CC BY
16
УДК 691.541
Н. С. Шелихов, Р. З. Рахимов, Р. Р. Сагдиев,
О. В. Стоянов
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОБЖИГА
Ключевые слова: гидравлическая известь, романцемент, минеральные добавки, свойства.
Установлено влияние 6 видов минеральных добавок на свойства романцемента и гидравлической извести. Все минеральные добавки в определенных количественных пределах способствуют повышению прочности. Максимальную прочность показывает вяжущее с добавкой ЦСП 15-16%.Прочность возрастает на 50% для роман-цемента и на 83% для гидравлической извести. Эффект повышения прочности для гидравлической извести связан с наличием большого количества свободного оксида кальция (до 18%), вступающего во взаимодействие с минеральной добавкой непосредственно или через стадию гидратации;
К«у words: calcinations, mineral additives, hydraulic lime, romancement, properties.
The influence of the mineral additives - plasticizers on the technical properties of hydraulic lime and romancement made of local mineral raw materials is studied. The effect of 6 kinds of mineral admixtures on the properties romantsementa and pneumatic and hydraulic lime-tion. All mineral supplements in certain quantitative limits contribute in elevated strength. The maximum strength of the binder shows with the addition of DSP 15-16% .Prochnost increases by 50% for romantsementa and 83% for hydraulic lime. The effect of increasing the strength of hydraulic lime is associated with the presence of large-if-operation of free calcium oxide (18%), reacted with mineral Add Coy directly or through hydration step.
Введение
Проведенным анализом [1-4] установлено, что повысить прочность низкоожиговых гидравлических вяжущих можно путем введения минеральных добавок, обладающих гидравлической или пуццола-нической активностью. Для низкоожиговых гидравлических вяжущих наиболее эффективны добавки ЦСП, металлургических шлаков, микрокремнезема и отхода керамзитового производства - керамзитовой пыли.
Цель работы
Установить основные технические показателии низкообжиговых гидравлических вяжущих - гидравлической извести и романцемента, модифицированных минеральными добавками. Определения возможности замены части привозного цемента на вяжущие из местного сырья.
Материалы и методы исследования
Для исследования использовались гидравлическая известь и романцемент, полученные из карбо-натно-глинистых смесей доломитов и глин месторождений Татарстана.
В качестве минеральных добавок использовались:
а) ЦСП, шлак и керамзитовая пыль;
б) микрокремнезем, метакаолинит и диатомит.
Эти добавки смешивались с вяжущим на вибромельнице с обеспечением содержания добавок до 20% и проводились прочностные испытания.
Результаты и обсуждение
Ниже представлены результаты для первой группы добавок - ЦСП, шлака и керамзитовой пыли.
Анализ результатов начнем с определения влияния тонкости помола добавок на прочность на
примере романцемента и ЦСП по объемному графику на рис. 1.
Количество добавки, % 5уд, м2/кг
Рис. 1 - Прочность романцемента от количества ЦСП и удельной поверхности добавки
Поверхность выпуклая с перегибом по линии 8уд=500 м2/кг в плоскости удельных поверхностей и по линии 16% в плоскости количества добавки. Точка max с координатами (16; 500) - 29,36 МПа. Удельная поверхность 8уд=500 м2/кг очевидно обеспечивает максимальные поверхностный контакт минеральной добавки с частицами вяжущего у которого 8уд=250 м2/кг. Приводим следующее объяснение этому факту.
При содержании добавок 16% и равенстве удельных поверхностей добавки и вяжущего, на 1 частицу добавки приходится 5 частиц вяжущего при равенстве условных диаметров (условно 5 контактов). При 8уд=500 м2/кг у минеральной добавки количество частиц удваивается и число контактов возрастает (условно до 10). При 8уд=750 м2/кг у минеральной добавки поверхностный контакт минеральной добавки с частицами вяжущего снижается вследствие образования в добавке агрегированных частиц.
При деталировке графиков установлено, что все прочностные зависимости имеют экстремальный характер.
гидравлическую известь представлена объемными графиками на рис. 4 и 5.
35
о 20
10
10 15 20
Количество добавки, %
25
Рис. 2 - Прочность романцемента от количества ЦСП и удельной поверхности добавки: ▲ -удельная поверхность 250 м2/кг; ■ - удельная поверхность 750 м2/кг; ♦ - удельная поверхность 500 м2/кг
Примером этому являются графики на рис. 2 и 3 для минеральной добавки ЦСП, обеспечивающей наибольший прирост прочности (на 50% для роман-цемента и на 83% для гидравлической извести). Указанный эффект достигается при содержании минеральной добавки 15-16% и удельной поверхности Sуд=500 м2/кг.
Эффект повышения прочности особенно значителен для гидравлической извести, что связано с наличием большого количества свободного оксида кальция (до 18%), вступающего во взаимодействие с минеральной добавкой непосредственно или через стадию гидратации.
24 п
22
- 20
3 16
С 14
12
10
3
J rV <2
/у V L
/
г
5 10 15 20
Количество добавки, %
25
Рис. 3 - Прочность гидравлической извести от количества ЦСП и удельной поверхности добавки: 1 - удельная поверхность 250 м2/кг; 2 - удельная поверхность 750 м2/кг; 3 - удельная поверхность 500 м2/кг
Общая картина эффективности действия минеральных добавок первой группы на романцемент и
Керамзит. ЦСП Шлак
Количество добавки, %
Рис. 4 - Прочность романцемента от количества и вида минеральной добавки. Удельная поверхность добавки 500 м2/кг
Керамзит Пыль
Шлак
Количество дёйавки, % Рис. 5 - Прочность гидравлической извести от количества и вида минеральной добавки. Удельная поверхность добавки 500 м2/кг
Графики построены для добавок с удельной поверхностью 500 м2/кг, обеспечивающую наибольший эффект.
Поверхность объемного графика выпуклая с перегибами по линии, соответствующей добавке ЦСП и по линии содержания добавки 16%. Точка max с координатами (16; ЦСП) соответствует прочности романцемента - 29,36 МПа и прочности гидравлической извести 22,03 МПа.
Добавка ЦСП обеспечивает больший прирост прочности, по сравнению со шлаком и керамзитовой пылью. В свою очередь керамзитовая пыль несколько активнее шлака.
Эффективность ЦСП объясняется увеличением степени гидратации минералов, а также повышением объема гидратных новообразований за счет химического взаимодействия алюмосиликатных фаз цеолитсодержащей породы с Са(ОН)2.
Таким образом, для первой группы минеральных добавок, вводимых в бесклинкерные гидравлические вяжущие достигается прочность романцемента - 29,36 МПа, а гидравлической извести -22,03 МПа, с добавкой ЦСП в количестве 16% при удельной поверхности 500 м2/кг.
Рассмотрим влияние на низкоожиговые гидравлические вяжущие второй группы минеральных до-
30
25
15
0
5
18
0
бавок - микрокремнезема, метакаолинита и диатомита.
Наибольший рост прочности и романцемента и гидравлической извести обеспечивается введением микрокремнезема, рис. 7. Для второй серии минеральных добавок максимальная прочность достигается при содержании добавок 10% (для первой группы 16%).
35
g 30
s
е25
о о £ 20 о
Ё*15
10
KU 0,8
N m
А* " Kt t
1,3
0 10 20
Количество добавки, %
I микрокремнезем А диатомит
-мета каолин -микрокремнезем
Рис. 7 - Прочность романцемента (КН=0,8) и гидравлической извести (КН=1,3) от вида и количества минеральной добавки. Удельная поверхность добавки 700 м2/кг
Это объясняется тем, что вторая группа добавок во-первых более активная, во- вторых имеет 8уд=700 м2/кг (против 500 для первой группы) и необходимый контакт с частицами вяжущего обеспечивается при содержании добавки 10%.
диато...
Количество добавки, %
Рис. 8 - Прочность романцемента от количества и вида минеральной добавки. Удельная поверхность добавки 700 м2/кг
Общая картина эффективности действия минеральных добавок второй группы на романцемент и гидравлическую известь представлена объемными графиками на рис. 8 и 9.
Поверхность объемного графиков выпуклая с перегибами по линии, соответствующей добавке микрокремнезема и по линии содержания добавки 10%. Точка максимума значений прочности соответствует прочности романцемента - 29,6 МПа и прочности гидравлической извести 21,6 МПа. Значения практически равные эффекту от добавок первой группы.
мета каолин
Количество добавки, % Рис. 9 - Прочность гидравлической извести от количества и вида минеральной добавки. Удельная поверхность добавки 700 м2/кг
29,6,
микрокрем незем ■ мета каолин
диатомит 10%
Рис. 10 - Прочность романцемента от вида минеральной добавки. Удельная поверхность добавки 700 м2/кг. Количество, 10%
Абсолютные значения прочности низкоожиго-вых гидравлических вяжущих, в зависимости от вида добавок второй группы представлены на диаграммах, рис. 10 и 11.
G
Л H
о
о
s
о ê"
микрокремнезем I метакаолин диатомит
10°о
Рис. 11 - Прочность гидравлической извести от вида минеральной добавки. Удельная поверхность добавки 700 м2/кг. Количество, 10%
Таким образом, для второй группы минеральных добавок, вводимых в низкоожиговые гидравлические вяжущие, достигается прочность романцемен-та - 29,6 МПа, а гидравлической извести -21,6 МПа, с добавкой микрокремнезема в количестве 10% при удельной поверхности 700 м2/кг.
Заключение
Установлено влияние 6 видов минеральных добавок на свойства низкообжиговых гидравлических вяжущих. Все минеральные добавки в определен-
ных количественных пределах способствуют повышению прочности. Максимальную прочность показывает вяжущее с добавкой ЦСП 15-16%. До 50% для романцемента и до 83% для гидравлической извести.
Эффект повышения прочности для гидравлической извести связан с наличием большого количества свободного оксида кальция (до 18%), вступающего во взаимодействие с минеральной добавкой непосредственно или через стадию гидратации;
Литература
1. Шелихов, Н.С. Сагдиев Р.Р., Рахимов Р.З., Стоянов О.В.
Низкообжиговые гидравлические вяжущие. Проблемы и
решения / Вестник Казанского технологического университета. -2014. -т.17. -№2. -С.59-65.
2. Сагдиев Р.Р., Шелихов Н.С. Модификация бесклинкерных гидравлических вяжущих из местного минерального сырья / Материалы II международной научно-практической конференции «Фундаментальная наука и технологии - перспективные разработки». - 2013
3. Батраков, В. Г. Модифицированные бетоны -М.:Стройиздат. -1990. - 396 с.
4. Шелихов Н.С., Рахимов Р.З., Сагдиев Р.Р., Стоянов О.В. Гидравлическая известь и романцемент на магнезиальном сырье. Влияние технологических факторов на свойства вяжущих /Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 3. С. 134-136.
© Н. С. Шелихов - доцент, канд. техн. наук KTACy,[email protected]; Р. З. Рахимов - профессор, д-р техн. наук, зав. каф. строительных материалов КГАСУ [email protected]; Р. Р. Сагдиев - ассистент, канд. техн. наук КГАСУ [email protected]; О. В. Стоянов - профессор, д-р техн. наук, зав. каф. технологии полимерных материалов КНИТУ, [email protected].
© N. S. Shelihov - docent, Kazan State University of Architecture and Engineering, [email protected]; R. Z. Rakhimov - professor, Kazan State University of Architecture and Engineering, [email protected]; R. R. Sagdiev- assistant, Kazan State University of Architecture and Engineering [email protected]; O. V. Stoyanov - professor, Kazan National Research Technological University, Department of Plastics Technology, [email protected].
