CC BY
22
13. Михеева Н. Восточный Казахстан: Биогаз из птичьего помета не хуже, чем из навоза // QazaqZemo. [Электронный ресурс], 2017. Режим доступа: https://kazakh-zerno.net/134722-vostochnyj-kazakhstan-biogaz-iz-ptichego-pometa-ne-khuzhe-chem-iz-navoza/ (дата обращения: 10.11.2020).
14. Калымов А. Фермер из Алматинской области разработал уникальную биогазовую установку // Технологии ЭКСПО-2017. [Электронный ресурс], 2015. Режим доступа: https://kazpravda.kz/ (дата обращения 10.11.2020).
15. Лазунов Н. Ю. Перспективы использования мобильной биогазовой установки на железнодорожном ходу в климатических условиях Казахстана // Техно Сфера. [Электронный ресурс], 2015. Режим доступа: http://tekhnosfera.com/perspektivy-ispolzovamya-mobilnoy-bюgazovoy-ustanovki-na-zheleznodorozhnom-hodu-v-kИmaticheskih-usloviyah-kazahstana/ (дата обращения: 10.11.2020).
16. Патент РК №32805, Биогазовая установка, опубл. 28.05.2018 г., бюл. № 9.
17. Патент на изобретение №31872, Перистальтический насос-дозатор, зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РК 31.01.2017
18. Патент РК №33061, Рабочая трубка перистальтического насоса, опубл. 03.09.2018 г.,бюл. № 33.
19. Животноводство // Министерство сельского хозяйства Республики Казахстан. [Электронный ресурс], 2019. Режим доступа: https://moa.gov.kz/ru/documents/2/ (дата обращения: 10.11.2020).
20. Биогазовые установки для производства газа // GreenDem. [Электронный ресурс], 2019. Режим доступа: https://greda.kz/p59616395-biogazovye-ustanovki-dlya.html/ (дата обращения: 10.11.2020).
21. Биореакторы и газгольдеры для утилизации биологических отходов, получения биогаза и органических удобрений // Bmpa. [Электронный ресурс], 2019. Режим доступа: http://bio.bmpa.biz/bioreactor.html/ (дата обращения: 10.11.2020).
22.Абильмажинов Е.Т., Сериккалиулы А., Анибаев С.М., Анибаев И.Б. Некоторые важные аспекты биогазовых технологий // Вестник ГУ имени Шакарима г.Семей, 2019. №1 (85).
ВЛИЯНИЕ МЕТАКАОЛИНА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ Чихиро Д.А. Email: Chihiro1180@scientifictext.ru
Чихиро Дмитрий Александрович - магистрант, кафедра материаловедения в строительстве, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина,
г. Екатеринбург
Аннотация: статья посвящена улучшению физико-механических свойств цементного камня с применением активной минеральной добавки, обладающей пуццоланической активностью. В данном исследовании предложено использование метакаолина для повышения прочности образцов на быстротвердеющем портландцементе. Выявлено, что в цементном камне с добавкой увеличивается количество химически связанной воды, способствующей росту новообразований. Совместное применение метакаолина и гиперпластификатора позволяет увеличить прочность на сжатие образцов на 13,5% по сравнению с бездобавочным составом.
Ключевые слова: метакаолин, минеральная добавка, гидратация, дисперсность, гиперпластификатор, прочность.
EFFECT OF METAKAOLIN ON THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF CEMENT STONE Chihiro D.A.
Chihiro Dmitriy Aleksandrovich - Undergraduate, DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE IN CONSTRUCTION,
URAL FEDERAL UNIVERSITY NAMED AFTER THE FIRST PRESIDENT OF RUSSIA B.N. YELTSIN,
YEKATERINBURG
Abstract: the article is devoted to improving the physical and mechanical properties of cement stone using an active mineral additive with pozzolanic activity. This study proposes the use of metakaolin to increase the strength of specimens on fast hardening Portland cement. It was revealed that in a cement stone with an additive, the amount of chemically bound water increases, which promotes the growth of neoplasms. The combined use of metakaolin and hyperplasticizer allows to increase the compressive strength of the samples by 13,5% in comparison with the nonadditive composition.
Keywords: metakaolin, mineral additive, hydration, dispersion, hyperplasticizer, strength.
УДК 666.942.31
Для снижения расхода цемента и улучшения свойств цементного камня применяются минеральные наполняющие добавки. К ним относятся твердые природные и техногенные вещества в дисперсном состоянии, преимущественно неорганического состава, нерастворимые в воде и характеризуемые крупностью зерен менее 0,16мм [4, с. 61].
В настоящее время одним из эффективных наполнителей для цементных систем является метакаолин - термоактивированный алюмосиликатный материал, обладающий пуццолановой активностью, образующийся в результате обжига каолиновых глин, богатых природным минералом каолинитом, в температурном диапазоне 650-750оС [5, с. 77].
Добавление метакаолина способствует увеличению прочности цементного камня при сжатии, адгезии цементного геля к частицам заполнителя, сокращению пористости, уменьшению проницаемости, повышению устойчивости материала к циклическому замораживанию и оттаиванию, а также к коррозионным воздействиям [1, с. 30].
Установлено, что добавка метакаолина к портландцементу обусловливает повышение нормальной густоты цементного теста и удлинение сроков схватывания. Прочностные свойства композиционных цементов главным образом зависят от времени твердения. Так в ранние сроки гидратации (1-3 сут.) введение метакаолина в состав цемента не снижает прочность стандартных образцов, как это обычно наблюдается при использовании других минеральных добавок. В последующие сроки твердения за счет интенсивного взаимодействия метакаолина с гидратными новообразованиями цементного камня происходит его уплотнение, и прочность камня к 7 и 28 сут. возрастает и достигает большей величины, чем прочность контрольного цемента [3, с. 14].
Влияние метакаолина на гидратацию цемента и формирование структуры цементного камня обусловлено высокой дисперсностью частиц добавки. Это приводит к увеличению водопотребности цементного теста, поэтому для снижения негативного эффекта применяют гиперпластификаторы, отличающиеся высокими водоредуцирующими свойствами [2, с. 11].
В данной работе был использован метакаолин месторождения Журавлиный Лог и микрокремнезем ООО «НТЦ ЭВЕРЕСТ», выступающий аналогом исследуемой добавке. В качестве вяжущего применялся быстротвердеющий портландцемент ЦЕМ I 42,5 Б ООО «СЛК Цемент», в виде мелкого заполнителя - полифракционный песок. В качестве гиперпластификатора был использован MELFLUX 5581F.
Химический состав метакаолина месторождения Журавлиный Лог представлен в таблице 1. Истинная плотность ри = 2300 кг/м3 и удельная поверхность STO = 2154 м2/кг, а также массовая доля остатков на сите N 008 и 004 были определены в лабораторных условиях.
Содержание оксидов, % Дтпрк, %
А1203 бЮ2 Fe2Oз ТЮ2 к2о Ыа2О СаО
43,41 54,08 0,74 0,48 1,09 0,05 0,15 1,4
Химический состав микрокремнезема ООО «НТЦ ЭВЕРЕСТ» представлен в таблице 2. Истинная плотность ри = 2280 кг/м3 и удельная поверхность $уд = 1909 м2/кг, а также массовая доля остатков на сите N 008 и 004 определены в лабораторных условиях.
Таблица 2. Химический состав микрокремнезема ООО «НТЦ ЭВЕРЕСТ»
Содержание оксидов, % Дтпрк, %
бЮ2 А1203 Fe2Oз СаО Ыа2О MgO БО3
94,41 0,42 0,13 0,87 0,72 0,25 0,13 2,96
Химический и минералогический составы портландцемента ЦЕМ I 42,5 Б ООО «СЛК Цемент» представлены в таблице 3 (КН = 0,92; п = 2,54; р = 1,15).
Таблица 3. Химико-минеральный состав портландцемента
Содержание оксидов, % Содержание минералов, %
СаО бЮ2 А12О3 Fe2Oз БО3 MgO Проч. С3Б С2Б C4AF С3А
63,6 21,3 4,5 3,9 3,2 2,4 1,1 64,8 17,7 14,9 2,6
Содержание сырьевых материалов в составе цементной системы представлено в таблице 4.
Таблица 4. Состав мелкозернистой цементной системы
Компонент Ед. изм. Контрольный состав Состав №2 (метакаолин) Состав №3 (микрокремнезем)
Цемент кг 0,450 0,405 0,405
Песок кг 1,350 1,350 1,350
Минеральная добавка % - 10 10
кг - 0,045 0,045
Суперпластификатор % 0,6 1 1
кг 0,003 0,004 0,004
С момента начала гидратации метакаолин не проявляет существенной пуццолановой активности, а к 28-суточному возрасту происходит снижение содержания портландита в образце. Гидратация портландцемента без добавки метакаолина сопровождается гидратацией силикатных фаз и формирования цепочечных кремнекислородных фрагментов из островных силикатов [5, с. 82].
К 28-суточному возрасту в результате деструкции метакаолина в щелочной среде цементного теста происходит образование алюмо- и кремнеземсодержащих соединений в качестве промежуточных продуктов, наблюдается полное связывание минеральной добавки.
Пуццолановые реакции с участием метакаолина и Са(ОН)2 оказывают более существенное влияние на рост прочности цементного камня и сокращение его капиллярной пористости, а также обусловлены пуццолановым взаимодействием метакаолина с известью с образованием С^-Н и других продуктов [2, с. 17].
Полученные данные набора прочности контрольным составом и составами с минеральными добавками представлены в таблице 5.
Состав Предел прочности при изгибе Rm МПа Предел прочности при сжатии Rcat, МПа
Контрольный 2 суток 4,8 14,5
28 суток 9,0 53,9
Состав №2 (метакаолин) 2 суток 4,5 13,8
28 суток 7,2 61,2
Состав №3 (микрокремнезем) 2 суток 5,5 14,2
28 суток 10,1 49,9
Таким образом, наибольший эффект был получен с гиперпластификатором MELFLUX 5581F и минеральной добавкой метакаолином месторождения Журавлиный Лог с дозировкой 10%. Прирост прочности наблюдается в марочном возрасте и составляет 13,5% от контрольного состава. В первые трое суток прочность не растет в связи с увеличением водопотребности мелкозернистых смесей при введении метакаолина, а в более позднее сроки проявляется его высокая пуццолановая активность, вследствие чего происходит быстрый набор прочности к 28 суткам.
Список литературы /References
1. Баженов Ю.ММногокомпонентные мелкозернистые бетоны // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2001. № 10. С. 24-37.
2. Дворкин Л.И., Лушникова Н.В. Высокопрочные бетоны на основе литых бетонных смесей с использованием полифункционального модификатора, содержащего метакаолин // Бетон и железобетон, 2007. № 1. С. 7-18.
3. Кузнецова Т.В., Нефедьев А.П., Коссов Д.Ю. Кинетика гидратации и свойства цемента с добавкой метакаолина // Строительные материалы, 2015. № 7. С. 9-21.
4. Рахимов Р.З. Строительство и минеральные вяжущие прошлого, настоящего, будущего // Строительные материалы, 2013. № 5. С. 57-69.
5. Хозин В.Г., Хохряков О.В., Сибгатуллин И.Р., Гиззатуллин А.Р., Харченко И.Я. Карбонатные цементы низкой водопотребности - зеленая альтернатива цементной индустрии в России // Строительные материалы, 2014. № 5. С. 76-84.
