CC BY
22[email protected] Савинд В соиск
Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова
БЕЗГИПСОВЫЙ МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ С ИЗВЕСТНЯКОВЫМ
МИКРОНАПОЛНИТЕЛЕМ ДЛЯ МОНОЛИТНОГО БЕТОНИРОВАНИЯ
Установлен положительный эффект от применения микронаполнителя из отхода дробления известняка в безгипсовом портландцементе, модифицированном комплексной химической добавкой, твердеющем при отрицательныгх температурах. Приводятся данныге по кинетике набора прочности и фазообразованию в БГПЦ с известняковыгм наполнителем в раз-личныгх условиях твердения.
В настоящее время особое внимание уделяется це-ментосберегающим технологиям. Одним из способов решения этой проблемы является использование тонкомолотых минеральных добавок, в качестве которых применяют различные материалы. Многочисленными исследованиями в России и за рубежом установлена эффективность использования в порт-ландцементах тонкомолотого карбонатного микронаполнителя [1,2]. Возможность применения тонко-измельченного карбонатного наполнителя была изучена в разное время отечественными учеными: П.П.Будниковым, В.Н.Юнгом, Ю.М.Буттом, А.С.Пантелеевым, В.М.Колбасовым, А.В.Филосовым, А.В.-Волженским, Л.Н.Поповым. В частности было установлено, что применения тонкомолотых добавок доломита, мергеля, мела в количестве не менее 10% не ухудшает качество вяжущего.
За рубежом цементы с тонкомолотыми карбонатными микронаполнителями используются достаточно широко. Например, в США производят вяжущие с содержанием карбонатной добавки до 50%, что регламентируется стандартом ASTM С-91. Во Франции около 30%, производимых в стране цементов, содержат карбонатную добавку в виде порошка с Sуд=300-500 м2/кг, которая является техногенным отходом, ее содержание в вяжущем 5-25 % в зависимости от марки вяжущего.
В России ГОСТом 25328-82 предусмотрено производство цементов для строительных растворов с активностью не менее 20,4 МПа и содержанием до 80% карбонатного микронаполнителя. Однако их производство не получило дальнейшего развития, как в США, Франции, Канаде, Норвегии, Дании и др. странах [3]. Вероятно это обусловлено тем, что недостаточно изучено влияние карбонатных микронаполнителей на свойства бетонов с этими добавками (на
усадочные деформации, деформации ползучести, твердение при отрицательных температурах и т.д.). В этой связи автором исследована возможность использования карбонатного микронаполнителя в безгипсовом портландцементе, предназначенного для монолитного бетонирования в условиях отрицательных температур.
Возможность замены клинкерной составляющей безгипсового портландцемента на тонкомолотый известняк исследовали по кинетике твердения разработанного вяжущего в нормальных условиях и на морозе. Известняковый микронаполнитель получали путем измельчения отсева дробления известняка Коломенского карьера, представляющего собой песок с размером частиц 0,14-4 мм до удельной поверхности 3800 см2/г. Гранулометрический состав измельченного наполнителя определяли на приборе «МюroSizer 201». Методом лазерной гранулометрии установлены размеры частиц в диапазоне от 0,2 до 600 мкм, с разделением указанного диапазона на 40 фракций, и их процентное содержание в анализируемом материале. Данные анализа приведены на рис.1.
Как видно из графика (рис. 1) размеры порошкообразного известняка изменяются от 0,54 до 250 мкм. Максимальное весовое содержание приходится на частицы размером 40-150 мкм. Количество частиц с d менее 5 мкм составляет около 22,5 %, с d менее 150 мкм около 95 % по весу. График распределения частиц тонкодисперсного известняка по размерам носит одномодальный характер, с постепенным увеличением содержания частиц размером до 5 мкм, скачкообразным распределением по весу частиц размером 5-50 мкм и четко выраженным пиком в области частиц размером 55-150 мкм.
Рис. 1. Гранулометрический состав применяемого вяжущего БГПЦ с микронаполнителем из известняка
Известняковый наполнитель вводили в количестве 5, 10, 15 % от массы клинкера. Влияние вида вяжущего на прочность определяли на образцах цементо-песчаного раствора 1:3. В качестве мелкого заполнителя использовали кварцевый песок Нижне-оль-шанского месторождения с Мкр=1,5.
Безгипсовый портландцемент получали помолом среднеалюминатного клинкера ЗАО «Белгородце-
мент» до удельной поверхности Sуд=4050 см2/г. В качестве регулятора схватывания и твердения использовали разработанную добавку 0,7 % ФЦК + 4 % поташа, которую вводили в цементно-песчаную смесь с водой затворения. Фильтрат цитрата кальция (ФЦК) является отходом производства лимонной кислоты ЗОА «Цитробел» г. Белгорода.
Из приготовленной смеси нормальной консис-
Таблица 1
Влияние известнякового наполнителя на прочность безгипсового портландцемента
Хим. добавка, % RиЗI, , МПа Rсж , МПа
Известняк,
Вяжущее наполнитель В/Ц
% ФЦК Поташ 1 сут 7 сут 28 сут 1 сут 7 сут 28 сут
Нормальные условия твердения
БГПЦ 5 0,7 4 0,38 3,36 11,23 1 8,23 5,28 17,13 35,56
БГПЦ 10 0,7 4 0,38 3,05 9,96 19,63 6,72 24,0 38,32
БГПЦ 15 0,7 4 0,38 2,88 9,46 17,45 4,32 21,02 31,04
БГПЦ - 0,7 4 0,34 4,06 - 20,4 5,71 - 38,64
ПЦ500Д0 - - - 0,5 5,35 - 1 7,3 9,36 - 32,16
Твердение при t = - 15 °С
а)
б)
Рис. 2. Фазовый состав цементного камня из БГПЦ с 10 % известнякового наполнителя через 28 суток твердения: а) в н.у.; б) при t
= - 15 0 С.
тенции ^ = 106 -115 мм) формовали образцы на лабораторной виброплощадке, которые после предварительного схватывания помещали в различные условия твердения: одну часть образцов в морозильную камеру (1=-15 0С), другую - в камеру нормального твердения. Образцы испытывали на прочность при изгибе и сжатии через 1, 7 и 28 сут
твердения. Результаты испытаний представлены в табл.1.
Из полученных данных следует, что в 1 -суточном возрасте твердения в н.у. цементо-песчаный раствор на композиционном вяжущем с комплексной химической добавкой имеет замедленный рост прочности по сравнению с цементо-песчаным раствором на ос-
нове портландцемента. Однако, в 7-ми и 28-ми суточном возрастах его прочность быстро нарастает и к 28-ми суткам превышает ~ на 12 %.
Содержание известняка в вяжущем сказывалось на прочности образцов. В н.у. твердения прочность через 28 сут у образцов с содержанием 10 % известнякового наполнителя в БГПЦ практически не уступала прочности образцов на БГПЦ. Вяжущее с содержанием известняка 5 % и 15 % к 28 сут нормального твердения показало незначительное снижение прочности.
В условиях отрицательных температур цементо-песчаный раствор на ПЦ 500 Д 0 твердеет плохо, в то время как образцы на БГПЦ с добавкой 0,7 % ФЦК + 4 % поташа через сутки набрали R сж=3,84 МПа, а к 28 сут - 23,24 МПа. Цементо-песчаный раствор на компзиционном вяжущем , содержащем 5, 10, 15 % известнякового наполнителя и добавку ФЦК+П через сутки набрали прочность при сжатии 3,36-6 МПа, а к 28 сут наблюдалось увеличение прочности до 20,88-22,8 МПа. Отметим, что рост прочности при t=-15 0С на композиционном вяжущем зависел от содержания наполнителя. Наилучшие показатели прочности достигнуты на вяжущем с содержанием 10 % известнякового наполнителя. Прочность образцов на вяжущем данного состава к 28 сут твердения при t=-15 0С составила 22,8 МПа, что значительно превосходит прочность образцов на ПЦ 500 Д 0.
Фазовый состав вяжущего БГПЦ с содержанием 10 % известнякового наполнителя с добавкой ФЦК+П исследовали на образцах 28 сут твердения в нормальных условиях и при отрицательных температурах методами РФА. Результаты исследований приведены на рис. 2.
На рентгенограмме (рис.2) цементного камня из БГПЦ с известняковым наполнителем главный из пиков - 3,04 А, который принадлежит известняку. Четко прослеживаются пики Са(ОН)2 (4,94; 2,63; 1,93 А), по высоте и форме которых можно выявить, что количество образующегося портлан-дита в отрицательных условиях несколько ниже, чем в нормальных условиях. Особенностью карбонатного наполнителя является то, что он вступает в активное физико-химическое взаимодействие с твердеющим клинкером. При гидратации С^ и С^З образуется незначительное количество скоути-та. При гидратации алюмосодержащих клинкерных минералов в присутствии карбонатов образуется новое гидратное соединение - гидрокарбоалюми-нат кальция - 3 СаО ■ А1203 ■ СаСО3 ■ 12 Н2О ( 7,6; 3,8; 2,86; 2,49; 1,66 А), что способствовало получению высокой плотности цементного камня благодаря совместной гидратации цемента с известняковым порошком.
Таким образом, тонкодисперсная карбонатная добавка в БГПЦ выступает в роли подложки для кристаллизации новообразований, которые срастаются между собой и с поверхностью карбонатных микронаполнителей в плотный кристаллический конгломерат.
В то же время микронаполнитель раздвигает зерна гидратирующегося клинкера, что способствует развитию процессов гидратации.
Таким образом, композиционное вяжущее на БГПЦ с известняковым наполнителем характеризуется интенсивным твердением в н.у. и при отрицательных температурах (-15 0С). Замена клинкерной составляющей на 10 % известнякового заполнителя практически не влияет на прочность БГПЦ-вяжущего как в н.у. твердения, так и при отрицательных температурах (-15 0С). Это позволяет использовать известняковый наполнитель, полученный измельчением отхода горнодобывающей отрасли, для экономии клинкерной составляющей безгипсового портландцемента без снижения прочностных свойств вяжущего, при монолитном бетонировании.
ЛИТЕРАТУРА
1. Копаница, Н.О. Наполненные вяжущие вещества для сухих строительных смесей /Н.О.Копаница// Сухие строительные смеси.-2008.-№2.-С.46-48.
2. Баженов, Ю.М. Технология бетона /Ю.М.Баженов. -М.:Изд-во АСВ, 2003.-500 с.
3. Воробьев, А.А. Бетоны и растворы с карбонатными микронаполнителями /А.А.Воробьев; Строительство и архитектура. Обзорно-аналитический доклад.-М.:ВНИИНТПИ, 2007. - 45 с.
