CC BY
23ВЛИЯНИЕ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩЕЙ КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1 2 Филиппова К.Е. , Иванов А.А.
1Филиппова Кира Евгеньевна, - аспирант;
2Иванов Алексей Анатольевич - студент, кафедра производства строительных материалов, изделий и конструкций, Инженерно-технический институт, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,
г. Якутск
Аннотация: в статье анализируется влияние цеолитсодержащей комплексной добавки на эксплуатационные характеристики строительных материалов Ключевые слова: цеолит, добавка, строительство, портландцемент.
Повышение физико-механических и эксплуатационных свойств строительных материалов является главной задачей современного строительства. Пути ее решения лежат в нанотехнологиях. В то же время получение эффективных материалов должно быть по энерго- и ресурсосберегающим технологиям, а также не сильно повышать их себестоимость.
В производстве строительных материалов цеолит применяется в качестве активной минеральной добавки с 60-х годов. Это связано с тем, что цеолит -уникальный материал, обладающий селективными, адсорбционными и ионообменными свойствами.
За счет минерального состава цеолит является эффективным средством сокращения расхода цемента (15-30 %) при производстве легких и тяжелых бетонов, а при изготовлении растворов цеолит может полностью заменить известь. При этом повышается водоудерживающая способность растворных смесей и их трещиностойкость. Добавка цеолита в портландцемент в количестве более 15% обеспечивает высокую коррозионную стойкость цементных композиций по отношению к хлоридным и сульфатным рассолам [1].
Обширные разведочные работы показали, что цеолиты широко распространены в природе, а некоторые осадочные породы содержат практически мономинеральные слои, в которых исходные вулканические породы на 95 % превратились в тот или иной цеолитовый минерал. Некоторые месторождения цеолитов легко поддаются разработке, так как залегают на небольшой глубине или на поверхности. Природные цеолиты не могут заменить синтетические в тех областях, где требуется сырье высокой чистоты, однако они представляют интерес для промышленности в тех случаях, когда большие запасы и, следовательно, низкая стоимость природных минералов более важны, чем чистота сырья. [2]
Комплексная добавка на основе цеолита получается модифицированием природных цеолитов и пластифицирующих добавок. Благодаря своему химическому и минералогическому составу цеолит способен диспергироваться до значения удельной поверхности 8=2502,1 кг/м2 без пластифицирующих добавок. Такие показатели значения удельной поверхности были получены при механической активации цеолитов в планетарной мельнице «Активатор-25», разработанной в Институте химии твердого тела и механохимии Новосибирского отделения РАН. Как видно из графика (рисунок 1) после 5 минутного помола идет активация частиц, что приводит к их агрегации.
Рис. 1. График зависимости значения удельной поверхности от времени помола
Для предотвращения последующей агрегации, а также слипания частиц цеолита между собой во времени, мы ввели пластифицирующие добавки. В качестве пластифицирующей добавки используется распространенный жидкий пластификатор - дибутилфталат (ДБФ) по ГОСТ 8728. С его помощью активность цеолита не падает во времени и совместная механохимическая активация дает возможность получать нанофракцию. При активации размеры частиц цеолитов достигают в среднем 1,3 мкм, причем до 11 % от общего количества частиц имеют размеры 3-30 нм, т.е. в первом приближении данную добавку можно рассматривать как наномодификатор.
Также в качестве исследования активации цеолитов помол производился на планетарной мельнице «КБТ8СН РМ400».
По результатам помола были построены графики зависимостей значений удельной поверхности от времени помола при различной скорости вращения планетарного диска. Как видно из графика (рисунок 2) самое максимальное значение удельной поверхности составляет 3128 кг/м2 при 25 минутах, скорость вращения 400 об/мин.
Рис. 2. График значения удельной поверхности от времени помола
Комплексная добавка была приготовлена в разных соотношениях цеолита и дибутилфталата: 1:0,2; 1:0,6; 1:1 соответственно. По этим составам были изготовлены стандартные образцы-балочки, по три образца на каждый состав. После подготовки образцов предел прочности на сжатие. Из полученных данных были рассчитаны среднеарифметические значения.
Прочность на сжатие находится в пределах 10...25 МПа, значение прочности зависит от количества добавки и соотношений Ц/ДБФ (рисунок 3).
а; Зависимость предела прочности на сжатие от состава
б) Номограмма предела прочности на сжатие от состава
в) Зависимость предела прочности на сжатие от количества добавки
г) Зависимость предела прочности на сжатие от соотношения Ц/ДБФ
Рис. 3. Зависимость предела прочности на сжатие от состава
5% добавки 15% добавки 25% добавки
Рис. 4. Микроснимки структуры цементно-песчаного раствора с наномодифицирующей добавкой
на основе цеолита в соотношении 1:1
После анализа графиков было установлено, что максимальное значение предела прочности на сжатие достигается при соотношении 1:1 и количестве 25%. Это связано с тем, что в составе увеличивается количество ДБФ и следовательно уменьшается количество цеолита. Также увеличение предела прочности наблюдается уже при 5% введения комплексной добавки, что показывает структурные изменения в системе цементно-песчаного раствора, которые приводят к улучшению прочностных характеристик материала.
Список литературы
1. Перспективы применения цеолитных пород месторождения Хонгуруу. Сб. науч. трудов. Якутск, 1993.
2. Колодезников К.Е. Цеолитоносные провинции востока Сибирской платформы. Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН, 2003. 224 с.
