автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структурообразование и свойства цементных композиций, модифицированных химическими добавками и отходом производства ферросилиция

МОСКОВСКИ ЮЙТМУТ ИНЖЕНЕРОВ Ж£ХЙЗНОДОРОЖ;ЮГО ТРАНСПОРТА тш Й.Э.деЕРЖНСКОП)

На. правах рукописи Ш 666.972.16

ВЯЛЩ28А Италия Игоревна

СГСШУРООБРАЗОВАНИЗ И СВОЙСТВА ЦЗИЗНГШХ композиции, МОДОИЦИРОВАНгШ ХИМИЧЕСКИМИ ДОБАВКАМИ и отходом ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСИЛИЦИЙ

Специальность : 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соиснаниа ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992 г.

- 2 - •

Работа выполнена в Московском химико-технологическом институте имени Д.К.Менделеева и Центральном Межведомственно« институте повышения квалификации руководящих работников и специалистов строительства при МИСИ имени В.В.КуЕбшаева,

- доктор технических наук, профессор Кодбасов В.М,

- доктор технических наук, профессор Соколова Ю.А.

- доктор технических наук, профессор Костяев П.С,

- доктор технических наук,- профессор Проамн АЛ.

- НШ МосстроЯ

Защита состоится '*// " сентября 1992 года в часов на заседании специализированного совета Д 114.,05.08 при Московском институте инженеров аэлезнодорогкного транспорта имени Ф.Э. Дзержинского по адресу: 101475, • ГСП, Москва Л-55, ул.Образцова, 15 ауд.1329

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Просим Бас принять участие в защите и направить Вал отзыв, заверенный печатью, в адрес специализированного совета. Автореферат разослан "Л?" ¿¿¿¡^/УЫ 1992г. Экз.й &&

Ученый секретарь специализированного совета наичвдат технических наук

Научные руководители:

Официальное оппоненты:

Ведущая организация:

Клюкин В.И.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТ£РЖТККА. РАБОТЫ

Актуальность работа. Экономическое и социальное развитие России предполи.ет постоянное увеличение объема производства строительных материалов, а также повышение их качества при одновременном снижении топливно-энергетических и сырьевых затрат ка производство. Одним из эффективных путей улучшения качества строительных материалов с одновременной экономией сырьевкх ресурсов является модификация цементных композиций химическими и минеральными добавками. Известно, .что применяемые с этой целью электролиты йоопслггзт уцеплять формированием структуры цементного камня, создавая оптимальные условия, для процессов гидрато- и структурообразования, что влечет за собой улучшение структурных пагаметроэ и, как следствие этого, эксплуатационно-технических свойств изделий на основе цементного камня. В то же время использование различных побочных продуктов в качгстае актизньсс минеральных добавок способствует решению проблем охраны окружающей среды. В этом плане большой практический интерес представляют ультрздисперсные отходы ферросплавного производства - микрокремнезем, применение которого одновременно с экономией цемента позволяет повысить некоторые физико-механические показатели бетона.

Целью настоящего исследования являлась разработка эффективного метода модификации цементных композиций, основанного на управлении процессами структурообразования цементного камня путем использования в качестве добавок олектролитов в сочетании с аморфным кремнеземом.

В заначу входило: - изучение на модельных соединениях механизма гидратообразования в цементных композициях в присутствии широко применяемое в строительстве неорганических электролитов и отхода произвол-

ства ферросилиция - аморфного кремнезема (докрокрешдаем), а также комплексной добавки : олектролит + микракремкезеы;

- исследование влития вдсеушз&иных добавок на процесса гидратации я твердения, а таш структуру м ^изико-моасаничьекио сйоЯ-стса цементного камня, растворов и ботсноэ;

- определение де^ор^циоико-арочзюстьих а Айугмх аксшо^тацион-пых характеристик и рьщиом&льнзд областей применения модифицированных цаизнгпих композиций оп'.-.жальиьос состапоэ.

Научная койязна работы за кладете я и :

- разработка способов фаз..кз-хшиче-охоЙ шдкфк.кс.цяи композиционных »материалов на основе цемента комплексными добаакаан: электролит + иикрокрешезем;

- научном обосновании путей направленного регулирования проце .сами гидрато- и стру г.ту рсо браз о ваий я а цементном ваше путем использования химических добавок электролитов м аикр&кр&даеэсма

к юс комплексов;

- установлении взаимосвязи между условия:® гцдрьтообраэования в присутствии' добавок и структурой и свойствами цементного иацня, раствора, бетона.

Практическая ..ценность работы:' '

- разработаны способы полуу:ения бо.тае высокопрочных, морозостойких и долговечных растворов и бетонов;

- показана возможность снижения расхода цемента до 40 кг/ м3сме-си и экономии сырьевых ресурсов;

- выявлены пути решения экологических вэдач, заключающиеся в ути-. лизации отходов производства ферросилиция.

проведена опытно-промышленная проверка результате» работц на

комбинате "Мосинжбетон" ПСО "Мосинжсгрой" р.Ыоскбы в 1989 года.

Условно-экономический эффект от внедрения комплексно Г. добавка

"электролит КаКО^ шкрокрешезем" ц 1989 году составил 24180

рублей или 2,42 руб./м3 бетона, годовой экономический аффект -342000 рублей.

Достоверность научных положений, еыводов и рекомендаций подтверждается результатами экспериментальных исследование!, выполненных с помощью современных физико-химических методов (химико-аналитического анализа, КК-спектроскопии, микрохалориметри.. рен-тгено-фазового, дифференциально-термического анализов, ртутной по- , рометрии, БЭТ, елект ройной микроскопии), действующих стандартных методов физико-механических испытаний, оценкой результатов методом аппроксимации, а также корреляцией данных лабораторных исследований и натурных обследований учлгксй егг^ткого строительства.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

- УН конференции молодых ученых "Развитие технологии и повышение качества строительных материалов в двенадцатой пятилетке", август 1987 г., г.Киев (ЙИШ.1И) ШО "Стройматериалы";

- 48-Я научно-технической конференции молодых ученых СЖАДИ, февраль 1988г., г.Омск;

- семинаре "Пути полишения эффективности производства железобетона",март 196Вг. ,г.Челяб1эдск Уральский ДЛП;

- научно-техническом семинаре "Пути экономии цемента при производстве бетона м железобетона" .октябрь 1969г. .г.Челябинск Уральский ДНТП;

—научно-технической конференции "Ресурсосбережение в производстве вяжущих, бетона и железобетона в Омской индустрии", февраль 1990 г., г.Омск СИБАДИ;

- научно-технической конференции по утилизации отходов, август 1990г., г.Пенза ДДИТП;

Публикации. Результаты исследования изложены в 8 публикациях.

- б -

Об'ьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 192.наименований, изложена на 223 страницах машинописного текста; содержит 20 рисунков, 22 таблицы,7 фотографий, 4 приложения.

содашш РАБОТЫ ' •

Аналитический обзор. Изучению проблемы формирования структуры минерального камня, обуславлиьАюц&й его строительно-технические свойства, посвящено большое количество научно-исследовательских работ как отечас.венных, так и зарубежных авторов. Прежде всего, это работы Баженова Ю.М,, Батракова В.Г., Волженекого A.B., Долгополова H.H., Кганова 5.L!., Колбасова. В.М., ХагоРды A.B., Ычёдлова-Петросяна О.П., Полака А.О., Ратинова В.Б., Ре • биедера П-А., Рыбьева И.А., Соломатова В.И., Шпыновой Л, Г., Бен-тура А., Грудемо А., Дайшна М., Кондо Р., Пауэрса Т.-и других. Большая часть, этих исследований посвящена изучении процессов гидратацияи структурообразования материалов на основе цемента в присутствии' однокомпонентных и шогокомпонентных добавок различной химической природы. Значительно меньше освещены вопросы оптимизации структуры и технических свойств цементного камня путем использования добавок полифункционального действия, позволяющих управлять процессами гидрато- и структурообразования на различных стадиях твердения.

Основываясь на теоретической гипотозе о возможности направленного регулирования процессов зарождения, роста, распределения гидратов в межзерновок пространстве, а также гида, мопфологки, дисперсности и количества гадрахных новообразований путем изменения состава жидкой фазы и введения дополнительных центров кристаллизации, а работе рассматривается возможность модификации цементных композиций комплексными добавками полифункционального

действия, состоящих из неорганических электролитов и микрокремнезема, Предполагается, что использование электролитов, известных по своему влияния на изменение концентраций иоков в жидкой фазе цементного теста, позволит существенно изменить условия гэдрато-образования, создав тем самым предпосылки к получению более однородных и стабильных структур при совместном их применения с мелкодисперсным микрокремнеземом.

Используемый материалы. Для проведения модельных исследований использовали монолинерал Сдй, синтезированный на Подольском опытном заводе, и йолимИлсральны? це^рнт на основе Вольского клинкера. Материалами для исследования процессов структуросбразования и твердения з цементных композициях с заполнителями служили промышленные полиминеральные цементы, отличающиеся по своему минералогическому составу, а также количеству и виду минеральных добавок Пикалевского, Волховского заводов и завода "Больаезик". При изготовлении растворов и бетонов в качестве мелкого заполнителя был использован речноП намывной песок с И кр. = 2,0$, крупного заполнителя- гранитный щебень фракции 5 - 20км.

Добавки-электролиты : нитраты. Нитриты и хлорвды кальция и натрия вводились в композиции при температуре окружащего воздуха Т = 20+2°С .в веде приготовленных заранее растворов с концентрацией, обеспечивающей создание равных ионных сил раствора. При работе с бетонными смесями и цементными растворами концентрация N01102 составляла 2 - 5% от массы цемента по сухому веществу.

Структурообразующая добавка - микрокремнезем (МК) представ-

р

ляет собой высокодисперсный порошок ( 50...7йм /г ) аморфно-

УА*

го кремнезема в виде пыли, являющееся отходом производства ферросилиция Челябинского электрометаллургического комбината. Пыль газоочистки с электрофильтров электродуговых печей образуется в результате окисл-ния воздухом газообразного оксида кремния, ввделяю-

. - В -

щегася при сплавлении кварц:», и железа при Т = 2000°С.

Особенности процессов гидрате- и структурообрааования модельных и цементных компооиций а присутствии добавок неорганически электролитов и мкнрокремнезема

Экспериментальные исследования подтвердили идентичность характера влияния добавок ня процессы гвдрато- и структурооброзова-ния цементных и модельшк композиций на основа С^Б. При этом конкретизировано основное действие добавок-электролитов и микрокремнезема на условия гидратоибразования, а именно: изменение времени, скорости, количества, дисперсности, морфологической формы и песта образования гвдратов. Результатом изменений яэляется формирование структур, отличающихся по своим прочностным и эксплуатационные свойствам.

На основании проведенного химического анализа количественно подтвервдено,. что электролиты влияют напосредственно на возникающие в растворе жидкой фазы концентрации ионов Са^*", ОН-,

степень пересыщения последней относительно гвдратов. Причем характер действия неорганических солой определяется их химическим составом. Проведенные исследования позволили уточнить действие каждой группы добавок на изменение условий гндрато- и структуро-образованкя.

На конкретных композициях количественно установлено, что добавки, включающие в свой состав ион : Са(КО^)^ , СаШО^)^ СаС1*, способствуют существенному уменьшении растворимости минерала С^З и гидратиых новообразований, одновременно ск.^жая степзнь паресьщеиия гидк.ой фазы относительно последних и увеличивая ионную силу раствора. Это является следствием резкого повышения кон-

о.

цемтрации ионов Са , и также снижения как рН раствора, так и кон-

центрацик ионов 3!СД~{рисЛ ,2). В результате увеличивается зерочтно-сть зародьЕеобраэозания и существенно интенсифицируются процессы гидратация и структурообразозанкя : жидкая фаза насыщается ионами Са2* з среднем за 3 часа, увеличивается количество выцеляч^егося тепла, з

5 меГабш J 7 Н,г,'os -у среднем в 1,75 раза за 24 часа гид-иччутм «си cjrnn У'-

Рис.1 Зяяягм стации при возросшей скорости те-

злектролитов на изменение. г«,„_пловкцвления. й цементам конпоэи-цюгр&цш ионов Са2+ в хидхой ЦИЙХ к 3 с>ткам сгепень пиратами фазе суспензий C-S:

1 - СаС12; 2 - Са(К0;))Р; Э

.3 - Са(К0 3)2

возрастает в 1,£ раза, а к 2а суткам цемент гидраткрует белее чем ка 60%, то-есть вы-^е контрольного варианта ка

Б композициях с солями, включающими в свой состав иен Ка* зарегистрировано увеличение растворимости минерала С-5, а такяе воэъас-о *

танг.е как степени пересыщения, так и ионной силы раствора з результате

5 »«.,.„, , гчя« ^существенного повышения концентраций ионов SíO^"nm

J4 при несколько повы-

ипнути мем езткч

Рис.2 Влияние Са-содеркащкх

ценных значениях сК и концентрации электролитов на изменение кон- 0

„ионов Са*"+ (п:с.3,4). ИнтенснЯика-ЦеНТраЦИИ КОНОВ З1О4 В дСКДКОП чц.^.^.ч/. ./тсти1,и»«

фазе суспензии С^ : ция ^есссв «'Дотации и структу-

I - Н.рО; 2 - СаС10 ; ' рообразования выражается в ускорен-

3 - Са(ХС->) ■>; 4 - Ся(Щг) нем ,гог:.<:;совании кристаллизационной

Ы — Ок. *

и1' %

»»S ) IUI i 7Н14Л0£ мииуты часы сутки

Ру.с.З Влияние добавок на

- 10 - •

структуры с более ранними сроками схватывания цементного теста и равномерным набором пластической прочности при одновременном росте ее абсолютных значений.

Подобные различия в количественном составе гадкой фазы отражаются на времени возникновения, дли-

изменение концентрации ионов Са^+ в жидкой фазе суспензий CoS :

О

4 - КаХОз; 5 - Ш< + НО

тельности существования и величины анизотропии раствора, а также градиента концентраций ионов. В итоге, процесс гвдратообразооания в сус-I - Н^О; 2 - НаХО^; 3 - KaCI пэнзиях с добавками протекает i.o

различным механизмам и с разной скоростью. Результаты экспериментальных исследований позволили сделат! вывод о преобладании гетерогенного механизма зародышеобраэования в ком-40 позициях с Ca- содержащими добавками

В случае Ма-содержащих добавок в условиях повышенной степени пересыщения раствора жидкой фазы присутствует как гетерогенный, так и гомогенный механизмы • эародшшоб-разования.

Направленное изменение механизма

1 5 J5 63 J Ь 11 > а 1 И I» 105 , нинуть; ч,си „ сгтлп

Рис.4 йлияние добавок на изменение концентрации конов SiO|"b жидкой фазе

суспензий C^S:

1 - . ß ; 2 - NaMO^; 3 - NaCl и условий гвдратообразования поэво-4 - КяХОу, 5 - МК + Н.20 , ляет регулировать структуру и свой-

ства цементных композиций.

Так, в композициях с Са- содержащими добавками увеличение вероятности роста выпавших кристаллов положительным образом влияет на морфологию образующихся новообразований. Б то же время, высокое отношение С/Б продуктов гидратации приводит к прекмуцес.венному содержанию гвдроксида кальция (ГК)Дчто подтзерадается рентгенограммами цементного камня и данными олектронномикроско.т/.чее ого анализа з возрасте 28 суток) отрицательно влиявшего на долговечность изделий и конструкций. Наблюдаемое упрочнение цементных композиций с этой группой добавок составляет б среднем 1,2 - 1,3 раза к 26 суткам и обуславливается .увеличением гидратной кассы и более совершенным морфологическим строением гидратов. Данные РОЛ по характерным линиям отражения с с1 = 4,29; 3,91; 3,Ь2; 2,ь8; 2,4; 2,22 А дают основание предположить присутствие в данных композициях комплексных солей гвдроалюминатоа кальция (ГАК) типа гвдрохлоралмми-наты (ГХАК) и гидронитроалюминаты кальция (ГНАК), способствующих уплотненна и упрочнению цементного камня. '#£* образование не вызывает структурных напряжений, поскольку, как известно, происходит в основной период гидратации. Тем не менее, указанные соединения способствуют удлинению периода существования коагуляционной структуры твердения из-за экранизации зерен С-А оболочкой субмккрокристаллов ГХАК и ГНАК. Этим можно объяснить замедление сроков схватывания л роста пластической прочности цементного теста данных композиций в начальный период твердения.

Прохождение процесса зародыыеобразоэания по гетерогенном}' механизму приводит к локализации гидратов в непосредственной близости от частиц клинкерных минералов, что не позволяет заполнить все межзерновое пространство. Б результате образующиеся структуры имеют невысокие значения плотности при одновременном повышении пористости. Так, в цементной композиции с добавкой СаС^ наблэдается

. - 12 - ■

снижение удельной поверхности цементного камня в возрасте 28 суток в 1,25 раза, одновременно'увеличивается общая пористость, а также доля какропор и капилляров. Цементный камень с добавкой Са{.\03)2 имеет зысокис значения удельной поверхности, в 1,2 раза превызажцке контрольные, тем не менее, здесь также сохраняются высокие значения пористости (ТаблЛ).

Экспериментальными данными подтверждено, что структура моно-и полиминерального камня с добавка;./, солями Ыа отличается большими однородность» и плотностью в результате прсховдения лавинообразной кристаллизации с образованием мелкодисперсных гидратов вследствие недостаточного количества материала, пространства и времени для роста. Они хаотично расположены в межзериовом пространстве, а также имеют большое количество, контактов срастания. Поскольку данные ИКС, ДТА и РФА не регистрируют существенных изменений в фазовом составе продуктов гидратации, то такие структурные изменения, как: снижение общей пористости и перераспределение ее в сторону уменьшения количества иакропор и капилляров очевидно связаны с морфологическими особенностями и дисперсность» новообразований (табл.1).

Пониженное отношение С/3 продуктов гидратации увеличивает вероятность преимущественного образования ГСК в общем объеме гедрат-ной массы; Количественная оценка ДГ кривых указывает на снижение доли СаСОН)^ в продуктах гидратации при увеличении общего объема последних. Регистрируется повышение прочности данных композиций как на изгиб, так и на сжатие в среднем в 1,15 и 1,4 раза соот- . ветственно. В большей степени уплотняет и упрочняет структуру композиций добавка КаМО^.

Отмеченное положительное влияние Добавок нитрита Ыа и Са на растворимость силикатной составляющей минерала дает основание пред-

Таблица I

Влияние добаво'к ка структурную пористость цементного камня в возрасте 2В суток

Добавка

Удельная поверх- Общая порис- '

Р п кость, и /у_стость,см /г

Распределение тор по радиусам, см /г_

10ОА Ю2-103Л 103-1(Ак 104~ Ю5А 1С5А

- 2,923 0,2482 0,0402 0,0050 0,1060 0,0510 0,0460

ЯаМ03 4,078 052234 0,1301 0,0321 0,0490 ' 0,0034 0.00&4

1ЫЮ2 4,318 0,2057 0,1257 0,0374 0,0300 0,0016 0,0010

МаС1 3,919 0,2198 0,0515 0,0560 0,0760 0,0300 0,0050

Са(К03)2 2,970 . ■ 0,2584 0,0780 0,0330 0,0960 0,0100 0,0110

Са(^02)2 4,066 0,2400 0,0678 0,0511 0,0900 0,0130 0,0210

СаС12 1,749 0,2361 0,1200 0,0290 0,0670 0,0070 0,0110

МК 3,190 0,2039 0,1325 0,0306 0,0190 0,0140 0,0070

ЫК+МаМ03 . 3,679 0,1741 0,1122 0,0350 • 0,0150 0.,0070 0,0050

МК+НайО^ 3,901 0,1541 0,1056 0.029С 0,0120 0,0050 0,0020

МК+МаС1 3,361 ' ' . 0,1646 0,0970 0,0170 0,0150 0,0090 0,0060

МК^Са(Н03)2 3,5Ш 0,1726 . 0,1148 0,0190 0,0170 0,0150 0,0070

МК+Са(Н02>2 3,900 0,1765 0,1166 0,023-1 0,0190 0,0100 0,0060

МК+СаС12 2,990 0,2166 0,1375 0,0 270 0,02Ь0 . 0,0150 0,0090

положить увеличение растворимости С^З в присутствии иона fíOj?.

Вследствие локальности высоких пересыщений и концентраций ионов в жидкой фазе и незначительного смещения градиента концентраций зглубь межзернового пространства при использовании одних электролитов, для получения более плотных и однородных структур представлялось целесообразным использовать дополнительные приемы, способствующие продлению фронта кристаллизации вглубь межэеркового' пространства в объеме камня. С атой целью в композиции вводилась мелкодисперсная добавка микрокремнезема. Экспериментально установлено незначительное уменьшение концентрации ионов Ca¿+ при одновременном снижении рН раствора в присутствии данной до баи к:: (рис.^). Незначительное увеличение концентрации ионов SiOÍ" свидетельствует о неполном растворе,чик МК и нахождении его в гелеобраэном. состоянии С рис.А), что подтверждается олектронномикроскопическим анализом. Существенного-влияния на растворимость C^S МК не оказывает. Как инородная примесь, данная добавка интенсифицирует процессы кристаллизации. Б то у.е время зарегистрировано замедление процессов раннего структурообразования: в 2,tí раза увеличиваются сроки схватывания, снижаются как скорость роста пластической прочности, так и ее конечные значения ( в 1,75 раза). Это обуславливается вовлечением в процесс гидратации большего количества дополнительного мелкодисперсного компонента. Однако посла 3-х суток процессы структурообразования цементных композиций значительным образом ускоряются за счет прохождения реакций пуццоланизации с образованием низкоосновных ГСК: к 7 суткам возрастай? степень гидратации и прочность на сжатие. Тем не менее, значения прочности на изгиб невелики и снижаются в процессе твердения, что вызвано деструкцией цементного камня вследствие перекристаллизации высокоосновных ГСК и Са(0Н)у.

Близкая степень сродства компонентов клинкерных минералов и

йКЬ}, входящего в состав МК, увеличивает вероятность прохождения процесса зародышеобразования по гетерогенное механизму на поверхности частиц последнего. При этом гидратообразование реализуется при несколько сниженных степенях пересыщения жэдкой фазы, способствуя таким образом более равномерному протеканию данного процесса. Частицы добавки, играя роль'центров кристаллизации'и подложки при осаадении и дальнейшем росте новообразований, существенно продлевают фронт кристаллизации вглубь от зерна, что значительны.« образом уплотняет цементный камень. Этому способствует также содержание большого количества геля З/'С^, ;;стсрыГ;, уяк показывает электронно-микроскопический анализ, в веде мелкодисперсных образований.диспергирует поровое пространство. Ртутная поромегрия регистрирует увеличение удельной поверхности более чем в 1,2 раза при снижении общей пористости в 1,4 раза и перераспределении ее з сторону умекь-вения количества пор с радиусом вьие 10 А более чем в 10 раз. К 23 суткам твердения прочность на сжатие увеличивается болео чем в 1,5 раза.

В упрочнении композиций с МК существенную роль играет так:?.е изменение фазового состава продуктов гидратации. Первично образованный СаСОЮз вступает в реакции пуццоланизации с образованием низкоосковных ГСК. Количественная оценка ДГ кривых указывает на снижение содержания свободного ГК в 2,4 раза при увеличении объема гад ратной массы, ч^о подтверждается ростом количества связанной воды в 1,12 раза. Данные РФА, ДТА и Ж свидетельствуют о преимущественном содержании в гндратной фазе ГСК разной основности,имеющих характерные температуры разложения при Т * 140 - 170°С, 600,- &10°С к линии отражения с <1= 3,06; 1,82А на рентгенограммах.

Большая часть добавки Ж, не растворяясь и находись з голеобразном, рентгеноаморфном состоянии, не всту: .я в реакции гзапмз.чей- •

ствия с первичными продуктами гидратации, не может реализовать весь свой возможный потенциал в упрочнении и'уплотнении минерального камня. Совместное использование КК с электролитами позволяет получить аддитивный аффект интенсификации процессов гкдрато- и структурообразования. При отом негативное воздействие одной группы добавок нивелируется введением другой, а именно: МК взаимодействует с избыточным количеством СаСОН^, образующимся в композициях с Са-содеркащими добавками, а введение Ма-содеркащих добавок в композиции с ;Ж позволяет увеличить растворимость последней и по-высунь вероятность образования низкоосновных ГСК, что способствует упрочнении и стабилизации структуры.

Таким образом, мсдификатдия коно- и полиминеральных композиций комплексной добавкой "ЫК+элекгролит" позволяет направленно воздействовать на процессы гидрато- и структурообразования: меняется как состав жидкой фазы, так и качественно и количественно состав продуктов твердения, дисперсность, морфология и пространственная ориентация кристаллов. Наблюдается существенное увеличение плотное ?и и прочности при одновременном снижении общей пористости к перераспределении ее в сторону уменьшения количества неблагоприятных пор с

V

размерами, превышающими 10 А, за счет разобщения крупных пор на более мелкие и создания мелкопористой структуры цементного камня. ■ Введение электролитов в цементные композиции с МК стабилизирует структуру последних, приводя к получению высоких показателей по прочности на изгиб.

Оптимальной структурой обладают композиции с добавкой "МК* ЫаНОз", в то время, как добавки "ЫК+КаС1" и "У,К+СаС12" в большей степени интенсифицируют процесс гидратации.

- I? -

Влияние комплексной добавки "КК-ЛаЛО^"' на эксплуатационные свойства растворов и бетонов. Рациональные области их использования.

Согласно экспериментальным данным комплексная добавка "МК+ ЦеЖ^" (КД) при оптимальном соотношении : 355 Ма!^.и Ш МК от массы цемента позволяет получать высокопрочные композиции, отличающиеся ускоренным твердением в начальный период при нормальных условиях н сохраняющейся приемлемой удобоукладыеаемостью смеси. Помимо стого, использование электролита ЬйЖ^ данндй концентрации, как про-тиаомпроаной добавки, благоприятно с точки зрения проиедаг;::,-; укладочных работ при пониженных температурах без дополнительного обр-грева и ухода за бетоном.

Контрольные исследования на трех видах цемента с варьированием клинкерно-минералогичесхого состава, вида к содержания минеральной добавки показали, что положительны!» оффззгг сохраняется для всех ви~ дов композиций (Табл.2) : расход цзкента снижается на 30% при сохранявшихся высоких значениях прочности и приемлемой удобоукладыва-емости.

■Модифицирование бетонных смесей в пределах 2 - Ъ% МайО^ и 8 -Ю МК от массы вяжущего дает возможность получить высокопрочные бетоны нормального твердения, ведерживакцие свыше'ЗООциклов попеременного зам заживания и оттаиЕания без потери прочности, с пониженным расходом цемента .до 50 кг/м^ бетона при одновременной экономии энергозатрат на уход за бетоном в зимнее врзыя.

В.качестве модификатора батона КД была рекомендована для приготовления бетонной смеси при строительстве гидротехнических и высотных сооружений. С целью получения бетонных сыесеП высокой подвижности, требуем:« в условиях интенсивных темпов производства ра-

Влияние комплексной добавки "МК-ЛаМС^"

Вид цемента Добавка в/ц Расплыв к

нуса,ск

Вольский п/ц 0,40 16,50

о-да "Большевик" 0,45 20,50

0,40 12,50

3%ИаН02 +ЗШК 0,45 18,00

Михайловский п/ц 0,40 17,63

,1 » »1 ч и '< 0,45 20,65

0,40 13,32

0,45 18,00

Пикалевский п/ц 0,40 12,50

1! П П К П Н 0,45 14,50

0,40 10,05

0,45 11,55

Таблица 2 га свойства цеь.-нтных растворов

Прочность на сх' гиа, Ша в возрасте (сут)

I 3 . 7 ' 28 90

4,40 14,50 22,09 40,00 45,27

3,40 10,00 14,08 34,19 42,73

4,50 18,34 25,37 42,50 58,39

3,59 15,34 21,55 40,08 - 48,76

3,81 17,17 36,83 39,90 41,20

2,92 15,40 35,04 38,60 39,50

5,29 18,67 38,64 49,75 65,45

5,21 18,21 36.83 46,47 . 59,0?

2, Z> 10,61 26,00 " 32,90 40,35'

- 9,25 16,34 29,19 '33.Z7

6,62 21,23 35,61 41,03 50,37

3,67 18,70 23,40 38,22 46,30

Сот, КЦ применялась в сочетании о пластификаторами ЛСГ и С-3.

Полученные данные по совместному использованию КЦ с ЛОТ (последняя в количеств 0,2 - 0,5$ он массы вяжущего) иллюстрируют возможность получения пластичных бетонных смесей с ограниченным содержанием воды. При атом создаются предпосылки к снижению расхода цемента, в то время как повышаются прочность и морозостойкость (бетон выдерживает свыше 500 циклов попеременного замораживания и оттаивания без потери прочности). Таким об! гзом, 1Щ мох?ет быть использована в сочетании с любыми добавками такого типа без потери за основных структурообразующих и интенсифицирующих'своПств, помимо отого мочет бить получен дополнительней комплекс зксплуад-ацио;;;;:." _ (сысокая морозостойкость бетона, повышенная пластичность бетонной смеси), требуемых при ведении различного взда строительства: гидротехнического, монолитного, жилищного и других.

Бетон.был апробирован таете при изготовлении автодороетого покрытия в зимнее время комбинатом МОСШЕБШН ПСМО "МОСШЖЕГОНС'ГРОа" В , общей сложности было уложено до ЮООСЮм3 бетона. Лабораторными испытаниями установлено, что покрытие обладает повышенной прочность» (предел прочности при сжатии .образцов с возрасте 28' суток в 1,35 раза выше контрольных значений) высокой долговечностью, которая определяется низкой.проницаемостью ботсна (водонепроницаемость в возрасте 28 суток выше контрольных значений в 1,6 раза, газонепроницаемость - а 1,46 раза)высокой морозостойкостью (седержизает более 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания без'потерн прочности) , при отом сохраняется приемлемая удобоукладываемость бетонной смеси. Введение КД позволило провести бетонные работы при пониженных- температурах, качество бетонного покрытия и интенсивность его твердения ке были нарушены, в го время как существенно сократились затраты на уход за бетоном.

При устроПствгавтодорожного покрытия расход цемента сокращен

на. 50 кгДА Экономический аффект составил 2,42 руб/и^ бетона.

общий вывода'

¡.Разработана способы физико-химической модификации композиционных строительных материалов на основе цемента комбинированными добавками : "олектролиг+микрокремнезем (отход производства ферросилиция)", позволяющие регулировать свойстйа бетонных и растворных смесей, улучшить комплекс эксплуатационных свойств бетоноз и растворов, .ювысить их долговечность с одновременной ¡экономией энергетических и сырьевых ресурсов и решением экологических задач.

¿.Методами химического, рентгено-фазового, дифференциально-термического анализов, электронной микроскопией и другими на модельных композициях исследован механизм'процесса гидратооброаова-ния в системах : цемент-эязктролиты с различной природой катионов и анионов, цемент-микрокремнезем, цемент-электролит-микрокромиезем. Установлено, что добавки изменяют условия гидратообразоваакя, позволяют в широких пределах регулировать и направленно каменеть микроструктуру цементного камня.

3.Выявлен.", роль химического состава олеитролита в создании оптимальных условий гкдрато- и структурообразования. Катион способствует снижению растворимости клинкерных минералов и гидрат-ных новообразований, одновременно увеличивая ионную силу раствора, при этом гвдратообразование начинается в более раннее время и проходит при пониженных значениях степени пересыщения жидкой фазы ионами Са^ у, высокой концентрации последних. Значительно интенсифицирует процессы гидратации' (степень гидратации возрастает в 1,45 -2 раза к I суткам) и структурообразования на ранних стадиях твердения, способствуя созданию прочных структур, (к 2В суткам прочность выше в 1,25 - 1,15 раза), отличающихся хорошей закрнстАлли-

ооЕанностыо крупнокристаллических форм с преимущественным еодержа-нием Ca(0H)2« Наибольший эффект интенсификации твердения обеспечивает добавка'Ca(MOj) 2» a упрочнения структуры - добавка CaCMOgJg-

Электролиты с катионом Ыа+, увеличивая ионную силу раствора, способствуют росту растворимости силикатной составляющей клинкера, в результате чего интенсифицируются процессы гидратации (степень гидратации к I суткам возрастает з среднем в 1,25 раза) и структу-рообразования, одновременно формируется плотные ( S, , вьгле в среднем в 1,8 раза), прочные (прочность в 28 суток выае в среднем в 1,2 раса)^ мелкодисперсные структуры с повышенным «дерганием доли гид-росиликатоз кальция а гидратной фазе. В большей степей» la-roHc.w^s-цируе? процессы структурсобразования добавка RaCI, упрочняет камень добапла ИаЖ)^.

Показана положительная роль аниона НОр" в увеличении растворимости кремнеземистой составляющей клинкерного минерала.

4.Впервые исследовано влияние добавки МК на процесс гйдратооб--раэования моно- и полиминеральных композиций. Установлено, что "К не вносит существенных изменений в химический состав и кинетику жидкой фазы, а играет роль структурообразователя, продлевая фронт кристаллизации вглубь мзжзернового пространства за счет увеличения количества центров кристаллизации з период зародкщеобразования, а также упрочняет п стабилизирует камень путем увеличения гидратной фазц низкоосноеных гиДросиликатов кальция, вступая в реакции пуц-цоланизации с перзичным гедроксидом кальция.

5.Экспериментально доказано преимущество совместного использования добавок "электролит+микрокремнезем", при котором проявляется' их аддитивное воздействие на процессы гвдратообразозания и формирования структуры, ноко- и полиминерального цементного камня, с получением плотной мелкопористой однородной с*гр>птуры, устойчивой к'

перекристаллизации при изменяющихся режимах эксплуатации.

Наибольший эффект получен для комплексной добавки "МаКО^+КК",

6.Закономерности, выявленные на модельных соединениях, подтверждены на полиминеральных композициях - цементе. Совместное использование добавок "электролит+микрокремнезем" позволяет кнтенси-■ фицировать процессы гедратации и твердения, а также получить прочные (прочность " 26 суток выше в среднем в 1,25 - 1,5 раза) плотные структуры цементного камня, обладающие повышенной водо- и газостойхостьв, а также устойчивостью к перекристаллизации в изм-з-нягощ-хся эксплуатационных условиях. Показано, что данный эффект действия комплексной добавки "МаКО^ микрокремнезем" на цементные композиции не зависит от клинкерного состава последнего.

7.Исследованы наполненные цементные композиции, модифицированные комплексной добавкой "МаКО^млихрокремнезем", оказывающей позитивнее воздействие на кинетику твердения и свойства бетонных и растворных смесей : увеличивается скорость твердения ( в 1,5 раза), уменьшается расслаиваемость ( в 1,25 раза), утучщается удобоукла-дываемость, а также улучшающей свойства бетона: возрастет прочность С в 1,35 раза), увеличивается водонепроницаемость (в 1,6 раза), морозостойкость ( с марки Мрэ 200 до 400), при одновременной экономии расхода цемента на 40 кг/м^ уложенного раствора. Модифицированные бетоны и растворы могут использоваться в зимнее время с экономией энергозатрат на уход за уложенной смесью при снижении коррозии арматуры в железобетоне.

8.Произведена производственная опытно-промьшленная проверка бетонов с комплексной добавкой ' \4ali 0 ^-м и к ро к р е м н е з е ;.<'' при устройстве автодорожного покрытия ПСМ0 "Ыосинжстрой" в 1969 году. Уложено

о

100000 м^бетона.Общая экономическая эффективность в 19В9 году составила 3,42 руб/мЗ.

- 23 -

Такие материалы могут быть рекомендованы такт для гражданского, жилищного, гидротехнического, специального и других областей строительства.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Колбасов Б.М., Калитина М.А., Вяльцева Н.И. Комплексная до- • бавка "Супврпласгкфикатор-юлектролит"// В сб. Пути повышения эффективности производства железобетона.- Челябинск, 1988. - C.Ö-9.

?_R«!TMiöBa Н.Й., Калитина U.A. Использование химических добавок с целью оптимизации структуры монсминерального камня на основе CßS// В сб. Материалы научно-технической конференции молодых ученых и специалистов: Труды НИИЦемента. - Москва, 1988.- С.53-55.

3.Вяльцева Н.И., Колбасов D.M. Использование комплексных добавок с цельта повышения эксплуатационных свойств цементных материалов// В сб. Пути экономии цемента при производстве бетона-и железобетона,- Челябинск, 1989.- С.19-20.

4.Вяльцева Н.И., Соколова Ю.А. Оптимизация структуры цементного камня с помодьто комплексной добавки // В сб. Композиционные строительные материалы с использованием отходов промышленности.- Пен-эа,-1990.- С.15-16.

5.Вяльце~а Н.И., Соколова D.A., Колбасов B.U. Формирование структуры цементного катя в присутствии некоторых добазок-улект-тролитов // Известия ВУЗ серия Строительство. 1991.-№!!.- С.69-72.

6.Соколова Ю.А,, Вяльцева Н.И. Использование комплексных добавок в дорожном строительстве // В сб. Передовой опыт в строительстве Москвы. - 1990,- $5.- C.9-I0.

?.Вяльцева H.K,, Соколова. J0.A. Использование комплексных химических добавок на основе отходов производства с целью оптимизации структуры цементного каин я // В сб. Использование вторичнах ресурсов и местных материалов в сельском строительстве,- Челябинск. - 1991.- С.IIb - IIS.

В.Соколова O.A., Вяльцева Н.И. Использование отходов металлургической промыа: -нности при производстве строительных материалов// В сб. Резервы производства строительных материалов,- Барнаул. •- 1991.- C.66-Ü7.

ВЯЛЬЦЕЗА НАТАШ ИГОРЕВНА СТРЛСГУР00БРА30ВАНИ£ И СВОЙСТВА Цй.12Ш:ШХ КОМПОЗИЦИИ, МОДИйЗДРОВАНШХ ХИЖЧЕСК11МИ ДОБАВКАМИ И ОТХОДОМ ПРОИЗВОДСТВА йррсси-

лщю!

Специальность 05.23*05 - Строительные материалы и изделия Сдано в набор С9.о?.92. Подписано к печати ОР.о/.зг Объем печ. л. J, С Формат бумаги 00x90 1/TÓ

Заказ К' 12i'5__Тираж 100 ->кз.____

Типография '.íííi'.T, Москва, ул.Образцова, 15