автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Интенсификация твердения цемента действием добавок с окислительными свойствами и электролитов с многозарядными катионами

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им.С.М.КИРОВА

На правах рукописи УДК 666.97.035

Мадзаева Ольга Султановна

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТА ДЕЙСТВИЕМ ДОБАВОК С ОКИСЛИТЕЛЬНЫМИ ' СВОЙСТВАМИ И ЭЛЕКТРОЛИТОВ С МНОГОЗАРВДНЫМИ КАТИОНАМИ

05.17.11 - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Свердловск 1991

О Ч /

" /' с

Работа выполнена в Новосибирском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте им.В.В.Куйбышева

Научный руководитель - доктор технических наук,профессор

Бердов Г;И. '

Официальные оппоненты - доктор технических наук,профессор

Цимермашс Л.-Х.Б.

доктор технических наук,профессор 'Верещагин В.И.

Ведущая организация - Новгородское проектно-строительное

объединение крупнопанельного домостроения

Защита состоится 10 июня 1991 г. в 15.00 ч в аудитории Х-420 на заседании специализированного Совета К-063.14.06 в Уральском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте имени С.М.Кирова /620002, Свердловск, К-2, УПИ им.С.М.Кпрова/,

Автореферат разослан ^ мая 1991 года.

УчажЛ; секретарь

специализированного Совета

г- г, «п „ п- Михайлова H.A.

доцент, кандидат технических наук '

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для повышения эффективности производства удельный расход цемента в строительстве в ближайшие годы предполагается снизить на 8...10% за счет его рационального использования. Необходимость более эффективного использования цемента обусловлена рядом причин: его дефицитностью; относительно высокой стоимостью; необходимостью улучшения свойств бетона /водонепроницаемости, морозостойкости и др./.

Одним из часто реализуемых способов повышения эффективности использования цемента при изготовлении бетона и железобетона является применение химических добавок. Однако, несмотря на большое количество добавок, рекомендуемых для интенсификации твердения бетона, отсутствуют четкие представления о физико-химической природе и механизме их действия. Рекомендации п& использованию добавок не всегда достаточно обоснованы. Введение добавок приводит иногда к нежелательным эффектам, таким как коррозия арматуры, уменьшение прочности при твердении. Ряд добавок является вредно действуощими на организм человека .

. Цельо данной работы являлась разработка рекомендаций по интенсификации твердения цемента путем введения химических добавок.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи:

- исследование.взаимодействия клинкерных минералов' и портландцемента с водными растворами электролитов, имеющих различный зарвд катионов и анионор;

- изучение действия электролитов с различными зарядами катионов и анионов на формирование прочности цементного камня;

- исследование влияния химических соединений, Ъбладающих окислительными свойствами /лероксид водорода; хлорат, перман-ганат, бмхромаг каяив/ на формирование прочности цементного камня;

- выбор оптимальных добавок из числа отмеченных выше и их сочетаний для ускорения твердения цемента и бетона при нормальных условиях и теплодлажностной обработке.

Научная новизна:

- установлено повышенное содержание ионов Са» в растворах электролитов с многозарядными катионами после взаимодействия с клинкерными минералами и цементом по сравнению с действием воды и электролитов с однозарядными катионами;

- установлены значительные изменения структуры клинкерных минералов при взаимодействии с растворами солей, содержащих многозарядные катионы;

- показано интенсифицирующее'действие веществ, обладающих .окислительными свойствами: пероксида водорода, хлората калия на гвдратационное твердение цемента;

- предложен метод прогнозирования активности цемента, заключающийся.в .определении изменения свойств цементного теста при охлаждении и установлении корреляционной связи с активностью цемента.

Практическое значение работы состоит в следующем:

- предложены химические добавки, обеспечивающие ускорение твердения цемента- при естественных условиях и тепловлаж-ностнок обработке; на использование в качестве добавки хлората калия получено полсГяительное решение от 24.10.90 г. о выдаче авторского свидетельства на изобретение до заявке

№ 4725526/33/102328;

- на производственных составах бетона класса прочности на сжатие £15 йбдтвервдено ускорение твердения при введении предложенных добавок;

- показано^^го рекомендуемые добавки не вызывают ухудшения свойств бетона /водонепроницаемости, морозостойкости, коррозионной стойкости арматуры/. Более высокие значения прочности бетона сохраняются и в последующие сроки твердения;

- разработана методика определения активности цемента, позволяющая проводить/испытания за 20...30 минут и не требующая наличия сложного специального оборудования. Новизна мето-дики-.подтверждена выдачей авторского свидетельства на изобретение /а.с. )г 1406479/.

- Реализация в промышленности. Предложенные добавки опробованы в производственных условиях в объединении Сибакадем-строй г.Новосибирска,, в проектно-строительном объединении крупнопанельного домостроения г.Новгорода, на. заводе ЖБИг1-

г.Краснодара.

На защиту выносятся:

- результаты исследования взаимодействия клинкерных минералов с водными растворами электролитов, имеющих различные по заряду катионы;

- экспериментальные данные о влиянии зарядов катионов

и анионов электролитов, вводимых в качестве добавок, на сроки начала и конца схватывания цементного теста и прочность цементного камня;

- результаты исследования действия добавок, обладающих окислительными свойствами, на гидратационное твердение цемента;

- состав добавки, обеспечивавшей ускорение твердения бетона при естественном твердении и" тепловлажностной обработке;

- метод прогнозирования активности цемента с использованием охлаждения цементного теста и корреляционной связи его свойств с прочностью образцов.

. Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на объединенной научной сессии Совета по химии твердого тела и Сибирской секции по термическому анализу АН СССР /Новосибирск, 1984/; Четвертом Всесоюзном Совещании по химии твердого тела АН СССР /Свердловск, 1985/; научно-технической конференции по химии и химической технологии /Тюмень, 1985/; Второй Дальневосточной школе АН СССР по физике и химии твердого тела /Благовещенск, 1988/; Всесоюзном научно-техническом совещании "Керамика-90"/Москва, 1990/; 42-ой, 43-ей,44-ой, 45-ой научно-технических конференциях Новосибирского инженерно-строительного института /Новосибирск, 1985, 1986,1987,1988/; 28-ой, 29-ой, 30-ой областных научно-технических конференциях НТО им.А.С.Попова /Новосибирск, 1985, 1986, 1987/.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано: статей -5; тезисов докладов Всесоюзных конференций -4. Получено авторское свидетельство на изобретение.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, йыводов и приложений; общий объем 257 страниц , в том числе 180 страниц машинописного текста; она вклю- . чает 55 таблиц, 25 рисунков, список литературы из 148 наимено-

ваний и 59 страниц приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЙ РАБОТА

В главе 1 рассмотрены литературные данные о гидратацион-ном твердении цемента, факторах, определяющих этот процесс, способах его регулирования.

Представления о физико-химических процессах, протекающих лри гидратационном твердении вяжущих веществ развиты в многочисленных работах, выполненных советскими и зарубежными исследователями: Ребиндером ILA., Буцниковым П.П., Волженским A.B., Лчедловым-Петросяном 0.11., Цимерманисом Ji.-Х.Б., Сычевым Ы.М., Рамачандраном B.C., Кондо Р., Даймоном М. и другими. Вместе с тем, до сих пор отсутствуют общепризнанные представления о механизме гидратационного твердения. Потенциальные возможности такого вяжущего вещества как цемент используются не в полной мере.

Гидрагационное твердение вяжущих веществ включает две группы процессов, различающихся по своей природе: гидратооб-разование /химическое взаимодействие вяжущего вещества с водой, приводящее к образованию новых веществ-гидратов/ и струк-турообразование /формирование прочной структуры твердейшего вяжущего вещества/.

;Леэду цементом и водой происходят физико-химические взаимодействия, приводящие в конечном счете к формированию прочного цементного камня. С точки зрения интенсификации твердения цемента большой интерес представляют начальные стадии этого взаимодействия.

На протекание процесса пэдратационного твердения большое влияние оказывают состав и структура цемента, условия его взаимодействия с водой.

Механизм реакций, протекающих при гидратации цемента, их промежуточные стадии во многих случаях остаются неизвестными. Ускорение взаимодействия цемента с водой может быть достигнуто на определенных стадиях за счет регулирования состава жидкой фазы, интенсивности взаимодействия твердых частиц с водой. Для регулирования процесса гидратации цемента широко используется введение в воду затворения добавок электролитов.

Добавки, обладающие окислительными свойствами /хромат и бихромат калия/, ускоряют твердение цемента. В соответствии с представлениями, развиваемыми М.М.Сычевым и его сотрудниками, это связано с воздействием таких добавок на протекание электронных процессов на границе "твердое тело-жидкость".

На основании анализа литературных данных в главе 2 сформулированы задачи исследования, приведена структурно-ме-тодаческая схема и описаны методы исследования.

Б работе исследовалось действие растворов электролитов на чистые клинкерные минералы: ЪСьО.&Ог /0^5/^-2(^0.9x02.

/£-С22 /;ЗСаСШ203 / С^А /; 4С&О.А1105.^СаАР /,

полученные с Подольского завода НИИЦемента. Определялось изменение рН растворов, содержание в них ионов С&2'+ , изменение структуры минералов. Аналогичное исследование проведено и на портландцементе. В этом случае изучалось также действие электролитов с различными зарядами катионов и анионов и веществ, обладающих окислительными свойствами, на свойства цементного теста: нормаяьнуо густоту, сроки схватывания; прочность образцов при естественном твердении и тепловлажностной обработке.

В работе был использован портландцемент Чернореченского завода /г.Мскитим/ марки 400, имевший химический состав /7о глас./: £Ю2- 22,9;Д12.0з - 6,9; Те^О^ 3,4; СаО - 60,1 Г СаО своб>- 0,5; - 2,7; - 2,8; п.п.п. - 1,5. и

содержащий следующее количество основных минералов /% мае./:

- 61; р-С2$- 14; С&Д - Э;С4ДР - 12.

При изучении взаимодействия клинкерных минералов и цемента с водными растворами солей, кислот, оснований и при изготовлении из цемента образцов для определения прочности использовалась дистиллированная вода. Все соединения /соли,кислоты, основания/, применявшиеся для изучения этих взаимодействий, представляли собой чистые химические реактивы.»Рентге-нофазовый анализ клинкерных минералов, цемента в исходном состоянии и после взаимодействия с исследуемыми растворами проведен на установке ДР0Н-3.Термический анализ выполнен на деривагографе марки МЮД-102-568/0 при скорости нагрева 10°С/мин.

При определении активности цемента наряду с общепринятой методикой использован предложенный в работе способ, основанный на охлаждении цементного теста и установлении корреляционной связи его свойств с прочностью цементного камня. На этот метод получено авторское свидетельство на изобретение М406479.

В третьей главе приведены результаты исследования взаимодействия с водой и растворами солей чистых клинкерных минералов: , , С4ЛР . В качестве солей взяты хлориды, хорошо растворимые в воде. Заряд катиона при этом составлял 1 /Ла+. /из /А15+, Ре51, Сг5+/. Использованы растворы различной молярносги от 0,01 до 0,1. Для сравнения исследовалось действие воды, соляной кислоты и гидроксида натрия, ¿эксперименты проводились при температуре раствора 20 и 100°С, В/Т=50. Оценивалось изменение рН растворов в результате взаимодействия с клинкерными минералами, содержание ионов в" растворе, изменение структуры минералов.

Результаты взаимодействия с растворами солей силикатных и алюминатных фаз существенно различаются. Данные по двух-кальциевому силикату приведены в таблице 1.

Таблица 1

Изменение рН растворов и содержание в них ионов С<£

в результате взаимодействия с р-С^

Ооеднне- Концент-те, на- рация ходящее- раствора,

растворе

2.-Н

рН раствора

исход- после взаииодеиствия с ного минералом в течение

5 минут 60 минут

при 20 С

при 100иС

Содержание в растворе ионов

С&2+> мг-экв/г

_ _ 6,0 11,6 11,5 0,18

НС I 0,01 3,1 11,5 11,5 0,28

^аОК 0,1 1,1' 9,8 9,1 0,65

0,01 12,2 12,0 12,0 0,00

0,1 12,8 12,6 12,4 0,03

0,1 6,0 11,7 11,3" 0,30

А1С13 0,1 3,2 4,1 7,0 9,50

РеС1г 0,1 1,8 2,9 7,7 8,00

СгС13 0,1 2,7 5,2 ' 8,2 10,00

В щелочной среде /растворы Jf&OH / коны Ca в растворе практически не регистрируются. При взаимодействии с раствором HCl с увеличением концентрации от 0,01 до 0,1М количество ионов Са,2+ в растворе повышается. Содержание ионов в растворах солей с трехзарядными катионами /А\С1$ , FeClyCrCIs / существенно больше, чем в растворах HCl с тем же значением pH или той же молярности. Это может быть связано с протеканием гетеровалентного ионного обмена между клинкерными минералами и растворами солей : 5Ca,2_tp+2AI.

Взаимодействие с растворами солей алюминия, железа,хрома приводит к глубокому изменению структуры силикатных фаз / Cj$ и p-CzS / /рис.1/. Эти данные аналогичны полученным ранее при исследовании ортосиликата магния, для которого установлено протекание ионного обмена при взаимодействии с растворами солей хрома и алюминия.

Как и в случае силикатных фаз, наиболее высокое содержание ионов Са2+ в жидкой фазе наблюдается при взаимодействии алшинатных минералов с растворами. солей, -имеющих грехзаряд-кые катионы. Однако результаты рентгенофазового анализа /рис.2/ показывают сохранение рефлексов CjA при взаимодействии с раствораш AiCIj , I6CI3 , CvCl? в отличие от действия воды и раствора HCl в тех же условиях.

Установленные особенности взаимодействия клинкерных минералов с водными раствораш солей могут играть существенную роль при гидратационном твердении цемента. Изменение структуры силикатных фаз при действии растворов солей с многозаряд-нши катионами, возможное ионообменное взаимодействие могут способствовать интенсификации твердения портландцемента.

В главе 4 приведены результаты исследования взаимодействия портландцемента с водой, раствораш.солей, кислот, щелочей /В/Т=50/ /табл. 2/. ^

Содержание ионов Ca в растворе после кипячения,навески цемента значительно выше, чем в случае клинкерных минералов. Такое различие может быть объяснено тем, что синтезированные клинкерные минералы отличаются более совершенной структурой, . чем реальные минералы цемента. Вместе с тем,, качественная картина, установленная при исследовании взаимодействия как клинкерных минералов, так и портландцемента с раствораш раз-

50 <5 40 35 ' 30 2е(С„К 1

« И »

26(С«К )

Рис.1 Рентгенограммы образцов в исходном состоянии/1/ и после 40 минут взаимодействия при 20°С с водой /2/ и 0,Ш растворами НС1 /3/ и СгС13/4/

Рис.2 - Рентгенограммы образцов С^Д в исходном состоянии/1/ и после 40 минут взаимодействия при 20°С с водой/2/ и 0,Ш растворами НС1 /3/ и ОС15/4/

/ Э - в град., менсплоскостные расстояния в Ю-^® м /

личных солей, зависимость результатов взаимодействия от заряда катиона сохраняется. При взаимодействии цемента с водными растворами солей, имеющих заряд катиона равный 3, наблюдается повышенное содержание ионов Са»2""1" в растворе. Эти явления могут быть связаны с протеканием гетеровалентного обмена ионов Са2* из цемента на трехзарядные катионы из раствора.

Таблица 2

Изменение рН растворов солей и содержание в них ионов при взаимодействии с портландцементом

Соедине- Концент-

ние, на- рация -

ходящее- раствора, исходен В „гчгъ/п ЕОГО

растворе моль/л

рН

раствора

после взаимодействия с цементом в течение

5 минут

60 минут

при 20 С при 100иС

Содержание ионов

С а,2+ в растворе. ,

мг-экв/г

- - 6,0 12,3 12,1 1,80

НС1 0,05 1.5 10,5 10,8 2,30

ОД 1Д 4,3 - 4,80

ХаОН 0,05 12,8 12,7 12,7 ■ 0,00

ОД 13,0 12,8 12,8 0,00

ШЛ од 7,4 12,3 - 1,86

А1С1з ОД 2,0 4Д 6,2 11,00

РеС13 ОД 0,8 2,5 6,3 15,00

В случае взаимодействия портландцемента с растворами солей щелочных металлов содержание ионов в растворе таково же, как в дистиллированной воде.

При введении в цементное тесто добавок электролитов определенную роль может играть заряд как катиона, так и аниона /табл.3/.

При увеличении заряда катиона от 1 до 3 и количества вводимой в раствор соли уменьшаются сроки начала схватывания цементного теста. Прочность цементных образцов после твердения в течение 1 и 3 суток при нормальных условиях повышается при увеличении заряда катиона и концентрации раствора. При увеличении заряда аниона соли возрастают сроки начала схватывания, а прочность в возрасте 1 суток уменьшается. К 28 суткам зна-

чения прочности выравниваются с контрольными.

Таблица 3

Влияние солей с различными зарядами катионов и анионов на свойства цементного теста и прочность цементного камня

Вещество, Конценг- 1 Свойства . Прочность'при сжатии, находяще- рация цементного теста МПа, петеле нормаль-еся в раствора, нормаль- 'сроки ного твердения в растворе МОль/л ная схватывания, течение

' тпгрфпта МИН

% начало конец 1 7 28

сут сут сут

- 28 138 252 16,7 45,6 43,3

0,01 28 144 300 14,1 41,1- 56*4

0,1 28 150 258 ,18,4 38,5 45,9

0,5 28 138 258 25,1 43,7 49,7

0,01 28 175 295 14,0 46,0 51,0

ОД 28 145 255- 20,0 37,0 42,0

0,5 34 175 244 14,1 34,0 -

0,01 28 65 260 16,0 47,0 66,1

0,1 28 140 285 14,7 46,0 74,6

0,5 29 165 315 13,0 32,0 48,8

0,01 30 150 360 17,6 39,8 36,2

од 29 125 265 23,0 57,3 57,1

0,5 29 . 60 105 35,0 54,4 57,1

0,01 28 130 ' 265 17,5 42,8 46,7

0,1 29 24 228 22,2 36,9 44,5

0,5 30 12 215 23,0 60,7 74,5

КС1

К2504

МРе(С)^]

СаС12

СгС15

С целью интенсификации твердения цемента в данной работе использованы соединения, об.иадашие окислительны?® свойствами: хлорат, перманганат калия /табл.4/.

В результате дифференциального термического и термогравиметрического анализа образцов цемента, гидратировавзихся в течение суток,.установлено солызее количество присоединенной цементом воды в случае введения добавки КОЮ^ и особенно КСЮз совместно с ДиС^О^ЛбН^ . Это свидетельствует о более глубокой гидратации цемента при использовании' предложенных добавок.

Таблица 4

Влияние К/МТ1О4 и КСЮ3 на сроки схватывания цементного теста и прочность цементного камня

Вещество, Концент-

находяще- рация:

еся в раствора, Растворе моль/л

КСЮ5 0,025 0,05 ОД

КЛШ04 0.025 0,05 ОД

Сроки схватывания,

мин

начало ' конец

90 252

120 ■ 290

100 285

60 252

205 350

110 260

70 265

Прочность при сжатии, Ша,после нормального твердения в течение

3 28 сут . су.Г ' ;• ■ сут

12.0 32,0 53,0 14,5 43,3 74,0 16,8 43,7 62,4

19.1 51,3 53,1 19,3. 45,6 51,6 20,0 42,8. 67,0 16,8 .38,8 60,7

Исследовано влияние добавок КСЮ3 и /^(ЗО^ЛЕ^О на гидратацио клинкерных минералов в концентрированных суспензиях. Из различных минералов изготавливали пасту/'тесто/ примерно одинаковой консистенции. Водотвердое отношение для отдельных минералов составило: С^ - 6,41; ~ 0,43; С$А - 0,40; С^А"? - 0,26,

Рентгенофазовый анализ продуктов гидратации показал, что введение 1,0% КС1О3 . или 1,0% Л^^^ЛВК^О существенно влияет на процесс ."гидратации и состав образующихся гидратов. После гидратации при лормалышх условиях в течение'1 суток образцов С^Б интенсивность пиков исходного минерала является наименьшей в случае введения Л^О^ЛЗН ¿0 . У образцов подвергнутых ■тепловлаясностнрй обработке, интенсивность рефлексов наибольшая при отсутствии добавок, значительно меньше при введении КСЮз и еще меньше при добавлении

И[^04)3Л8Н2.0 .

Гидратация А при нормальных условиях несколько ускоряется при введении Д^&О^ЛВН^О и заметно замедляется при добавлении КСЮ^ • В случае дз тешговлажностной об-

работки введение КСЮ3 ускоряет гидратацию С5А , что. проявляется в уменьшении интенсивности рефлексов исходного минерала и увеличении ее у новообразований. Введение же

способствует сохранению большей интенсивности рефлексов С3А . В составе продуктов гидратации в этом случае преобладает С4АН15 , количество С^АН6 мало.

Введение КСЮз .приводит к замедлению гидратации С4АР при нормальных условиях, а добавлениеАуЗД^ЛвНдО -к ее ускорению. В случае тешговлаяностной обработки введение КСЮз мало влияет на гидратацию С^АБ , добавле-

ние/Ц^О^^ДЗН^О ускоряет ее, хотя и в меньшей степени, чем при нормальных условиях.

Исследование прочности образцов, приготовленных из клинкерных минералов, показало, что добавка 1,055 КСЮ^ при твердении в течение 1...7 суток в наибольшей мере способствует повышению прочности образцов С^АР. . Добавка 1,0%

приводит к повышению прочности образцов из С3А и С4ДР . В случае положительное действие КСЮ^

проявляется при длительном твердении.

Интенсифицирующее действие исследованных добавок на процесс твердения было проверено на бетоне класса прочности на окатив £15. Результаты опробования приведены в главе 5. Оцениваюсь влияние добавок на свойства бетонной смеси и прочность бетона. Расход материалов на бетона составлял /кг/: портландцемент Чернореченский М400 - 320; песок/намыв р.Обь/-660; щебень известняковый /фракции 5-20 мм / - 1212.

Поскольку вводимые добавки оказывают влияние на подвик-ность бетонной смеси, оштн проводились как на равноподвиж-ннх смесях, так и при одшаковом количестве воды затворенкя. й,уш опробованы добавки КСЮз «А^рО^. 1ВН2^ > вводимые порознь и совместно.

При введении 0,5...1,5$ КСТО5 подвижность бетонной смеси несколько увеличивается. Прочность образцов бетона во всех случаях вшав контрольных значений.

При введении в качестве добавки ^[2(504)3.18Н2О смесь становится яеогте. Прочность образцов бетона с добавкой выше, чем у контрольного состава.

Яри изготовлении бьтока широко аслользузузя лластлфикато-

ры, введение которых позволяет повысить подвижность бетонной смеси. Одним из них является ЛСТМ-2. Однако его повышенные дозировки могут приводить к замедлению твердения бетона в ранние сроки.

Для оценки совместного влияния этих добавок и выбора оптимального их количества проведен полный факторный экспери-

о

мент типа 2 . В качестве нулевых уровней приняты следующие количества добавок /% от массы цемента/: КСЮ^ /Х^/. - 1,0;

18Н20 /Х2/ - 1,0; ЛСТМ-2 Д3/ - 0,1. Интервал варьирования составил для КСЮ5 и

для ЛСТМ-2 - 0,05$. Значения прочности определялись после 1, 7 и 28 суток твердения в естественных условиях и после тепло-влажностной обработки.

Математическая модель, описывающая влияние добавок, определялась в виде функции:

у = в0 + в1х1 + + ВдХз + в12х1х2 + в13х1х3 + + 323X3X3 + в123х1х2х3 .

С учетом значимости коэффициентов математические модели прочности при нормальном твердении в кодированных переменных имев? вид:

К 1 = 8,77 + 2,52Х1 + 1,64Х2 + 4,8X3 - 1,64X^2 ;

й ? = 26,58 + 1,4Х1;

И 28 = 37,85 .

С целью выбора оптимальных условий изготовления бетона проверено влияние ряда технологических факторов при введении добавок: температуры раствора, продолжительности хранения растворов перед использованием,' последовательности введения химических добавок в бетонную смесь при их совместном применении .

Проведенные опыты показывают, что с точки зрения увеличения прочности' бетона целесообразно использовать растворы с температурой около 20°С.

При совместном использовании добавок, как показали эксперименты/вначале целесообразно вводить соединения, обладаю-

цие окислительными свойствами /в рассматриваемом случае КС! С?5 /, а затем соли, содеряащив многозарядный катион. Введение в качестве первой добавки сульфата алшиния приводит к увеличению водопотребноетв бетонной смеси. При этом прочность бетона оказывается меньше как в суточном возрасте, так и после 7, 28 суток твердения..

Предложенные добавки опробованы в условиях серийного производства в объединении Сибакадемстрой /г.Новосибирск/; Новгородском проектно-строительном объединении крупнопанельного, домостроения, на заводе ЖШ-1 г.Краснодара. Полученные результаты показывают, что введение добавки KCIOj в количестве 1,0...1,5^ от массы цемента совместно с 0,10...О,1Ь% ЛСТМ-2 приводит к увеличению прочности бетона в возрасте 1 суток на 30...40$ при естественном твердении и на 15...20% после тепловлажностной обработки.

. Использование предлагаемой добавки позволяет: 1/сокра-тнть время выдержки бетона перед пропариванием не менее, чем в. 2 раза, т.е. ускорить оборачиваемость дорогостоящих металлических форм и уменьшить длительность технологического цикла .изготовления железобетонных изделий; 2/уменьшить расход цемента не менее, чем-на без снижения прочности бетона.

С использованием добавки КСЮд на Новгородском объединении крупнопанельного домостроения изготовлена опытная партия панелей по кассетно-конвейерной технологии.

ВЫВОДЫ

1. Для установления особенностей влияния добавок-электролитов на гидратацию цемента в связи с его долиминеральнос-тью исследовано взаимодействие чистых клинкерных минералов Сз£ »JS-C^.CjA с водой, водными растворами НС1Д&0Н,

КС] ,Ла-С1,Л1(Лз ,Fe(7l3 »СКЛ3 различных концентраций.Определо-но содержание в растворах ионов Са/+ .перешедших из минералов в результате взаимодействия. Установлено, что после взаимодействия с клинкерными минералами содержание ионов ,CaZt в растворах солей с трехзаряднши катионами /AlClj , F&Clj , CrGlj / существенно больше, чем в растворах солей с однозарядными катионами /ЖС1, KCl / или растворах HCl с

тем же значением pH или той же молярности. Это может быть обусловлено протеканием гетеровалентного ионного обмена между клинкерными минералами и растворами солей:

2. Рентгенофазовым анализом установлено, что взаимодействие с растворами солей алюминия, железа, хрома приводит к существенному изменению структуры силикатных клинкерных минералов / С36 , / по сравнении с действием дистиллированной воды и растворов HCL . После взаимодействия в течение

40 минут при 20°С на рентгенограммах исчезают основные рефлексы CjS и ß>~

CzS .

3. После взаимодействия с портландцементом содержание ионов Са2+ в растворах солей с трехзаряцными катионами

/AlCl$ .FeCIj .СтС1ъ / значительно больше, чем в растворах KCL ..WaCl той же молярности. Это может быть обусловлено, как и в случае клинкерных минералов, гетеровалентным ионным обменом между клинкерными минералами и раствором соли.

4. Исследовано влияние зарядов катионов и анионов электролитов, вводимых в качестве добавок, на свойства цементного теста и прочность цементного камня. Установлено, что прочность цементных образцов после твердения в течение 1 и 3 суток при нормальных условиях повышается с увеличением заряда катиона /К+ ,Ca,2* / и концентрации раствора соли /0,01...О,5М/. При увеличении заряда аниона электролита /СГ ,

,[Fe(CJY")gi3_ / прочность образцов после 1 и 3 суток твердения при нормальных условиях уменьшается. Увеличение заряда катиона электролита приводит к уменьшению сроков схватывания цементного теста, а увеличение заряда аниона - к их возрастанию.

5. Действие соединений,, обладающих окислительными свойствами /пероксид'водорода,, хлорат калия/, обусловливает увеличение прочности цементного камня по сравнению с контрольным значением как в начальные сроки твердения при нормальных условиях /1 сутки/, так и в возрасте 28 суток.

6. В результате термогравиметрического и дифференциального термического анализов образцов цемента, гидратировавпшх-ся в течение 1 суток, установлено большее количество присоединенной цементом воды, то есть более глубокая его гидратация

в случае ввдения добавки КСЮ^ /1,0% от массы цемента/ и КС103 /1,0^/ совместно с ^2(504)5.18К¿О /1,0^/."

7. Рентгенофаэовым анализом образцов клинкерных минералов, гидратировавшихся при В/Т=0,3...0,4 в течение 1 суток при нормальных условиях или после тепловлажностной обработки, установлено существенное влияние KClOj и Al^SO^. 18Н 2.0

на процесс гидратации. Оно проявляется в изменении количества прореагировавших минералов и образовавшихся гидратов.

8. При исследовании прочности образцов, изготовленных

из клинкерных минералов, показано, что в ранние сроки твердения /1 и 7 суток/ добавка KCIOj /1,0%/ в большей мере влияет на C4/SF . Добавка А\<[ (SQ^.lgK^O /1,0%/ положительно воздействует на CjA и C4/F . Дня медленно твердеющего минерала p-G^i положительное действие KCIO3 и Д^^О^^ЛйН^О проявляется при длительном твердении.

9. Для тяжелого бетона класса прочности В15 установлено, что интенсификация твердения может быть обеспечена введением

в бетонную смесь добавки хлората калия в количестве 1,0...1,5% от массы цемента. Добавка может вводиться совместно с пластификатором /ЛСТМ-2/ и суперпластификатором /С-3/. Использование добавки позволяет повысить прочность образцов бетона нормального твердения в возрасте 1 суток на 30...40$, в возрасте 28 суток - на 15...20$. Применение добавки KCIOj позволяет сократить время выдержки бетона перед яропариванием в 2 раза или уменьшить расход цемента на менее, чем на 8% без снижения прочности бетона.

10. Проведено опробование предложенной добавки

в производственных условиях в объединении Сибакадемстрой г.Новосибирска, Новгородском проектно-строительном объединении крупнопанельного домостроения, Краснодарском ДСК-1. Установлена эффективность действия добавки в ранние сроки /1...7 суток/ на составах тяжелого бетона класса прочности В15. По морозостойкости, водонепроницаемости, значениям прочности после 300...400 суток твердения бетон с добавкой KClOj превосходит контрольный состав.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бердов Г.И., Линник С.И., Волченкова H.A., Осипова Л.В., Мадзаева О.С. Адсорбционные и ионообменные процессы при взаимодействии вяжущих веществ с водой //Известия Сибирского отделения АН СССР.-1985, №11, серия химических наук, вып.4.-С.82...86

2. Бердов Г.И., Осипова Л.В., Волченкова H.A..^¡адзаева О.С. Взаимодействие с растворами солей и изменение структуры и свойств керамических материалов //Четвертое Всесоязное Совещание по химии твердого тела. Тезисы докладов, часть 1.-Свердловск, 1985.-С.72

3. Бердов Г.И., Осипова Л.В., Волченкова H.A., Мадзаева О.С. Взаимодействие клинкерных минералов и портландцемента с кипящими водными растворами солей и кислот //Научно-техническая' конференция по химии и химической технологии, Тюмень, 1985.-С.82

4. Бердов Г.И., Осипова Д.В..Волченкова H.A., Мадзаева О.С. Взаимодействие портландцемента с кипящими водными растворами солей, кислот, щелочей //Известия вузов.Строительство и архитектура, 1985, №10.-С.61...65

5. Бердов Г.И.,Мадзаева О.С., Бурученко А.iä.,Линник С.И.' Взаимодействие клинкерных минералов с водными растворами хлоридов //Известия вузов.Строительство и архитектура, 1987, МО.-С.59...63

6. Бердов Г.И., Осипова Л.В., Мадзаова О.С. Взаимодействие керамики с растворами солей //Стекло и керамика, 1987, МО.-С. 21... 22

7. Бердов Г.И., Аронов Б.JI., Линник Ü.M., Мадзаева О.С., Толкачев В.Я. Прогнозирование реакционной способности и технологических свойств дисперсных твердых веществ//Физика и химия твердого тела.Тезисы докладов школы-семинара. Т.1., АН СССР,Дальневосточное отделение,Благовещенск,1988.-С.54... 55

8.-Бердов Г.И., Аронов Б.1., Линник С.И., Мадзаева O.G., Чумакова С.Э.' Способ определения активности цемента. Авторское свидетельство СССР № 1406479, Б.И. №24, 1988

9. Бердов Г.И., Лаврова Т.А., Макарова В.А., Мадзаева O.G., Степанова С.А. Регулирование свойств керамических ма-

териалов введением добавок из растворов солей //Новые техно-» логии - источник экологически чистого производства. Тезисы * докладов Всесоюзного научно-технического совещания "Керами-ка-90".- й., 1990.- С.45...46 '

10. Бердов Г.И., Мадзаева O.G., Осипова Л.В., Трубицына Л.Б. Влияние заряда ионов электролитов на свойства цементного теста и прочность цементного камня //Известия вузов.. Строительство и архитектура, 1990, Й10.-С.57...63