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 | 3 || 5 | 6 |

Модифицированные малоклинкерные вяжущие и бетоны с использованием техногенных отходов

-- [ Страница 4 ] --

В жидкой фазе суспензии цемента с добав­кой КМ–3Ш в период интенсивной гидратации (начиная с 15 мин до 8 ч) концентрации Са2+ ниже, чем у контрольного цемента. Показано, что уменьшение количества ионов Са2+ в жидкой фазе при­водит к накоплению избыточного количества ионов ОН-, являющихся активаторами жидкой фазы, т.е. ускорителями гидрата­ции.

По изменению состава жидкой фазы системы «цемент-вода» и «цемент-комплексная модифицирующая добавка-вода» установлены существенные отличия, определяющие темпы и механизм гидратации многокомпонентного вяжущего.

Гидратация цемента с добавкой КМ–3Ш и КМ-3К претерпевает стадии метастабильного состояния системы в ранние сроки твердения, характеризующиеся высокой величиной перенасыщения жидкой фазы по отношению к Са(ОН)2, когда за короткий пе­риод создаются условия для быстрого выделения значительного количества гидратов в твердую фазу, что определяет скорость гидратации и сокращает период структурообразования цементного теста.

Введение в состав цемента 30 % КМ–3Ш и 35 % КМ-3К сокращает период структурообразования цементного теста соответственно на 60 и 30 мин. При этом марочная прочность многокомпонентного вяжущего увеличивается на 15%, а через 3 года на 24-40 %.

В цементном камне с добавкой КМ-3К, кроме характерных гидратов цемента Са(ОН)2, - гидрата C2S и эттрингита, содержатся низкоосновные гидраты - CSH(1), BSH(1) и -гидрат C2S.

Добавка ОБОФ снижает скорость структурообразования цементного теста. С увеличением срока твердения (до 3 лет) благодаря пуццоланическим реакциям количество метастабильного Са(ОН)2 снижается более чем в два раза, при этом увеличивается количество гелеобразной CSH и - гидрата C2S, что сопровождается увеличением прочности цемента с 40 %-ной добавкой КМ–3Б на 25 % по сравнению с контрольным цементом.

Структура цементного камня с добавками за счет тесного переслоения части кристаллов эттрингита, портландита с гелевидными плотными CSH фазами, а также из-за уменьшения коли­чества и размеров кристаллов Са(ОН)2 отличается более однород­ным строением от структуры контрольного цементного камня (рисунок 1), что положительно влияет на прочностные свойства бетона.

а) б) в)

а - образование аморфного портландита (в 90-суточном возрасте твердения); б – микропоры цементного камня уплотняются тонкими листами с фольгой CSН (1) (в 180 сут возрасте твердения) в – срастание портландитовых блоков с гелеобразной CSН

Рисунок 1 – Микроструктура цементного камня с добавкой КМ-3Б, х2000

Одним из наиболее важных факторов, определяющих качество цемента, является его активность и кинетика нарастания её со временем. Экспериментальные данные показывают, что цемент без добавки характеризуется, как правило, более плавным нарастанием прочности во времени с длительным её увеличением. Цемент с добавкой КМ–3Ш характеризуется быстрым нарастанием прочности в началь­ные сроки твердения: прирост начальной (3 сут) и марочной (28 сут) прочности соответственно составляет 12-20 и 10-15 % с последующим сравнительно меньшим его увеличением.

Показано, что железистые соединения снижают химическую стойкость стекол, способствуя ускорению процесса гидролиза стеклофазы шлака цинкового производства. Эффект действия КМ–3Ш объясняется и тем, что в процессе гидролиза связь в структуре стеклофазы разрушается на Si-0 и Fe-0, в результате чего образуются кремниевая кислота и гидраты оксидов железа, которые выпадают в виде гелевидных фаз. Последние образуются также за счет взаимодействия Fe2О3 и Fe2О4, находящихся в кристаллической части шлака, с водой. Продукт гидратация силикатных сос­тавляющих цемента - гидроксид кальция катализирует этот процесс, а также служит в качестве активатора твердения.

В начальные сроки твердения добавка КМ–3Б мало влияет на активность цемента. Однако с течением времени эффект воздействия этих добавок значительно повышается. Через три года прочность цементного камня с добавкой ОБОФ возрастает на 20 % по сравнению с прочностью эталонных образцов.

Цементы с добавками КМ-3К и КМ–3Ш повышают проч­ность бетона на растяжение при изгибе на 1,4-2,4 МПа. Наибольшую прочность на растяжение имеет бетон на основе цемента с добавкой КМ-3К (4,3-5,2 МПа).

Призменная прочность бето­нов М 200 и М 300 соответственно составляет 13,8-16,2 и 20,5-24,0 МПа (размеры образцов - 10x10x40 см).

Коэффициент призменной прочности бетонов Rпр/Rcж составляет 0,65-0,79. Наибольший коэффициент призменной прочности показы­вают бетоны на основе цемента с добавкой КМ-3К – 0,75 и 0,79.

При тепловлажностной обработке бетоны на основе цемента с добавкой ОКОФ показывают наибольшую прочность - 16,5 и 27,0 МПа, соответственно для марок 200 и 300. Бетоны на основе цемента с добавкой ОБОФ после тепловлажностной обработки показывают всего 50-62 % марочной прочности.

Таким образом, бетоны на основе цемента с добавкой КМ-3К отличаются повышенной прочностью на растяжение при изгибе (М 200-4,3; М 300 - 5,2 МПа). Добавка КМ-3Ш повышает скорость гидратации малоклинкерного вяжущего и бетоны на их основе через 3 сут набирают 50-80 % марочной прочности. По прочностным свойствам бетоны на основе модифицированного малоклинкерного вяжущего соответствуют нормативным требованиям.

5 Строительно-технические свойства растворов и бетонов на основе многокомпонентных вяжущих

Основные строительно-технические свойства бетонов на основе портландцемента зависит от его прочности, плотности, количества и характера пор. Стойкость силикатных материалов в агрессивных средах зави­сит так же от морфологии гидратных фаз.

Дифференциально-термические исследование цементного камня в возрасте 28, 1080 и 1800 сут показали, что он состоит в основ­ном из CSH - геля, портландита, -гидрата C2S и эттрингита. С введением в состав цемента добавки КМ-3К появ­ляются линии гидросиликата типа CSH (1) (эндотермический эффект при 840°С с потерей массы и совпадающий с ним экзотер­мический эффект при 865°С). Появление и увеличение CSH (1) сопровождается уменьшением количества Са(ОН)2 (таблица 5). Это показывает, что метастабильный портландит, выделяющийся при гидратации клинкерных минералов, взаимодействует с составляющими добавками и образует устойчивый гидросиликат типа CSH, что благоприятно действует на упрочнение цементного камня.

Таблица 5– Влияние вида добавок на количество Cа(ОН)2 в цементном камне

Добавка, % Количество Cа(ОН)2 %, через сут.
28 1080 1800
Без добавки 16,85 22,22 25,9
КМ-3Ш, 30 15,6 18,5 19,7
КМ-3К, 35 16,4 18,97 20,55
КМ-3Б, 40 14,8 13,2 12,3

В цементном камне с добавкой КМ-3Ш, (30 %) новообразо­ванием является гиролит (эндоэффект при 720-740°С). С увеличе­нием срока твердения в цементном камне с железосодержащей добав­кой КМ-3Ш, наблюдается увеличение количеств CSH - геля и гидросиликата С2S3H2, что сопровождается также связыванием гидроксида кальция.

Наибольшее количество портландита выделяется при гидрата­ции цемента без добавок и через 1080 и 1800 сут твердения его количество в составе цементного камня составляет соответственно 22,2 и 25,9 %. Известно, что связывание гидроксида кальция придает цементному камню сульфато- и водо­стойкость и др.

При введении в состав цемента кварцсодержащей добавки КМ-3Б, ин­тенсивно протекает процесс взаимодействия активного кремнезема добавки с портландитом. Об этом свидетельствует постоянное снижение количества Са(ОН)2 в составе цементного камня. В 1800-суточном возрасте твердения количество это более чем на 1,8 раза меньше чем у цементного камня без добавки. Этот процесс занимает от трех суток до пяти лет и более в зависимости от локально­го значения общей щелочности цементного камня в области расположения минеральных составляющей комплексной добавки. С увеличением срока твердения (до 1800 сут), благодаря пуццоланическим реакциям, увеличивается количест­во стабильных гидратов типа СSН -гель и - гидрат С2S.

Определенное изменение субмикроскопической структуры показывают логарифмические кривые РМУ цементного камня нормального твердения разного возраста. Незначительный рост микропористости является следствием пуццолановых реакций. Улучшение субмикроскопической структуры наблюдается с незначительным ростом размера эффективного радиуса микропор от 10,5 до 10,8 нм, что возможно связано с заполнением крупных пор (бо­лее 100 нм) новообразованиями – гидросиликатами кальция.

Исследовано влияние видов добавок на микропористую структуру вяжущего от возрас­та твердения и показано, что после первых трех суток нормального твердения вяжущее с добавкой КМ-3Ш имеет более однородную субмикроскопическую структуру с максимальной микропористостью. При дальней­шем твердении такая структурная особенность не сохраняется и при 28-суточном возрасте твердения наибольшая микропористость наблю­дается в вяжущем с добавкой КМ-3Б. Минимальное значе­ние микропористости (более плотный) наблюдается в вяжущем с добавкой КМ-3Ш при 28-суточном твердении.

Зависимости расчетных значений максимального, минимального и эффективного радиусов микропор от времени твердения и видов добавок показывает, что минимальный разброс значения радиусов микропор (Rmax Rmin) наблюдается в цементном камне с 20 %-ной КМ-3Ш при 28-суточном возрасте твердения.

Установлено, что независимо от изменения значе­ний максимальных и минимальных радиусов пор при различных добав­ках, эффективный радиус пор к 28-суткам твердения приближается к значению 10,7-11,0 нм, что близко к размеру неоднородности специально синтезированных гидросиликатов кальция.

Критерием сульфатостойкости служит коэффициент сульфатостойкости, определяемый отношением прочности при сжатии образ­цов, подверженных сульфатным воздействиям к прочности контроль­ных образцов. По результатам 12 месячного испытания видно, что добавки заметно увеличивают сульфатостойкость образцов, коэффициент стойкости их во всех отрезках времени выше, чем у контрольных.

Среди цементов с добавками сравнительно наибольшей степени разрушения подвержены образцы, изготовленные с добавкой КМ-3К. Рентгенографические исследования цементного камня с добавкой КМ-3К показали, что в образцах, подвергавшихся сульфатному воздействию через 6 мес появляется эттрингит (d=0,973; 0,561; 0,277; 0,256; 0,221 нм). С увеличением сро­ка действия сульфатной агрессии количество эттрингита заметно увеличивается. Об этом свидетельствует возрастание интенсивнос­ти аналитической линии d = 0,973 нм. В результате появляются внутренние напряжения, вызывающие трещины и разрушение цементного камня.

Прирост прочности бетона в воде при длительном хранении связан с образованием новых цементирующих веществ, то есть, с возникновением и действием эффекта Раско. Несмотря на это, коэффициент сульфатостойкости бетонов на основе вяжущих с добавками КМ-3Б и КМ-3К 360 сут составляет 0,79 и 0,84.

Критерием стойкости образцов в атмосфере является коэффициент атмосферостойкости цементного камня, выраженный отношением предела прочности испытанных после соответствующих сроков хранения образцов в атмосфере к прочности контрольных (твердевших в нор­мальных условиях при 90 % влажности) образцов.

К числу факторов атмосферного происхождения относятся попе­ременное увлажнение и высушивание, воздействие СО2 и измене­ние температуры. В 180 - суточном возрасте наблюдается повышение прочности образцов по сравнению с 90-суточным. При этом предел прочности растворных образцов с добавками больше, чем у контроль­ных на 9,3-12,5 МПа. Повышение прочности в этом возрасте, по-ви­димому, объясняется воздействием сначала дождливого весеннего, а затем сухого и жаркого летнего климата (образцы поставлены на испытание в начале апреля месяца). В весенний период образцы за счет дождя насыщаются влагой, что благоприятствует гидрата­ции негидратированных минералов. Это подтверждается тем, что на рентгенограммах всех образцов в возрасте 90 сут присутствуют линии негидратированных минералов клинкера, интенсивность этих линий уменьшается пропорционально возрасту твердения.

Исследована морозостойкость бетонов и растворов состава 1:3,5 (вяжущее: песок). Коэффициент стойкости образцов характери­зовался числом циклов, при котором потеря прочности составляет не более 25 %, а массы - не менее 5 %.

Результаты исследований показали, что пос­ле 50 циклов замораживания и оттаивания коэффициент стойкости образцов почти одинаков. Через 100 циклов прочность контрольных образцов (без добавок) имеет тенденцию к снижению. При этом коэффициент стойкости снижается на 17%, а потеря массы состав­ляет 2%. Коэффициент стойкости образцов с добавкой снижается на 5-8%. После 150 циклов замораживания и оттаивания коэффициент стойкости растворных образцов с добавками составляет 0,78-0,9. При этом сравнительно низкий коэффициент стойкости у образцов с добавкой КМ-3К. Известно, что микротвердость контакта портландцемента с карбонатными породами ниже или же со временем несколько понижается в сравнении с микротвердостью контакта портландцемента с кварцевым наполнителем. Это обстоятельство проявляется при попеременном замораживании и оттаивания, так как проникая в нарушаемую зону контакта, вода при замерзании увеличивается в объеме, и по-видимому, наиболее интенсивно разрушает структуру цементного камня.

Коэффициент морозостойкости бетона М 300 на основе вяжущих с добавками КМ-3Б и КМ-3Ш через 200 циклов составляет соответственно 0,85 и 0,90, а бетона на основе цемента без добавки – 0,80. Потеря массы бетонных образцов через 200 циклов составляет 1-1,5 %.

Таким образом, наибольшей сульфато- и морозостойкостью обладают мате­риалы на основе вяжущих с добавкой КМ-3Ш. Это объяс­няется их однородной микропористой структурой с наименьшим разбросом значений радиусов микропор. Модифицирующее действие комплексных добавок на микроструктуру цементного камня растет в зависимости от вида минеральных составляющих карбонат кварц железосодержащий или КМ-3К КМ-3Б КМ-3Ш и в такой же последовательности увеличивается долговечность бетонов и растворов на их основе.

6 Особенности технологии и процессов твердения бетонов на основе малоклинкерных вяжущих в различных условиях твердения

В целях ускорения твердения бетона на основе модифицированных малоклинкерных вяжущих применяется тепловлажностная обработка изделий. Исследовано влияние основных параметров тепловлажностной обработки изделий на их прочность: температуры прогрева, температуры изотермической выдержки и продолжительности изотермической выдержки.

Наибольшая прочность бетона на основе модифицированных многокомпонентных вяжущих с добавкой КМ-3К достигается при температуре изотермического прогрева – 90 оС и составила 27,5 МПа, при 70 оС прочность 24,5 МПа, а при 60 оС – 21,5 МПа, т.е. набирает более 70 % марочной прочности. При температуре тепловлажностной обработки выше 90 оС набор прочности практически не наблюдается. Оптимальной температурой тепловлажностной обработки бетона исследуемых составов является температура 80 оС.

Продолжительность изотермической выдержки изделий на исследуемом бетоне также оказывает влияние на его прочность при сжатии. Наибольшая прочность бетона достигается при 80 оС и изотермической выдержке при данной температуре – 9 ч. Прочность бетонов на основе модифицированных многокомпонентных вяжущих при этом составила 23,5-25,0 МПа. При той же температуре и 6-и часовой выдержке прочность бетона с добавкой КМ-3К составляла - 21,0 МПа или 70 % проектной прочности, а для бетонов с добавками КМ–3Ш и КМ-3Б оптимальными является соответственно 7 и 8 часовые выдержки изотермического прогрева.

Наряду с тепловлажностным способом термообработки бетонов на основе многокомпонентного вяжущего была проведена гелиотермообработка изделий. Известные и широко применяемые способы гелиотермообработки бетона осуществляются с использованием покрытий и с применением светопрозрачных теплоизолирующих покрытий (СВИТАП), хорошо зарекомендовавших себя при высокой плотности солнечной радиации. Безобогревное твердение изделий с использованием внутреннего тепловыделения гидратирующегося цемента, широко распространенное за рубежом, пока у нас почти не применяется. Альтернативным решением задачи интенсификации твердения бетона является энергосберегающая технология использования солнечной энергии с применением гелиотермообработки, особенно актуальная для многих регионов Казахстана с сухим и жарким климатом.

При рассмотрении особенностей технологии бетона в условиях сухого жаркого климата необходимо выделить два аспекта: выбор материалов и способов бетонирования, определяющих физико-механические свойства бетона и долговечность сооружений. Основные требования к цементам, применяемым в бетонах в условиях сухого жаркого климата, сводятся к следующим:

  • цемент должен быть высокомарочным (марка не ниже 400), быстротвердеющим;
  • нормальная густота цементного теста не должна превышать 27 %;
  • начало схватывания должно наступать не ранее 1,5 ч от начала затворения.

Модифицированные малоклинкерные вяжущие с использованием отходов цветной металлургии удовлетворяют вышеприведенным требованиям. Примененные в них химические добавки не замедляют, как обычно, а ускоряют их темпы твердения, не повышают нормальную густоту теста вяжущего.

Исследованы влияния уровня влагопотерь свежеформованной бетонной смеси и повторного вибрирования на прочность бетона. В экспериментах приняты следующие условия твердения и уплотнения:

- нормальные воздушно-влажностные условия (Вв) – температура 20 ±2 °С, относительная влажность более 90 %;

- воздушно-сухие условия (Вс) – температура 30±5 °С, относительная влажность 50±10 %;

- предварительный обдув сформованных изделий в течение 1 и 2 ч горячим воздухом (ПОГВ);

Уплотнение бетонной смеси проводится двумя способами:

а) однократное вибрирование в течение 30 с;

б) трехкратное вибрирование по 30 с интервалами 20 мин.

Анализ полученных данных показывает, что прочность бетонов твердевших в воздушно-сухих условиях, характерных для сухого жаркого климата, при однократном вибрировании составляет 63-68 %. Предварительный обдув изделий горячим воздухом в течение 1 и 2 ч существенного результата не дает. Снижение прочности бетона, твердевшего в воздушно-сухих условиях, объясняется протеканием физических деструктивных процессов, определяющее место среди которых занимает пластическая усадка. В нормальных условиях твердения деформация бетона безопасна, но с повышением температуры среды и снижением ее влажности негативное действие деформации возрастает.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.