CC BY
8УДК 691.5
В.В. ЛУКЬЯНЕНКО, канд. техн. наук, Н.В. КОСТИНА, инженер, Сев-КавГТУ (Ставрополь)
Влияние активации на свойства строительных растворов
Экономический кризис сильно повлиял на строительную отрасль. В связи с этим усугубилась проблема экономии строительных материалов, в частности цемента. Решение проблемы экономии цемента возможно при введении в технологическую цепочку дополнительного процесса механической активации вяжущих. В.И. Молчанов, Т.С. Юсупов [1] в своих трудах отмечают, что практически при любом процессе тонкого измельчения неорганических материалов происходит механическая активация (активация измельчением).
Под механохимическими процессами согласно представлениям большинства исследователей понимаются изменения на поверхности веществ, происходящие при механическом воздействии. В момент активации вещества при измельчении на поверхности возникают активные центры и радикалы, при этом происходят изменения в кристаллической или аморфной структуре поверхностных слоев.
При производстве растворов и бетонов сложно учитывать фактор хранения цемента. Любой цемент при хранении теряет 10—15% своей активности в течение месяца. Причиной такого процесса является не только атмосферная влага, но и воздействие атмосферного СО2. Проблема серьезная, но она может решаться с помощью механической активации как одного цемента отдельно, так и смеси его с песком. Применение активированных неорганических вяжущих позволяет повысить марку растворов и бетонов, а также снизить расход вяжущего.
Применение механической активации веществ при производстве материалов раньше сдерживалось отсутствием надежно работающих мельниц-активаторов. В настоящее время мельницы, работающие в различных режимах, созданы и частично внедрены в производство [2—4]. При обработке неорганических вяжущих в мельницах-активаторах на фоне измельчения происходят структурные изменения поверхности вещества. Появляется множество поверхностных дефектов, вещество становится реакционноспособным. При обработке нескольких компонентов происходит взаимодействие (химическая реакция) между ними, что может привести иногда к противоположным результатам.
Авторами проведены исследования влияния механической активации на свойства портландцемента и цементно-песчаных смесей, а также на свойства растворов, приготовленных на их основе. В исследовании использовался разработанный Рыбинским авиационным университетом лабораторный центробежно-лопаточный смеситель-диспергатор (ЦЛС), который по сравнению с большинством механических активаторов потребляет меньше энергии [5]. Данный смеситель-диспергатор представляет собой вертикальный вращающийся сосуд с неподвижной лопаткой (рисунок).
Механическая активация смесей проводилась во влажном и сухом состояниях. В первом случае активация и частичная гидратация цементных частиц происходила одновременно. Во втором случае цементно-песчаная смесь активировалась всухую, после чего затворялась водой и перемешивалась вручную.
В состав цементно-песчаной смеси входит песок из местного карьера (Ставропольский край) с высокой во-
допотребностью, что влечет за собой увеличение водо-цементного отношения. Исследования проводились в летнее время, поэтому первоначальная температура смесей оказалась выше нормативной (20±2оС) и составляла 24—26оС, что соответствовало реальной температуре инертных материалов в условиях производства.
При активации цементно-песчаных смесей состава Ц:П=1:3 в мокром состоянии повышалась их температура и наблюдалась потеря воды. Для достижения одинакового диаметра расплыва конуса по ГОСТ 310.4-81, равного 16 см, после активации было необходимо вводить дополнительно воду. Готовились образцы-балочки из цементно-песчаных смесей по ГОСТ 5802-86, ГОСТ 310.4-81. Образцы проходили тепловлажностную обработку по режиму 2—8—2 ч при 80оС, на следующие сутки их испытывали. Результаты испытаний цементно-песчаных смесей, активированных в мокром состоянии, представлены в табл. 1.
Как следует из данных табл. 1, показатели прочности цементно-песчаных растворов после активации (состав 2) возрастают в 2,1 раза (прочность при сжатии) и в 1,5 раза (прочность на растяжение при изгибе) по сравнению с неактивированным составом 1. Однако вследствие повышения температуры раствора при активации происходила потеря воды со снижением В/Ц от 0,9 в исходном неактивированном растворе до 0,73 в растворе после активации.
Снижение В/Ц, как известно, приводит к повышению прочности растворов, и в этом случае трудно судить об эффективности активации состава 2. Для устранения действия этого фактора была введена дополнительная вода после активации цементно-песчаного раствора (состава 2) до достижения диаметра расплыва конуса, равного 16 см (состав 3). Как видно из табл. 1, фактическое В/Ц в цементно-песчаном растворе (состав 3) стало равным 1,04 при диаметре расплыва конуса 16 см. Сравнение показателей прочности составов 3 и 1 показало, что в образцах из активированного раствора при равном расплы-ве конуса показатели прочности при сжатии состава 3 в 1,7 раза больше, чем в неактивированном составе 1, а прочность на растяжение при изгибе возросла в 1,6 раза,
Лабораторный центробежно-лопаточный смеситель-диспергатор (ЦЛС) Рыбинского авиационного университета с частотой вращения рабочей емкости 950 об/мин.
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" ~22 май 2011 Ь^ШШ'
Таблица 1
Номер состава Время активации смеси, мин В/Ц исходное Потери воды при активации, % Количество дополнительной воды, % В/Ц фактическое Диаметр расплыва смеси, см Температура смеси, оС Прочность при сжатии, МПа Прочность на растяжение при изгибе, МПа
до активации после активации
1 0 0,9 - - 0,9 16 24 25 3,9 0,81
2 3 0,9 18,5 - 0,73 13 24 44 8,24 1,25
3 3 0,9 - 15,5 1,04 16 24 43,7 6,47 1,29
4 3 1,04 8,7 - 0,95 18 24 40 5,25 0,97
Таблица 2
Номер состава Время активации смеси, мин В/Ц Диаметр расплыва смеси, см Температура смеси, оС Прочность при сжатии, МПа Прочность на растяжение при изгибе, МПа
до активации после активации перед добавлением воды после добавления воды
1 0 0,9 16 - - 24 23 3,9 0,81
2 0 0,73 14 - - 24 23 4,3 0,83
3 3 0,9 14 25 123 89 67 4,76 0,88
4 3 0,73 12 26 110 77 54 6,64 1,19
т. е. в такой же степени, как и в составе 2 с меньшим В/Ц. Причиной этого может быть то, что во время механической активации происходило одновременное измельчение компонентов. В частности, при активации в сухом состоянии песка его модули крупности снизились от 1,62 до 1,6; 1,59 и 1,57 после активации соответственно в течение 1, 2 и 3 мин. Как известно, при использовании более мелких заполнителей в растворах повышается В/Ц для достижения равного диаметра расплыва конуса. После активации цементно-песчаных смесей состава Ц:П=1:3 в сухом состоянии вводилась вода в количестве, соответствующем В/Ц=0,9 и В/Ц=0,73. Результаты испытаний цементно-песчаных смесей, активированных в сухом состоянии, представлены в табл. 2.
Во время механической активации цементно-песчаных смесей в сухом состоянии происходило измельчение и трение частиц составляющих компонентов друг о друга и о стенки активатора, в результате чего температура активированной смеси повышалась в 4—5 раз (до 110—123оС). Повышение эффективно влияло на ускорение процесса гидратации цемента.
Из табл. 2 следует, что показатели прочности цементно-песчаных растворов после активации (состав 4) возрастают в 1,2 раза (прочность при сжатии) и в 1,1 раза (прочность на растяжение при изгибе) по сравнению с неактивированным составом 1. При этом в зависимости от активации и В/Ц изменяется расплыв конуса, что свидетельствует об изменении размеров частиц составляющих компонентов.
Как видно из проведенных опытов, наибольшую прочность по сравнению с неактивированным составом 1 имеет цементно-песчаный раствор, активированный в сухом состоянии в течение 3 мин, при В/Ц=0,73 (состав 4). Таким образом, экспериментально подтверждена эффективность механической активации цементно-песчаных растворов, позволяющая повысить прочность растворов почти в два раза по сравнению с прочностью растворов, изготовленных из неактивированного вяжущего.
Список литературы
1. Молчанов В.И., Юсупов Т.С. Физические и химические свойства тонкодиспергированных минералов. М.: Недра, 1981. 160 с.
2. Вайсберг Л.А., Зарогатский Л.П. Вибрационная дезинтеграция — универсальная технология для
переработки материалов // Строит. материалы. 2002. № 9. С. 41-43.
3. Хетагуров В.Н., Каменецкий Е.С., Гегелашвили М.В. Центробежная мельница вертикального типа для производства минеральных порошков // Строит. материалы, 2002. №10. С. 35-37.
4. Полугрудов А.В., Дутов И.Н. Использование вибромельницы ВМ-200 для тонкого помола // Строит. материалы, 2003. № 4. С. 12-13.
5. Серебряков С.П., Калинин Н.А., Попков К.Н., Афанасьев А.Г. Патент RU 2274494. с. 2. 12.04.2004. Б.И. 2006. № 11. Способ обогащения кварцевого песка.
Новая книга
В.И. Корнеев, П.В. Зозуля
СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ СОСТАВ, СВОЙСТВА
М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2010.-320 с.
Изложены основы современных представлений о сухих строительных смесях и растворах.
Приведены основные определения и классификации сухих смесей. Охарактеризованы составляющие: вяжущие, заполнители, наполнители, функциональные добавки. Показана методика проектирования составов. Описаны основные группы CGC, их состав и свойства. В приложении даны основные применяемые термины и определения, наиболее употребляемые единицы измерения, перечень российских и зарубежных стандартов и др.
Допущено учеб но-методически м объединением в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».
Стоимость одного экземпляра 900 р. без учета доставки По вопросам приобретения книги обращаться по тел ./факсу: (499) 976-22-08, 976-20-36 E-mail: mail@rifsm.ru
Ы ®
научно-технический и производственный журнал
май 2011 23
