CC BY
19
УДК 666.942.31 Хацкевич Е.З., Зорин Д.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ ЭТТРИНГИТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДИСПЕРСНОСТИ МОНОАЛЮМИНАТА КАЛЬЦИЯ
Хацкевич Екатерина Захаровна, студентка 3 курса Института Строительства и архитектуры; Зорин Дмитрий Александрович, к.т.н., доцент кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов, e-mail: dim-z@yandex.га ;
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), Москва, Россия
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26
Проведение исследований морфологии образующихся кристаллогидратов при твердении сухих строительных смесей является приоритетным направлением в строительном материаловедении. В настоящей работе исследована морфология кристаллов эттрингита в зависимости от дисперсности моноалюмината кальция. В результате работы были синтезированы кристаллы эттрингита при гидратации различных фракций моноалюмината кальция. Определена степень гидратации моноалюмината кальция в зависимости от дисперсности. Показано, что чем меньше исходные гидратирующиеся зерна минералов, тем образуется большее количество кристаллов эттрингита.
Ключевые слова: моноалюминат кальция, эттрингит, дисперсность, морфология кристаллов, степень гидратации
STUDY OF ETTRINGITE MORPHOLOGY DEPENDING ON DISPERSION OF CALCIUM MONOALUMINATE
Khatskevich E.Z., Zorin D.A.
Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) National Research University, Moscow, Russia
Conducting studies on the morphology of the formed crystalline hydrates during the hardening of dry construction mixtures is a priority in building materials science. In this work, the morphology of ettringite crystals is investigated as a function of the dispersion of calcium monoaluminate. As a result, ettringite crystals were synthesized upon hydration of various fractions of calcium monoaluminate. The degree of hydration of calcium monoaluminate is determined depending on the dispersity. It is shown that the smaller the initial hydrated grains of minerals, the more the amount of ettringite crystals is formed.
Key words: calcium monoaluminate, ettringite, dispersity, morphology of crystals, degree of hydration
Формированию структуры и твердению цементного камня в различных видах строительных материалов уделяется большое внимание в научных работах. Установлено влияние различных факторов на формирование гидратационной структуры: минералогического состава исходных цементов и их дисперсности, кинетики гидратации клинкерных минералов и их твердых растворов, фазового состава образовавшихся гидратов, их трансформации в период гидратации и твердения [1-4]. Отмечены положительные эффекты получения
композиционных материалов за счет направленного формирования структуры камня, в том числе сухих строительных смесях [5-8].
Основным кристаллогидратом, участвующим в расширении цементного камня, является эттрингит. Однако, как показано в работе [9] кристаллогидраты эттрингита имеют различную морфологию, а, следовательно, не всякие кристаллы вызывают эффект расширения системы.
Комплексом физико-химических методов установлено, что на образование и рост кристаллов эттрингита влияет присутствие полимерных функциональных добавок. Показано, что присутствие в жидкой фазе поверхностно-активных веществ приводит к созданию большого количества центров кристаллизации и росту мелковолокнистых или мелко игольчатых кристаллов эттрингитовой фазы, что способствует формированию плотной и прочной структуры цементного камня, при гидратации вяжущих композиций на основе сульфоалюминатного или алюминатного цементов. Направленное образование таких структур твердеющего камня является перспективными решением для создания строительных смесей, которые имеют низкую водопроницаемость и повышенную адгезию к другим материалам [7,8].
Изучение влияния дисперсности
расширяющегося компонента, на морфологию образующегося эттрингита проводили с использованием СА (минерала глиноземистого
цемента). Для этого он был размолот до фракций >80мкм, 63-80, 45-63, 28-45 и менее 28 мкм. Во избежание влияния дисперсности гипса образцы затворялись насыщенным гипсовым раствором, после чего твердели 6,12 и 24 часа, а также 3,7,14 и 28 суток, и исследовались различными физико-химическими методами, такими как ИК-спектроскопические исследования и
рентгенофазовый анализ.
Результаты исследований показали, что чем меньше исходные гидратирующиеся зерна минералов, тем быстрее они гидратируются, о чем свидетельствует рост степени гидратации согласно данным РФА (рис.1).
£
100
30 60 40 20 0
О 20 40 И 80
&рем» гидратации, час.
Рис.1. Степень гидратации минерала СА различных фракций
1 - менее 28 мкм; 2 - 28-45 мкм; 3 - 45-63 мкм; 4 - 6380 мкм; 5 - более 80 мкм
Изучение процессов гидратации минерала СА различных фракций химическим методом, посредством определения водородного показателя среды рН, показало, что чем мельче фракция минерала, тем выше водородный показатель жидкой фазы (рис. 2).
Рис.2. Изменение рН среды при гидратации СА различных фракций
1 - менее 28 мкм; 2 - 28-45 мкм; 3 - 45-63 мкм; 4 - 6380 мкм; 5 - более 80 мкм
В работе проводились исследования процессов гидратации минерала СА различных фракций в
микропрепаратах на оптическом микроскопе В начале происходит формированием и ростом кристаллов эттрингита, которое начинается в первые часы гидратации в пробах всех фракций, при этом линейные размеры кристаллов эттрингита мелких фракций (28-45 и менее 28 мкм) изменяются незначительно, а для крупных фракций (>80мкм, 6380, 45-63) характерен рост кристаллов эттрингита.
Для различных фракций минерала СА по данным петрографических исследований были построены зависимости изменения линейных размеров кристаллов эттрингита (I мкм) и
количества кристаллов (I) на 1
стекла (рис.3).
мм2 предметного
Как видно из полученных зависимостей, чем мельче фракция (28-45 и менее 28 мкм) гидратирующегося минерала, тем большее количество кристаллов образуется и тем они меньше, размер их не превышает 1,5-3 и 10-15 мкм, т.е. для таких фракций скорость зародышеобразования превышает скорость роста кристаллов.
Петрографические исследования
подтверждаются ИК-спектроскопическими
исследованиями. Изучение ИК-спектров
гидратированного минерала СА различных фракций в присутствии гипсового раствора показало, что наибольшие структурные изменения в первые часы гидратации с участием сульфо-групп (деформационные, симметричные и ассиметричные колебания связи Б-О в области 600-670, 1087-1133 см-1) характерны для мелких фракций (менее 28 и 28-45 мкм). Для фракций 45-63 мкм изменение положения полос и их интенсивностей наблюдается в суточном и 3-х суточном возрасте, а для крупных фракций начиная с 3-х суточного возраста и во все последующие сроки гидратации.
Проведенные исследования позволяют констатировать, что формирование крупных призматических кристаллов эттрингита происходит при гидратации минерала СА средних и грубых фракций (45-63, 63-80 и >80 мкм). Для расширяющих добавок на основе моноалюмината кальция предпочтителен полифракционный состав, где содержание минералов должно быть как в мелких фракциях (<28 мкм), так и крупных фракциях (45-63 мкм), так как мелкие фракции РД
обеспечивают образование большого количества центров кристаллизации, а частицы грубых фракций обусловливают рост крупных кристаллов.
Заключение.
1. Комплексом физико-химических методов установлено влияние дисперсности различных видов расширяющихся добавок (РД) на процессы гидратации и формирование структуры цементного камня, морфологию кристаллов эттрингита и свойства расширяющихся цементов.
2. Установлено, что формирование крупных призматических кристаллов эттрингита происходит при гидратации минералов СА и средних и грубых фракций (45-63, 63-80 и >80 мкм).
3. Показано, что мелкие фракции РД обеспечивают образование большого количества центров кристаллизации, а частицы грубых фракций обусловливают рост крупных кристаллов.
Список литературы
1. Кузнецова Т.В., Кривобородов Ю.Р., Самченко С.В. Химия, состав и свойства специальных цементов // Материалы научно-практической конференции «Химия, химическая технология на рубеже тысячелетия». Томск, 2000. № 1. С. 96-98.
2. Samchenko S.V., Krivoborodov Y.R., Zorin D.A. Minerais of expansive and non-shrinkage sulfomineral cements MATEC Web of Conferences 106, 03006 (2017) DOI: 10.1051/matecconf/201710603006 SPbW0SCE-2016.
3. Кривобородов Ю.Р., Самченко С.В. Физико-химические свойства сульфатированных клинкеров: аналит. обзор. Серия 1.
Цементная промышленность. - М.: ВНИИЭСМ 1991. - 55 с.
4. Самченко, С.В. Формирование и генезис структуры цементного камня. Монография /С.В. Самченко - М.: Московский государственный строительный университет, Ай Пи Эр Медиа, ЭБС АСВ, 2016. - 284 с. Режим доступа: http://www. iprbookshop.ru/49874.
5. Самченко С.В., Зорин Д.А. Влияние дисперсности расширяющегося компонента на свойства цементов // Техника и технология силикатов. 2006. Т.13. №2. С. 2 -7.
6. Кривобородов Ю.Р., Самченко С.В. Влияние дисперсности специального цемента на структуру твердеющего камня // Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. 2003. №5. Ч. II. С. 238 - 240.
7. Самченко С.В., Макаров Е.М. Влияние суперпластификаторов на морфологию кристаллов эттрингита // Техника и технология силикатов. М - 2015. - №2. - С. 17-21.
8. Самченко С.В., Макаров Е.М. Образование и рост кристаллов эттрингита в присутствии полимерных функциональных добавок //Успехи современной науки и образования,
- 2016, №12, Т.5 - С. 118-122.
9. Самченко, С.В. Роль эттрингита в формировании и генезисе структуры камня специальных цементов. Монография /С.В. Самченко - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева.
- М., 2005, 154 с.
