Научная статья на тему 'Комплексная химическая активация твердения портландцемента'

Комплексная химическая активация твердения портландцемента Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
343
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Дорогобид Д. Н., Ушаков В. В.

Представлено обоснование применения ускорения твердения цементных композитов путем применения комплексных химических добавок отечественного производства. Предложены пути активации твердения и рассмотрен механизм структурообразования цементного камня в присутствии добавок различного вещественного состава. Приведены практические пути создания импортозамещающих ускоряющих, комплексных добавок и механизмы их действия

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Дорогобид Д. Н., Ушаков В. В.

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

Complex chemical activation of Portland cement hardening

The article gives justification of activated Portland cement importance in modern construction. It shows physical and chemical aspects of cement hardening as well as purposes, tasks and solutions of dry construction mixtures production on the base of fast-hardening Portland cement in local conditions. The efficient ways of creating of complex effect are revealed. The technological, technical and economical criteria of selecting original components are given.

Текст научной работы на тему «Комплексная химическая активация твердения портландцемента»

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

уДк 666 97 Д. Н. ДОРОГОБИД

В. В. УШАКОВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

КОМПЛЕКСНАЯ

ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ

ТВЕРДЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА_

Представлено обоснование применения ускорения твердения цементных композитов путем применения комплексных химических добавок отечественного производства. Предложены пути активации твердения и рассмотрен механизм структурообразования цементного камня в присутствии добавок различного вещественного состава. Приведены практические пути создания импортозамещающих ускоряющих, комплексных добавок и механизмы их действия.

Введение ется использование материалов с ускоренным набором прочности.

Активация твердения цементных композитов Поэтому в настоящее время одним из наиболее является весьма актуальной проблемой современ- доступных способов ускорения твердения цементного материаловедения с учетом необходимости ных композитов является активация химическими энергосбережения в производстве строительных добавками.

материалов и при проведении строительных работ. При изготовлении высококачественных ускори-Это связано с удорожанием и труднодоступностью телей твердения применяются, как правило, дорого-высокомарочных и быстротвердеющих цементов, стоящие компоненты, такие, как гиперпластифика- | удорожанием энергоносителей на тепловую обра- торы, микрокремнезем, комплексные ускорители и ботку при изготовлении железобетонных изделий. упрочнители, противоусадочные и снижающие проПри увеличении объемов строительства, при отделке ницаемость модификаторы. На массовом производи ремонте строительных объектов актуальным явля- стве и при постоянной потребности химических доба-

вок ускорителей применение таких дорогостоящих модификаторов малодоступно. В условиях конкуренции необходимо создавать комплексные химические активаторы твердения на основе недорогих отечественных добавок. Такие активаторы следует получать путем усложнения их состава и применения интенсивной технологии, что предполагает полифункциональность их действия.

Пути химической активации

Характер пор (их размер) по-разному сказывается на прочности, которая связана с макропорами, гелевые поры не снижают прочности камня. Таким образом, для получения высокой прочности морфология гидратных фаз должна быть такой, чтобы обес-печииалось образование преимущественно гелевых пор, а общая пористость камня была минимальной. Низкая пористость цементного камня обеспечивается снижением В/Ц. Следовательно, активатор должен не только ускорять гидратацию, но и быть пластификатором и агентом, воздействующим на морфологию гидратных фаз в нужном направлении, обладать полифункциональным действием.

Пластификация активатора связана с воздействием на ДЭС, определяющий коллоидно-химические свойства дисперсии. С помощью активатора надо уметь управлять коллоидно-химическими свойствами цементных дисперсий. Для этого есть два пути: создание нужной ионной атмосферы дисперсионной среды и воздействие на электронные характеристики поверхности.

Пористость камня меняется во времени и связана со степенью гидратации, причем начальная плотность цементного камня является функцией В/Ц (обратная пропорциональность), коллоидно-химических свойств дисперсии (параметры ДЭС) и морфологии новообразования. Из этого следует, что возможность понижения пористости камня как одного из ведущих факторов повышения прочности материалов на основе цементов связана или с ускорением гидратации, или с повышением начальной плотности камня. Таким образом, наибольшего успеха можно добиться, если параллельно и одновременно воздействовать как на коллоидно-химические свойства системы, так и на интенсивность гидратации, при этом активаторы твердения должны быть одновременно и пластификаторами.

Важно то, что параллельно за счет введения тех же веществ возможно воздействие на коллоидно-химические свойства бетонных смесей вследствие изменения как ионной атмосферы, так и электронной структуры поверхности. Важную роль в процессе гидратообразования, а следовательно, и твердения играет рН среды. Активаторы должны обладать такими свойствами, которые бы воздействовали нарН жидкой фазы в нужном направлении.

Для обеспечения высокой ранней прочности необходима более сильная концентрация гидросуль-фоалюминатных фаз, однако очень быстрый набор прочности способствует накоплению внутренних напряжений, снижающих ее. В связи с этим в систему целесообразно вводить ионы Б04 в виде труднорастворимых соединений.

Поскольку прочность цементного камня пропорциональна концентрации гидратных фаз, активатор должен ускорять гидратацию. В связи с тем, что в процессе твердения происходит зарастание пор новообразованиями, очевидно, что прочность связана со степенью гидратации нелинейно. Ускоре-

ние гидратации силикатных фаз обеспечивается повышением концентрации и интенсивности активных центров на поверхности цементных минералов.

В состав гидросиликатов входят примесные ионы, которые воздействуют на морфологию и энергетические характеристики цементирующих фаз (прочность адгезионных и когезионных контактов). Гипс и некоторые сульфаты являются причиной встраивания в решетку гидросиликатов иона БО,,, что сказывается на морфологии, составе гидросиликатов и макроструктуре гелевого слоя.

Кроме того, ион Б04 снижает степень полимерности гидросиликатов и повышает в них отношение СаО/БЮ.,. Хлористый кальций, наоборот, способствует повышению полимерности гидросиликатов и снижает в них отношение СаО/БЮ^. В этом случае образуется более проницаемый слой гидросиликатов.

Ионы, способные химически модифицировать поверхность, могут одновременно влиять на свойства системы как потенциалопределяющие ионы. Такие ионы в жидкой фазе должны обладать специфическими свойствами и быть способными или достраивать решетку (Са+г или изоморфные — Мд + 2, А1+3, Ре + 3), или образовывать с ионами решетки труднорастворимые соединения. Включать в состав нужные ионы можно путем введения электролитов и порошков труднорастворимых соединений, металлов,

Практическое решение проблемы

Наиболее широко применяют смеси, состоящие из электролитов и ПАВ первой группы. При правильно подобранных дозировках добавок электролитов и ПАВ вначале удается использовать пластифицирующий эффект ПАВ, а затем достаточно высокий темп твердения бетона в результате введения электролитов. Кроме того, подобные сочетания добавок способны корректировать темп твердения бетонов.

В результате удлиняются сроки до полного поглощения гидрофилизирующих ПАВ (которые расходуются в основном на стабилизацию зародышей новой фазы) и, соответственно, удлиняется индукционный период твердения вяжущих. Этот эффект может быть использован не только для высокоалюминат-ных, но и для других цементов, например, применяемых в холодных бетонах с добавкой поташа.

Кроме того, совместное введение в бетонные смеси гидрофилизирующих ПАВ и электролитов улучшает структурно-механические свойства цементного камня, способствует снятию внутренних напряжений, в частности термических, при тепло-влажностной обработке бетона и, в конечном счете, повышает его прочностные характеристики и морозостойкость.

Однако, применяя добавки электролитов и гидрофилизирующих ПАВ, можно придать бетону и некоторые новые свойства. Соответственно, появляется возможность создания материалов специального назначения, например для ремонта железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных для стальной арматуры средах и поврежденных вследствие ее коррозии при эксплуатации сооружений. Совместное введение для этих целей нитритов сульфатов и органических ПАВ-ингибиторов коррозии оказывается в подобной ситуации особенно интересным.

Совместное введение гидрофилизирующих ПАВ и электролитов улучшает и структурно-механичес-

кие свойства цементного камня, способствует снятию внутренних напряжений, в конечном счете, повышает его прочностные характеристики и долговечность. Аналогично действуют и более сложные композиции, состоящие из нескольких электролитов и гидрофилизирующих ПАВ.

Комбинируя электролиты с гидрофилизирую-щими ПАВ и меняя в зависимости от назначения дозировку добавок и их соотношение, можно успешно использовать их и при зимнем, бетонировании, и в условиях нормального твердения, и при тепловлажностной обработке. Однако подобный результат может считаться общим, так как электролиты обычно влияют на эффективность ПАВ, а последние, в свою очередь, могут вызвать необходимость некоторого повышения дозировки электролитов для достижения того же, что и при отсутствии ПАВ, ускорения твердения.

Это понятно, так как известно, что добавки электролитом заметно влияют на так называемые полноценные мылоподобные ПАВ с очень сильными гидрофильно-полярными группами при развитых гидрофобных радикалах, т. е. на ПАВ с сульфонатами. Следовательно, можно говорить о качественно общих закономерностях, присущих подобным комбинациям добавок, которые могут отличаться лишь в количественном отношении.

Не менее популярны и более сложные комбинации добавок, в состав которых входит модифицированный лигносульфонат — основной компонент такой добавки, призванный заменить суперпластификатор. Для этого лигносульфонат вводят в повышенной дозе, что приводит к двум нежелательным для сборного железобетона побочным эффектам: замедленной гидратации цемента и излишне сильному воздухововлечению, снижающему прочность бетона. Первое побочное действие лигносульфоната устраняют путем введения электролита — ускорителя твердения, второе — применяя пеногаситель.

Вывод

Целесообразно создавать многоцелевые комплексные активаторы, полифункциональность которых усиливается за счет усложнения их состава. Нужны активаторы, параллельно воздействующие на скорость гидратации, обеспечивающие разжижающее действие и влияющие на морфологию в плане повышения начальной плотности камня. Видимо, возможно создание активаторов, которые повысят количество связанной воды в ранние сроки (по линии алюминатных фаз) и обеспечат релаксацию внутренних напряжений, возникающих в результате быстрого набора прочности.

Библиографический список

1. Сватовская Л.Р , Сычев М.М. Активированное твердение цементов. - Л.: Стройиздат, 1983. - 160 с.

2. Влияние доблвок водопонизителей на пластические, плотностные и прочностные характеристики портландцемента / Д.Н. Дорогобид, В В. Ушаков // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Вып.1: СибАДИ. - Омск: ЛЕО, 2004. - с. 221-226.

3. Влияние добавок электролитов на пластические свойства и сроки схватывания портландцемента / Д.Н. Дорогобид, В.В.Ушаков // Дорожно-транспортный комплекс как основа природопользования. Книга 1. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. - с. 180-182.

ДОРОГОБИД Дмитрий Николаевич, преподаватель кафедры «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».

УШАКОВ Владимир Викторович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Дорожное и строительное материаловедение».

Статья поступила в редакцию 03.11.06. © Дорогобид Д. Н., Ушаков В. В.

Объявление

О конкурсе работ, представляемых на соискание премий Правительства Российской Федерации в области образования

Межведомственный совет по присуждению премий Правительства Российской Федерации в области образования объявил конкурс работ на соискание премий Правительства Российской Федерации 2007 года в области образования. Представление работ должно производиться в соответствии с Порядком представления работ на соискание премии Правительства Российской Федерации в области образования.

Работы на соискание премий Правительства Российской Федерации в области образования (далее — премии) 2007 года принимаются с 15 января 2007 г. до 1 марта 2007 г. включительно.

К участию в конкурсе допускаются работы, поступившие в Министерство образования и науки Российской Федерации не позднее указанных сроков (вне зависимости от даты отправки материалов по почте).

Адрес: 125993, г. Москва, ул. Тверская, 11.

Телефоны для справок: (095) 629-32-62,629-10-28,629-19-71,629-17-09.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.