CC BY
21
УДК 666.96
Данилова Н.В., Кривобородов Ю.Р.
СВОЙСТВА ГЛИНОЗЕМИСТОГО ЦЕМЕНТА ПРИ ВВЕДЕНИИ В ЕГО СОСТАВ ГИДРОАЛЮМИНАТНОЙ ДОБАВКИ
Данилова Наталья Владимировна, студентка 2 курса магистратуры факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: minnie_eee@mail.ru;
Кривобородов Юрий Романович, д.т.н., профессор, профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В настоящее время важнейшей задачей цементной промышленности является повышение качества цемента с одновременным снижением энергетических затрат на его производство. В данной работе представлены результаты исследований по синтезу кристаллогидратов на основе минералов глиноземистого цемента, результаты исследования по влиянию активированных микродисперсных добавок на процессы гидратации, структурообразования и твердения цемента. Определены основные свойства глиноземистого цемента при введении в его состав добавки на основе гидратированного минерала майенита.
Ключевые слова: глиноземистый цемент, гидродинамическая активация, кристаллогидраты, прочностные свойства.
PROPERTIES OF ALUMINATE CEMENT WITH THE INTRODUCTION OF HYDROALUMINATE ADDITIVE INTO ITS COMPOSITION
Danilova N.V., Krivoborodov Y.R. D.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Currently, the most important task of the cement industry is to improve the quality of cement while reducing the energy costs of its production. This paper presents the results of research on the synthesis of crystalline hydrates based on aluminous cement minerals, the results of a study on the effect of activated microdispersion additives on the processes of hydration, structure formation and hardening of cement. The main properties of high alumina cement are determined when an additive based on the hydrated mineral mayenite is introduced into its composition.
Keywords: aluminate cement, hydrodynamic activation, crystalline hydrates, strength properties
В строительстве часто возникает необходимость в интенсификации схватывания и твердения цементного теста в бетонных или растворных смесях.
Добавки относятся к одному из самых универсальных, доступных способов регулирования этих процессов, позволяющих в ряде случаев повысить активность вяжущих, сократить их расход, сроки изготовления изделий, увеличить оборачиваемость форм и опалубок [1,2].
Одним из путей повышения активности и прочности является целенаправленное
формирование свойств цементного камня за счет введения добавок, оказывающих влияние на гидратацию, структурообразование и твердение цемента [3-8].
В качестве таких интенсификаторов твердения ряд исследователей предлагают использовать различные кристаллические добавки - аналогов продуктов твердения цементного камня. Эти кристаллические добавки воздействуют, главным образом, на скорость гидратации минералов портландцемента [9-12].
Благодаря своим уникальным свойствам глинозёмистый и высокоглинозёмистый цементы получили широкое распространение. Их основными свойствами являются: быстрое твердение, высокая коррозионная стойкость и жаропрочность
материалов на их основе. Так же глиноземистые цементы получили широкое распространение в составах сухих строительных смесей и обеспечивают быстрый рост прочности материала в ранние сроки. Это объясняется способностью глиноземистого цемента набирать прочность в течение 3 суток, которая будет соответствовать 28-дневной прочности портландцемента.
Структура твердеющего цементного камня определяется составом гидратных фаз, их морфологической формой и поровой структурой. Обеспечение начальной высокой прочности камня вызывают гидроалюминаты и
гидросульфоалюминаты кальция, создающие первичный кристаллический каркас, который затем уплотняется слабозакристаллизованными
гидросиликатами [13, 14].
В связи с этим представляет научный интерес изучение гидратационных свойств вяжущих при введении в их состав готовых гидратных соединений, играющих роль кристаллических затравок и центров кристаллизации
новообразований.
Целью работы являлось исследование свойств глиноземистого цемента при введении в его состав специально синтезированной гидроалюминатной добавки.
При выполнении работы в качестве исходных материалов использовали: глиноземистый цемент ГЦ-40 и мономинеральный цемент (С12А7 - 90%, С3А - 5%, СА - 5%) производства АО «Подольск-Цемент».
Предыдущими исследованиями было установлено, что для ускорения синтеза гидроалюминатов необходимо использовать быстрогидратирующиеся минералы - СА, С12А7.
В связи с этим синтез гидроалюминатной добавки проводили на основе алюминатного цемента, основным минералом которого является майенит - С12А7. Этот минерал является быстрогидратирующимся, поэтому время его обработки в водной среде при интенсивном диспергировании (механоактивация в роторно-пульсационном аппарате) составляло 10 и 30 минут. Соотношение твердой фазы и жидкости (дистиллированная вода) составляло 1:5. При обработке материала в РПА пробы отбирались через каждые 10 минут обработки.
Синтез гидроалюминатов кальция при гидратации двенадцатикальциевого семиалюмината в роторно-пульсационном аппарате происходит быстро в течение 10 минут. Основным образующимся при этом кристаллогидратом
является гексагональный гидроалюминат кальция состава С2АН8. Увеличение времени обработки мономинерального цемента в РПА приводит к возникновению в системе кубического гидроалюмината кальция состава С3АН6, что снижает свойства синтезированной добавки [15].
По данным электронно-микроскопических исследований в пробе (после 10 минут активации) наблюдаются, в основном, гексагональные кристаллы гидроалюминатов кальция и небольшое количество аморфной массы, очевидно, относящейся к гидроксиду алюминия (рисунок 1).
Предыдущими исследованиями было
определенно, что существует оптимальное количество добавки кристаллогидратов к портландцементу, которое составляет 3% [15]. На основании этого, в состав глиноземистого цемента полученная добавка вводилась в том же количестве.
Для исследования свойств глиноземистого цемента в его состав вводили так же добавку на основе С12А7 в не гидратированном состоянии, так же в количестве 3%. Было определено влияние алюминатной и гидроалюминатной добавки на водопотребность и сроки схватывания глиноземистого цемента. Результаты представлены в таблицах 1 и 2.
а б
Рисунок 1. Микроструктура гидратированного минерала майенита РЭМ, увеличение - х1000 (а); -х5000 (б)
Таблица 1. Водопотребность глиноземистого цемента с алюминатной и гидроалюминатной добавкой
Нормальная густота ГЦ
Состав ГЦ-40 ГЦ-40 + С12А7 (не гидратированный) ГЦ-40 + С12А7 (гидратированный в РПА)
Количество добавки, % 0 3 3
Нормальная густота, % 32 33 32,2
Таблица 2. Сроки схватывания глинозёмистого цемента с алюминатной и гидроалюминатной добавками
Сроки схватывания ГЦ
Состав ГЦ-40 ГЦ-40 + С12А7 (не гидратированный) ГЦ-40 + С12А7 (гидратированный в РПА)
Количество добавки, % 0 3 3
Начало схватывания, мин 50 30 35
Конец схватывания, мин 85 60 75
Как видно из представленных данных, алюминатная добавка как в исходном, так и гидратированном виде практически не оказывает влияния на водопотребность глиноземистого цемента. Однако сроки схватывания сокращаются при введении обоих видов добавки в его состав. Время начала схватывания уменьшается почти вдвое, а время конца схватывания изменяется незначительно.
На следующем этапе работы были определены прочностные свойства глиноземистого цемента с добавлением алюминатной и гидроалюминатной добавки.
Образцы готовили при нормальной густоте цементного теста и при фиксированном водо-твердом Таблица 3. Прочностные свойства глинозёмистого цемента
отношении. Испытания образцов проводились, на 1, 3, 7 и 28 сутки. Результаты представлены в таблице 3.
Из полученных результатов можно сделать вывод о том, что добавка кристаллогидратов более эффективна, чем исходный не гидратированный мономинеральный цемент. Введение в состав глиноземистого цемента добавки кристаллогидратов обеспечивает повышение прочности камня во все сроки твердения. Это, очевидно, связано с тем, что гидроалюминаты добавки играют роль центров кристаллизации и подложек для роста новообразований при гидратации глиноземистого цемента.
с алюминатной и гидроалюминатной добавками
Испытания на сжатие
Состав цемента Сроки твердения, сут
1 сут 3 сут 7 сут 28 сут
ГЦ 48,0 49,9 69,3 93,4
ГЦ + 3% С12А7 (не гидратированный) 40,4 63,3 64,0 81,3
ГЦ + 3% С]2А7 (гидратированный в РПА) 52,0 67,6 74,3 103,0
Добавка минерала майенита несколько тормозит процесс гидратации глинозёмистого цемента, очевидно за счет более быстрой гидратации С12А7, чем у монокальциевого алюмината, содержащегося в цементе.
Выводы: Синтез гидроалюминатов кальция при обработке двенадцатикальциевогой семиалюмината в роторно-пульсационном аппарате происходит быстро в течение 10 минут. Основным образующимся при этом кристаллогидратом является гексагональный гидроалюминат кальция состава С2АН8.
Добавка кристаллогидратов к глиноземистому цементу не изменяет водопотребность вяжущего, но сокращает сроки схватывания.
При введении в состав вяжущих до 3% добавки повышаются прочностные характеристики цементного камня во все сроки твердения. Связанно это с тем, что гидроалюминаты играют роль центров кристаллизации и подложек для роста новообразований при гидратации глинозёмистого цемента.
Список литературы
1. Кривобородов Ю. Р., Кузнецова Т.В. Специальные цементы: учеб. пособие. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2011. - 64 с
2. Гусев Б.В., Ин Иен-лян Самуэл, Кузнецова Т.В. Цементы и бетоны - тенденции развития. - М.: Научный мир. 2012. - 134 с
3. 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
4. Самченко С.В. Роль низкоосновных гидросиликатов кальция в синтезе прочности цементного камня // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы седьмых академических чтений РААСН. - Ч.1. - Белгород, 2001. - С.469-478
5. Самченко С.В., Кривобородов Ю.Р. Влияние дисперсности специального цемента на структуру твердеющего камня // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. -Белгород, 2003. №5, ч. II. - С. 238-240
6. Кривобородов Ю.Р., Еленова А.А. Применение микродисперсных добавок для ускорения твердения цемента // Строительные материалы. 2016. №9. - С. 65-67
7. Кривобородов Ю.Р., Еленова А.А. Твердение цементного камня с микродисперсными добавками // Техника и технология силикатов. 2015. Т. 22. № 4. - С. 18-20
8. Кузнецова Т.В. Алюминатные и сульфоалюминатные цементы. - М.: Стройиздат, 1986. -207 с
9. Кузнецова Т.В., Талабер И. Глиноземистый цемент. М., Стройиздат, 1988. - 365 с
10. Kurdowski W. Chemia cementu i betonu. -Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010. - 728 c
11. Дмитриев А.М., Кузнецова Т.В., Юдович Б.Э. и др. Гидратационное легирование цементов крентами // Тезисы докладов на VI Всесоюзном научно-техническом совещании по химии и технологии цемента. М.: ВНИИЭСМД982. С. 94-98
12. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кривобородов Ю.Р. Влияние структуры цементного камня с добавками микрокремнезема и суперпластификатора на свойства бетона // Бетон и железобетон, 1992. - № 7.- С. 4-5
13. M.S. Mansour, M.T. Abadía, RJauberthie, I.Messaoudene. Metakaolin as a pozzolan for high performance mortar//Cement- Wapno- Beton. 2012.No 2. P.102 -108
14. Самченко С.В., Макаров Е.М. Модифицирование макро- и микроструктуры композиционных материалов гидросиликатами кальция -Техника и технология силикатов. - 2013. Т. 20. № 4. - С. 20-24.
15. Бранькова Н.В., Кривобородов Ю.Р. Влияние гидроалюминатной добавки на свойства портландцемента // Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXXII. 2018. № 2. - с. 42-44
