CC BY
11
УДК 691.3
Тхет Наинг Мьинт, Хтет Паинг Аунг, Кривобородов Ю.Р.
СВОЙСТВА СУЛЬФОАЛЮМОФЕРРИТНЫХ ЦЕМЕНТОВ ПРИ ТВЕРДЕНИИ В АГРЕССИВНЫХ РАСТВОРАХ
Тхет Наинг Мьинт, аспирант факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: phaymyint.mgwe@gmail.com;
Хтет Паинг Аунг, студент 2 курса магистратуры факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: ninjalay30179@gmail.com;
Юрий Романович Кривобородов, д.т.н., 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
Получены композиционные цементы с добавкой сульфоалюмоферритного клинкера совместным помолом компонентов в лабораторной мельнице. Изучено влияние количества гипса в составе вяжущего на свойства сульфоалюмоферритных цементов при твердении в агрессивных растворах (Na2SO4). Ключевые слова: сульфоалюмоферритный цемент, гипс, агрессивный раствор.
PROPERTIES OF SULPHOALUMOFERRITE CEMENT WHEN HARDENING IN AGGRESSIVE SOLUTIONS
Thet Naing Mint, Htet Paing Aung, Krivoborodov Yu.R.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Composite cements were obtained with the addition of sulfoaluminoferritic clinker by joint grinding of components in a laboratory mill. The effect of the amount of gypsum in the composition of the binder on the properties of sufoaluminoferritic cements during hardening in aggressive solutions (Na2SO4) has been studied. Key words: sulfoaluminoferritic cement, gypsum, aggressive solutions
В настоящее время одно из направлений развития научного материаловедения продиктовано необходимостью разработки связующих со специальными свойствами, которые отличаются от цементов общестроительных назначений.
Наиболее полно изучены и в настоящее время достаточно широко распространены цементы алюминатного и сульфоалюминатного твердения [13], которые по скорости роста прочности и ее пределу могут сравниться со специальными
конструкционными материалами. Использование этих цементов позволяет получить изделия с высокой плотностью, водостойкостью, трещиностойкостью.
Экспериментально доказана возможность создания на основе сульфоферритов кальция специальных цементов, которые отличаются стойкостью к агрессивным средам и кислотостойкостью. При этом, однако, сульфоферритные цементы по показателям скорости твердения и скорости расширения отстают от сульфоалюминатных [4-6].
Специальным клинкером для этих цементов служит сульфоалюминатный или сульфоферритный клинкер, а также композиция из глиноземистого шлака и гипса. Сульфоалюминатный и сульфоферритный клинкеры изготавливаются в ограниченных количествах из-за нехватки глинозема и железосодержащего сырья. Клинкер сульфоалюминатный получают из материалов с низким содержанием оксидов железа (не более 7%), при этом сырье должны составлять не менее 30 мас. % АЬОз. Сульфоферритный клинкер получают из
обычного сырья: известняка, гари и гипса, однако из-за малого количества AhO3 в таком клинкере он не может сменить по своим свойствам сверхтвердый цемент. Использованием боксита с повышенным содержанием оксидов железа (25-30 мас. %) на ОАО "Подольск-Цемент" был произведен
сульфатоалюмоферритный клинкер, с которым по своим свойствам в начальные периоды твердения близок к сульфоалюминатному, а по стойкости к сульфоферритному [7].
При получении безусадочного цемента на основе сульфоалюмоферритных клинкеров раздельное измельчение компонентов с более тонким измельчением расширяющегося компонента и последующим смешиванием его с
грубоизмельченным портландцементным клинкером с гипсом считается предпочтительным. Для приготовления безусадочных цементов с плотной и прочной структурой цементного камня применяется совместный помол сульфоалюминатного и портландцементного клинкеров. Аналогичная схема приготовления коррозионностойких цементов используется на ОАО "Подольск-цемент".
Коррозионную стойкость образцов оценивали по изменению физико-механических свойств образцов, приготовленных из цементного теста 1:0 нормальной густоты и хранившихся в воде и в агрессивной среде, в качестве которой служил 5% водный раствор №2804.
Введение гипса в состав цемента сульфоалюмоферритного клинкера способствует образованию плотной прочной структуры цементного
камня с меньшим содержанием Са(ОН)2. Это обусловлено тем, что гидратация
сульфоалюмоферритов кальция сопровождается связыванием Са(ОН)2 с образованием железистого эттрингита.
Исходные материалы. В работе использовали цементы на основе сульфоалюмоферритного клинкера производства АО «Подольск-Цемент» с различным содержание гипсового камня, дисперсностью 3000 см2/г; природный гипсовый камень Новомосковского месторождения.
Указанные материалы измельчали в лабораторной мельнице МБЛ до достижения дисперсности в пределах 3000 см2/г. Затем смешением в пластмассовом барабане на валковой мельнице были приготовлены следующие цементы.
Таблица 1. Химический с
Цементы получали совместным помолом компонентов в лабораторной мельнице. Оценку тонкости помола осуществляли по остатку на сите №008 в пределах 7-8%.
На первом этапе были приготовлены сульфоалюмоферритные цементы различного состава. Приготовление цементов осуществлялось помолом клинкера и гипса в лабораторной шаровой мельнице МБЛ до достижения заданной дисперсности материала ~ 3000 см2/г.
Затем определяли водопотребность полученных цементов. Составы цементов и результаты определения нормальной густоты, представлены в таблице 2.
ав исходных материалов
Наименование Содержание оксидов, %
п.п.п. ^2 А12О3 СаО М§0 Б03
САФК 0,09 12,84 2,56 23,05 49,94 1,80 4,95
Гипсовый камень 23,1 2,4 0,5 0,3 32,2 2,6 38,9
Таблица 2. Нормальная густота и сроки схватывания сульфоалюмоферритных цементов
Составы Содержание компонентов, масс % Sуд . САФК, см2/г Нормальная густота, % Срок схватывания, мин-сек
САФК Гипс
начало конец
К1 100 - 3000 24% 7 9
1-1 95 5 3000 22.4% 5 8
1-2 93 7 3000 22% 5:30 7:20
1-3 90 10 3000 22.4% 6:30 8:50
1-4 85 15 3000 22.4% 7 9:30
1-5 80 20 3000 22.4% 7:50 11:18
Нормальная густота сульфоалюмоферритного клинкера с добавкой гипса изменяется незначительно. Анализ результатов эксперимента показал, что сроки схватывания у композиционных цементов несколько сокращаются особенно чем у составов с повышенным содержанием добавки гипса. Начало схватывания сульфоалюмоферритного клинкера без гипса составило 6 мин, а конец схватывания 9 мин, при увеличении количества добавки до 20% сроки схватывания повышались по районе двух минут. Результаты показали, что добавка гипса несколько удлиняет сроки схватывания. Формирование плотной прочной структуры обеспечивает повышенную коррозионную стойкость сульфатированных цементов. Результаты определения основных строительно-технических свойств цементов приведены в таблице 3.
Таблица 3. Результаты определение прочности
(САФКуд 3000 см2/г)
Составы цементов Прочность, Мпа, при твердении, сут
Сжатие
1 2 7 28
Вода А - Р Вода А - Р
К1 3.08 7.55 9.3 12.7 10.6 37.6
1 1 14.2 19.9 29.3 34.8 35.7 50.1
1 2 18.1 23.8 30.6 34.2 35.4 52.9
1 3 17.2 23.3 33.3 55 41 68.4
1 4 18.2 6.9 20.2 19.8 40.3 40
1 5 22.2 22 36.6 30 51.7 47.8
Потом изучены прочностные свойства цементов нормального твердения в воде и при твердении в агрессивном растворе (5% раствор №2804). Результаты по каждому цементу представлены при твердении в агрессивном растворе прочность цементного камня на сжатие повышается (рис. 1). В составе образца цемента № 1-3 получены наибольшие прочности сжатие во все сроки твердения (сжатие -68.4 МПа), содержание фазы минерала сульфоалюмоферритного клинкера 90% и гипс 10%, по сравнению с остальными четырем составами. Наличие повышенного содержания гипса в цементе показывает повышение прочностей образцов в более поздние сроки твердения из-за процессов перекристаллизации гидроалюминатов кальция и переходами минералов, связанных образованием соединений с более высокой кристаллической формой решетки. Как видно из приведенных данных при твердении в агрессивном растворе прочность цементного камня на изгиб повышается. Мы считаем, что это связано с тем, что продукты взаимодействия гидратирующегося цемента с сульфатным раствором обеспечивают уплотнение камня за счет кольматации порового пространства. Это положение также отмечали некоторые исследователи. Более точно это можно объяснить после проведения рентгеновского анализа и электронно-микроскопических
исследований.
Таблица 3. Результаты определение пористости (САФК,8!уд 3000 см2/г)
Составы цементов Пористость, %
1 2 7 28
Вода А - Р вода А - Р
К1 36.2 32.1 30.3 20.9 29.06 24.5
1 1 23.1 20.6 18.5 15.7 8.9 7.8
1 2 25.91 23 15.9 13.6 10.1 9.6
1 3 24.27 20.7 13 11.3 9.4 7.2
1 4 21.8 26 24.5 23.7 17.45 11.55
1 5 22.9 22.18 18.01 23.9 16.43 13.31
Затем изучены пористости образцов различного состава. Результаты представлены, что в обоих цементах наблюдается резкое снижение пористости цементного камня. Об этом можно свидетельствовать электронной микроскопии. Это обеспечивает высокие прочностные показатели и малую пористость камня. Резкое снижение пористости цементного камня у составов, содержащих более 7% и 10% гипсового камня (1-2 и 1-3) объясняется
образованием эттгингита в большей количестве, чем у остальных составов.
Высокая коррозионная стойкость
сульфатированных цементов обусловлена формированием плотного и прочного цементного камня. Получение коррозионностойких цементов возможно с использованием сульфоалюмоферритных клинкеров с добавлением к ним гипса.
Добавка гипсового камня к САФК вызывает незначительное повышение водопотребности вяжущего. Сроки схватывания составов с добавлением гипсового камня не более 15% сокращаются по сравнении с чистоклинкерным цементом. Сульфоалюмоферритные цементы с добавлением гипсового камня характеризуются высокими темпами набора прочности камня. Резкое снижение пористости цементного камня происходит у составов, содержащих гипсового камня. Значительный прирост прочности цементного камня наблюдается на всех стадиях гидратации. Прочность камня цементов, твердевших в агрессивном растворе существенно выше, чем при твердении в воде, что предопределяет перспективность их использования для создания коррозионностойких бетонов.
Список литературы
1. Кузнецова Т. В. Алюминатные и сульфоалюминатные цементы. — М.: Стройиздат, 1986.
2. Кузнецова Т. В., Талабер Й. Глиноземистый цемент. — М.: Стройиздат, 1989.
3. . Самченко С.В. Сульфатированные алюмоферриты кальция и цементы на их основе. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. 120 с.
4. Кривобородов Ю. Р., Самченко С. В.Физико-химические свойства сульфатированных клинкеров // Аналитический обзор ВНИИЭСМ. Цементная промышленность. — М., 1991.
5. Осокин А. П., Кривобородов Ю. Р. Сульфожелезистыецементы и их свойства // Труды Московского химико-технологического института имени Д. И. Менделеева. — 1985.-Вып. 137. — С. 23-29.
6. Самченко С.В. Формирование и генезис структуры цементного камня/ Монография - М.: Московский государственный строительный университет, Ай Пи Эр Медиа, ЭБС АСВ, 2016. -284 с. Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/49874
7. Самченко С.В., Бурлов И.Ю., Бурыгин И.В. Получение специальных цементов раздельным помолом на ОАО «Подольск-Цемент» // Вестник БГТУ. Белгород, 2005. №10. С. 266-269.
