CC BY
15В. С. Лесовик, д-р техн. наук, профессор, Н.М.Толыпинаканд. техн. наук, доцент, Д.В. Савин, сосискатель Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ МОНОЛИТНОГО БЕТОНА НА БГПЦ
В условиях бетонирования при отрицательных температурах целесообразно использовать безгипсовый портландцемент с комплексными противоморозными добавками [1]. С этой целью предложено использовать комплексную химическую добавку, в которой пластификатором является отход производства лимонной кислоты (ЗАО «Цитробел» г. Белгорода) - фильтрат цитрата кальция, а противоморозным компонентом - поташ [2].
Эффективность действия комплексной добавки ФЦК+поташ и ее составляющих оценивали по физико-механическим показателям цементного теста и раствора состава 1:3, изготовленным на основе БГПЦ, который получали измельчением портландцементного клинкера ЗАО «Белгороддемент» в лабораторной мельнице до 8уд = 4050 см2/г. Прочность раствора определяли на образцах 2,5х2,5х10 см, твердевших 28 сут. в н.у. Для получения сравнительных данных аналогичные испытания проводили на вяжущем ПЦ 500 Д 0 ЗАО «Белгородцемент». Результаты испытаний приведены в табл. 1.
Добавки ФЦК и поташ, взятые по отдельности дают р азличный эффект. Как видно из данных табл. 1., при введении 4% поташа схватывание цемента наступает мгновенно, и поэтому провести физико-механические испытания нельзя.
Добавка ФЦК содержит компоненты (органические кислоты, сахара), которые замедляют схватывание безгипсового портландцемента и пластифицируют смесь. Добавка 0,7 % ФЦК снизила НГ цементного теста до
22%, В/Ц раствора до 0,38, значительно удлинила сроки схватывания и к 28-суточному возрасту твердения предел прочности при изгибе составил 7,07 МПа, при сжатии - 21,26 МПа.
Введение в БГПЦ комбинированной добавки 0,7 % ФЦК и 4 % поташа понизило НГ до 22,5 %, а водоцемен-тное отношение раствора - до 0,38, т.е. пластифицирующее действие комплексной добавки и отдельно взятой ФЦК практически не изменилось. Это свидетельствует о том, что пластифицирующий эффект комплексной добавки обеспечивается только компонентом ФЦК. Кроме того, наблюдается замедление схватывания цемента: начала - до 45 мин, конца - до 1 ч 7 мин, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 310.3-76. Уменьшение водоце-ментного отношения и ускоряющего действия добавки поташа способствовало росту прочности в 28 сут возрасте: на изгиб - до 7,88 МПа, на сжатие - до 26,65 МПа.
Влияние комплексной добавки на гидратацию безгипсового портландцемента оценивали по тепловыделению (рис. 1) клинкеров различного минералогического состава и тонкости помола.
Наибольшее тепловыделение наблюдалось на Белгородском среднеалюминатном клинкере (8уд=4820 см2/г) с комплексной добавкой ФЦК+ поташ = 0,7 + 4 %, при этом тепловыделение было больше (65 0С), чем на высо-коалюминатном (50 0С) при одинаковом содержании добавки - 0,7 % ФЦК, но различной тонкости помола вяжущего. Крив ая тепловыделения имеет 2 м аксимум а:
Таблица 1
Влияние добавок на свойства безгипсового портландцемента
Вяжущее Количество добавки НГ, % В/Ц раствора Сроки схватывания, ч - мин Я р-ра через 28 суток в н.у.
Начало схватывания Конец схватывания Я -^изг, МПа О -^сж, МПа
ПЦ 500 ДО 5% гипса 26,7 0,5 2 -05 3 - 45 6,92 21,6
БГПЦ Без гипса - - 0 - 03 0 - 04 - -
БГПЦ 4% поташ - - 0 - 01 0 - 02 - -
БГПЦ 0,7 % ФЦК 22 0,38 1-17 2-27 7,07 21,3
БГПЦ 0,7 % ФЦК + 4 % поташ 22,5 0,38 0-45 1 - 07 7,88 26,7
Рис. 1. Кинетика температуры гидратации цементного теста на БГПЦ: 1- БГПЦ на высокоалюминатном клинкере (Спасский, 8уд=4400 см2/г), добавка 0,7 % ФЦК + 4 % поташ; 2 - то же, (8уд = 3250 см2/г); 3 - БГПЦ на среднеалюминатном клинкере (Белгородский, 8уд=4820 см2/г), добавка 0,7 % ФЦК + 4 % поташ; 4 - то же, добавка 0,9 % ФЦК + 4 % поташ; 5 - то же, добавка 1,1 % ФЦК + 4 % поташ
1-й через 2,5 часа до 4 ч, 2-й - через 5 ч и продолжался до 8 ч. Максимальная температура достигла 65 0С. При увеличении количества ФЦК до 0,9 % пики кривой сместились: 1-й - через 3 ч до 5 ч, 2-й - через 7,5 ч, с максимальным тепловыделением до 48 0С во время второго теплового эффекта. При увеличении добавки ФЦК до 1,1 % выделение тепла началось через 3,5 ч, достигнув 32 0С, и вяло продолжалось с незначительным снижением до 11 ч. Это свидетельствует о том, что ФЦК оказывает существенное влияние на гидратацию безгипсового портландцемента, с ростом содержания которого гидратация замедляется.
Для выявления причин возникновения максимальных эффектов тепловыделения на Белгородском клинкере проведен рентгенофазовый анализ продуктов гидратации безгипсового портландцемента с добавкой 0,7 % ФЦК+4% поташа (рис. 2 - 3).
По данным рентгенофазового анализа на момент первого тепловыделения (~ 3 часа) в цементном тесте с комплексной добавкой образуются гексагональные гидроалюминаты кальция типа С4АН19 (пики 10,7; 2,48; 1,66 А), С3А ■ СаСО3 . 12Н2О (пики 7,5; 1,69 А). При этом количество последнего с возрастом твердения уменьшается и он превращается в ватерит, а затем в кальцит. Таким образом, первый максимум тепловыделения связан с интенсивной гидратацией алюминатной фазы безгипсового портландцемента.
Следующий максимум тепловыделения вызван гидратацией силикатной фазы. Как показывает рентгенофазовый анализ (рис. 3) к моменту 2-го теплового эф-
фекта (~ через 6 ч после затворения) образуются гидросиликаты кальция типа С28Н2 (пики 9,80; 3,05; 2,79; 1,83 А), Са(ОН)2 (пики 4,9; 2,63; 1,94; 1,77). Девятнадцати-водный гидроалюминат кальция является метастабиль-ным и перекристаллизовывается в С4АН13 (пики 7,9; 2,79; 2,46 А).В небольшом количестве прослеживаются новообразования С3АН6 (пики 2,29; 2,23; 1,69 А).
Кроме продуктов гидратации на рентгенограммах прослеживаются пики негидратированных клинкерных минералов.
Вероятно, в начальный период гидратации безгипсового портландцемента с комплексной добавкой на поверхности частиц цемента образуется пленка из органических веществ, составляющих ФЦК, замедляя схватывание и понижая водопотребность вяжущего. По мере нарастания гидратации трехкальциевого алюмината, образующиеся гексагональные гидроалюминаты кальция разрушают эту пленку, обнажая поверхность клинкерного зерна. В результате интенсивной гидратации трехкальциевого алюмината наступает максимум тепловыделения. Дальнейший рост прочности камня безгипсового портландцемента с комплексной добавкой ФЦК и поташа обеспечивают продукты гидратации силикатной фазы, которая начинается в момент последнего максимума тепловыделения.
Таким образом, проведенные исследования показали, что составные компоненты комплексной добавки ФЦК и поташ, действуя совместно, проявляют свои индивидуальные свойства независимо друг от друга, что свидетельствует об их совместимости с аддитивным
Файл - 02528.DAT; Съемка- 1203.2008 15:10:26; Анод - Си;
Нач.угал = 4; Кон.угол = 56; Шаг = 0,05; Экспоз. = 0,38; Скорость = 8 ; Макс.число имп. = 334;
Рис. 2. Рентгенограмма цементного камня через 3 ч твердения
Файл - Q2529.DAT; Съемга - 12.С3.2308 15:44:12; Анод - Си;
-
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
нач .угол=4; Кскугол = 56; Шаг=0,05; Экспоз. = 0,38; Скорость = 8 ; Мкс.число имп. = 394;
Рис. 3. Рентгенограмма цементного камня через 6 ч твердения
эффектом. Отличительной особенностью первичной Влияние добавки на кинетику гидратации клинкера за-гидратации клинкера с комплексной химической добав- висело от минералогического состава клинкера, степе-кой является образование гидроалюминатов кальция. ни его измельчения и дозировок добавок. Наибольшее
тепловыделение, и, соответственно, интенсивность гид-ратационных процессов, наблюдалось на среднеалюми-натном клинкере (С3А=5,15 %), с высокой степенью измельчения (8уд=4820 см2/г), при оптимальном содержании добавки 0,7 % ФЦК + 4% поташа. С увеличением содержания ФЦК, гидратация клинкерных составляющих замедлялась.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. - М.:Изд-во АСВ, 2003.500 с.
2. Лесовик В.С., Савин Д.В., Толыпина Н.М., Кривенкова А.Н. Кинетика твердения керамзитобетона с химическими добавками в различных температурных условиях// Межд. практ. конф. «Научные исследования, Наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии».-БГТУ им. В.Г.Шухова, Белгород, 2007.-Ч.2.-С.153-156.
