CC BY
125
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №5
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 691. 542.001.73:666.97
А.Шарифов, А.Акрамов, И.С.Джабборов МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА ДОБАВКАМИ ДЛЯ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ БЕТОНОВ
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиевым 07.12.2005 г.)
Для обеспечения потребности строительных объектов необходимо применение различных цементов как по составу, так и по свойствам. В то же время возможности цементного завода для выпуска разных цементов ограничены из-за отсутствия сырьевых материалов, технологического оборудования и других причин.
В данной ситуации потребности строительных объектов в разных цементах можно технологически легко выполнить модифицированием состава портландцемента различными добавками - веществами, способными регулировать свойства цемента и бетона на его основе в зависимости от их функциональных возможностей. Эти добавки вводятся в состав цемента на стадии помола клинкера или перед приготовлением бетонной смеси. Второй вариант ввода добавок в цемент более удобный и гибкий, так как позволяет оптимизировать состав и свойства цемента с добавкой для получения бетона нужного качества и назначения.
Модифицирование цементов добавками позволяет при минимальных трудовых и финансовых затратах изготовить на основе портландцемента бетонные изделия, имеющие высокие прочности и такие специфические свойства, как водонепроницаемость, морозостойкость и коррозионностойкость. Придание бетону таких специфических свойств очень важно для гидротехнических и дорожных бетонных изделий, для фундаментов зданий, канализационных сооружений. Эти изделия и сооружения эксплуатируются в условиях влияния засоленных грунтовых вод, которые, агрессивно влияя на цементный камень бетона, вызывают его коррозию, разрушающую бетонные изделия и снижающую их долговечность.
Коррозия бетона в условиях Таджикистана - обычное и распространённое явление, жаркий климат способствует кристаллизации солей состава грунтовых вод в порах бетона, приводящей к его разрушению.
Для модифицирования цементов применяют добавки химические и минеральные. Химические добавки - обычно водорастворимые вещества, способные в системе «цемент-вода» снижать поверхностное натяжение между частицами и повышать их подвижность без увеличения расхода воды. В результате, возрастает формируемость и степень уплотнения бетонной смеси, снижается пористость цементного камня, что уменьшает водопроницаемость структуры бетона, приводящей к повышению прочности, водонепроницаемости и морозостойкости бетона.
Коррозионностойкость бетона зависит не только от плотности структуры цементного камня, но и от минералогического состава и продуктов твердения минералов цемента. Изменить минералогический состав цемента можно введением в него минеральных добавок.
Модифицирование цементов добавками экономически оправдано, если стоимость добавки и расходы на ее приготовление и применение будут ниже стоимости получаемого эффекта. Однако в случаях, когда сооружаются важные народно-хозяйственные объекты, применение добавок, независимо от стоимости получаемого эффекта на момент применения, целесообразно для повышения долговечности строительных сооружений. В данном случае единовременные расходы окупаются в дальнейшем при увеличении срока службы бетонных изделий.
Для массового модифицирования цементов целесообразно получение добавок из местных видов сырья и отходов других производств. В случае использования отходов других производств эффективность модифицирования цементов ещё повышается благодаря утилизации отходов и улучшения экологического состояния местности их нахождения.
Нами на протяжении ряда лет проведены системные исследования по разработке технологии получения некоторых химических и минеральных добавок из местного сырья и отходов других производств, составов и свойств бетонов на модифицированных цементах, их внедрение в различных сооружениях некоторых предприятий Таджикистана.
В наших исследованиях были получены минеральные добавки из:
1) природного волластонита;
2) известняка химического происхождения;
3) речного песка;
4) отходов керамического кирпича;
5) молотого керамзита;
6) отходов производства флотации флюоритовых руд;
7) пыли печей обжига цементного клинкера.
В Таджикистане имеется несколько месторождений природного волластонита (СаО-БЮг), например месторождения Северный Джангалык, Туда и другие. По своим модифицирующим качествам волластонит является очень эффективной добавкой, он заменяет до 40% цемента в бетоне и при этом способствует получению высокопрочных и коррозионностойких изделий.
Минеральное сырье для получения добавок 2 и 3 самое распространенное в республике, эти добавки способны заменить до 20% цемента в бетоне.
Минеральные добавки 4 - 7 получены из соответствующих отходов других производств, из них наибольший запас сырья имеет добавка 6, т.к. отходы флотационного обога-
щения флюоритовых руд на Такобском ГОК накопились в течение более 50 лет и практически до сих пор не находят промышленного применения.
Следует отметить, что в состав вышеназванных минеральных добавок входят те же оксиды, что и в состав цемента. Эти оксиды соединены в различные минералы, их содержание также разное, поэтому эффективность влияния минеральных добавок на процесс модифицирования цементов также разная, что видно из нижеприведенных результатов экспериментальных исследований. Для сравнения в табл. 1 приведен химический состав некоторых добавок.
Таблица 1
Химический состав минеральных добавок к цементам
Минеральная добавка Содержание оксидов, масс. %
CaO SiO2 Л^э FeзO4 MgO MnO др.ок- сиды
Волластонит 45,76 47,4 0,79 0,71 0,39 0,03 0,53 4,39
Известняк 57,57 2,62 0,93 0,7 2,23 - - 41,95
Отходы Та-кобского ГОК 6,28 74,54 7,33 1,73 0,45 3,55 0,12 6,0
Пыль печи обжига клинкера 50,71 14,81 3,65 3,08 2,67 - - 25,08
В наших исследованиях в качестве химических добавок использованы:
1) декстрин;
2) модифицированный лигносульфонат технический (МЛСТ);
3) щелочной экстракт стеблей хлопчатника (ЩЭСХ);
4) комплексные добавки из 3-х вышеназванных веществ.
Декстрин получают из картофеля и кукурузы, МЛСТ получен нами путем обработки раствора технического лигносульфоната частицами лесса, ЩЭСХ выделен из древесины хлопчатника путем её обработки раствором NaOH. Комплексные добавки получены в разных соотношениях из декстрина, МЛСТ и ЩЭСХ [1].
Химические добавки имеют растительное происхождение, т.е. источник сырья для их производства безграничный и возобновляемый. Кроме того, их расход в бетоне всего 0,01...0,1% от массы цемента, что существенно не влияет на стоимость модифицированного цемента. Например, с 1 т декстрина можно модифицировать 220 т цемента, при этом снижается удельный расход цемента в бетоне на 15.20%, т.е. на 30.40 т. Разумеется, что стои-
мость этого количества цемента будет значительно больше, чем стоимость расходуемого количества декстрина.
В некоторых случаях модифицирование цемента проводят введением в его состав минерально-химических добавок. Необходимо отметить, что добавки при модифицировании цемента не только придают ему специфические свойства, но еще позволяют, не снижая качество получаемого бетона, уменьшить удельный расход цемента в бетоне. При этом вышеназванные химические добавки уменьшают расход цемента до 20...25%, а минеральные добавки - эквивалентно своей массе, вводимой в бетон.
Приводим некоторые результаты исследования, подтверждающие эффективность модифицирования портландцемента добавками для придания бетону специальных свойств. На рис. 1 показано сравнительное влияние добавок на прочность бетона состава 1 : 1,51 : 2,57 : 0,4 (вяжущее : песок: щебень : вода) при твердении его образцов в нормальных условиях. Как видно из данного рисунка, все добавки увеличивают прочность бетона, особенно их комплексные составы.
Вид добавки
Рис. 1. Зависимость влияния вида добавки на прочность бетона при его твердении: а - 7; Ь - 28; с - 180 и d - 360 сут. в нормальных условиях для образцов, содержащих: 1 - без добавки; 2 - МЛСТ; 3 - декстрин: 4 - волластонит: 5 - отходы обогащения флюорита; 6 - известняк; 7 -пыль печей обжига клинкера; 8 - волластонит + МЛСТ; 9 - волластонит + декстрин; 10 - отходы обогащения флюорита + МЛСТ; 11 - отходы обогащения флюорита + декстрин.
На рис. 2 показано влияние некоторых добавок на водонепроницаемость (а) и морозостойкость (б) вышеприведённого состава бетона. Водонепроницаемость бетона с добавками возрастает почти в 2 раза, а его коэффициент морозостойкости после 500 циклов испытания -
0,9.0,97, когда для бетона без добавки всего 0,65.
а
а
н
о
т
е
б
ь
т
с
о
м
е
а
ц
и
н
о
р
п
е
н
о
д
о
В
а
н
о
т
е
б
и
т
с
сок
й
о
т
с
о
з
о
р
о
т
н
е
и
ц
и
ф
ф
э
о
Цикл испытания на морозостойкость
Рис. 2. Водонепроницаемость (а) и морозостойкость (б) бетона для образцов без добавки (1), с добавкой МЛСТ (2), декстрина (3), волластонита (4) и смеси волластонита с декстрином (5).
Таблица 2
Прочность и коэффициент коррозионностойкости бетона в растворах минеральных кислот
Расход декстрина, % массы цемента Прочность (числитель) и коэффициент коррозионностойкости (знаменатель) бетона в растворах кислот через (сут)
30 180 360 30 180 360
0,5 моль/л И2804 0,1 моль/л НСІ
- 35/0,92 24/0,52 17/0,36 36/0,93 28/0,75 22/0,57
0,03 43,1/0,92 28/0,55 28/0,41 42,3/0,95 38/0,82 40/0,68
0,075 46/0,94 33/0,58 29,3/0,47 44,1/0,95 38,2/0,82 39/0,66
Коррозионностойкость бетона с добавками изучена при влиянии различных агрессивных веществ в течение 360 сут. Для сравнения в табл. 2 приведены значения прочности и коэффициенты стойкости бетона для образцов без и с декстрином при влиянии на них сильно агрессивных растворов Н2Б04 и НС1. Добавки значительно увеличили коррозионностойкость бетона.
Возрастание прочности, водонепроницаемости, морозостойкости и коррозионностойкости бетона при модифицировании цементов добавками объясняется тем, что добавки способствуют снижению пористости цементного камня и образованию высокопрочных продуктов твердения минералов цемента в структуре бетона.
Так, при введение декстрина в состав цемента размер пор цементного камня снижается с 500.1000 нм до 10.500 нм, а при введении волластонита в состав цемента в основном образуются высокопрочные гидросиликаты кальция типа CSH (B), которые обеспечили высокое качество бетона.
Таким образом, вышеприведенные данные свидетельствуют, что модификация портландцемента минерально-химическими добавками из местного сырья является рациональным способом получения высококачественных бетонов для применения в различных строительных изделиях.
Таджикский технический университет им. акад. М.С.Осими Поступило 15.03.2006 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шарифов А. Цементно-волластонитовые вяжущие и химические добавки для повышения стойкости бетона в агрессивных средах. - Душанбе: Дониш, 1994, 284 с.
А.Шарифов, А.Акрамов, И.С.Ч,абборов БО ЁРИИ МОДДА^ОИ ИЛОВАГЙ ТАГИРДИ^ИИ ТАРКИБИ ПОРТЛАНДСЕМЕНТ БАРОИ ИСТИФОДАБАРИИ ОН ДАР ИСТЕ^СОЛИ БЕТОЩОИ МАХСУС
Дар мак;ола натичахои тадк;ик;оти истифодаи моддахои иловагй аз ашёи махаллй дар таркиби портландсемент барои истифодаи он дар истехсоли бетонхои махсус овар-да шудаанд. Нишон дода шудааст, ки ин моддахо мустахкамии бетон, к;обилияти обнагузаронй, тобоварии онро ба хунукй ва коррозияшавй зиёд карда имконият медиханд, ки дар асоси портландсемент бетонхои баландсифат ва дар маснуоти гуногун истифодашаванда истехсол карда шаванд.
A.Sharifov, A.Akramov, I.S. Jabarov CHANGING THE CONSISTENCE OF PORLANDCEMENT BY ADDITION OF EXTRA COMPOUNDS FOR USING IT IN PRODUCTION OF SPECIAL CONCRETES
In this article, the results of investigations on use of extra compounds obtained from local row materials in porlandcement in order to produce special concretes are described.
Shown that, this compounds increase the hardness of concrete, water resistance, antifreezing and anti-corrosion properties and makes it possible to produse high-quality concretes with wide-range usage.
