автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Особенности процесса гидратации клинкерных минералов, установленные методом малоуглового лазерного рассеяния

{28

и < У Ъ

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

На правах рукописи

СЕБЕЛЕВ Иван Михайлович

УДК 666,972.162+691,328,4

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ Ю1ИККЕРШ МИНЕРАЛОВ, УСТАНОВЛЕННЫЕ МЕТОДОМ МАЛОУГЛОВОГО ЛАЗЕРНОГО РАССЕЯНИЯ

Специальность: 05.17.11 - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург ¡992

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

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

ЕЕРДОВ Геннадий Ильич.

йфкпятавные оппоненты - доктор технических наук,, профессор

ВЕРЕЩАГИН1 Вйндимир Изйкози*?

кандидат технических наук,, доцент ПЬЯЧЕВ Василий Афанасьевич".

ведущая организация - Государственный проектно-изыска-

тельский и научно-исследовательский институт "ОргстройНИИпроек?", научное подразделение, г.Москва.

Загита состоится " " К92 г. в 15 ч

в еда. Х-420 на заседании специализированного совета К 063.14.06 щи Уральском политехническом институте им. С.М.Кирова по адре-. су: 620002, г.Екатеринбург, К-2, УПИ им. С.М.Кирова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Jbjopt.fepa.-T разослан " -/У " г.

¡^«агайв- секретарь /¡'

езййдашзяровшного совета // 11', Н.А.Михайлова

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЮТН

, ..Актуальность тем». Для управления процесса?.^! /.гглдасгссгэ взаимодействия и структурообразованая на сгаяии фортарогзжя искусственного камня требуется детальное иэуявнкэ лачялыпа: стадий процесса гидратации клинкерных минералов а цомзита, а Т2кз?8 разработка оперативных кагодов определения качества / в частности активности/цемента .

До настоящего времени недостаточно енитлшйя уделялось с::с-тогатическо..|у исследованию изменения распределения частяц дяс-парсной фазы по размерам при гвдратацял ггляинврянх генералов з цокопта. В свяли с этим актуальной задачей является установят плэ особенностей и закономерностей этого процесса с гтоькзчзз современных методов научного исследования» например, рого лазерного рассеяния. Это позволит установить изшаспяэ параметров распределения частиц дисперсной фаза по размерил о процессе гидратации вяжущих воцеств яря различит фязляо-хгга-часклх воздействиях. Такие сведения нсо&тодикн для углусЗязпяя и уточнения существующих представлений о процесса гидратация я обоснованного выборг условий, обсспвчявагага интоясгфзкацпо этого процесса.

Цель работы - исследования процесса гидратации клкякэртах пшоралов и ремонта по изменению параметров функция распрсдэ-лония частпц даспеосной фаза по размерам п злияпкя различна факторов / введения добавок повархпоетта-активавх гс:"л;ст:з, ультразвуковой обработка водц затворенля, мзхало-хямячеегмй ая-тявацня цемента, изотопного замещения гэдорода на дейторпЗ в воде затгореиид/ на этот процесс. /

Основные задачи работа: вссяодогамяэ особенностей и усгааовязняо эаленокэгалгпкг ггз'-йноеея со временам параметров функция распределения /Ф?/ частиц дисперсной фаза /,"'?/ по разкэраи и процессе тадрата-цет кяавкаржп манатов н деазяга с использоваккеч лазерной гранулометрия п другнэ: методов;

- изучение факторов, вляягата на изменение па1 аг.'этреэ . - функции расяпедаленгя частиц дисязрской фазн по разкэрая пса

тадгагащш вяязвд ESÇSÛIS;

- .^сйдадогааяе дэиет-кш шагрсйссг^а-жа^аа. ."'. !"'и; /:алия$Еха5гср ЛСТМ—2s суд&раягсггфйшгор С-с/ па ¡я&г&аязг

чггтнц ь коздьесо гад pùT curai iwïïïï-œpsj: ¡эзорагаз s*

ц-лсма»

- гаучеязе факторов, обусловливаем ультраззуксвую ша-а-Е^« ; в ensapà«« FIXA и кйхаочшлжчсскуя адагБ^з «êiîsasa пра еошгсзздз ¿.гммдохеш: с песком а суяорсгаоагф^а-•jopsftï С—3;

« неадздоьапдз or.;c,¿¿:-:Kcaiал гуц-ргтат."-! тг.'лзра-

дов а дшйзуе прз загБоронкз тдаслэХ зодзй;

резрзбозка кзтодшш ускоренного елрсдэяскяя актггксо^з

■¿mBJBflgHfSn..

- исол.сдов£йзэд процоссз гядргтакаи КЯК2Г.8рЬ„ злждаяэг й cets^îs по кзйггзяшэ ¿P части. ДФ по ср;

- г.ый&щ нс&шдоееняя прокесса гвдрвтаяна sesycss zvj'ív îs» ¡жмвавьзда шяэктог GP п&схкц ¿каперской фазы ко размера."

» ¿¿зульгехгз яйиведоэенкя щх&есса Беактадейот»ш

J2Z какоракш к цгкгатг г квелой еодой}

- методику ускорзшздчг спргдсяашш активности пвгакги с: г> шль5овакйви Ешзгкшгшго разогрева цементного теста ¡icp-izzí

ЕОЙ ГУСТОТЫ.

Д^учке^,,^^^-, рззг.тзжсгсг paiera еппдвчгвтея. в следую

- усгеааддек xbgszvec игкзаеж» р&йкгргг natrag дзекгреге iaôi: apz ищакстк лш&зргда ¡-^л&^гз и прд Б/i- - игхкшг: 4033 „ 500, ICO, tQ и е « исча^е пстх ssom: íécoa;

~ uoHñsasa о«догадачвокзд каяь0а_ъ:я ксконтсв &F таохы раэаьрге е годе ижр2г?"ьзи roœejpawa £3 ^ к С ср'г рьгда.«. еых Р/'Г-окотонщц ;

» усуеЕОвлваа оеобеглостЕ гячр&гацзз кшжзрнкх saaspascos а ЦбКбИ?а прк вагБорзшш ta гякашй водой, Показано, что каяс 8ШЛЕ6Я прочность стандартных обртавдв достигается при 50$ содэр¿сакля в воде . атвервнвя тяжелой вода f /•

• показано» wo ультразвуковая а^ти^ация вода затвореякя

з .rçzcnspra^opax приводит к кзкзх&пш» водородного ноназагог-. с-п^ективность гидратации псг-'-та; у,\яясялека коррзляцконная связь йктавч'Х-;:- ••firv.its. j iwKcîtaria характеристиками конпо'и*код:-шх cyc.?3i ¿¡г.'. /до;лз.чг1Юго теста/ .

полупетшх ронультоз с;1рздог:р-

с,сл следта:'."*:

- уставоляенр взашосвязь прочности бетона к зкачокк." t>;î вода при ее ультразвуковой активации, что составляет основу контроля эффективности активадкя золы. На устр>?ст!?о для j.n р-йвутссБЭй активация получено а.с. ¡.394525;

- установлен характер шпшшя добавок /JICх'.Д—2, С-3/ на распределение частиц дисперсной <тазн по размерам при пуграта» вдн кликкарних минералов и цемента, что составляет с скову доз выбора концентраций этих добавок я оптимальной технология ввоаешчя;-

- показано, что отработанная тяжелая вода АЭС ист? утглнзлрованз при получении бетонов класса ¿15;

- разработки метод ускоренного определения активное?» из™ ц-зп,га о использованием коивзкгивюго разогрева цвмекг:;ого тсс--га нормальной густоты. На этог метод получено аьторакоз еэплэ» тольстсо на изобротошш В 1455S89.

ного определения активности цомента с использованием канвехтяз-ного разогрева цементного образца внедрена: в управлении строительства /УС/-605 при строительство саркофага Чернобыльской АЗС, в ГС-604 г. Красно ярска-45, з Шко-Уральском У С, в Срздке-уральскогд УС, в Североуральском УС, в трасте "Тепломонтаж", m зазодо "Каштан", в УС "Обакацеястрой". Экономический зффэкг от внедрения на каждом предприятии составляет на менее 30 тнс. рублей в год.

Апообапия работн. Результаты исследований доложены и об-суздеиы на Всесоюзной мнференцяи "Автоколебания в конденсированной фаз о" /г.Уф,1,1999/; 47-ой,48-ой, 49-ой научно-тахкячео-ких конфзрекцаях Новосибирского инженерно-строительного института /г.Новосибирск, 1390, 1991, 1992/; региональной конбзрэп-

в

Ш5 учеши Сийира и Дальнэго Востока "Наука - строительному производству5' /г,Н0Е0куаК£ЭДК. 1983/; совещании работников 0Ü ¡>,1 прздпрдатвй отрасли /Мзкагошнаргопрош/ /гД5осква,1939, Л^ЁШШШШи £Ь тег-« диссертационной работы опуйлшсоваю: статей - 2; тезисов докладов Всзеомзных конференций - 3; ав-•горски: свидетельств на изобретения - 3; положительное реЕэн о вндачэ авторского свидетельства на изобретете - 1.

Объам диссертации. Диссертация состоит из введения, шэст глав, выводов и приложений» общий объем £50 страниц, в той числе ¿40 страниц иашнописного текста; онп. включаа 27 vate:;, "/5 рисунков, список литература из 191 наш' ксезшш к 10 страниц вршвденвд.

КРАШЕ СОДБШШИЕ РАБОТЫ

Во ■ введут; излагается цель работы, ео актуальность, научная новизна и практическая ценность полученшгх результат В первой глава приводился обзор литературных; данных о структуре и свойствах портландцемента, продуктах его гидра« цзй»~ особенностях гидратации составляющих его минералов, а mase о процессах сгрзотурсобразоваккя, происходящие при ег( гадратацконном ТЕардеюга, Эти вопросы рассмотрени a работах ИсН.Ахвзрдова, II. П» Рудникова, .-О.М.Бутта, А.В.Болконского, Й.П.Виродова, И,В,Кравченко, Т.В.Кузнецовой, :и.С.Малинила, 0,Д.Мчедяэва-ШгросяЕа, В.Б.Ратшюва, П.А^Рабиндера,'£„Е.С®: лобойi Ы.И.Снчева, В,В»Тймашэва, А.Е.Шейкина, Л.Б.Цимермшш Ы.Дайюта, Г.Л.Какоусега, Р.Кондо» И.Людвига, В.С.Рамзчакдр Х,Ф„У.Тейлора и других советских и зарубежных исследователе Однако механизм -гидратации изучен еще явно недостаточно, та как до сих пор отсутствует общепризнанные представления о р В25ИИ этого процесса. Из анализа литературных источников сд вывод о' необходимости изучения размеров частиц дисперсной ç в процессе гидратации,

. Во.второй глава сформулированы цель и задачи, приваде характеристики объектов й методов исследований, структурно-тощческан схема работн. В экспериментах использованы клиня нке минералы, палучванне с Подольского опытного завода ВН№

юнта, портландцемент М400 Чернореченского цементного завода, зарцевый песок из долины pera Обь и известняковый щебень фракции 5...20 мм карьера "Ложок" Новосибирской области. Для затворе кия использовалась деионизованная вода /Д-вода/, полученная а установке дня очистки водн •• маи-а* /фирма "пШ¿роге ША/, снабженной ионообменными смолами я ультрафильтром с раз-ером пор 10 юл; водопроводная пода, соответствующая Г0СТ23732-9 как необработанная, так я обработанная ультразвуком; тязселая ода, содержащая D¡fl в количестве 98,5$ мае. Ультразвуковую бработку воды затверенйя осуществляли в роторно-яульсационном ппарата /РИА/, изготовленном по а,с. й1.394526.

Влияние различных физико-химических воздействий на процессы идратации, твердения и струнтурообразования цементного на»яш зучено методами рентгенофазового /ДРОН-3/, дифференциально-зрмического анализов и лазерного светорассеяния /граяулометр Na £veta- 3600Е" фирмы «Mat ve in », Англия; счетчик суй-меронных частиц " CûULTER Ы /. На рис.1 представлена схе-1 измерительного комплекса " Ma ¿vet. п. - 36С0Е". Диапазон теряемых размеров частиц составлял от 1,2 до 564 мкм /1,2... L8 мкм; S,8...564 мкм/. Точность определения среднего обьеняо-> диаметра была равна - 4,0$. Основными параметрам! дисперсной »h, измеряемыми граяулометром, являются степень затемнения )Б/ и относитадьпоэ дифференциальное массовое распределение ютиц по размерен в 16 интервалах.

По полученным даяшм вычислялись моменты функций распреда-¡ния частщ дисперсной фазы по размерам ДЗО и Д43 , которые (вдетавг-яит соотвотствеяда среднехубяческнй диаметр и средне-мфиетичееккй шмэят массового распределения. Результаты обра-тывали на ЭВМ 73М-PC/AT.

Исследование свойств веда» а эодаах систем /водные раствора бавок ПАВ и суспензии твдрзтируняегося вяаущего вещества/ оведеяо на: дояоютрз /рН с ре,,я/ фирма О ti о п.- Яе seaten ША/, кондуктометре иодЛ01 с плоскопараыельяой платиновой ейкой мод.99-01-01 фиукы Оъсоп- Яезелгс/г /эдектричес-я проводимость/, приборе "Ма>.vein- ietasiiel - 2С" рмы Mafvetn. /дзета-потенциал частщ дисперсной фаяц/.

о

Рис. I

Принципиальная схема комплекса для исследования распределения частиц дисперсной фазы по размерам

Г

И

I______1

X~ \

У

I - лазер с расширителем пучка; ¿-кювета;

3 - магнитная мешалка;

4 - мнпг«элеыентныЛ фотоэлектрический детектор; .

5 - компьютер, "брибатываюциЛ амплитуды сигналов на детек о - компьютер, обрабатывающий экспериментальные данные

Рис.

Эволюция № частиц ди по размерил в процессе гидратации С35 прч ь/Г^ 4000

Я5

% МО.С

л/а с

% мае

% Мае

А

1 1

/Я

О

15

0,5 мкм № 0,5 мкп ПЬ О.о н*-> Ш й.Ъ~ мл.-А - растворение исходного минерала; В - образование новой фазы; С,Д - коагуляция частиц дисперсной фазы

о

При изготовлении цементнО-песчаннх и бетонных образцов п пределения пх основных физико-мэхштческих характеристик пря-енялись стандартные методы , приборы и пряспосойяенкя.

Ппи определения активности цемента использовался разрабо-анннй автором ускоренный метод, который основан на гсоррзляцк-ишой связи между теплофизическлми свойствами цементного теста I прочностью цементного ка'пш. Оценка этих свойств цементного ■еста проводилась при его конвективном разогреве в определенном интервале температур. На разработанный метод ускоренного зпределения активности цемента получено авторское свидетельство т изобретете № 1456889.

В третьей главе приведены результата ясследосакая прсцзсеа гидратации по изменению ФР частиц ДФ г.о размера?,!. • Полиминзраяь-! ноеть и полидисперсность цемента является основными факторами, осложняющими изучение кинетики реакции гвдратации. Поэтому значительная часть экспериментов провалена с использованием клинкерных минералов.

Установлено, что в ходе гядрагапип клинкерных минералов в деионизовпнной воде при В/Т=4000 маяно видэли/ь три основных этапа, характерязуащгх изменение размеров частиц: растворена исходного минерала, образований частиц ново!! апзн п их объедл-неняо в более крупные агрьгаты /рис.2/.

Растворэняе исходного алюмината кальция (Сь А) являотся паябблзо быстрым из этих трех чроцессов. Оно характеризуется рззюга пор'шенизм рН и электропроводности средн. Качественно картина изменения ФР частиц ДЭ по размерам- при гвдратацги С3А л Съ 5 совпадает. Существенные отличил а гидратация отпу кшшхорнах минералов заключайте т в более медленном растварепзя Су 3 по сравнению ъ С} А и наличии у С}$ болоо продол-лнтельного индукционного периода кристаллизации.

Дня анаяиза эволяцли ФР использованы два е" момента¡ДЗО а Д43. На рис.3 приведена зависимость ДЗО от времеют гидра^ацст прп В/Т=4000. Частичное раствороние литерала приводит к утньпенига среднего диаметра /ДЗО/ частиц ДФ. После определенного период., индукции регистрируется появление мелких частиц / ¿/< 1 ты/, обусловленное образованием новой Фазы и сопро-

ш

Рис. 3

Изменение средне"бъемнлг« диаметра ^ДЗО) частиц ДФ в процессе гидратации Са3

оз.о нкм

г. о

о кс гоо аоо чао

В1»ЕП« ( МИН. )

Рис. 4

Изменение среднелбъемнг>~гл диаметра^ДЗО) частиц ДФ в процессе гидратации С33 в присутствии д«бавпк

(и. с

I - С 5 + 1ДСПК;

гоо

*оо ¡но вгегч< пи«. )

- С35 ; 5 - С35 + ЛСх.Л-

воздающееся значительным уменьшением ДЗО. Дальнейшее накопление мелких частиц приводит к их коагуляции /рис. 2/. В первые часы гидратации не сохраняется постоянство соотношения скоростей кристаллизации и коагуляции / Ис /• Это приводит к тому,

что некоторые параметры ДФ изменяются периодически /рис. 3/. Таким образом, из всей совокупности процессов, определяющих эволюцию ФР, основными являются растворение, коагуляция и нуклеация.

Изучено влияние величины В/Т-отношения /1000, 500, 100, 50 и 5/ на кинетику гидратации Съ 5 и СЛА . Из сравнения изменения моментов <ТР /ДЗО и Д43/ и кондуктометрических данных следует, что гидратация С38 при В/Т = 1000 и 500, В/Т 100 И 50 (попарно) протекает практически идентично. Для зависимости ДЗО и Д43 от времени гидратации характерно наличие экстремума. Для ДЗО при В/Т = 1000 и 500 выделены три характерных участка, соответствующих росту ДЗО и коагуляции частиц ДФ исходного вещества, уменьеэнию ДЗО, последующему увеличению ДЗО за счет коагуляции новообразований и выходу ДЗО на некоторое стационарное значение. Для В/Г = 100 и 50' достаточно уверенно выделен только первый участок, в дальнейшем же наолюдаются относительно стационарные значения ДЗО. Для Е,"Т = 5 в первоначальный период /100...120 мин/ наблюдаются незначительные колебания ДЗО, а затем некоторый стационарный уровень и вновь незначительные колебаьия.

В случае гидратации С3А при тех же В/Т-отношениях не про-» является период индукции, характерный для В/Т=4000, и для других исследованных В/Т-отношений он.отсутствует. Влияние величины В/Т-отношения /В/Т 4 1000/ на изменение моментов ШР частиц ДФ гидратирутаегося СЬА выражено слабо, в значительно меньшей степени, чем пр:: гидратации 3 . Так не, как и для Съ5 , отмечаетег периодичность колебаний моментов ®Р частиц ДФ. Отли-1, чительной особенность гидратации являются иные, чем для ' С5$ отношения скоростей растворения,нуклеации и коагуляции*

При гидратации и СуА добавление в деионизованную воду ионов кальция и карбонат-ионов приводит к уменьшению индукционного периода и несколько ускоряет кристаллизацию новообразований. Присутствие в растворе солей железа, наоборот, приводит к некотсрому у сличению периода индукции, но уже через 2 часа после начала гидратации наблюдается резкое ускорение кристал-

лзаацшг. Присутствие в раствора шдроксвда аелаза приводит к увагачениэ скорости коагуляции. Эффект тем больсо, чоа ¡локьхэ срздшхк диаметр частиц золя.

Изучено вяияниэ длительности хранения п измельчения на нп Ее ику гидратация клинкерных иинаралов. Результаты изучения с б а я з го т о ал е ;-:о г о Сь А и этохх> не шшерала, хранившегося иа открытой ьоздухо в течение года, показывают, что каних-лий рямзкзний в юшетийз гидратации не обнаруживается. В отяичез егого для отшчаагея с„тцвстввтто изианения. В случае

длительно хранавпзгоск шшерала ДЗО в первый период значат ejn« ко возрастает /наблюдаете.-; процосс коагуляции/, затем резко уменьшается, далее наблвдактся его периодические колебания. Злектрокинеткческий потенциал частиц свежеприготовленного е' частично гидратироваяного шшерала составляет соответственно 10 1дВ Е 7*8 ыВ.

Исследовано влияние изотопного замещения водорода на дейт pnt в воде затворения на кинетику гидратации клинкерных минор лов в цемента. Полученные результаты свидетельствует о том, ч в отличие от гидратации в деионизованно:: обычной воде при взаимодействии ¿j ~3 с тяжелой водой / / в первые 100. 120 мин наблю.-аотся коагуляция частиц ДФ /значительный рост ДЗО/. Затем на'шнается монотонно^ снижение ДЗО, обусловленное образованием новой фазы. В процессе гидратации фиксируются пс риодичьскиа изменения ДЗО. Замедление образования ново« фазы ходе гидратации C\S в тяжелой воде-подтверждается изменение рН, которое начинается значительно позже, чем при гидратации обычной воде/. Максимальная прочность стандартных цементных с разцов /54,8М11а/ достигается при 50$ содержании Dz0 в вол затворения.

Рентгенофазовое е дифференциально-термическое изучение в: имодейсгвия клинкерных минералов и цемента, с Иг0 и DzO пои зало, что продукты их гидратации в обоих случаях аналогичны. Понижение температуры разложения продуктов взаимодействия в я: щих веществ с 1)^0 указывает на более слабую связь ВгО в Г£ ратах. Количество связанной в них Ц^О больше, чем №¡,0 для всех исследовашшх вяжущих вепств.

На основания проведенных физико-химических исследований установлена возможность утилизации отрайотанной тяжелой иод» АЭС путем изготовления тяаелнх бетонов класса В15.

В четвертой главе приводени результаты исследования влияния добаьок ПАВ на гидратацию илнякорнях минералов.

Экспериментально установлено, что вводениэ добавок ЛСТМ-2 и ЩСГЖ в количество 0,03/» от массы воды затворения при B/T=<iQÖ0 изменяет процесс гидратации минералов. При введении з систецу ÛCTLΗ2 /ряс.4/ существенно увеличивается скорость кристаллизации /в особенности Съ S /. Введение же ЩСДК с водой затворз-ния ускоряет коагуляцию частиц ДО /рис.4/. Средний диаметр частиц /Д30/ S уменьшается и значительное их количество сосредотачивается в диапазоне с размерами 0,5.. .1,0мкм и г.шноэ. Одновременное измерение ФР частиц дф по размерил в диапазоне 0,003...3 шел показывает, что регистрируются два макснмуиа ФР.

Технология введения добавки существенным образом влияй? на кинетику изменения ФР частиц ДФ. Так, введение ЛСТ.И—2 нэ в ш-мзнт затворешя, а через некоторое время поело начала гадрата-цни приводит к тому, что накопление мелких чаепщ происходи'? менее интенсивно и ДЗО снижается более медленно.

Исследовано влияние концентрации JICTM-2 на гадратацпо О 4 В области малых значештй концентрации добавки /до ?$ от кдеен минерала/ увеличивается скорость кристаллизации, значения pH в этом случае в процессе гидратации всегда ниые, чем в отсутствие добавки. Увеличение скорости кристаллизации сопровождается и повышением скорости роста объемной концентрации частиц. Она имеет экстремальный характер и проходит через максимум в обяас» ти машх концентраций JlCTi/1-2.

введение добавки ЛСТМ-2 приводит к увеличении электрокинетического потенциала частиц M и изменении его знака. В области высоких концентраций добавки на начальном этапа гидратации значительно сн:жз.ются скорости кристаллизации а коагуляции. Замедление коагуляции чг тиц ДФ приводит к сникешяэ ДЗО; сmeuv» ется скорость роста объемной концентрации частиц ДФ, Со врзиэ^» нем соотношение скоростей : /клеации, коагуляции и кристадлиза-ции изменяется: скорость кристаллизации значительно возрастав,

в процесс гидратации ускоряется.

Исследованиями изменений моментов ФР частиц ДФ по размер со временем при гидратации в присутствии суперпласти-

фшштора С-3 установлено, что на ранних стадиях наблюдается : медленно коагуляции частиц ДФ и уменьшение ДЗО и Д43 при различных В/Т-отношениях и количестве С-3 2% от массы минерал! вследствие адсорбции добавки на частицах твердой фазы, В нач. гидратации наблюдается уменьшение ДЗО и Д43; после 100 минут начала процесса ДЗО и Д43 увеличивается. Для всех В/Т-отноше] кроме В/7-1000, в дальнейшем ФР частиц ДФ по размерам сохраа практически стационарное значение.

Прк возрастании концентрации добавки в жидкой фазе до 2% массы вода затворения основной отличительной особенностью щх цосса гидратации C¿$ является значительное ичгибирование процесса коагуляции при всех ВЛ-отношениях, усиление дезагр< гирущего эффекта. Характер кондуктометрических кривых хорош« согласуется с особенностями изменения ДЗО и Д43 в процессе п ратацин Ch 3 .

Моменты ФР /ИЗО и Д43/ частиц CiA по размерам при все: исследованных ВД-отношениях имеют со временем более четко вз раженную, чем без добавки С-3, тевденпию к уменьшению.

Добавление С-3 при гидратации Сь$ & Суменьшает р: лншге в эволюции ФР частиц ДФ по размерам при различных В/Т-< еоеэниях. При концентрации С-3 7$ от массы Съ& зависимое: рлактрнческой проводимости от времени гидратация аналогична £анрой зависимости пртт'гидратации C¡ S без добавки. Конгук-?оштр«ческк8 кривые, например для В/Т-100 ь 50, кмзот первп ра 200 мин гидратации, затем монотонное возрастание. При уве-¿шчакЕЯ концентрации добавки ати кривые также после 200 мин гадратациг и лепт резкий перегиб, ко в интервале 200...400 кш наблвдается заметный делокаллзованннй максимум, после которо: следует жнотонное енккешэ.

Характер измэкэная кондуктометрических гривых хороио согласуется с особенностями пзменения ДЗ^ частиц ЦФв процессе гидратации.

Присутствие супернаоти>%катора С-3 влияет и на величину

рН. Так, для В/Т равных 100 я 50 максимально достигаемо® значение р!1 возрас-ает до 12,8.

В пятой главе приведены результаты исследования влияния механо-химической активации клинкерных минералов и цемента п" технологии вяжущих низкой водопотребности /ВИВ/ на изменение дисперсной фазы и дисперсионной среды в процессе гидратации, воздействия ультразвуковой активации воды затворенш на процесс гидратации клинкерных минералов и цемента. Экспериментально установлено, что обработка Съ& по технологии ВИВ уменьшает скорость коагуляции частиц ДФ, скорость же образования новой фазы увеличивается. Последнее приводит к увеличение объемной концентрации /ОК/ частиц ДФ непосредственно после периода индукции. .

При помоле СЬА в присутствии сушрпластификатора С-^з появляется период индукции длительностью около 60 юш /при об-* работке без С-3 период индукции отсутствует/.

Кривые распределены частиц ДФ по размерам в процессе гидратации С38 и , обработанных по технологии ВНВ сопмзе?' но с С-3, заметно смещайся в область меньших размеров, что приводит к формированию мелкокристаллической структура затвердевшего камня. При измельчении СЬА совместно с С-3, наоборот, № частиц ДФ по размерам заметно смещается в область больших размеров.

С увеличением содержания в смеси вяжущего доли песка от О да 70$ изменяется соотношение скоростей коагуляции / Ук / я сриеталлизации / /. Так, в отсутствие песка в первые 150. ш Ус> . что приводит к увеличении ДЗО, а для смесей : 70$ песка Иг. — ^ и ДЗО практически не изменяется. Кроме •ого, увеличение доли песка в цемантно-песчаных смесях при-юдиг и к возрастанию ОК частиц ДФ.

Результаты кондуктометрических измерений при В/Т=1000 покрывают также, что увеличение дели песка в составе вяжущего, об-' аботанного по технологии ВНВ, приводит к снижению максимальных начений электрической проводимости, достигаемых гидратируицай-я системой. Проводимость системы с песка падает со време-ем гораздо медленнее, чем в системе без него.

Аналиа данных по гидратации клинкерных шиш рал он, цемента и образцов цэменгно-песчанях смесей, обработанных по технологии ВНВ, при В/Т=100 показал что выход бонов Cet в раствор аамэдляатся в первые 2...3 часа для всех исследованных минералов. После 1 суток гидратации для а СаАР характерно енвяеаив концентрация ионов Са , для С-ЬЪ , напротив, возрастание»

Из тлучеяннх результатов следует, что количество вводимого каяякара и ваяячияа В/Г-отноаения чрезвнчайко сильно влпя-ш на кинетику процессов, протекающих в данных системах в ходе гидратацш.

В результате ультразвуковой активации воды затгэрения из-мэняотея аначанве piï. В ряде экспериментов наблэдалось повыле-шаэ рН /ршда 1/, в ижоторых - отсутствие повышения рН /росам 2/. Прн работе ультразвукового активатора в рехимэ 1 соде -лани е частиц ДФ в обрабатываемой вода розко возрастает. Выделенная с номенцью йадьтра с размерами пор 0,22 мил Д3> но растворялась в соляной в серной кислотах. Анализ показал, что она состоит в основном из яелеза /продукт разрупеняя активатора/. При обработке вода в раздала Z содержание частиц ДФ в вода практически не меняяоеi>.

Результата проведенных Есследоваяъ'й доказала, ч?о деактивация воды связана с осадешшм ДФ, образующейся ч процессе еа «<5работкЕ в реаимо 1.

Вода, активированная по режиму 1,в экзтателькой степени ускоряет кристаллизацию частиц Дф пякуцзго /«налетел ДЗО/ п уменьшает период индукции. Увеличение скорости кристалл;;зацц л приводит е к болеэ быстрому изменению рН в ходе гидрагацяк. Обработка воды в режиме 2 ускоряет коагуляцию и приводит тем самым к увеличению ДЗО по сравнению с необработанной водой. При этом увеличивается и период индукция.

Комплекс полученных данных с шдетельствует о том, что активированная вода .ускоряв? к°к кристаллизацию новообразований, так и коагуляция мелких частиц.

Увеличение рН водь- в процессе активации хороио коррелирует с прочностью и подвижностью бетона, приготовленного на этой во-

де: максимальному значению pH обработанной води соответствует и наибольшие значения подвижности бетонной смеси и прочности бетона.

В качестве метода контроля ультразвуковой активации воды в РПА предложено использовать рН-метрию.

В шестой главе описаны результаты производственного использования ускоренного метода определения активности цемента и приведен расчет его технико-экономической эффективности.

Разработанная .методика определения активности цемента с использованием конвективного разогрева цементного теста нормальной густоты внедрена в R.i<0...IiiI гг. на предприятиях Северо- . уральского управления строительства /УС/, Среднеуральского УС, Южноуральского УС, г.Красноярска-45, УС ''Сибакадемстрой", завода "Каштан", УС .'''604, треста "Тегыомонтаж". Экономич .кий örftfeKT от внедрения методики составил 230 тыс.руб.

Летод обеспечивает оперативное получение ин^рмации о фактической активности це: знта на ранних стадиях технологического ,процесса изготовления железобетонных и бетонных изделий' и конструкций. Это позволяет получить изделия и конструкции с заданными характелистиками,- обеспечить эксплуатационную надежность зданий и сооружений.уменьшить расход цемента.

ОСНОВНЫЕ ВШзОДИ

1. Установлен характер изменения параметров частиц ДФ но размерам при гидратации клинкерных минералов ?, Jb- ¿я 5 , СЬА м С4 А F и цемента при В/Т-отношениях 4000, 1000, 500, 100, 50 и 5 в течение первых де.:яти часов. Показано, что на начальных стадиях гидратации наблюдается увеличение моментов <ТР частиц ДФ

, в дальнейшем эти момента уменьшаются. лВозможность лазерного гранулометрического анализа с высокой степенью точности и чувствительности регистрировать изменение кинетики реакции гидратации вяжущих веществ в зависимости от их состава, дисперсности, гранулометрии, а также различных <*изико-химичесних воздействий, позволяет рекомендовать его в качестве перспективного метода исследования.

2. Установлены периодические колебания моментов ФР частиц ' Д'Т1 в процессе гидратации минералов 0}S и CiA при-В/Т-отношениях 4000, 1000,-500, 100, 50 и Б. Показано, что характер этих колебаний зависит от соотношения скоростей процессов растворения, .

коагуляции и нуклеации частиц исходных минералов и новообразований.

3. Показано, что влияние В/Г-отношения на изменение ФР частиц ДФ по размерам при гидратации Сък выражено слабее, чем при гидратации С} X .

4. Установлено влияние ионов кальция и железа на процесс гидратации , в том числе на длительность индукционного периода и скорость кристаллизации новообразований.

5. Выявлены особенности гидратации % после длительного хранения порошков, заключающиеся в более интенсивной коагуляции частиц в начальный период.

6. Установлены особенности гидратации клинкерных минерало! и цемента при затворении их тяжелой водой. Показано, что Ю^й связывается в большем количестве, чем . Продукты взаимодействия клинкерных минералов и ПЦ с Н^ и Ъг0 аналогичны, но температуры их разложения в случае Л^О понижены, что указывает на более слабую связь в гидратах. Максимальная прочность стандартных образцов достигается при содержании в воде затворения 5(0.

£ д . Показано, что отработанная тяжелая вода АЭС мокет быть утилизирована путем захоронения при получении бетона клас ;а В15.

7. Показано, что введение добавки ЛСТЛ-2 уменьшает старость коагуляции частиц ДФ и повышает скорость кристаллизации (в области малых значений концентрации добавки) на начальном этапе гидратации. При этом с увеличением концентрации ЖЯМ-2 скс рости кристаллизации и коагуляции значительно снижаются на начальном этапе. Это приводит к уменьшению среднего диаметра частиц ДФ в суспензиях. Более элективно введение добавки ЖУШ-2 не с водой затворечия, а через некоторое время (4-5 минут) посыле начала гидратации. При повышении содержания лСТМ-2 до оптимального уровля диспергирующее действие добавки увеличивается.

8. Исследованиями изменений моментов ФР частиц ДФ по размерам со временем при гидратации 8 в присутствии суперпластификатора С-3 показано, что отличительной особенностью процесса является иигибировачие коагуляции на ранних стадиях гидра-а-ции при различных В/Т-этноаениях, дезагрегация исходных исходных частиц. При повышении концентрации С-3 дезагрегирующий э^-' йект усиливается. Кэндуктометрическичи исследованиями показано, что введение С-3 изменяет скорость растворения исходного минерала С35.

9. Исследованиями моментов i? частиц ДФ по размерам и кои-дуктометрией суспензий установлено, что мехало-химическая активация цемента при совместном помоле его о суперпласти^икатордя

G-3 и песком приводит к изменению скоростей коагуляции частиц ■ДФ и кристаллизации новообразований, увеличении количества мелких частиц. Применение такой технологии для цементов с высоким . содержанием алвккнатных фаз менее эффективно.

10. Показачо, что ультразвуковая активация воды эатзорэ-ния приводит к изменению ее водородного показателя, что мопзт быть использовано для контроля процесса активации воды.

11. Установлено» что ультразвуковая антипеция зады затво-рения связана с выделением в нее мелкодисперсных частиц лелзза.' Это приводит к ускорении кристаллизации новообразований, коагуляции частиц ДФ и, как следствие, к интенсификации упрочнения цементного камня. На устройство для ультразвуковой активации воды получено а,с. № 1394526.

12 .• Предложена методика ускоренного определения ахни?.кости цемента с использованием конвективного разогрева цзчектеого .теста иорчальпой густоты, основанная на взаимосвязи тепясфизи-ческих свойств концентрированных водных суспензий и активности цемента. На способ определения активности цемента получено авторское свидетельство f;a изобретение Ф I45S889 „ Методика внедрена на р.тде предприятий, в том числе пси строительстве саркофага Чернобыльской АЭС.

Основные положения диссертации опублдаовачн в следующих работах:

Х„ Камха И.А., Парубов А,Г.0 Себелев Ü.M. Изменение функции распределения размеров частиц в процессе гидратации клинкерных минералов // Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1989. - № 8. - С.57...60.'

2. Тюленева H.H., Камха И,А., Себелев U.M., Линник С,И, Термическая устойчивость продуктов взаимодействия клинкерных минералов и портландцемец. а с // Известия вузйв. Строительство и архитектура. - 1990, - № II, - С.69...61,

3. Бердов Г.И., Камха М.А,, Парубов А.Г., Себелез И.М. Влияние ультразвуковой активации воды на гидратацию и твердений цемента трехкальциевого алюмината // Известия'вузов. Строитель-» ство и архитектура. - 199I. - № 8. - С. 53..,56.

4. ;ü..l:.:lí и. А, , Eií.rwJcu- «.Г., Ссг^д-г. óB3J^z,sr. фу!:кц':г B?í3rirj;:n.PSHt¿;; ¿¿>евбрг,:::£ ф&гн'з ходе ргакщг:: гэссовой крмстал-янгьц&я хилор&сязор^ш сзлей // Всессюакш; кскфзрзкция "Азго-ксшоб-Жг-: j; хоедачокрзсекпо;: фазе",- Уфа»42,.

Ь. Ксзгг. 1Ы., Себзлев Ü.M., Парубоэ л,Г,, Лозерзза Л,С, t Бдаыше йсдэгзердого огиьсдвш* на кккетику гпдрэтацки клккко--ИИ2. МЕК'зралоз // Материалы, технологи.:, оргеяиоац«;: и ззсно'лдгг; c-i'poücaübc^aa. / Тезксй доклйдоз научно- тсхкгаскоП конференции Ног.иекбирск, 1991. - 0,15.

о. Себелев И.Ц., ftssca ¡¿.л., Бзрдоа Г.И., Парубов д.Г., двзарзйл Л, С. СсоЗенвозтп гкдватацик клин:;ер;¡ых ы;:лералов к цемента в лризу^ствпи ШШ // Иатериады, технология, организация g экономка строительства. Тезиса докладов научно-технической конференции. Новосибирск, 1992.-С.6ó.

7. A.c. № 1394Ь2Ь, ЬШ В Об В 1/18. Устройство для создан!« акустически колебаний в проточной среде / д.«.Кладов, Э.Н.Бр<ш; й.й.Себелов, Е.В.Нковлез. Кз публ.

Ö, А. е. & I4£6339, Шй Ol JP 33/38. Способ определения акс; ности цемента / Г.И.Бердоз, С.И.Лшшик, И.L.Себелев, Е.В. Яковл Опубл. ;

9, H.c,'¡ £ I37604o, Ш 01 í¿ 33/33. Способ определения а:ст; ности цекзнта. / Г.И.Бердоз, Б.Л.лронов, С.И. Чинник, И.М.Себеле И.П.Катковзкая. Опубл. Б.И. 1930, I." 7. .