CC BY
10УДК 691
М.В. РЫБАКОВА, инженер, В.Д. БАРБАНЯГРЭ, д-р техн. наук, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Композиционный материал на основе цементной суспензии мокрого помола
Современное развитие технологии бетона неразрывно связано с разработкой и внедрением экономически, технологически и технически эффективных разновидностей вяжущих, обеспечивающих получение высококачественных изделий [1, 2]. Внедрение новых технологий высокомарочных бетонов требует вяжущего с новыми свойствами. Основными направлениями совершенствования эксплуатационных характеристик цементных композитов являются улучшение технологичности, повышение прочности и долговечности. Данное направление является актуальным, что позволяет решать многие технические и экономические вопросы.
Эффективным способом модифицирования цементных композитов является метод механохимической активации цемента и вяжущих [3, 4]. В последние десятилетия активно проводились разработки в направлении мокрого помола цемента, о чем свидетельствуют патенты РФ [5, 6].
Для активации гидратации и интенсификации твердения цемента помол портландцементного клинкера предлагается проводить в водной среде. Это способствует лучшему измельчению зерен цемента благодаря понижению их твердости и адсорбционному диспергированию [7].
Цель данной работы — получениие быстротвердею-щего высокопрочного композита на основе модифицированного цемента, полученного в результате механо-химической активации клинкера в водной среде. Задача состояла в том, чтобы быстротвердеющее вяжущее обладало не только большей дисперсностью по отношению к базовому цементу, но и не приводило к значительному повышению водопотребности.
В качестве исходных компонентов в работе применяли клинкер и цемент ПЦ500Д0 ЗАО «Белгородский цемент», природный гипс. Совместный помол клинкера (2,5—1,25 мм) и гипса (5%) осуществляли в лабораторной шаровой мельнице, в которой отношение массы мелющих тел (Мм т) к массе размалываемого материала (М мат) равнялось Мм.т/Ммат = 11. Масса измельчаемого материала при этом составляла 100 г.
Исследования кинетики измельчения (рис. 1) показали, что при сухом помоле клинкера с гипсом (5%) в лабораторной шаровой мельнице удельная поверхность 300 м2/кг достигается за 38 мин измельчения, тогда как помол в водной среде (В/Ц = 0,6) дает возможность получения такой же степени измельчения при сокраще-
нии времени помола и энергии практически в два раза. При одинаковом времени измельчения удельная поверхность при мокром помоле возрастает в 1,9 раза и достигает значения 590±10 м2/кг. Вода образует жидкие прослойки между частицами твердого тела при измельчении, резко снижая трение между ними и, в свою очередь, оказывает расклинивающие действие, тем самым интенсифицируя помол.
В результате механохимической активации клинкера в водной среде получается цементная суспензия с высокой степенью дисперсности с преобладанием частиц 0-5 мкм до 30% [8].
Проводили исследования гидравлической активности цементов по ГОСТ 310.4-81. Данные представлены в табл. 1. Изготавливали стандартные образцы на вольском песке размером 40x40x160 мм из цементно-песчаного раствора с В/Ц = 0,4 и расплывом конуса 106-115 мм.
Исследования прочностных характеристик цементов показали (рис. 2), что в возрасте 3 сут нарастающий характер активности обеспечивает цемент, полученный механохимической активацией в водной среде, прочность которого составила 31,6 МПа. По отношению к контрольному составу (22,4 МПа) прирост прочности составил 41%. В 28 сут возрасте прочность цементного камня, изготовленного из цемента мокрого помола, также отличается более высокими показателями (51,3 МПа) по отношению к цементам сухого лабораторного помола (46,5 МПа) и заводского (44,5 МПа).
600
400
200
01
1 ^
2
300 X А
|г 1 38
30 60
Время помола, мин Рис. 1. Кинетика мокрого (1) и сухого (2) помола
90
Таблица 1
Цементно-песчаная смесь Подвижность смеси, мм Предел прочности при
изгибе, МПа, в возрасте, сут сжатии, МПа, в возрасте, сут
3 28 3 28
Цемент заводской (контрольный) 112 5 6,1 22,4 44,5
Цемент лабораторного сухого помола 113,5 5,1 6,4 23,8 46,5
Цемент мокрого помола 114 5,7 7 31,6 51,3
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" ~42 ноябрь 2011 Ь^ШШ'
Таблица 2
Состав смеси, кг/м3 Предел прочности при сжатии, МПа Экспериментальная плотность, кг/м3
Цемент Песок Кварцито-песчаник В/Ц ОК, см Возраст, сут ТВО*
сухого помола мокрого помола 1 3 7 28
350 - 700 1295 0,4 5 11,3 21,5 23,2 34,5 31,4 2385
- 350 700 1295 0,4 5 21,6 31,1 40,3 47,5 39,6 2418
- 350 665 1225 0,37 2 24,8 38,4 41,5 50,2 46,7 2430
60
50
40
30
20
10
| | Цемент заводской О Цемент сухого помола | Цемент мокрого помола
28
Время твердения, сут
Рис. 2. Активность цементов при различном способе помола по ГОСТ 310.4-81
60 50 40
.а
§ 30 20 10 0
Рис. 3.
тах: 1 -
3 7
Время твердения, сут
Прочность при сжатии композиционного материала на цемен-сухого помола; 2, 3 - мокрого помола
Для оценки влияния цементной суспензии мокрого помола на свойства получаемого композита, а также для определения технико-экономического эффекта ее применения были подобраны составы композиционного материала (табл. 2) из следующих компонентов: цемента сухого и мокрого помола, кварцевого песка Нижнеольшанского месторождения по ГОСТ 8736—93 (Мк = 1,5), отсева дробления кварцитопесчаника (КП) фракции 10—5 мм. С целью снижения водопотребности цементной суспензии применяли поликарбоксилатный суперпластификатор МеШих 265Ш, который вводили непосредственно при помоле клинкера в виде водного раствора.
Оптимальная концентрация суперпластификатора 0,15% массы вяжущего. Все составы композиционного
материала проектировали с условием равной подвижности (ОК = 2—5 см). Из полученных смесей методом виброуплотнения формовались образцы-кубы размером 70x70x70 мм.
Прочность при сжатии исследуемых образцов определяли в возрасте 1, 3, 7, 28 сут при нормальных условиях твердения, а также при тепловлажностной обработке при 850С по режиму 1—6—1 (рис. 3).
Результаты определения прочности показывают, что наибольшей прочностью обладают композиты, изготовленные с применением цемента мокрого помола, твердевшие в нормальных условиях, а также при тепловлаж-ностной обработке.
Таким образом, в сравнении с цементом сухого помола цементная суспензия, полученная мокрым измельчением клинкера, обеспечивает более интенсивную кинетику гидратации и твердения как бездобавочного цементного камня, так и цементно-песчаного раствора, а также сложного по составу композита.
В результате проведенных исследований установлено, что цементная суспензия мокрого помола может применяться для производства быстротвердеющих композитов. При этом повышаются прочностные показатели таких материалов в первые сутки твердения в среднем на 100%, а также увеличивается плотность изделий.
Ключевые слова: цемент, помол, дисперсность, прочность, композиционный материал.
Список литературы
1. Рахимов Р.З., Хабибулина Н.Р., Рахимов М.М. и др. Бетоны на основе композиционных шлакощелоч-ных вяжущих // Строительные материалы. 2005. № 8. С.16—17.
2. Баженов Ю.М., Фаликман В.Р. Новый век: новые эффективные бетоны и технологии: Материалы I Всерос. конф. по проблемам бетона и железобетона «Бетон на рубеже третьего тысячелетия». Москва. 9-14 сент. 2001. С. 91-102.
3. Шестоперов С.В., Рояк С.М., Иванов Ф.М. Мокрый домол цемента: В тр. НИИЦемента. М.: Промстрой-издат, 1952. Вып. 5. 85 с.
4. Сулименко Л.М., Шалуненко Н.И., Урханова Л.А. Механохимическая активация вяжущих композиций // Изв. вузов. Строительство. 1995. № 11. С. 63-68.
5. А. с. 2003136027 РФ. Способ получения цементно-водной суспензии и устройство для его осуществления / С.А. Зубехин, Б.Э. Юдович, В.Г. Губарев // Опубл. 20.05.05. Б.И. № 3. С. 52.
6. А. с. 2194676 РФ. Способ обработки цементного клинкера / В.В. Ронин // Опубл. 20.12.02. Б.И. № 8. С. 22.
7. Ребиндер П.А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. М.: Наука, 1979. 328 с.
8. Рыбакова М.В., Барбанягрэ В.Д. Интенсификация процессов твердения цементного камня на основе цементной суспензии и суперпластификатора // Строительные материалы. 2010. № 8. С. 55-57.
0
3
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® ноябрь 2011 43~
