CC BY
22
УДК 666.96
Бранькова Н.В., Кривобородов Ю.Р.
ВЛИЯНИЕ ГИДРОАЛЮМИНАТНОЙ ДОБАВКИ НА СВОЙСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Бранькова Наталья Владимировна, студентка 1 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
Важнейшей задачей цементной промышленности в настоящее время является повышение качества цемента с одновременным снижением энергетических затрат на его производство. В данной работе представлены результаты исследований по синтезу кристалогидратов на основе минералов глиноземистого цемента, результаты исследования по влиянию активированных микродисперсных добавок на процессы гидратации, структурообразования и твердения цемента. Определено оптимальное количество добавки гидроалюминатов кальция к портландцементу.
Ключевые слова: цемент, гидродинамическая активация, кристаллогидраты, прочностные свойства.
THE INFLUENCE OF THE HYDRO ALUMINATE ADDITIVE ON THE PROPERTIES THE PORTLANDCEMENTS
Brankova N.V., Krivoborodov Y.R.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The most important task of the cement industry is now to improve the quality of cement while reducing the energy costs for its production. This paper presents the results of studies on the synthesis kristalogidratov based on aluminous cement minerals of studies on the influence of additives on activated microdispersed hydration processes of structure formation and cement hardening. The optimum amount of calcium aluminate additives to portland cement was determined. Key words: 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. Известно большое количество добавок-интенсификаторов. Эффективность тех или иных зависит от различных свойств [1].
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 [2-6].
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 [7, 8].
Представляется интересным изучить действие добавок гидроалюминатов кальция на процессы твердения портландцемента, т.к. гидроалюминаты легко получаются при взаимодействии алюминатов кальция с водой.
При выполнении работы в качестве исходных материалов использовали: портландцемент М500 Д0, минерал СА2 и алюминатный цемент
(мономинеральный) состава: С12А7 - 90%, С3А - 5%, СА - 5%, производства ОАО «Подольск-Цемент». Диалюминат кальция и мономинеральный алюминатный цемент обрабатывали в водной среде в роторно-пульсационном аппарате до полной гидратации алюминатов кальция по известной методике [9].
Соотношение твердой фазы и жидкости (дистиллированная вода) составляло 1:5. При обработке материалов в РПА пробы отбирались через 5, 10, 30, 45, 60, 85 и 100 минут. В процессе активации было отмечено повышение температуры (очевидно за счет трения) суспензии до 70 оС (после 30 минут обработки).
Отобранные пробы суспензий высушивали в сушильном шкафу СНОЛ Б5СК при 45 оС в течение 2 суток. Температуру сушки выбирали из соображений обеспечения сохранности
кристаллогидратов (при большей температуре возможна их деструкция).
Анализ рентгенограмм проб, прошедших обработку в РПА, что при воздействии гидродинамической реакции синтеза гидроалюминатов кальция со временем (после 30 минут) ускоряются. Об этом свидетельствует увеличение интенсивности основных дифракционных максимумов с d=4,84А (для гидроксида алюминия) и d=7.56А (для гидроалюминатов кальция состава С4АЩ3 и С3АН6, рис. 1).
Рисунок 1 - Изменение интенсивности основной линии гидроалюмината кальция в зависимости от времени обработки минерала СА2 в РПА
В целом, необходимо отметить, что синтез гидроалюминатов кальция во всех случаях прошел не до конца. На рентгенограммах видны дифракционные максимумы с а=11,33; 3,5; 2,59А, относящиеся к исходному минералу - диалюминату кальция. Можно сделать вывод, что следует увеличить время обработки диалюмината кальция в роторно-пульсационном аппарате, для достижения полной гидратации. Однако это технически и экономически не целесообразно (время обработки будет составлять более 2 часов).
Предпочтительнее использовать более реакционные материалы. Поэтому следующим этапом работы был синтез гидроалюминатной добавки по такой же методике из алюминатного цемента, основным минералом которого является майенит - С12А7. Этот минерал является быстрогидратирующимся, поэтому время обработки в РПА составило 10 минут.
По данным РФА на рентгенограмме практически отсутствуют основные дифракционные максимумы минерала С12А7 (рис. 2) с d= 4,9; 2,69 А.
Основные максимумы на рентгенограмме принадлежат гидроалюминату кальция С2АН8 ^ = 10,46; 2,87; 2,55 А). В пробе также присутствует гексагональный гидроалюминат С4АН19 ^ = 5,23; 4,46; 2,87 А).Полученную добавку вводили в состав вяжущего в количестве 1-10%.
Было определено влияние гидроалюминатной добавки на водопотребность и сроки схватывания портландцемента. Результаты представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1. Водопотребность портландцемента с добавкой гидратированного двенадцатикальциевого семиалюмината
Нормальная густота ПЦ
Количество добавки, % 0 3 5 7 10
Нормальная густота, % 28,5 29,0 29,2 29,3 29,5
Добавка на основе С12А7 практически не изменяет водопотребность ПЦ, так при введении 10% добавки водоцементное отношение изменяется на 1%. Гидроалюминатная добавка оказывает сильное влияние на сроки схватывания. При введении 10% добавки время начала схватывания сокращается в 5 раз, а время конца схватывания сокращается почти в 4 раза.
Таблица 2. Сроки схватывания цементного теста с добавкой гидратированного двенадцатикальциевого семиалюмината
Сроки схватывания ПЦ
Количество добавки, % 0 3 5 7 10
Начало схватывания, мин 30 10 9 8 6
Конец схватывания, мин 125 40 40 35 30
На следующем этапе исследования определяли прочностные свойства портландцемента с добавлением С12А7 гидратированном в РПА. Образцы готовили при нормальной густоте цементного теста и при фиксированном водо-твердом отношении. Испытания образцов проводились, на 1, 3, 7, 14 и 28 сутки. Результаты представлены в таблице 3.
Рисунок 2 - Сравнение дифракционных спектров исходного минерала С^А? (верхняя дифрактограмма) и гидратированного (нижняя) в РПА в течение 10 минут
Таблица 3. Прочностные свойства портландцемента с добавкой гидратированного СиА7
Испытания на сжатие
Состав цемента Сроки твердения, сут
1 сут 3 сут 7 сут 14 сут 28 сут
ПЦ 19,8 57,5 73,1 75,6 80,2
ПЦ + 3% доб. 22,2 55,2 73,1 78,4 91,5
ПЦ + 5% доб. 15,9 28,5 41,2 69,0 74,4
ПЦ + 7% доб. 9,0 39,0 38,0 72,0 67,4
ПЦ + 10% доб. 5,5 22,6 32,6 44,2 45,5
Как видно из представленных результатов существует оптимальная дозировка добавки кристаллогидратов к портландцементу. Она составляет 3%, при этой концентрации прочностные свойства портландцементного камня монотонно возрастают при твердении в течение 28 суток. При большей концентрации происходит резкое падение прочностных свойств цементного камня.
Это, очевидно, связано с образованием большего количества эттрингита в твердеющей системе. Происходит расширение структуры камня и возникновение больших внутренних напряжений, что и приводит к снижению прочностных характеристик камня.
Таким образом, изучение основных строительно-технических свойств цемента показало, что оптимальное количество вводимой добавки составляет 3%. При этой концентрации сохраняются приемлемые сроки схватывания цементного теста, а прочность камня увеличивается.
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. Кузнецова Т.В., Самченко С.В. Микроскопия материалов цементного производства. - М.: МИКХиС. 2007. - 304 с.
4. 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.
5. 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.
6. 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
7. Кривобородов Ю.Р., Еленова А.А. Применение микродисперсных добавок для ускорения твердения цемента // Строительные материалы. 2016. №9. - С. 65-67
8. Кривобородов Ю.Р., Еленова А.А. Твердение цементного камня с микродисперсными добавками // Техника и технология силикатов. 2015. Т. 22. № 4. - С. 18-20.
9. Гусев Б.В., Ин Иен-Лян С., Кривобородов Ю.Р. Активация твердения шлакопортландцемента // Технологии бетонов. - М., 2012, №7-8. - С. 2124
