Изучение влияния минеральных наполнителей на прочностные свойства цементного камня

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Для проведения этого этапа работы выбраны три минеральных наполнителя: зола-унос, мраморная пыль и известняковая мука. Выбор таких наполнителей обусловлен, прежде всего, экономической выгодностью использования заменителей цемента, решением проблем с утилизацией отходов, в частности золы-уноса и мраморной пыли, а также общей доступностью и изобилием подобных материалов на Среднем Урале и в Сибири [4, 11, 13, 17, 26, 35].

Минеральные наполнители вводили в смесь в количестве от 10 до
50 %, заменяя при этом такую же часть цемента. При изготовлении составов также сохраняли В/Ц=0, 45 и контролировали подвижность смеси. Установлено, что подвижность теста изменяется в зависимости от вида и количества наполнителя (таблица 3.2).

Таблица 3.2 – Подвижность цементного теста с минеральными добавками

Количество добавки, %	Расплыв цементного теста, мм
Количество добавки, %	Зола-унос	Известняковая мука	Мраморная пыль
0	55	55	55
10	55	56	57
20	55	61	65
30	55	71	77
40	53	82	87
50	54	88	92

Мраморная пыль и известняковая мука пластифицируют смесь, причем подвижность составов увеличивается пропорционально количеству введенного наполнителя, при соотношении Ц: МП = 1: 1 подвижность смеси становится на 67 % больше подвижности контрольного состава при введении мраморной пыли и на 60 % – известняковой муки. По-видимому, это связано с меньшей водопотребностью карбонатных наполнителей, что коррелируется с результатами определения их нормальной густоты. Введение золы практически не сказывается на изменении подвижности теста, при увеличении ее содержания она колеблется от 52 до 55 мм, что связано с высокой водопотребностью и, скорее всего, развитой неоднородной поверхностью зерен золы.

Очевидно, что прочность цементного камня снижается по мере увеличения количества минеральных наполнителей, особенно в поздние сроки хранения (рисунок 3.8-3.10).

Рисунок 3.8 – Прочность цементного камня
в зависимости от количества ЗБ и возраста

а – 28 суток; б – 60 суток; в – 90 суток

Рисунок 3.11 – Прочность цементного камня
в зависимости от количества минеральных наполнителей и возраста

Таблица 3.3 – Плотность цементного камня с добавками, кг/м³

Кол-во МН, %	Возраст, сут.
Кол-во МН, %	3	7	14	21	28	60	90
0	1869	1838	1289	2063	2029	1971	2104
Зола-унос Березовская
10	2000	2075	1464	1958	2183	1871	1947
20	1975	2117	2121	1979	2167	1992	1958
30	2017	2063	2154	2004	2300	2008	1992
40	1983	1946	2217	2154	2263	2150	2171
50	2058	2113	2258	1946	2263	2263	2136
Мраморная пыль
10	2175	2075	2121	1808	2154	1842	1881
20	2004	2038	2117	1808	2092	1803	1872
30	1908	1892	2192	1671	2046	1678	1778
40	2038	2088	1913	1833	1983	1839	1800
50	2129	2150	2063	1742	1958	1700	1772
Известняковая мука
10	2004	2046	1946	1988	1971	1792	1972
20	1975	1925	1833	1754	1958	1733	1956
30	1863	1879	2029	1704	1754	1711	2167
40	1996	1929	1729	1758	1738	1975	1833
50	1967	1933	1775	1738	1742	1925	1996

личение их содержания до 50 % снижает прочность на 50, 65 и 76 % в присутствии известняковой муки, мраморной пыли и золы-уноса соответственно.

Таким образом, установлено, что вид и количество наполнителя в большей степени влияют на прочность на изгиб цементного камня, нежели чем на прочность на сжатие.

3.3 Изучение влияния совместного присутствия минеральных
наполнителей на прочность полимерцементного камня методом симплекс-решетчатого планирования

Первоначально формовали трехкомпонентные составы, в соответствии с планом эксперимента (рисунок 3.12, таблица 3.4). В/Т сохранялось равным 0, 45. Условия хранения воздушно-влажные.

Рисунок 3.12 – Области проведения эксперимента

Таблица 3.4 – Матрица планирования эксперимента

№ состава	Ц, %	З, %	МП, %	ИМ, %
1	100	0	0	0
2	0	100	0	0
3	0	0	100	0
4	75	25	0	0
5	75	0	25	0
6	50	50	0	0
7	50	0	50	0
8	0	50	50	0
9	50	25	25	0
10	0	0	0	100
11	75	0	0	25
12	50	0	0	50
13	0	50	0	50
14	50	25	0	25
15	0	0	50	50
16	50	0	25	25

В таблице 3.5 приведены данные по кинетике твердения исследуемых составов. Установили, что в возрасте 21 и 28 суток присутствие большого количества золы-уноса приводит к сбросам прочностных характеристик цементного камня, не содержащего органические добавки, что, скорее всего, связано, с образованием избыточного количества эттрингита. Присутствие органических добавок нивелирует все падения прочности составов с золой-уносом, и с течением времени все составы повышают свои прочностных показатели. Та же тенденция характерна для составов с другими наполнителями.

С помощью программного пакета «Statistica 10.0» построены криволинейные поверхности зависимостей прочности от вида и количества наполнителей в возрасте 28 суток (рисунок 3.13-3.14). Для построения зависимостей результаты сгруппировали в три системы. В качестве постоянного компонента для всех систем был выбран портландцемент, а два наполнителя выбирались поочередно попарно: для первой системы – зола-унос и мраморная пыль, для второй – зола-унос и известняковая мука, для третьей – мраморная пыль и известняковая мука.

Установили, что меньше снижает прочность на изгиб одновременное введение золы-уноса и мраморной пыли. Возможно, комбинация двух мелких наполнителей обладает более плотной упаковкой и компенсирует снижение расхода цемента. Прочность на сжатие оказывается практически одинаковой для двух систем: зола-унос и мраморная пыль, мраморная пыль и известняковая мука. Худшими показателями, как на изгиб, так и на сжатие обладают составы, содержащие золу-унос и известняковую муку.

Далее формовали трехкомпонентные составы в соответствии с планом эксперимента (таблица 3.4), содержащие 2, 5 % РПП PAV-22 или 3, 0 % дисперсии Acronal 290D. Условия хранения комбинированные. Данные по кинетике твердения исследуемых составов приведены в таблицах 3.6–3.7.

Установили, что введение РПП и повышение содержания мраморной пыли в составе композиции приводит к меньшему снижению прочности, как на изгиб, так и на сжатие (рисунок 3.15–3.16). Возможно, высокая дисперсность мраморной пыли способствует более равномерному и тонкому распределению полимерной пленки, которая компенсирует снижение расхода вяжущего. В независимости от вида второго наполнителя, прочностные показатели цементного камня выше в присутствии мраморной пыли. Абсолютные значения прочности на изгиб составов, содержащих РПП, выше прочности на изгиб минерального и цементного камня без полимера. Характер зависимостей прочности на изгиб коррелируется с характером изменения прочности на сжатие.

В присутствии полимерной дисперсии характер зависимостей прочности на изгиб и сжатие так же совпадают (рисунок 3.17–3.18), но абсолютные значения прочности составов с этим полимеров ниже, чем у составов с РПП, и выше по сравнению с составами без полимеров. Видимо, РРП более эффективнее проявляет свои упрочняющие свойства. Область оптимальных составов шире у системы, содержащей золу-унос и мраморную пыль, она сдвигается в область большего содержания мраморной пыли. Прочность на сжатие в присутствии дисперсии оказывается меньше всего в системе с карбонатными наполнителями, что, по-видимому, связано с отрицательным влиянием самого полимера на прочность на сжатие.

Таким образом, установлено, что для получения смешанного цемента оптимальным сочетанием наполнителей является зола-унос–мраморная пыль, как без полимеров, так и в их присутствии. Но при использовании органических добавок для получения подобных составов необходимо увеличивать количество мраморной пыли относительно содержания золы-унос.

Таблица 3.5 – Прочностные характеристики составов без полимерных добавок

№ состава	Расход компонента, %				R_изг/R_сж, МПа, в возрасте, сут.
№ состава	Ц	З	МП	ИМ	3	7	14	21
1	100	0	0	0	1, 230/18, 96	1, 250/23, 54	1, 800/30, 00	1, 750/29, 00
2	0	100	0	0	0, 018/3, 78	0, 018/3, 78	0, 018/3, 78	0, 018/3, 78
3	0	0	100	0	0, 015/0, 49	0, 015/0, 49	0, 015/0, 49	0, 015/0, 49
4	75	25	0	0	1, 020/12, 91	1, 170/20, 68	1, 200/22, 43	1, 170/22, 80
5	75	0	25	0	1, 270/13, 85	0, 920/16, 30	1, 180/22, 06	1, 550/17, 65
6	50	50	0	0	0, 540/6, 62	0, 360/5, 27	0, 730/13, 55	0, 490/6, 86
7	50	0	50	0	0, 610/5, 64	0, 950/6, 78	1, 110/8, 09	1, 200/8, 83
8	0	50	50	0	0, 021/4, 49	0, 021/4, 49	0, 021/4, 49	0, 021/4, 49
9	50	25	25	0	0, 490/5, 88	0, 650/7, 48	0, 630/10, 66	0, 970/11, 11
10	0	0	0	100	0, 012/1, 67	0, 012/1, 67	0, 012/1, 67	0, 012/1, 67
11	75	0	0	25	1, 190/13, 57	1, 300/20, 72	1, 140/25, 66	1, 180/18, 51
12	50	0	0	50	0, 670/5, 15	0, 870/7, 72	1, 350/17, 90	1, 200/12, 75
13	0	50	0	50	0, 016/4, 03	0, 016/4, 03	0, 016/4, 03	0, 016/4, 03
14	50	25	0	25	0, 520/6, 25	0, 640/8, 21	0, 590/9, 32	0, 690/11, 03
15	0	0	50	50	0, 019/5, 70	0, 019/5, 70	0, 019/5, 70	0, 019/5, 70
16	50	0	25	25	0, 550/4, 78	0, 750/7, 27	0, 880/8, 58	1, 020/12, 42

система «Ц-З-МП»

система «Ц-З-ИМ»

система «Ц-МП-ИМ»

Рисунок 3.13 – Проекции криволинейных зависимостей прочности на изгиб цементного и минерального камня в возрасте 28 суток

Рисунок 3.26 – Рентгенограмма состава, содержащего 75 % Ц и 25 % З

Рисунок 3.27 – Рентгенограмма состава, содержащего

75 % Ц, 8, 33 % З, 8, 33 % МП, 8, 33 % ИМ и дисперсию Acronal 290D

Таблица 3.12 – Результаты РФА цементного и полимерцементного камня

Межплос-костное расстояние, Å	Интенсивность линий составов			Фаза
Межплос-костное расстояние, Å	100 % Ц	75 % Ц, 25 % З	75 % Ц, 8, 33 % З, 8, 33 % МП, 8, 33 % ИМ, 3 % Acronal 290D	Фаза
9, 730	1237	1087	1439	3СаО·A1₂O₃·3CaSO₄·31H₂O
7, 609	3929	4077	4355	3СаО·A1₂O₃·CaCO₃·12H₂O
4, 921	14416	13412	14339	Ca(OH)₂
3, 860	3973	4357	2741	3СаО·A1₂O₃·3CaSO₄·31H₂O
3, 347	761	790	1139	SiO₂
3, 118	9102	12436	9022	Ca(OH)₂
3, 034	59046	36018	26202	CSH(I) 5CaO·6SiO₂·H₂O
2, 778	1725	2448	1832	3СаО·A1₂O₃·3CaSO₄·31H₂O CSH(I) 5CaO·6SiO₂·H₂O
2, 629	8995	13507	13970	Ca(OH)₂
2, 495	3318	2187	1493	3СаО·A1₂O₃·3CaSO₄·31H₂O
2, 285	7949	5715	4118	5CaO·6SiO₂·H₂O
2, 094	7373	4696	2564	5CaO·6SiO₂·H₂O
1, 928	9287	6982	8017	Ca(OH)₂
1, 874	7639	4339	2999	5CaO·6SiO₂·H₂O
1, 604	2726	1511	813	CSH(I)

Во все исследуемых образцах цементного и полимерцементного камня, подверженных РФА, фиксируется наличие оксида кремния, и его количество повышается при введении минеральных наполнителей, по-видимому, он присутствует в виде примеси в составе карбонатных наполнителей. Выяснили, что в присутствии полимерной дисперсии создаются относительно благоприятные условия для гидратации клинкерных минералов, несмотря на воздушно-сухое хранение, но скорость процесса гидратации замедляется.

Выводы

1. Введение РПП PAV-22 в количестве 2, 5 % повышает прочность на изгиб и на сжатие цементного камня при твердении в воздушно-сухих условиях твердения, что связано с образованием прочной полимерной пленки, которая является частью структуры полимерцементного камня. Добавка дисперсии Acronal 290D в количестве 3 % значительно повышает подвижность цементного теста и прочность на изгиб цементного камня.

2. Замена портландцемента на 10 и 20 % мраморной пыли не приводит к снижению прочности на изгиб за счет кубовидной формы зерен и их шероховатой поверхности, что создает более плотные контакты, сохраняющие прочность камня на уровне прочности контрольного состава. Установлено, что вид и количество наполнителя в большей степени влияют на прочность на изгиб цементного камня, чем на прочность на сжатие, что обусловлено уплотнением его структуры. Рекомендуется в состав портландцемента вводить наполнители в количестве до 10 %.

3. Разработан состав полимерцементной композиции с повышенной прочностью на изгиб, содержащий портландцемент (75 %), РПП PAV-22
(2, 5 %) и комбинированный наполнитель, включающий золу-унос (8 %) и мраморную пыль (17 %) в соотношении 1: 2, что способствует более равномерному и тонкому распределению полимерной пленки и созданию более плотной структуры цементного камня.

4. Форма и характер поверхности зерен наполнителей и присутствие органических добавок влияет на реологические свойства цементного теста при получении смешанного цемента с тремя наполнителями. Разработан состав полимерцементной композиции с повышенной прочностью на изгиб, содержащий портландцемент, комбинированный наполнитель, включающий 2, 5 % золы-уноса, 11, 25 % мраморной пыли и 11, 25 % известняковой муки, и полимерные добавки в оптимальном количестве.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате обзора научно-технической литературы выяснили, что недостаточно изучены свойства цементных и полимерцементных систем с разными минеральными наполнителями местного происхождения. Неоднозначность различных результатов исследований говорит об актуальности этой проблемы.

8. При введении наполнителей (до 10 %) в состав цемента прочность не изменяется, дополнительное введение добавки полимера увеличивает прочность на изгиб, но снижает прочность на сжатие; добавка РПП PAV-22, вводимая в цемент, повышает прочность и на изгиб и на сжатие, в отличие от дисперсии, которая снижает прочность на сжатие; введение в данную систему наполнителя способствует дальнейшему росту прочности цементного камня с добавкой РПП, а дисперсии – снижает прочность на сжатие при сохранении прочности на изгиб на уровне прочности цементного камня с полимером.

9. Добавка золы способствует увеличению количества портландита и гидрокаброалюмината кальция, но снижает содержание эттрингита, тоберморита и низкоосновных силикатов кальция типа CSH(I), введение в систему «цемент-комбинированный наполнитель» полимерной дисперсии продолжает увеличивать содержание Ca(OH)₂ и гидрокарбоната, замедляет гидратацию, снижая содержание тоберморита и низкоосновных силикатов кальция типа CSH(I), что, по-видимому, обуславливает снижение прочности на сжатие.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Баженов Ю.М. Технология сухих строительных смесей: учебное пособие/ Ю.М. Баженов, В.Ф. Коровяков, Г.А. Денисов. М.: АСВ, 2003. 96 с.

2 Безбородов В.А. Сухие смеси в современном строительстве: учебное пособие / В.А. Безбородов, В.И. Белан, П.И. Мешков, Е.Г Нерадовский, С.А. Петухов. Новосибирск: НГАСУ, 1998. 95 с.

3 Бийтс Р. Химические добавки для улучшения качества строительных растворов / Р. Бийтс, X. Линденау // Строительные материалы. 1999. № 3. С. 20-22.

4 Боженов П.И. Комплексное использование минерального сырья для производства строительных материалов / П.И. Боженов М.: Стройиздат. 1986. 135 с.

5 Большаков Э.Л. Сухие смеси для отделочных работ / Э.Л. Большаков // Строительные материалы. 1997. № 7. С. 8-9.

6 Бутт Ю.М. Технология вяжущих веществ / Ю.М. Бутт, С.Д. Окороков. М.: Высшая школа, 1965. 611 с.

7 Василик П.Г. Особенности применения поликарбоксилатных гиперпластификаторов Melflux / П.Г. Василик, И.В. Голубев // Строительные материалы. 2004. № 1. С. 114-116.

8 Вишня Б.Л. Перспективные технологии удаления, складирования и использоваия золошдаков ТЭС / Б.Л. Вишня, В.М. Уфимцев, Ф.Л. Капустин. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 156 с.

9 Гонтарь Ю.В. Модифицированные сухие смеси для отделочных работ / Ю.В. Гонтарь // Строительные материалы. 2001. № 4. С. 8-10.

10 Горшков B.C. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений / B.C. Горшков, В.Г Савельев, Н.Ф. Федоров. М.: Высшая Школа, 1988. 400 с.

11 Доманская И.К. Об особенностях использования дисперсных минеральных наполнителей в составе сухих строительных смесей / И.К. Доманская // Стройкомплекс Среднего Урала. 2002. № 12. С. 42.

12 Загороднюк Л.Х. О качестве и методах исследования сухих смесей / Л.Х. Загороднюк, К.В. Ширина // Современные технологии сухих строительных смесей. 2004. № 1. С. 62-64.

13 Зозуля В.П. Заполнители, наполнители и функциональные добавки для сухих строительных смесей / В.П. Зозуля. Материалы Международной конференции Batimix «CCC для XXI века: технология и бизнес». 2002. С. 47-49.

14 Козлов В.В. Сухие строительные смеси / В.В. Козлов. М.: Издательство ACВ, 2000. 96 с.

15 Коломацкий A.С. Гидратация клинкерных материалов с полимерными добавками / A.С. Коломацкий, С.В. Кучеев, С.А. Коломацкий // Строительные материалы. 2000. № 9. C.12-13.

16 Компания «ЕвроХим–1». Комплекс добавок для высокотехнологичных сухих строительных смесей // Строительные материалы. 2001. № 11. С. 26-27.

17 Копаница Н.О. Тонкодисперсные добавки для наполненных вяжущих на основе цемента / Н.О. Копаница, Л.А. Аникавова // Строительные материалы. 2002. № 9. С. 2-3.

18 Корнеев В.И. Цементные клеи, модифицированные эфирами целлюлозы / В.И. Корнеев, Н.И. Нуждина // Цемент. 2001. № 5. С. 26-28.

19 Коровяков В.Ф. Модифицированные сухие строительные смеси-один из факторов повышения качества отделочных и других строительных работ / В.Ф. Коровяков // Современные технологии сухих строительных смесей. 2004. № 1. С. 36-37.

20 Круглицкий Н.Н. Физико-химическая механика цементно-полимер-ных композиций / Н.Н. Круглицкий, Г.П. Бойко. Киев: Наук. думка. 1981. 239 с.

21 Модифицирующие добавки для сухих строительных смесей [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: // www.eurohim1.ru.

22 Овчаренко Г.И. Золы углей КАТЕКа в строительных материалах / Г.И. Овчаренко. Красноярск: КГТУ, 1992. 216 с.

23 Оформление учебных текстовых и графических документов: методические указания / сост. Ф.Л. Капустин [и др.]. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2006. 72 с.

24 Охрименко И.С. Химия и технология пленкообразующих веществ /
И.С. Охрименко, В.В. Верхоланцев. Л.: Химия, 1978. 392 с.

25 Пащенко А.А. Вяжущие материалы / А.А. Пащенко, B.П. Сербии,
Е.А. Старчевская. Киев: Высшая школа, 1985. 440 с.

26 Песцов А.И. Современное состояние и перспективы развития производства сухих строительных смесей в России / А.И. Песцов, Э.Л. Большаков //Строительные материалы. 1999. № 3. С. 3-5.

27 Попов К.Н. Оценка качества строительных материалов / К.Н. Попов, M.Б. Кардо, О.В. Кульков, М.: Издательство АСВ, 1999. 240 с.

28 Савинкина М.А. Золы канско-ачинских бурых углей / М.А. Савинкина, А.Т. Логвиненко. Новосибирск: Наука, 1979. 165 с.

29 Саталкин А.В. Цементно-полимерные бетоны / А.В.Саталкин. Л.: Стройиздат, 1971. 169 с.

30 Соломатов В.И. Полимерцементные бетоны и пластбетоны / В.И. Соломатов. М.: Стройиздат, 1967. 184 с.

31 Строительная химия [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: // www.biotech.ru.

32 Урецкая Е.А. Сухие строительные смеси: науч. практ. пособие / Урецкая Е.А., Э.И. Батяновский. Минск: НПООО «Стринко», 2001. 208 с.

33 Фредерик А. Использование редисперсионных порошков «Rhoximat» в производстве сухих смесей / А. Фредерик, Р. Николя // Строительные материалы. 2000. № 5. С. 8-9.

34 Фрейдин А.С. Полимерные водные клеи / А.С. Фрейдин М.: Химия, 1983. 144 с.

35 Хребтов Б.М. Высококачественные материалы для сухих строительных смесей / Б.М. Хребтов, П.А. Кашин // Строительные материалы. 2000. № 5. С. 4-5.

36 Цюрбригген Р. Дисперсионные полимерные порошки – особенности поведения в сухих строительных смесях / Р. Цюрбригген, П. Дильгер // Строительные материалы. 1999. № 3. С. 10-11.

37 Черкинский Ю.С. Полимерцементный бетон / Ю.С. Черкинский М.: Стройиздат, 1960. 146 с.

38 Черкинский Ю.С. Полимерцементный бетон / Ю.С. Черкинский М.: Стройиздат, 1984. 213 с.

39 Энтин З.Б. Химия и технология тонкомолотых многокомпонентных цементов. Дис. на соиск.уч.степени д.т.н. / З.Б. Энтин. М.: МХТИ, 1993. 48 с.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56

Последнее изменение этой страницы: 2019-05-06; Просмотров: 37; Нарушение авторского права страницы