CC BY
16
УДК 691.541
Н. С. Шелихов, Р. З. Рахимов, Р. Р. Сагдиев,
О. В. Стоянов
ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОБЖИГА
Ключевые слова: обжиг, гидравлическая известь, романцемент, свойства, химические добавки.
Установлено влияние химических добавок - ускорителей твердения на технические свойства гидравлической извести и романцемента из местного минерального сырья. При использовании в качестве ускорителя твердения формиата кальция повышается прочность до 16% у романцемента и до 15% у гидравлической извести, снижается водопотребность, ускоряется твердение в начальный период.
Кеу words: calcinations, hydraulic lime, romancement, properties, chemical additives.
The influence of the chemical additives - hardening accelerators on the technical properties of the hydraulic lime and romancement made of local mineral raw materials is studied. At use as the hardening accelerator- calcium formiate the compressive strength of hardened hydraulic lime-based paste increased up to 15% and romancement-based paste up to 16%, respectively. The introduction of calcium formiate reduced the water demand of fresh pastes and improved the early compressive strength of the hardened pastes.
Введение
Научными исследованиями кафедры строительных материалов КГАСУ, проводимыми в течение последнего десятилетия [1,2], доказана возможность и необходимость получения гидравлических вяжущих низкого обжига (гидравлической извести и романцемента) из местного карбонатно-глинистого сырья.
Анализ использования вяжущих веществ [24] показал, что гидравлическая известь и романце-мент в ряде строительных технологий могут быть альтернативой портландцементу и успешно использоваться в бетонах, растворах и сухих строительных смесях.
К недостаткам данных вяжущих следует отнести замедленную скорость твердения в ранние сроки и, вследствие этого, невысокую прочность.
Целью настоящей работы явилось установление возможности повышения скорости твердения гидравлической извести и романцемента за счет введения химических добавок - ускорителей твердения.
Материалы и методы исследования
В качестве объектов исследования приняты гидравлическая известь и романцемент, полученные из карбонатно-глинистого сырья месторождений Татарстана [5,6] низкотемпературным (до 9000С) обжигом. Характеристики вяжущих веществ представлены в табл.1.
Полученные вяжущие использовались для дальнейших исследований, в том числе и для установления возможности ускорения процессов затвердевания.
Анализ добавок - ускорителей твердения [7] показал, что одним из наиболее эффективных ускорителей для романцемента и гидравлической может быть формиат кальция, насыщающий твердеющую систему ионами кальция, повышая степень гидратации и, соответственно, прочность.
Таблица 1 - Технические показатели вяжущих
№ Показатели Значения
показателей
Роман Гидр.
це- из-
мент весть
1. Прочность, МПа 20 12
2. Тонкость помола, % 15 15
3. Нормальная густота, % 49-54 56-60
4. Начало схватывания, мин 45 53
5. Конец схватывания, мин 419 528
6. Срок хранения, сутки 45 45
7. Равномерность изменения
объема выдер. выдер.
8. Коэффициент размягче-
ния 0,9 0,85
Формиат кальция (соль муравьиной кислоты) вводился в вяжущее при помоле в количестве от 1 до 5%. При этом контролировались: прочности в сухом и водонасыщенном состояниях, а также коэффициент размягчения, представляющий отношение прочности в водонасыщенном состоянии к прочности в сухом состоянии.
Результаты и обсуждение
Эффект от введения ускорителя твердения представлен зависимостями на рис.1.
Как видно введение формиата кальция в количестве до 3% приводит к повышению прочности и коэффициента размягчения как для романцемента, так и для гидравлической извести. Максимальное повышение прочности при 3% добавки составляет 16% у романцемента и 15% у гидравлической извести. При этом снижается водопотребность с 50 до 39% у романцемента и с 55 до 45% у гидравлической извести, т.е. проявляется эффект пластификации.
15
£ ю
1
4 ^^ г--
7
3
способствует гидратации новых порций гидравлически активных минералов и процесс повторяется.
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0 13 5
Содержание добавки. %
Рис. 1 - Зависимость технических характеристик вяжущих от добавки ускорителя твердения, формиата кальция: 1(>) - прочность, романце-мент; 2(^) - прочность, гидравлическая известь; 3(А) - коэффициент размягчения романцемента; 4(^) - коэффициент размягчения гидравлической извести
Таблица 2 дения
Влияние добавки на скорость твер-
Вяжу Воз- Прочность, МПа
№ щее раст, сут.
Количество добавки, %
0 1 3 5
1 1 - 1 4 5
2 Ром. 3 3 7 10(43%)* 12
3 цем. 7 7,5 13 17(73%) 16
4 21 16 19 20 21
5 28 20 20,5 23,21 22,5
1 1 - - 1 1
2 Гидр. 3 - 3 5(34%) 4
3 изв. 7 1 7 10(68%) 9
4 21 7 11 13 12
5 28 12,6 13 14,5 14
*/ в скобках прочность от максимальной, %.
При введении формиата кальция увеличивается скорость твердения как романцемента, так и гидравлической извести. Об этом свидетельствуют данные табл.2.
Причем, судя по характеру кривых набора прочности (рис.2 и 3) наибольшая скорость роста прочности наблюдается в начальный период. В первые 3 суток достигает 43% от стандартной прочности у романцемента и 34 % - у гидравлической извести. Для сравнения прочность БТЦ в том же возрасте составляет 62% от марочной прочности.
По данным В.Г. Батракова [7, с.398] прямым свидетельством ускорения процесса твердения при введении формиата кальция в состав цементного теста является установленное сокращение времени достижения максимума основного экзотермического эффекта и увеличение его значения.
Ускорение твердения вяжущих с применением формиата кальция вызывается главным образом тем, что формиат кальция изменяет растворимость силикатной составляющей романцемента и образует с продуктом её гидратации - Са(ОН)2, двойные или основные соли. Снижение концентрации щелочи
С
1—I
15
о К
? 10
3
4 1 / 1
10 20 30
Вреьи твердения, сутки
40
Рис. 2 - Влияние добавки ускорителя твердения, формиата кальция на скорость набора прочности для романцемента: 1(^) - без добавки; 2( ▲) - 1 % добавки; 3(^) -3% добавки; 4(^) - 5% добавки
Поскольку кристаллизация солей происходит с увеличением объема, накопление их в отдельных зонах может привести к возникновению перенапряжений и разрушению этих зон. Поэтому для снижения возможных внутренних напряжений в цементном камне, а значит и в бетоне, необходимо использовать смеси с минимальным отношением В/Ц, а для повышения подвижности в смесь вводить пластификатор.
Приведенные результаты показывают, что формиат кальция является эффективной добавкой в сухие смеси и бетоны, где требуется быстрый набор прочности в начальный период, например, быстрот-вердеющие плиточные клеи и затирки, самонивили-рующиеся полы и т.д. Как показали данные рисунков 1, 2 и 3 для оптимального процесса схватывания и твердения необходимо 3% формиата кальция на 100% романцемента. Максимальное добавление составляет 5%.
16
14
ОС
с 12
К)
н
о 8
X
о 6
£Г 4
о
0
3
4
2
1
0 10 20 30 40
Вр емя те ер д ей и. су тн I
Рис. 3 - Влияние добавки ускорителя твердения, формиата кальция на скорость набора прочности для гидравлической извести: 1(^) - без добавки; 2(А) - 1 % добавки; 3(^) - 3% добавки; 4(^) - 5% добавки
Заключение
Установлено влияние ускорителя твердения -формиата кальция на свойства гидравлических вяжущих низкого обжига. Оно сводится к:
- повышению прочности до 16% у романце-мента и 15% у гидравлической извести;
- снижению водопотребности с 50 до 39% у романцемента и с 55 до 45% - у гидравлической извести;
- ускорению твердения в начальный период.
Литература
1. Шелихов Н.С., Рахимов Р.З. Строительные материалы из местного карбонатного сырья. Монография/ - Казань: Изд-во КГАСУ, 215.-324 с.
2. Шелихов Н.С., Рахимов Р.З., Сагдиев Р.Р. Стоянов О.В. Низкообжиговые гидравлические вяжущие. Проблемы и
решения // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 2. С. 59-64.
3.Рахимов Р.З. Пути снижения цементоемкости строительной продукций/Популярное бетоноведение.- С.Петербург - ООО «Стройбетоны» -2008- 107(21)-с.24-28.
4. Шелихов Н.С., Рахимов Р.З., Сагдиев Р.Р. Стоянов О.В. Романцемент для реконструкции и ремонта зданий. // Ремонт, восстановление, модернизация. 2014. № 10. С. 30-36
5. Шелихов Н.С., Рахимов Р.З., Сагдиев Р.Р. Стоянов О.В. Гидравлическая известь и романцемент на магнезиальном сырье. Влияние температуры и длительности обжига на прочность вяжущих // Вестник Казанского технологического университета. 2014. № 14. С. 74-79.
6. Сагдиев Р.Р., Н.С. Шелихов Бесклинкерные гидравлические вяжущие на основе карбонатно-глинистого сырья с повышенным содержанием карбоната магния // Известия КГАСУ, 2012, № 2, с.194-200.
7. Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. -М.:Стройиздат,1990.-396 с.
© Н. С. Шелихов - канд. техн. наук, доцент КГАСУ, shelihov@kgasu.ru; Р. З. Рахимов - д-р. техн. наук, зав профессор, каф. строительных материалов КГАСУ, rahimov@ksaba.ru; Р. Р. Сагдиев - канд. техн. наук, ассистент КГАСУ, ruslan-kgasu@yandex.ru; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, профессор, зав. каф. технологии полимерных материалов КНИТУ ov_stoyanov@mail.ru.
© N. S. Shelihov - docent, Kazan State University of Architecture and Engineering, shelihov@kgasu.ru; R. Z. Rakhimov - professor, Kazan State University of Architecture and Engineering, rahimov@ksaba.ru; R. R. Sagdiev- assistant, Kazan State University of Architecture and Engineering ruslan-kgasu@yandex.ru; O. V. Stoyanov - professor, Kazan National Research Technological University, Department of Plastics Technology, ov_stoyanov@mail.ru.
