CC BY
31
УДК 666.972.1
Малахин С.С., Кривобородов Ю.Р.
ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ШЛАКА НА СВОЙСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Малахин Сергей Сергеевич, студент 4 курса факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
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
Повышение качества цемента с одновременным снижением энергетических затрат на его производство является одной из важнейших задач цементной промышленности. В данной работе изучено влияние дисперсности доменного шлака на свойства шлакопортландцемента. Установлено, что повышение содержания оксида алюминия в шлаке и его дисперсность позволяют получить шлакопортландцемента с повышенной активностью.
Ключевые слова: шлакопортландцемент, доменный гранулированный шлак, дисперсность, прочностные свойства.
EFFECT OF FINENESS OF SLAG ON PROPERTIES OF PORTLAND CEMENT
Malakhin S.S. Krivoborodov Y.R.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Improving the quality of cement with a simultaneous reduction in energy costs for its production is one of the most important tasks of the cement industry. In this paper, the influence of dispersion of blast furnace slag on the properties of slag Portland cement has been studied. It was found that an increase in the content of aluminum oxide in the slag and its dispersity make it possible to obtain slag Portland cement with increased activity.
Key words: slag Portland cement, blast-furnace granular slag, dispersity, strength properties.
Повышение качества цемента с одновременным снижением энергетических затрат на его производство является одной из важнейших задач цементной промышленности. Длительное время работы, направленные на повышение качества цемента, предусматривали изыскание оптимального минералогического состава клинкера. Однако выпуск высококачественного клинкера с сохранением технико-экономических показателей связан с большими трудностями. Как правило, выпуск качественного клинкера сопровождается несколько большим расходом топлива и требует использование сырья с повышенной реакционной способностью [1-4].
Существует и другое направление создания высокомарочных цементов - введение в состав цемента определенных добавок. Эти добавки ускоряют процессы гидратации клинкерных минералов и обеспечивают создание оптимальной структуры и фазового состава цементного камня [57]. К числу этих добавок относится доменный гранулированный шлак.
Частицы добавки шлака могут выполнять роль центров кристаллизации продуктов гидратации. Введение доменного гранулированного шлака оказывает положительное влияние на процессы гидратации мономинеральных веществ и портландцемента, а именно: интенсифицирует
процесс гидратации и способствует синтезу низкоосновных гидросиликатов с высокой степенью полимеризации кремнекислородных ионов -основных цементирующих фаз, модифицирует морфологию гидратных фаз (преимущество волокнистых), снижает пористость геля.
Работами многих исследователей установлено, что добавка доменного гранулированного шлака увеличивает прочность при длительном твердении цементного материала, повышает
водонепроницаемость твердеющего камня [8-10]. Эта добавка способствует созданию более равномерной структуры цементного камня, уменьшает содержание и размер капиллярных пор, улучшает химическую стойкость, а, следовательно, увеличивает прочность цементного камня.
Однако, в силу меньшей гидратационной активности по сравнению с клинкерными минералами добавка шлака приводит к некоторому замедлению набора прочности камня на ранних этапах твердения. В связи с этим необходимы дальнейшие исследования по разработке способов повышения ранней прочности
шлакопортландцемента и установлению характера влияния шлака с добавками на процессы гидратации портландцемента.
Цель работы. Определить влияние вида и дисперсности доменного гранулированного шлака
на свойства шлакопортландцемента. Определить оптимальный состав быстротвердеющего композиционного цемента.
В работе были использованы: портландцемент М500Д0 производства ОАО Подольск-Цемент, доменные гранулированные шлаки производства ОАО «Северсталь» и Челябинского металлургического комбината (ОАО МЕЧЕЛ). Химический состав исходных материалов представлен в табл.1.
На первом этапе работы были приготовлены пробы измельченного доменного гранулированного шлака. Измельчение исходного шлака осуществляли в мельнице АПР в течение 2-5 минут до достижения дисперсности, характеризуемой удельной поверхностью в пределах 3000, 4000, 5000 см2/г. Затем приготовление цементов осуществляли смешением портландцемента и размолотого доменного шлака в соотношении 1:1 в пластмассовом барабане на валковой мельнице.
До формования балочек-образцов для дальнейших испытаний, были определены значения
нормальной густоты и сроков схватывания. Определение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста проводили на малом приборе Вика (рис.1).
После формования и затвердения цементного теста, были получены балочки-образцы 5 разных составов. Образцы хранились в воздушно-влажных условиях до проведения механических испытаний.
Полученные балочки были испытаны на прочность при изгибе и на сжатие. Результаты испытания на рис. 2 и 3 соответственно.
Исследуемые образцы показали низкую прочность на сжатие и изгиб на первые сутки. На третьи и последующие сроки твердения у образцов цементов с добавкой шлака наблюдается ускорение набора прочности. Опыты показали, что добавление шлака с более высокой дисперсностью положительно повлияли на свойства образцов. Наибольшее ускорение набора прочности наблюдается у составов с добавкой шлака фирмы «Мечел». Очевидно, это связано с тем, что в этом шлаке повышенное количество оксида кальция по сравнению со шлаком АО «Северсталь».
Таблица 1 - Химический состав доменного гранулированного шлака
Производитель SiO2 Fe2Oз CaO MgO SOз ППП Сумма
Северсталь 36,71 10,58 1,20 37,00 9,44 0,80 3,70 99,43
Мечел 39,50 7,30 0,67 41,50 9,54 0,20 1,2 99,91
160 140 120 100 80 60 40 20
пц пц+шл пц+шл пц+шл пц+шл 5=3000 6=4000 5=5100 5=5200
I Срони схватывания, мин начало
Срони схватывания, мин конец
Рисунок.2. Влияние дисперсности шлака на прочность при изгибе
Рисунок.3. Влияние дисперсности шлака на прочность при сжатии
Выводы
1. Дисперсность доменного гранулированного шлака в составе шлакопортландцемента играет важную роль в обеспечении строительно-технических свойств вяжущего.
2. Увеличение дисперсности шлаковой составляющей шлакопортландцемента не изменяет водопотребность цемента и практически не влияет на сроки схватывания цементного теста.
3. Прочностные свойства шлакопортландцемента в первые сутки твердения существенно ниже, чем у бездобавочного портландцемента. Но в последующий период твердения набор прочности шлакопотландцемента с более дисперсным шлаком выше чем у контрольного цемента и в марочном возрасте возможно достигнет прочности бездобавочного вяжущего.
4. Химический состав шлака также оказывает влияние на прочностные характеристики цементного камня. Чем более основный шлак, тем выше прочность цементного камня.
Список литературы
1. Кривобородов Ю.Р. Свойства клинкеров из высокодисперсных сырьевых смесей // Труды VIII Всесоюзного научно-технического совещания по химии и технологии цемента. М., 1991, C. 135-138
2. Кузнецова Т.В., Кривобородов Ю.Р., Самченко С.В. Химия, состав и свойства специальных цементов // Материалы научно-практической конференции «Химия, химическая технология на рубеже тысячелетия». Томск, 2000. № 1. С. 96-98.
3. Samchenko S.V., Krivoborodov Y.R., Zorin D.A. Minerals of expansive and non-shrinkage sulfomineral cements MATEC Web of Conferences 1G6, G3GG6 (2G17) DOI: 1G.1G51/matecconf/2G171G6G3GG6 SPbWOSCE-2G16.
4.
5.
6.
7.
9.
Кривобородов Ю.Р., Самченко С.В. Физико-химические свойства сульфатированных клинкеров: аналит. обзор. Серия 1. Цементная промышленность. - М.: ВНИИЭСМ 1991. - 55 с.
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.
Кривобородов Ю.Р., Самченко С.В. Влияние дисперсности специального цемента на структуру твердеющего камня // Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. 2003. №5. Ч. II. С. 238 - 240.
Кривобородов Ю.Р., Кузнецова Т.В., Потапова Е.Н. Влияние добавок вулканических туфов на свойства цемента / ХХ Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. В 5 т. Т. 3: тез. докл. -Екатеринбург: Уральское отделение Российской академии наук, - 2016. - С. 296. Осокин А.П., Кривобородов Ю.Р. Состав и свойства специальных цементов // Бетон и железобетон - пути развития. Научные труды 2-ой Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону. М.: Дипак, 2005. 579-584 с. Гусев Б.В., Ин Иен-Лян С., Кривобородов Ю.Р. Активация твердения
шлакопортландцемента // Технологии бетонов. - М., 2012, №7-8, С. 21-24 10. Кривобородов Ю.Р., Ясько Д.А. Активация цемента для улучшения свойств бетона // Новая наука: проблемы и перспективы. -Стерлитамак: РИЦА МИ. - 2015. - №3. - С. 39-41
