Прогнозирование собственных деформаций цементно - зольных композиций Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Овчаренко Г.И., д-р техн. наук, проф., Хижинкова Е.Ю., канд. техн. наук, Музалевская Н.В., аспирант, Алексеенко В.В., студентка

Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова, г. Барнаул

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЦЕМЕНТНО - ЗОЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

т^а-паЬ@таЛ. ш

В статье изложены результаты исследования влияния состава (свободных оксидов кальция, магния и Б03) и свойств зол на собственные деформации цементно-зольного камня, твердевшего при пропаривании и автоклавировании. Разработаны математические модели деформаций расширения камня в зависимости от содержания оксидов и свойств высококальциевых зол. Приведены результаты исследований линейных деформаций растворов на основе цементно-зольных композиций, твердевших в нормальных условиях.

Ключевые слова: деформации, золы, цементно-зольный камень, линейные деформации.

Как известно, твердение портландцемента сопровождается усадочными деформациями, приводящими к трещинообразованию материалов на его основе. Применение безусадочных или расширяющихся цементов позволяет добиться положительных линейных деформаций за счет образования эттрин-гита [1] и/или гидроксидов кальция и магния [2]. Одним из материалов, способствующих расширению растворов и бетонов, может являться высококальциевая зола (ВКЗ) ТЭЦ. Благодаря ее фазовому составу [3, 4], включающему алюминаты кальция, алюмоферритно-стекловидную фазу, ангидрит, свободные CaO и MgO, расширение будет обеспечиваться как за счет гидратации «пережженных» оксидов кальция и магния, так и за счет образования дополнительного количества эттрингита и эттрингито-подобных фаз. Однако, при оценке степени расширения золосодержащих композиций необходимо учитывать постоянно изменяющийся состав ВКЗ. Поэтому целью настоящего исследования являлась оценка собственных деформаций цементно-зольных материалов с учетом статистических изменений состава и свойств используемых зол.

В исследованиях использовались портландцемент Голухинского цементного завода ПЦ 400 Д20, высококальциевая зола от сжигания бурых углей КАТЭКа на Барнаульской ТЭЦ-3, песок Обской с модулем крупности Мкр = 1,07.

Полученные в ходе исследования характеристики проб зол свидетельствуют о колебаниях их свойств в широком диапазоне. Очевидны колебания по срокам схватывания зол: начало схватывания (нач. схв.) изменяется в пределах от 5-7 минут до 1 часа 30 минут и конец (кон. схв.) - от 14 минут до 2 часов 20 минут, остаток на сите № 008 (ост. 008) колеблется от 1,6 до 14,2 %. Содержание свободного открытого СаО (СaOсвоткр) находится в пределах от

1,17 до 7,45 %; закрытой свободной извести (СаОсвзакр)- от 0,41 до 2,8 %, суммарной свободной извести (СаОсвсум) - от 2,08 до 8,6 %; свободного MgO (MgOCвоб) - от 1,5 до 5,1 % и SOз - от 1,27 до 5,72 %. Температурный эффект ранней гидратации золы - критерий DТ - изменяется от 0,1 до 7 0С, нормальная густота зольного теста (ТНГ) составляет 19 -31,7 %, потери при прокаливании (ППП) - 1,32 -6,29 %.

Для изучения удлинения золопортландцемент-ного камня образцы-призмы размером 2,5х2,5х28,0 см, изготовленные из золопортландцементного теста нормальной густоты, пропаривали по режиму 3+15+2 ч при температуре 60 °С (ТВО), после чего запаривали 3 часа в автоклаве при давлении 2,1 МПа. После каждой тепловой обработки образцы измеряли и рассчитывали относительное удлинение.

Собственные деформации растворного камня стяжки для пола определялись на образцах, изготовленных из золо-цементно-песчаного раствора подвижностью П3 по ГОСТ 28013-98, размером 4х4х16 см с реперами на индикаторе часового типа.

Однопараметрические зависимости удлинения образцов после автоклавирования и после пропари-вания от свойств исходных зол, показали невысокие коэффициенты корреляции (таблица 1). Наибольшее влияние на деформации цементно-зольного камня, оказывает содержание свободного СаО, как открытого (г=0,58 в автоклаве и г=0,75 при ТВО), так и суммарного (г=0,52 в автоклаве и г=0,74 при ТВО).

Найденные двухпараметрические зависимости удлинения от состава и свойств ВКЗ выявили то, что наибольшее влияние на величину удлинения золопортландцементного камня как после автокла-вирования, так и после ТВО оказывает в основном содержание свободных оксидов кальция и магния, совместно с серным ангидридом SO3 (рис. 1, 2).

Таблица 1

Коэффициенты парных линейных корреляций между величиной удлинения камня из

Линейные деформации Состав и свойства высококальциевых зол

ТНГ, % Нач. схв., мин Кон. Схв., мин Ост. 008, % 8уд, см2/г БТ, оС 111Ш, % Сайсв откр, % Сайсв закр, % Сайсв сумм, % 8Ээ,% Мяйсвоб, %

БЬ, % (после автоклава) 0,46 -0,04 -0,10 -0,24 -0,15 0,33 -0,06 0,58 -0,30 0,52 0,41 0,24

БЬ, % (после автоклава) -0,16 -0,11 -0,20 -0,58 0,05 0,25 -0,27 0,75 0,02 0,74 0,44 0,67

2=(,034481)*Х+(,014745)*У+(-,04405)*х*у+(-,06742)*х+(,154588)*у+(-,27е-3)

Я = 0,75

Б Ь, % (после ТВО)

2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

6

8С3, %

СаОсв сумм, %

12

I I 1,8

I I 1,4

0 1

1 I 0,6 I I 0,2

Рис. 1. Зависимость удлинения камня из ЗПЦ после ТВО от количества свободной суммарной извести и схрного ангидрида у ВКЗ

Б Ь, %

(после автоклава)

25 20 15 10 5 0

6

12

3

□ 25

□ 20

□ 15

□ 10 □ 5

8С3, %

СаОсвоткр,%

Рис. 2. Зависимость удлинения камня из ЗПЦ после автоклава от количества свободной открытой извести и серного ангидрида в ВКЗ

Использование многопараметрической модели вида у = Г (хг, х2, х3) позволило получить еще более отчетливую зависимость собственных деформаций золопортландцементного камня в автоклаве от содержания свободных СаО, MgO

и SO3 золы с коэффициентом корреляции (г) близким к 1.

DL = 0,59(СаОсвоткр)2 + 3,56(8Сз)2 + 0,156(ЫеССвоб)2 - 1,06СаОсвоткр - 20,048Сз -10,81ЫеССвоб - 1,03 СаОсвоткр • SOз + 3,98 8Сз •

\2

MgOCвоб + 1,46 СаОсвоткр • MgOCвоб - 0,6 СаОсвоткр • SOз • MgOCвоб +35,24; (г = 0,98).

Полученные модели позволяют прогнозировать деформации золосодержащих материалов в зависимости от свойств применяемых зол.

На рисунке 3 приведена зависимость линейных деформаций стяжки для пола на основе

ВКЗ от содержания в ней свободного СаО и времени твердения. Данная статистическая модель устанавливает граничные условия по содержанию в золе свободной извести, обеспечивающей безусадочность растворного камня.

Р = 0.946689945

2=(.022186)*хл2+(-.68е-3)*ул2+(.002766)*х*у+(.014438)*х+(.024671)*у+(-.06654) Линейные деформации, мм/м

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5

70

10

Время, сутки

00

О 1,5

О 1

О 0,5 □ 0 О -0,5 □ -1 О -1,5

Количество свободного СаО, % Рис. 3. Зависимость линейных деформаций растворного камня стяжки для пола от содержания свободного СаО в золе и времени твердения

7

Для усаживающихся из-за низкого содержания свободных СаО и MgO стяжек предложены составы с добавками гипса, гипса и глиноземистого цемента, расширяющиеся за счет синтеза дополнительного количества эттрингитопо-добных фаз.

Таким образом, используя установленные взаимосвязи можно получать многочисленные золосодержащие материалы с контролируемой усадкой или расширением.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Штарк, Й. Цемент и известь / Й. Штарк, Б. Вихт; перевод с нем. А. Тулаганова; под ред. П. Кривенко. - Киев, 2008. - 480 с.

2. Рамачандран, В. Наука о бетоне: Физико-химическое бетоноведение / В. Рамчандран, Р. Фельдман, Дж. Бодуэн. - М.: Стройиздат, 1986. - 278 с.

3. Овчаренко, Г.И. Оценка свойств зол углей КАТЭКа и их использование в тяжелых бетонах / Г.И. Овчаренко, Л.Г. Плотникова, В.Б. Францен. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1997. - 149 с.

4. Овчаренко, Г.И. Золы углей КАТЭКа в строительных материалах / Г.И. Овчаренко. - Красноярск: Изд-во Красноярского университета, 1992. - 216 с.