авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Модифицированные малоклинкерные вяжущие и бетоны с использованием техногенных отходов

-- [ Страница 3 ] --

Степень гидратации C3S с добавкой ОБОФ сос­тавляет 58,4, 66,7 и 70,4 % соответственно через 3,7 и 28 сут. твердения. Следовательно, высокая степень гидратации C3S с ОБОФ связана со способностью этой до­бавки вызывать образование портландита в более активной форме.

При 15-20 % дозировке ШЦП активность C3S в возрасте 7 сут возрастает на 15-30 %. Это, как уже отмечалось, связано с образованием портландита в более активной форме в начальные сроки твердения. С увеличением срока твердения (до 90 сут) добавка ОБОФ существенно не изменяет активность C3S. В этом возрасте твердения на поверхности камня C3S с добавкой ОБОФ при увеличении 500-1000 раз на электронном микроскопе наблюдаются беспорядочные распределенные участки с зернистой или глобулярной структурой, гладкие участки и области. Причём области с различным рельефом поверхности не являются изолированными элементами структуры. Встречаются также сферические поры размером 2-3 мкм. В этих порах наблюдаются портландитовые блоки с выраженной спокойностью.

С увеличением срока твердения камень C3S с добавкой ОБОФ уплотняется кристаллами вторичного портландита, со взаимным прорастанием геля CSH с кристаллами СН, обеспечивая условия для получения структуры с наиболее плотной упаковкой. В результате этого процесса C3S с добавкой ОБОФ в 90 сут возрасте по прочности равняется C3S без добавки и в 180 сут возрасте твердения обгоняет его на 20 %.

Дифференциально-термические исследования показывают, что с увеличением срока твердения (до 360 сут) увеличивается количест­во гидросиликата типа CSH (I) (эндотермический эффект при 820°С с потерей массы и совпадающий с ним экзотермический эффект при 845°С). Появление и увеличение CSH (I) сопровождается уменьшением количества Ca(ОН)2. Это показывает, что неустойчивый портландит, выделяющийся при гидратации C3S, взаимодействует с SiО2 добавки, образуя устойчивый гидросиликат типа CSН.

Полученные результаты показывают, что среди изученных добавок наибольший эффект достигается при введении ОКОФ. При этом 180 - суточная прочность C3S повышается на 18 %, а 360 - суточная - на 26 %. Повышение прочности камня C3S с добавкой ОКОФ с увеличением срока твердения сопровождается ростом химически связанной воды. Структуру - C2S формирует изолированные тетраэдры [Si04]4- и ионы Са2+. Отсутствие "активных" атомов О резко замедляет процесс гидратации -C2S. Степень гидратации -C2S через 28 сут твердения составляет 20,1 %, через 90 сут - 30,5 %. Прочность камня -C2S в этих же сроках соответственно равняется 22,5 и 35 МПа.

Добавка ОБОФ в 2,3 раза повышает степень гидратации камня -C2S в начальные сроки твердения (до 7 сут). В этом сроке твердения степень гидратации камня -C2S с добавкой ОКОФ (2,9 %) ниже, чем без добавок, но с увеличением возраста твердения пропорционально возрастает и степень гидратации. При этом в 28-суточном возрасте твердения степень гидратации камня -C2S увеличивается на 25 %, а в 90 суточном возрасте - на 33 %.

Рельеф поверхности камня -C2S разнообразен и состоит из слоев неодинаковых размеров и ориентации. При больших увлечениях камня -C2S с железосодержащей добавкой видны слои, состоящих из сросшихся зерен геля CSH и – и - гидратов C2S. Характерной чертой камня -C2S с добавками и без них является образование агрегатов из первичных частиц гидросиликата СSН. В камне также наблюдались глобулярные скопления частиц геля CSH. Структура этих тоберморитподобных полукристаллических фаз, образуется путем замещения части Si - тетраэдров на группы ОН-. Пластинчатые кристаллы с длиной 0,01-0,02 мкм, оборачиваясь, придавали структуре глобулярный характер, а ближе к центру глобулы плотность скопления дорастала.

Трехкальциевый алюминат, являясь самым активным минералом портландцементного клинкера, мгновенно взаимодействует с водой, выделяя большое количество тепла, что способствует разрыхлению структуры и снижению прочности цементного камня.

Степень гидратации С3А в возрасте I сут составляла 70, через 28 сут – 78, 360 сут – 91 %. При введении модифицирующих добавок степень гидратации С3А несколько снижается. Среди них наибольшими ингибирующими свойствами обладает ОБОФ.

При 20 % содержании ОБОФ степень гидра­тации С3А снижается в суточном возрасте твердения до 22 % и в 28 сут – 12 %. Снижение степени гидратации в начальных сроках твердения положительно влияет на прочностные свойства камня С3А. В 360 сут возрасте твердения прочность камня С3А с добавкой ОБОФ составляет 35 МПа, а прочность С3А без добавки 7,5 МПа. Увеличение количества ОБОФ до 30 % приводит к снижению прочности С3А.

Введение в состав С3А 10-15 % добавки ОКОФ в начальных сроках твердения на его активность существенно не влияет, но в 90 и 360 суточных возрастах прочность камня соответ­ственно возрастает на 11,5-12 и 14,7- 17,7 МПа.

При введении в состав С3А ШЦП интенсивность линий С3АН6 уменьшается. Появляются линии гексагонального С2АН8. В камне C3A с ОКОФ в суточном возрасте твердения кроме гексагональных гидроалюминатов 2-C4AH19 и C4AH13 наблюдаются линии гидрокалюмита - -Cа4Al(OH)14 6H2O (d=0,82; 0,76; 0,40; 0,28; 0,24; 0,16 нм).

При введении в состав C3A ОБОФ, кроме C3AH6, -C4AH19 и C4AH13 образуются также гидрогранаты.

С возрастом твердения на термограммах углубляется эндоэффект при 840°С, обусловленный выделением CО2 из карбоалюминатов кальция.

ИК - спектр негидратированного С3А показывает полосы поглощения при 730, 780, 820, 860 и 880 см-1, что свидетельствует о присутствии в структуре минерала [АlO4] - групп большой степени искажения.

В С3А тетраэдры [АlO4] сильно деформированы, этим объясняется высокая гидратационная активность в начальный период твердения. Полосы поглощения при 890, 860, 820, 780 см-1 обусловлены валентными колебаниями связанных [АlO4] - групп, а полоса при 730 см-1 - валентными колебаниями изолированных [АlO4] – тетраэдров.

При твердении С3А в нормальных условиях в течение в 1080 cyт на ИК-спектре появляется широкая диффузная полоса с максимумом поглощения при 800 см-1, что показывает деформационные колебания AI-ОН- связей. В области валентных колебаний ОН - групп выделяется полоса при 3600 см-1, относящаяся к куби­ческому С3АН6.

В камне С3А с ОБОФ в 1080 сут возрасте намечюется слабые полосы негидратированного минерала в области 700-900 см-1. В составе камня кроме С3АН6 выделяется гидрооксид алюминия в виде гиббсита, о чем свидетельствуют полосы поглощения при 1020, 960, 740 см -1.

Введение в состав С3А - ОКОФ и ОБОФ, снижая деструктивный фактор теплоты гидратации, способствует формированию более плотной структуры камня и тем самым значительно повышает его прочность. Изучение влияние добавок на прочность C4AF показывает, что оптимальные дозировки ШЦП, ОКОФ и ОБОФ составляют соответственно I; 2,5 и 5 % от массы минерала.

С4AF, как и С3А, схватывается очень быстро, выделяя большое количество тепла. На термограммах С4AF с добавками и без них, гидратированных 360 сут в нормальных условиях, появляются три сильных эндоэффекта при 200, 350, 520°С, что соответствует разложению продукта гидратации С3A- С3AН6.

Некоторое смещение эффектов в сторону высоких температур вызвано формированием гидратных фаз типа С4(А,F)Н6 за счет внедрения Fе2О3 в место Al2О3. Эндоэффекты при 800-8300С показывают разложение кальция. На рентгенограммах камня C4AF с добавками и без них появляются линии С4FН6 (d=0,512; 0,444; 0,314; 0,279; 0,230 нм). С увеличением срока твердения интенсивность этих линий возрастает, что сопровождается снижением интенсивности линии 0,265 нм характерной для негидратированного С4AF.

В алюмоферритовой фазе цемента в начальных периодах гидра­тации образуется гидрооксид железа, устойчив при температуре не выше 20C. Переход рентгеноаморфного Fe(ОН)3 в FeООН сопровождается уменьшением объема новообразований. При этом в камне C4AF с добавкой ШЦП появляются усадочные трещины, отрицательно сказывающиеся на его прочностных характеристиках.

Таким образом, минеральные составляющие комплексной добавки совместно с пластификатором значительно повышают скорость гидратации сили­катных минералов C3S и - C2S. Степень гидратации камня C3S через 28 сут твердения составляет 50 %, а с добавкой 15 % ШЦП и 20 % ОБОФ и 30 % ОКОФ соответственно - 54; 58,4 и 52,4 %. Оптимальная дозировка СП «Сикамент-FF-N» для C3S и - C2S соответственно составляет 0,97 % и 0,22 % от массы мономинералов.

Стеклообразный шлак цинкового производства, имея в своем составе оксид железа, подвергается растворению и гидролизу при нормальной температуре. Продукт гидратации C3S - портландит катализирует процесс взаимодействия ШЦП с водой, повышая рН среды. В результате этого частицы добавки покрываются тонкой пленкой гелеобразного гидроксида железа и кремниевой кислоты. Большая удельная поверхность и высокая склеивающая способность геля, предопределяют их цементирующую способность. При оптимальной дозировке шлака цинкового производства (15 % от массы C3S) кроме Са(ОН)2, - гидрата C2S и CSН2 образуется также C2S2Н2.

С введением в состав C3S ОБОФ (до 20 %) интенсивность линий с d = 0,336 нм, характерных для C2S3Н2, заметно увеличивается, что сопровождается уменьшением количества Са(ОН)2. Количество портландита в камне C3S в 28-сут возрасте твердения составляет 23 %, а с 20 % добавкой ОБОФ - 17,3 %. Интенсив­ность линий 0,492 нм, характерная для портландита, наименьшая при вводе ОБОФ. На термограммах камня C3S с ОБОФ в начальных сроках твер­дения (3 и 7 сут) появляется эндоэффект при 460°С, что характерно для аморфного портландита. В аморфном виде находятся 30-56% портландита от их общего количества, что и приводит к ускорению твердения C3S в начальных сроках твердения.

Отходы обогащения Кентауской обогатительной фабрики (ОКОФ) существенно изменяют фазовый состав в продуктах гидратации C3S. На рентгенограммах камня C3S с 20-30% ОКОФ четко выделяются линии - гидрата C2S, CSH (1) и ВSH (I) (d = 0,217; 182; 0,142 нм и ступенчатой дегидратации при эндоэффектах 360 и 420°С). С увеличением сроков твердения количество CSH (I) возрастает, что сопровождается уменьшением количества Ca(ОH)2. Введение ОКОФ (до 30% от массы) не изменяет степень гидратации C3S. Степень гидратации C3S с добавкой ОКОФ через 3 и 7 сут твердения соответст­венно составляет 52,4% и 61,4%. Однако в 28 сут возрасте твер­дения степень гидратации с добавкой, 74,0, а без неё 71,5 %.

Степень гидратации камня - C2S в 28-суточном возрасте – 20,1; с добавкой 2,5 % ШЦП и 5 % ОКОФ соответственно 32,5 % и 25 %. При 5%-ной дозировке ОБОФ скорость гидратации - C2S в начальные сроки твердения повышается более чем в 2 раза.

Минеральные составляющие комплексной добавки увеличивают общее количество продуктов гидра­тации C3S и - C2S, а также снижают их основность. Ново­образованиями в камне C3S с добавками являются гиролит и CSH (I), a y камня - C2S при введении добавок появляется СSН(II). Количество этих низкоосновных гидросиликатов каль­ция растет пропорционально времени твердения и сопровождается уменьшением количества портландита.

Минеральные составляющие комплексной добавки, снижая скорость гидратации C3А, положитель­но влияют на прочностные свойства камня C3А. При 20 % дозировке ОБОФ прочность камня C3А в 28 суточном возраста твердения увеличивается более чем в 4 раза, а с 5 %-ной добавкой ШЦП - на 43 %.

Введение в состав C3А и 10-15 % ОКОФ не изменяет его активность в начальные сроки твердения, но в 90 и 360 сут, прочность камня соответственно возрастает на 11,5-12 и 10,0 - 14,7 МПа.

Установлено, что введение в состав С3А и С4AF минеральных добавок и суперпластификатора «Сикамент-FF-N» соответственно 0,11 % и 0,20 % от массы минерала, снижая деструктивный фактор теплоты гидратации, способствует формирова­нию гидратов более активной морфологической формы и тем самым, упрочняет структуру камня. С введением ШЦП в структуре камня С4AF появляются FeOOH, а с добавлением ОКОФ - образуются комплексные соединения типа 3СаО(Аl2О3,Fe2O3) (Са,Mg)СО3 11H2O. Комплексная добавка ОБОФ + СП «Сикамент-FF-N» повышает энергию связи воды в новообразованиях, тем самым положительно влияет на физико-механические свойства камня С4AF.

Результаты проведенных исследований показали возможность направленного управления процессом гидратации и синтеза прочности цементного камня, путем регулирования минералогического состава цемента и вида комплексных добавок.

4 Оптимизация состава модифицированного многокомпонентного вяжущего и бетонов на их основе

Анализ исследований процессов структурообразования многокомпонентных цементных систем показывает, что активность минеральных добавок характеризуется их способностью как к химическому, так и физико-химическому воздействию на процессы гидратации цемента. Химическая активность исследуемых отходов обогащения и шлака цинкового производства в основном имеет пуццолановую природу.

Получение высокоэффективных вяжущих веществ нового поколения сегодня сопровождается использованием сложных составов компонентов с целью получения высококачественных бетонов разного функционального назначения с улучшенными строительно-эксплуатационными свойствами. В основу создания таких вяжущих положен принцип целенаправленного управления технологией на всех ее этапах: использование активных компонентов, разработка оптимальных составов, применение химических модификаторов и некоторых других приемов.

Исследуемые минеральные добавки повышают нормальную густоту цементного теста и замедляют скорость гидратации вяжущего. Для повышения прочностных свойств многокомпонентного вяжущего в ранние сроки твердения в состав комплексной добавки вводится сульфат натрия в количестве 0,5; 1,0; 1, % от массы комплексной добавки.

Минеральные составляющие модифицирующей добавки (ШЦП, ОКОФ и ОБОФ) измельчали совместно до удельной поверхности 300, 350 и 400 м2/кг. После достижения заданной тонкости помола добавляются химические добавки и суперпластификатор и смесь перемешивается до получения однородной смеси в течение 1-2 мин. В качестве пластифицирующих добавок использованы :

- порошковый cуперпластификатор С – 3 соответствующий требованиям ТУ 6.36.020429.625 – 90 «Пластификатор С – 3. Технические условия»;

- сухой, порошковый суперпластификатор «Cikament-FF-N» соответствующий требованиям АSТМ С-494, тип G.

Оптимизацию состава комплексного модификатора осуществляли с применением метода математического планирования эксперимента. Для этой цели использовали D – оптимальный план второго порядка, позволяющий получить математические зависимости изменения функциональных свойств комплексных добавок и дать их технологическую интерпретацию.

В качестве независимых переменных в эксперименте приняты :

- тонкость помола комплексной добавки (Х2=Sm= 300, 350, 400 м2/кг);

- количество отходов обогащения (Х1= 92, 94, 96 % от массы комплексной добавки );

- количество суперпластификатора (Х3= 2,0; 2,5; 3,0 % от массы комплексной добавки ).

В результате проведения эксперимента получены математические зависимости изменения водопотребности вяжущего (нормальная густота цементного теста НГ), предела прочности при сжатии после пропаривания и нормального твердения от тонкости помола, дозировок минеральной и пластифицирующей добавок (таблица 3).

Оптимальное содержание комплексных модифицирующих добавок устанавливали по влиянию их на активность цемента. Ак­тивность цемента без добавки через 28 сут нормального твердения составляет 41,0 МПа.

Оптимальная дозировка комплексной добавки КМ–3Ш состав­ляет 30 % от массы цемента. При этом прочность многокомпонентного вяжущего в 28-суточном возрасте с комплексной добавкой КМ – 3Ш увеличивается на 11 % и составляет 45,5 МПа. При введении комплексной добавки КМ–3К прочность цемента достигает 48-53 МПа, т.е. на 7-12 МПа выше прочности эталонных об­разцов. Оптимальным содержанием комплексных добавок КМ-3К является 35 %.Оптимальная дозировка комплексной добавки КМ-3Б в составе многокомпонентного вяжущего составляет 35 и 40 %, при этом марочная прочность достигает соответственно 52,5 и 49,5 МПа.

Исследование влияния модифицирующих до­бавок на гидратацию и свойства цемента проводили с оп­тимальными составами (таблица 4).

Исследованы системы «цемент-вода» и «цемент-комплексная модифицирующая добавка-вода» с целью определения влияния добавок КМ–3Ш, и КМ–3К на механизм гидратации цемента.

Таблица 3 – Комплексные модифицирующие добавки

Компонент Состав комплексной добавки, %
КМ –3Ш КМ-3К КМ – 3Б
Суперпластификатор C-3 Na2SO4 Нитрит-нитрат кальция (КНН) ШЦП ОКОФ ОБОФ 2 1 3 94 - - 3 1 2 - 94 - 3 1 3 - - 93

Начальный период гидратации цемента определяет дальнейший процесс твердения и физико-механические свойства цементного камня. В связи с этим исследованы составы жидкой и твердой фаз при В/Ц=10 в ранние сроки твердения. В жидкой фазе суспензии цемента без добавки через 15 мин гидратации наблюдается снижение концентрации Са2+, а через 30 мин – уменьшение до минимума (0,56 г/л). Снижение концентрации Са2+ в жидкой фазе суспензии цемента с карбонат- и железосодержащими добавками наблюдается также через 15 мин с начала гидратации и уменьшение до минимума соответственно через 45 и 60 мин.

Установлено, что снижение концентрации Са2+ с момента затворения вызвано образованием вокруг цементных зерен пленок из мельчайших кристаллов гидросульфоалюминатов кальция, затрудняющих дальнейшее поступление их в жидкую фазу.

При введении в цемент добавки КМ–3К заметно снижаются концентрации щелочных ионов (Na+, K+) в результате хомсорбционного поглощения их с составляющими добавками. Рост концентрации Са2+ (после индукционного периода) в жидкой фазе уменьшает растворимость эттрингита, что соответственно увеличивает его содержание в твердой фазе. Интенсивное поступление ионов кальция в жидкую фазу цемента с добавкой ОКОФ продолжается до 8 ч, что благоприятно действует на ускорение процесса гидролиза силикатных составляющих.

Труднорастворимый сульфат бария, входящий в состав ОКОФ, затормаживает переход в жидкую фазу ионов SО42-, что приводит к медленному образованию гидроалюминатных фаз в начальные сроки. Этим объясняются сравнительно низ­кие начальные сроки гидратации цемента с добавкой ОКОФ.

Добавка ОКОФ дополнительно поставляет ионы Ва2+ в жидкую фазу. Можно предположить, что их появление меняет свойства гидратных фаз, поскольку растворимость гидросиликатов бария ниже, чем гидросиликатов кальция. Сульфат бария, находя­щийся в составе добавки, как «специфический» адсорбент (по ква­лификации А.В. Кисилева) усиливает комплексообразование и способ­ствует увеличению скорости гидратации силикатных минералов.

Таблица 4 – Оптимальные составы многокомпонентных вяжущих веществ

Портландцементный клинкер Комплексная модифицирующая добавка
вид количество, %
70 КМ – 3Ш 30
65 КМ – 3К 35
60 КМ – 3Б 40


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.