CC BY
57
УДК 666.972.16
А. А. Еленова*, Ю. Р. Кривобородов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125047, Москва, Героев Панфиловцев, дом 20, строение 4 * e-mail: aurika-zolotko@mail.ru
ВЛИЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ДОБАВКИ КРИСТАЛЛОГИДРАТА НА ГИДРАТАЦИЮ И ТВЕРДЕНИЕ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ
В статье представлены результаты влияния гидродинамически активированных микродисперсных добавок на процессы гидратации, структурообразования и твердения цемента. Проведено изучение дисперсности, состава, морфологии полученной добавки, а так же выявлена их высокая интенсифицирующая способность на процесс твердения цементного камня. Применение добавки кристаллогидратов повышает прочность как в ранние, так и в поздние сроки твердения, способствует уменьшению общей пористости и формированию плотной структуры цементного камня.
Ключевые слова: цемент, гидродинамическая активация, добавки кристаллогидраты, ранняя прочность.
Современные бетоны получили широкое применение в строительстве благодаря практически неограниченным сырьевым ресурсам, экологической безопасности, стойкости, долговечности и возможности в широких пределах варьировать их физико-механические свойства. Основное направление развития бетоноведения - модифицирование бетона. Высокоэффективные, высокопрочные и
высококачественные бетоны могут быть получены только с применение специальных добавок.
Добавки могут существенно влиять на химические процессы твердения цемента, улучшая структуру цементного камня, что обеспечивает высокие эксплуатационные качества бетона.
Довольно простым и интересным по своему технологическому решению, но мало изученным, является использование гидродинамически
активированной микродисперсной добавки при приготовлении бетонной смеси. В данном случае кристаллическая затравка состоит из гидратных образований аналогичными продуктами гидратации цемента, которые играют роль подложки для новообразований, образующиеся при взаимодействии цемента с водой.
Многие годы проводили множество работ по введению в цемент, так называемых, кристаллических компонентов - крентов, которые являются продуктом термической и кислотной обработки ряда природных минералов или промышленных отходов.
Несмотря на высокую эффективность крентов промышленное производство их пока не осуществлено в связи со сложной технологией их получения, необходимостью использования концентрированных кислот и дополнительного расхода энергии на термическую активацию исходных материалов. К тому же состав крентов в большой степени зависит от технологических режимов и состава исходного сырья
[1,3].
А гидродинамическая активация позволяет при минимальных энергозатратах получить
высококачественный цементный камень за счет образования полученными добавками центров
кристаллизации гидратных соединений, образующихся при взаимодействии цемента с водой. Наряду с этим, применение микродисперсной добавки
кристаллогидратов является перспективным, но на данный момент ее влияние на свойства цементных композиций недостаточно изучено [2].
Целью настоящей работы являлось изучить влияние гидродинамически активированной кристаллической затравки на гидратацию цемента, структуру и физико-механические свойства цементного камня.
Для достижения цели провели исследования методами рентгенофазового (РФА), дифференциально-термического (ДТА) и электронно-микроскопического анализа. Электронно-микроскопический анализ был сделан в Центре коллективного пользования имени Д. И. Менделеева. Для оценки физико-механических свойств применяли стандартные методы.
В наших исследованиях в качестве исходного вяжущего использовали портландцемент М500 Д0, производства ОАО «Подольск-Цемент».
Минералогический состав цемента представлен следующими минералами: C3S = 65%; C2S =13%; C3A = 7%; C4AF = 13%.
Модифицирующая добавка - микродисперсная добавки кристаллогидратов синтезировали путем активации сульфоалюминатного клинкера (САК) в течение 5-10 мин в воде затворения.
Рентгенофазовым анализом установлено, что в результате интенсивных воздействий на обрабатываемую среду в смеси образуется эттрингит, так же наблюдается появление в системе гидросиликатов кальция (рис.1).
Данные добавки в цементной системе являются первичными зародышами и подложками для гидратных соединений, а так же продолжают расти за счет свободных ионов в водном растворе, тем самым армируя по всему объему цементный камень. Исследования, проведенные на лазерном гранулометре Master Sizer показали, что размеры кристаллов микродисперсной добавки менее 10 мкм и со временем увеличиваются (рис. 2).
$ ? 6 Э 10 И 12 13 14 15 16 1? 16 19 20 21 22 23 24 25 26 27 23 29 30 Л 32 33 34 35 36 3? 38 39 40 41 42 43 44 45 46 4? 46 49 50 51 32 53 54 55 56 57 58 £
Нвч.угсп ■ 6рО; Кем,угон - 70.00. Шаг- 0,050? Экелм, - ОД Скорость » 4; Мвве.чкло имп,« 615; Зпико» » 4615.06; БоОадя -13943,13. К ■ 34.5%,
60 81 62 63 64 65 66 67 66 69 7
Рис. 1. Рентгенограмма добавки кристаллогидрата САК
га Й а <и ч о о о
ё
£
о о
—■- САК 3 мин —А - САК 7сут
8 7 6 5 4 3 2 1 0
Средний диаметр частиц, мкм Рис. 2. Изменение гранулометрического состава микродисперсной добавки во времени
■САК исх
Степень гидратации цемента оценивали по степени гидратации минерала алита и он увеличивается в присутствии микродисперсной добавки на 10% по сравнению с образцами без добавки в 3 сут и 28сут. твердения. Для образцов без добавки степень гидратации составляет 58 и 69%, а для образцов с добавкой - 68 и 81% соответственно (рис.3).
90
Й чо 80
а =х ! й £ I;
ё £
о
■ 3 сут 28 сут
0% 1% 3% 5% Дозировка добавки , %
Рис. 3. Степень гидратации цемента
ДТА подтвердил результаты РФА. На дериватограмме всех композиций зафиксированы эндоэффекты при 130...150оС и 720...780оС, соответствующие дегидратации смеси
гидросульфоалюминатов и гидросиликатов кальция разной основности, а так же эндоэффект при 490-500°С, относящийся к разложению портландита. Таким образом, нами доказано, что добавка кристаллогидратов интенсифицирует гидратацию цемента и способствует образованию большего количества гидратных новообразований, т. к. кристаллы иэттрингита играют роль подложки для них.
В образцах с добавками наблюдается равномерное распределение кристаллов эттрингита этот эффект получился за счет введения добавок водой затворения. Равномерное распределение таких кристаллов в структуре твердеющего цемента благоприятно сказывается на его прочность, вследствие армирующего действия кристаллов (рис. 4).
Результаты испытаний прочности на сжатие цементных образцов с добавками показали высокие результаты. Наблюдалось повышение прочности во все сроки твердения.
Предел прочности образцов с добавками при изгибе в среднем была на 10% выше, чем у образцов без добавок, т. к. игольчатые кристаллы эттрингита выступают в роли армирующего наполнителя, которые способствует увеличению прочности.
Таким образом, введение в систему цемента добавки кристаллогидратов, в нашем случае эттрингит увеличивается прочность образцов во все сроки твердения. Высокая степень дисперсности и
кристалличности продуктов, образовавшихся на ранней стадии гидратации цемента при ведении активированных кристаллогидратов, способствует уменьшению пористости и формированию плотной структуры цементного камня.
Применение добавки в бетонах позволит решить следующие проблемы: ускорить сроки распалубливания при естественном твердении бетона в условиях полигона, уменьшить затраты на тепловлажностную обработку, увеличить
оборачиваемость опалубки и повысить производительность технологических линий.
Еленова Аурика Алмазовна аспирант кафедры Химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Кривобородов Юрий Романович д.т.н., профессор кафедры Химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Дмитриев А. М., Кузнецова Т. В., Юдович Б. Э. и др. Гидратационное легирование цементов крентами // VI
Всесоюзном начно-техническом совещании по химии и технологии цемента: тезисы докл. - М.: ВНИИЭСМ, 1982. - С. 94-98.
2.Плотников В. В., Кривобородов Ю. Р. Влияние активирующих наноструктур на синтез и качество клинкера // Сухие строительные смеси. - 2010. - №6. - С.34-39.
3.Тимашев В. В., Сычева Л. И., Нестерина Е. М. Синтез и исследование комплексных солей кальция // Труды Всесоюзного совещания по гидратации и твердению вяжущих. - Львов,1981. - С. 49-52.
Elenova Aurika Almazovna*, Krivoborodov Yuri Romanovich D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: aurika-zolotko@mail.ru
INFLUENCE OF HYDRODYNAMIC ACTIVATED CRYSTALLINE ADDITIVE ON HYDRATION AND HARDENING OF THE CEMENT STONE
Abstract
The article presents the results of the effect of hydrodynamic activated microdispersed additives on hydration processes of structure formation and hardening of cement. The study of dispersion, composition, morphology derived additives, and also revealed their high ability to intensify the process of hardening cement paste. Use of crystalline additive enhances strength in early and late periods in the hardening reduces the overall porosity and a dense structure formation of cement stone.
Key words: cement, hydrodynamic activation, crystalline hydrates additives, early strength.
