CC BY
237
УДК 544.421.42:536.755
М. С. Зырянов, А. М. Ахметжанов, А. С. Манушина, Е. Н. Потапова* Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: 55pen@mail.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУЦЦОЛАНОВОЙ АКТИВНОСТИ МЕТАКАОЛИНА
Известны разные методы определения пуццолановой активности минеральных добавок. В статье сравниваются результаты определения активности метакаолина по традиционной методике по поглощению добавкой извести из известкового раствора и по ускоренному методу Чапеля. Установлено, что активность метакаолина, определенная по методу Чапеля, составляет 1400 мг/г. Традиционный метод по поглощению добавкой извести из известкового раствора в течение 30 сут показывает заниженные показатели активности метакаолина.
Ключевые слова: активная минеральная добавка, пуццолановая активность, метакаолин
В последнее время появилось много публикаций по использованию метакаолина в растворах и бетонах Метакаолин (Al2O3•2SiO2) -продукт обезвоживания (дегидроксилирования) минерала каолинита - относится в настоящее время к одной из самых высокоэффективных пуццолановых добавок. Существует три фактора, влияющих на вклад, который вносит метакаолин при частичной замене цемента в повышении прочности и долговечности бетонов и растворов: ускорение гидратации цемента, пуццолановые реакции с портландитом и эффект упрочняющего наполнителя. При оптимальном содержании метакаолин способен связывать щелочи в нерастворимые новообразования, аналогичные по химическому составу цеолитам и полевым шпатам. Это свойство обуславливает более надежную защиту бетонных изделий и конструкций от высолообразования и разрушения в результате силикатно-щелочной реакции.
Кроме того, мелкодисперсные пластинчатые частицы метакаолина обеспечивают
модифицируемым бетонным и растворным смесям высокую пластичность и стойкость к расслоению, а также отсутствие липкости к металлу. Эти свойства особенно ценны для высокоподвижных смесей, таких как самовыравнивающиеся смеси для полов, самоуплотняющиеся бетоны, а также литьевые ремонтные и анкерные составы. Однако надежные результаты при использовании метакаолина могут быть достигнуты только при правильной его дозировке в составе растворов и бетонов, которая в свою очередь зависит от активности добавки.
В литературе содержатся различные методы определения пуццолановой активности
метакаолина - метод поглощения добавкой извести из известкового раствора в течение 30 сут, методы Чапелю и Фратини, определению индекса активности по прочности и др. [1-5]. При этом указывается, что пуццолановая активность метакаолина изменяется от 1050 до 1400 мг/г добавки. В зарубежной литературе активность метакаолина чаще указывается по
Чапелю [3], в отечественной - по методу поглощения добавкой извести из известкового раствора [6]. Поэтому нами была определена активность метакаолина по двум этим методам.
Метод Чапеля основывается на измерении количества гидроксида кальция, поглощенного пуццолановой добавкой (французский стандарт NF P18-513: 2010 [3]). В чистую сухую колбу Эрленмейера вместимостью 500 мл помещают 1 г метакаолина и 2 г свежеобожженного СаО и приливают 200 мл дистиллированной воды. Колбу герметично закрывают, вставляют холодильник Либиха и помещают на лабораторную магнитную мешалку с электроподогревом. Опыт проводят 16 час при температуре 85+5 оС при постоянном перемешивании содержимого колбы с помощью магнитной мешалки. По истечении перемешивания колбу охлаждают до комнатной температуры. Далее в колбу Эрленмейера добавляют 250 мл раствора свежеприготовленной сахарозы (60 г сахарозы растворяют в 250 мл воды) и перемешивают магнитной мешалкой в течение 15 мин. Затем содержимое колбы фильтруют через беззольный фильтр. Аналогичный (холостой) опыт проводится без метакаолина.
От основного раствора калиброванной пипеткой отбирают аликвотную часть (25 мл) и титруют с помощью бюретки 0,1N HCl, используя фенолфталеин (2-3 капли) в качестве индикатора. Определяют объем 0,1N HCl, пошедший на титрование 25 мл раствора пустой (холостой) пробы (Vi) и объем 0,1N HCl, пошедший на титрование 25 мл раствора, полученного по реакции с метакаолином (V2) и рассчитывают количество (Q) Са(ОН)2, поглощенное 1 г добавки метакаолина по формуле:
V± 5Ё
Определенная по данной методике активность метакаолина составила 1401 мг/г, т.е. полученные результаты совпадают со значениями активности, указываемой производителями метакаолина.
Время, сут
Для сравнения был проведен подобный эксперимент 18 час, а также меньшее количество времени - от 2 до 14 час (рис. 1). Полученные результаты показывают, что при увеличении времени эксперимента с 16 до 18 час не происходит изменения в значениях рассчитанной активности метакаолина. В то же время при уменьшении длительности опыта наблюдается снижение значений активности.
Время, час
Рис 1. Изменение количества Са(ОН)2, поглощенного добавкой метакаолина, в зависимости от продолжительности реакции, по методу Чапеля
Определена активность метакаолина методом поглощения добавкой извести из известкового раствора по [6]. Для сравнения параллельно определяли активность традиционных активных минеральных добавок трепела и кремнегеля.
Методика проведения эксперимента заключается в следующем. 2 г добавки (навеска добавки высушена при 105-110 °С и измельчена в агатовой ступке до прохождения через сито № 008) переносят в градуированный цилиндр (емкостью 100 см3), в который затем добавляют 100 мл насыщенного раствора извести (с концентрацией СаО 1,05-1,15 г/л) и содержимое энергично взбалтывают. Через 2 сут из цилиндра для титрования отбирают 50 мл раствора. Титруют 0,05 N НИ с индикатором метилоранж (2-3 капли). Титрования проводят каждые 2 дня. После титрования в цилиндр добавляют раствор извести (50 мл).
Активность минеральных добавок
определяется количеством Са(ОН)2, которое поглощает 1 г добавки за 30 суток, однако эксперимент проводили до тех пор, пока количество гидроксида кальция, поглощенное добавкой, не перестанет изменяться.
Рис 2. Активность минеральных добавок по
поглощению Са(ОН)2 из известкового раствора
Полученные результаты показывают, что кремнегель поглощает за 30 сут 175 мг/г, трепел - 322 мг/г, а метакаолин - 719 мг/г (рис. 2). На рис. 2 видно, что после 30 сут и кремнегель, и трепел практически уже не поглощают гидроксид кальция, в то же время, как кривая для метакаолина продолжает активно расти до 80 сут, а затем скорость поглощения Са(ОН)2 замедляется и к 90 сут достигает 1390 мг/г.
Таким образом, количество Са(ОН)2, поглощенное добавкой метакаолина,
определенное по методу Чапеля, совпадает с количеством гидроксида кальция, определенным по традиционному методу поглощения добавкой извести из известкового раствора (в течение 90 сут). Вероятно, использовавшиеся ранее активные минеральные добавки, к которым относятся и трепел, и кремнегель, характеризовались невысокой активностью порядка 150-300 мг/г, что позволяло использовать традиционный метод определения активности в течение 30 сут по поглощению добавкой извести из известкового раствора.
Метакаолин характеризуется высокой пуццолановой активностью, поэтому
традиционный метод по поглощению добавкой извести из известкового раствора в течение 30 сут дает заниженные показатели по активности, а определять активность метакаолина в течение 90 сут не рентабельно. Поэтому для определения активности метакаолина следует использовать ускоренный метод Чапеля, при котором активность определяется за 18-20 час.
Зырянов Михаил Сергеевич, студент 2 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Ахметжанов Азат Мухаррямович, студент 2 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Манушина Анна Сергеевна, магистр 1 курса факультета Инженерной химии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Потапова Екатерина Николаевна, профессор кафедры Химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1.Ferraz, E. Pozzolanic activity of metakaolins by the French Standard of the modified Chapelle Test: A direct methodology//Acta Geodynamicaet Geometerialia Aspects. - 2015. - № 12. - P. 289-298.
2.Pontes J., Santos Silva A, Faria P. Evaluation of Pozzolanic Reactivity of Artificial Pozzolans // Materials Science Forum. - 2013. - V. 730-732. - Р. 433-438.
3.NF P 18-513 - Metakaolin. Pozzolanic addition for concrete. Definitions, specifications and conformity criteria. -2010. Association Française de Normalisation, La Plaine Saint-Denis, (in French).
4.Сивков С. П., Потапова Е. Н., Назаров Д. В., Захаров С. А. Гидратация и твердение цемента в присутствии метакаолина // Международное аналитическое обозрение «Алитинформ». Цемент. Бетон. Сухие смеси. -2015. - № 1. - С. 80-89.
5.Платова Р.А., Аргынбаев Т. М., Стафеева З. В. Влияние дисперсности каолина месторождения Журавлиный Лог на пуццолановую активность метакаолина // Строительные материалы. - 2012. - № 2. - С. 75-79.
6.Бутт Ю.М. Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов. - М: Высшая школа. -1973. - 504 с.
Zyryanov Mikhail Sergeevich, Ahmetzhanov Azat Mucharryamovich, Manushina Anna Sergeevna, Potapova Ekaterina Nikolaevna*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: 55pen@mail.ru
DETERMINATION OF PUZZOLANIC ACTIVITY OF METAKAOLINS Abstract
There are various methods for determining the pozzolanic activity of mineral supplements. The article compares the results of determining the activity of the metakaolin according to the traditional methods to absorb the addition of lime from lime solution and accelerated method of Chapel. It is established that the activity of metakaolin, as determined by the method of Chapel, is 1400 mg/g. The traditional method for the absorption of the addition of lime from lime solution for 30 days underestimates the indicators of activity of the metakaolin.
Key words: active mineral additive, pozzolanic activity, metakaolin.
