально! приведено! лужност! цементу, але ! приведено! лужност! крупних цементних часток, як! характеризуюсь штенсившсть реакц!! в процес! експлуатац!! зал!зобетонних вироб!в.
Дослщження зразк!в продукц!! чотирьох ос-новних цементних завод!в Укра!ни проводили перюдично протягом 2010 року. Оц!нювали стабшьшсть показник!в приведено! лужност! та фракцшного складу цемент!в. В державному стандарт! характеристика приведено! лужност! може обмежуватися лише споживачами [4].
На рис. 1 наведено морфолопю та фракцш-ний склад часток цементу чотирьох завод!в -основних постачальник!в продукц!! для вироб ництва зал!зобетонних шпал.
в г
Рис. 1. Морфолопя часток цементу перших двох основних заводiв:
а, б - продукщя першого заводу; в, г - продукцш другого заводу
Як видно з рис. 1 ! 2, цемент р!зних завод!в розд!ляеться за фракцшним складом. Зразок ¿з першого заводу мае такий склад: фракщя 25.. .85 мкм - 25 %; фракщя 10.. .25 мкм - 25 %;
б
а
© Коваленко В. В., Заяць Ю. Л., Пшшько П. О., Коваленко С. В., Яришкша Л. О., Васильева С. В., 2012
13
фракщя 1...10 мкм - 50 % (об'емний вiдсоток). Зразок з другого заводу мае такий склад: фракщя 25.100 мкм - 30 %; фракщя 10.25 мкм -50 %; фракщя 1.10 мкм - 20 % (об'емний вщ-соток) Зразок з третього заводу мае такий склад: фракщя 25.75 мкм -35 %; фракщя 10.25 мкм - 50 %; фракщя 1.10 мкм - 15 % (об'емний вщсоток). Зразок з четвертого заводу мае такий склад: фракщя 25.100 мкм - 30 %; фракщя 10.25 мкм - 40 %; фракщя 1..10 мкм - 30 % (об'емний вщсоток).
в г
Рис. 2. Морфолопя часток цементу третього (а, б) та четвертого (в, г) основних завод1в - постачальни-ыв цементу на заводи з виробництва зал1зобетонних шпал:
а, в - х 100; б, г - х 300
Повний хiмiчний аналiз цементу чотирьох заводiв проводили скануванням рiзних спект-рiв, що показаш на рис. 3-6.
Рис. 3. Площини сканування спектр1в цементу першого цементного заводу
Виходячи з даних табл. 1 i рис. 3, можна стверджувати про середнш приведений рiвень лужносп цементу першого цементного заводу
(Я20) такий, що складае 0,9 % (мас.). Однак, деяю крупш частки (спектр 6 див. рис. 3) мають лужшсть 1,32 % мас., яка у двiчi перевищуе допустимi концентраций що попереджають лу-жно-кремшевокислотну реакцiю в бетонах. Не-безпечно лужнi крупнi (бiля 85 мкм) частки цементу вщсутш у зразках цементу того ж заводу, що вщбраш з двомюячним штервалом пiсля отримання офiцiйних проб. Таким чином, можна стверджувати про вщносно нестабшьний склад цементу, який у продовж 2 мюящв може вмiщати чи не вмщати лужнi агресивнi частки цементу.
Щцвищена концентрацiя оксидiв лужних металiв в зразках другого заводу (у середньому Я20 = 0,74 % мас.) в основному забезпечена великим вмютом лужних металiв в дрiбнiй фракцп 1.25 мкм, де И концентращя досягае 1,65 %. Аналiз проб цементу представлено на рис. 4 i у табл. 2.
Рис. 4. Площини сканування спектр1в 1.7 цементу (проба з другого цементного заводу)
З анатзу проб цементу другого заводу випли-вае, що цей продукт мае достатньо високу лужшсть (у середньому Я20 = 1,035 % мас.). Крiм того мак-симальнi значення вiдносноl лужносп (Я20 = 1,72 % мас.) мають крупш, розмiрами бiля 100 мкм частки цементу.
Середня по вшх пробах лужнiсть цементу другого цементного заводу, який застосовуе у виробницга залiзобетонних шпал складае Я20сер. = 0,84 % мас. При цьому показник його лужносп, у вщмшнють вщ цементу першого цементного заводу, стабшьно перевищуе порiг допустимих значень, до яких не мае розвивати-ся лужно-кремшевокисла реакцiя.
Мiкрорентгеноспектральний аналiз цементу третього цементного заводу показав подiбне перевищення приведено! лужносп.
б
а
Хпичиии склад цементу першого цементного заводу, % (мас.)
Спектр О Ыа Mg А1 С1 К Са Л V Сг Мп Ре № Си я2о
Середне 50,77 0,11 0,28 2 7,17 1,28 0 0,62 35,29 0,21 0,02 0,1 0,06 1,98 0 0,21 0,9
Станд. вадхилення 7,4 0,13 0,08 0,44 2,25 0,29 0,11 0,29 4,53 0,09 0,13 0,2 0,13 0,51 0,29 0,38 -
Максимальне 56,82 0,28 0,38 2,86 10,16 1,7 0,11 1,02 41,27 0,35 0,14 0,45 0,21 2,52 0,43 0,61 1,34
Мшмальне 40,85 0 0,18 1,69 5,11 0,97 0 0,34 31,5 0,05 0 0 0 1,28 0 0 0,53
Таблиця 2
Хпичиии склад цементу другого цементного заводу, % (мас.)
Спектр О Ыа Mg А1 С1 К Са Л V Сг Мп Ре № Си я2о
Середне 51,11 0,21 0,37 1,43 6,81 1,62 0,03 0,55 35,92 0,18 -0,01 0,03 0,13 1,44 0,08 0,1 0,98
Станд. вадхилення 5,07 0,12 0,14 0,38 1,61 0,62 0,08 0,23 4,47 0,08 0,11 0,12 0,18 0,45 0,24 0,35 -
Максимальне 57,02 0,4 0,57 1,74 9,76 2,5 0,09 0,83 44,03 0,31 0,1 0,19 0,38 2,03 0,37 0,76 1,48
Мшмальне 43,22 0,08 0,14 0,72 5,47 0,57 0 0,1 31,12 0,07 0 0 0 0,65 0 0 0,29
Х1\н11шш склад цементу третього цементного заводу, % (мас.) Таблиця 3
Спектр О Ыа Mg А1 С1 К Са Л V Сг Мп Ре № Си я2о
Середне 53,73 0 0,49 2,3 5,96 1,2 0,04 0,59 32,84 0,18 0,02 0,05 0,19 2,37 0,08 0,16 0,76
Станд. вадхилення 8,34 0,23 0,12 1,01 0,71 0,23 0,09 0,23 6,09 0,08 0,25 0,18 0,2 1,25 0,19 0,26 -
Максимальне 62,72 0,23 0,61 4,41 7,12 1,49 0,13 0,95 43,99 0,28 0,57 0,28 0,61 4,43 0,38 0,5 1,46
Мшмальне 42,15 0 0,27 1,66 5,21 0,83 0 0,32 26,39 0,07 0 0 0 1,33 0 0 0,43
300шт 1 Зп^кгронное изооражениа 1
Рис.5. Площини сканування спектрiв 1.8 проби цементу виробництва третього заводу
З анатзу х1м1чного складу цементу видно, що середня лужшсть цементу виробництва тре-тього заводу (Я2Осер. = 0,83 % мас.) перевищуе допустимий пор1г шсля якого в бетош почина-еться лужно-кремшевокисла реакщя.
Найкращою з ус1х попередшх виявилася проба цементу четвертого заводу тому наведе-мо два найбшьш характерш приклади анал1зу його х1м1чного складу (рис. 6 { 7, табл. 4 { 5).
2ti-r.ilГц 1 Электрс+и&е имбрякение (
Рис.6. Площини сканування спекав 1.8 проби цементу четвертого цементного заводу
Дослщження х1м1чного складу цементу четвертого цементного заводу показали, що серед-ня лужшсть (Я2Осер.= 0,56 % мас.) цього продукту не перевищуе допустимий пор1г шсля якого в бетош починаеться лужно-кремшевокисла реакщя.
Виробником найменш лужного цементу, таким що задовольняе потреби виробниюв заль зобетонних шпал, серед чотирьох дослщжува-них шдприемств виявився четвертий завод з виробництва цементу. Усереднеш результати анат-зу наведено у таблиц 6.
ЮОнкт 1 Эти г} ^е— * ;'"'г.1 •I
Рис.7. Площини сканування спекав 1.6 проби цементу четвертого цементного заводу
Таким чином, на сьогодшшнш день единим з дослщжуваних зразюв цементу - цемент четвертого цементного заводу е таким, що попереджае лужнокремшевокислу реакщю в бетош (Я2О = 0,55< 0,6).
Кр1м того, вважалось доцшьним вивчення деяких показниюв якосп води, яка використо-вуеться р1зними виробниками для виготовлення затзобетонних шпал. Результати анатзу наведено в табл. 7.
Як видно з даних, приведених в табл. 7, м> нерал1защя { рН води для вс1х зразюв практично однакова, що задовшьне нормам ДСТУ [5]. Жорстюсть { лужшсть води, що використову-еться на Старокостянтишвському завод1 ЗБШ практично у два рази вище, шж в шших зраз-ках, що може явитися опосередкованою причиною зменшення мщносп виготовлених шпал при !х експлуатаци.
Таблиця 7
Жорсткiсть i мпнера. мзацш води затворювання
Джерело вiдбору проби Показник
рН Жтимч., мгэкв/ л Жзаг., мэкв/л ^Цсвоб. мгэкв/ л ^Цзаг., мэкв/л Мше-раль зацш, г/дм3
Вода для виго-товлення бе-тонно! сумiшi на Гшвансько-му заводi ВАТ «СЗБ» 7,2 3,1 3,5 0 3,1 0,238
ДП Старокостя-нтинiвський завод ЗБШ 6,9 6,4 6,5 0 6,4 0,381
Коростеньський завод ЗБШ 6,9 2,1 2,5 0 2,1 0,21
Хпичиии склад цементу четвертого цементного заводу, % (мас.)
Спектр О Ыа Mg А1 С1 К Са Л V Сг Мп Ре № Си я2о
Середне 50,3 0,06 0,4 1,36 5,36 5,34 0 0,26 34,43 0,11 0 0,05 0,08 1,64 0,2 0,45 0,66
Станд. вадхилення 4,14 0,26 0,11 0,57 2,33 5,7 0,08 0,11 5,25 0,13 0,12 0,12 0,2 0,68 0,4 0,4 -
Максимальне 57,23 0,43 0,55 2,06 8,11 17,75 0,08 0,45 41,42 0,358 0,23 0,23 0,5 2,57 0,96 1,12 0,98
Мшмальне 42,2 0 0,25 0,25 0,81 0,88 0 0,13 23,63 0 0 0 0 0,24 0 0 0,12
Склад цементу четвертого цементного заводу, % (мас.) Таблиця 5
Спектр О Ыа Mg А1 С1 К Са Л V Сг Мп Ре № Си я2о
Середне 50,2 0 0,37 1,49 7,63 1,45 0,03 0,22 36,35 0,08 0,06 0,1 0,07 1,79 0 0,33 0,34
Станд. вадхилення 5,26 0,18 0,19 0,33 2,18 0,4 0,11 0,22 3,84 0,13 0,19 0,23 0,11 0,32 0,24 0,44 -
Максимальне 55,46 0,07 0,6 1,83 12,02 2,06 0,16 0,59 43,31 0,3 0,42 0,43 0,22 2,08 0,16 0,94 0,65
Мшмальне. 40,17 0 0,08 0,91 6,33 1,03 0 0 31,81 0 0 0 0 1,26 0 0 0
Усередненш результата аналпу \i\1i411010 складу та лужносп печении, % (мас.) Таблиця 6
Виройн:---------- О Ыа Mg А1 С1 К Са л V Сг Мп Ре № Си я2о
Першого заводу 53,26 0,14 0,32 1,96 6,09 2,15 0,04 0,51 33,3 0,17 0,01 0,05 0,09 1,95 0,02 0,28 1,11
Другого заводу 51,9 0,14 0,34 1,70 6,11 2,01 0,03 0,66 34,9 0,18 0,02 0,04 0,04 1,71 0,06 0,28 1,04
Третього заводу 52,5 0,07 0,48 2,06 6,35 1,14 0,03 0,55 34,2 0,13 0,01 0,05 0,14 2,26 0,01 0,18 0,83
Четвертого заводу 51,8 0,07 0,37 1,66 6,83 2,03 0,01 0,28 34,5 0,11 0,03 0,05 0,08 1,89 0,04 0,37 0,55
Висновки
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Бшьшють цеменпв укра!нських вироб-никiв мають високу приведену лужнiсть (вище 0,6), що провокуе лужно-кремнieвокислу реак-цiю в бетонах, що експлуатуються на вщкрито-му повiтрi.
2. Виявлено критичний розмiр часток з високим значення приведено! лужностi, що значно прискорюють лужно-кремнiевокислу реакцiю в бетонах.
3. Мiнералiзацiя i рН води для вшх досль джуваних зразкiв води практично однакова i задовольняе нормам ДСТУ [3]. Жорсткiсть i лужшсть води, що використовуеться на Старо-костянтинiвському заводi ЗБШ практично у два рази вище, шж в шших зразках, що може яви-тися опосередкованою причиною зменшення мщност виготовлених шпал при !х експлуата-ци.
1. Штарк, И. Долговечность бетона [Текст] /Иохан Штарк, Бернд Вихт.- К.: Оранта, 2004. - 301 с.-Перевод с нем. А. Тулаганова.
2. ДСТУ Б В.2.7-46-96 Видання. М1жнародна стандартна нумеращя книг [Текст]: Буд1вельш ма-тер1али. Цементи загально буд1вельного приз-начення. Техшчш умови. - Взамен ГОСТ 1017885, ГОСТ 22266-76 в частиш вимог до пуцола-нового цементу. - К.: Державний комггет м1сто-будування Украши; К.: Видавництво стандарпв, 1996. - 40 с.- (Система стандарпв по шформа-uii, б1бл1отечному i видавницькому далу).Зшна 1-5 с., Змша 2-4 с.
3. ГОСТ 23732-79 Официальное издание. Вода для бетонов и растворов [Текст]: Технические условия. введ.07.06.79. - М:: Издательство стандартов, 1993 - 5 с. - (Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу)
Надшшла до редколеги 20. 03.2012. Прийнята до друку 03.04.2012.
В. В. КОВАЛЕНКО, Ю. Л. ЗАЯЦЬ, П. А. ПШИНЬКО, С. В. КОВАЛЕНКО, Л. А. ЯРЫШКИНА, С. В. ВАСИЛЬЕВА (ДИИТ)
ХИМИЧЕСКАЯ И МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ И ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДЫ ДЛЯ БЕТОНОВ И РАСТВОРОВ
В работе проведен химический и морфологический анализ украинских цементов для производства железобетонных шпал и химическое исследование воды для бетонов и растворов. Ключевые слова: цемент, шпалы, фракционный состав, приведенная
V. V. KOVALENKO, Y. L. ZAYATC, P. A. PSHINKO, S. V. KOVALENKO,
L. A. YARYSHKINA, S. V. VASILYEVA (Dnepropetrovsk National University of Railway
Transport)
CHEMICAL AND MORPHOLOGICAL ESTIMATION OF QUALITY OF CEMENT FOR MANUFACTURE OF FERRO-CONCRETE CROSS TIES AND CHEMICAL RESEARCH OF WATER FOR CONCRETE AND SOLUTIONS
In the paper, chemical and morphological analysis of Ukrainian cements for the production of concrete sleepers and chemical evaluation of water for concretes and mortars.
Keywords: cement, cross ties, the fractional structure, resulted alkalinity, water, a mineralization
