CC BY
71
УДК 691.948.82
Т.Е. Островская*, Ю.Р. Кривобородов
Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, Москва, Россия
125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 *e-mail: [email protected]
ВЛИЯНИЕ МЕТАКАОЛИНА НА СВОЙСТВА АЛЮМИНАТНЫХ ЦЕМЕНТОВ
При выполнении работы были изучены свойства глиноземистого цемента с добавкой метакаолина. Было установлено, что добавка метакаолина снижает скорость набора прочности глиноземистого цементного камня. Дополнительное введение в состав композиционного цемента гидроксида кальция обеспечивает увеличение прочностных характеристик камня за счёт образования плотной и менее пористой структуры.
Ключевые слова: глиноземистый цемент, метакаолин, пластификаторы, гидроксид кальция.
Для улучшения строительно-технических свойств глиноземистого цемента и устранения снижения прочностных характеристик при длительном твердении, при повышении температуры твердения, которое ускоряет процессы перекристаллизации гидроалюминатов кальция, рекомендуется использовать органические и неорганические добавки, предотвращающие или снижающие скорость перекристаллизационных процессов в цементном камне [1,2].
Целью данной работы является изучение свойств глиноземистого цемента с добавками пластификаторов и метакаолина.
На первом этапе работы было определено влияние добавки 5 и 10% метакаолина на водопотребность и сроки схватывания глиноземистого цемента. Результаты представлены в табл. 1.
Как видно из представленных данных, добавка метакаолина значительно увеличивает
водопотребность глиноземистого цемента. Суперпластификатор С-3 оказывает ускоряющее действие на сроки схватывания глиноземистого цемента, а гиперпластификатор «МеиЯих», наоборот, замедляет сроки схватывания цемента.
На следующем этапе исследования определяли прочностные свойства глиноземистого цемента с добавкой метакаолина. Образцы готовили при нормальной густоте цементного теста. Прочность композиционных цементов несколько ниже, чем у бездобавочного. Это, очевидно, связано с тем, что в твердеющей системе недостаток свободного гидроксида кальция, который должен был взаимодействовать с метакаолином, поэтому большая часть метакаолина выполняет роль инертной добавки в цементном камне. При более
длительном твердении, количество метакаолина, прореагировавшего с гидрооксидом кальция увеличивается, плотность камня повышается, тем самым увеличиваются прочностные характеристики.
Для обеспечения ускорения пуццолановой реакции было предложено дополнительно ввести в твердеющую систему гидроксид кальция. Выбор этой добавки обусловлен тем, что высокоактивный метакаолин является материалом с большим пуццоланическим эффектом [3]. Можно предположить, что ВКМ будет взаимодействовать с гидроксидом кальция с образованием гидросиликатов и, тем самым уплотнять твердеющую структуру камня.
У приготовленных составов определяли нормальную густоту и сроки схватывания. Результаты представлены в табл. 2.
Добавка гидратной извести к глиноземистому цементу с метакаолином вызывает сокращение сроков схватывания, особенно начало схватывания. Необходимо отметить, что эти составы имеет повышенную водопотребность.
При определении прочностных характеристик композиционных цементов (табл. 3) установлено, что цементы с добавками метакаолина и гидратной извести имеют несколько замедленный рост прочности в начальный период твердения. Однако в последующие сроки (более 3 и 7 сут) скорость набора прочности у цементов с добавкой Са(ОН)2 резко возрастает и достигает и даже превосходит (у состава с 5% гидроксида кальция и 10% метакаолина) абсолютные значения прочностей в 28 сут твердения в сравнении с бездобавочным глиноземистым цементом. Можно предположить, что, при длительном твердении, прочности и других составов достигнут более высоких величин.
Количество добавки ВКМ,% Вид и количество пластификатора,% НГ, % Сроки схватывания, час - мин
начало конец
- - 30,5 1 - 56 > 5 - 00
5 - 37 1 - 52 3 - 42
5 0,5% С-3 32 1 - 19 3 - 08
5 0,175% ГП 30 4 - 20 > 5 - 00
10 - 39 1 - 18 2 - 50
10 0,5% С-3 32 1 - 05 3 - 13
10 0,175%ГП 30 3 - 14 4 - 05
№ Состав % НГ, % Сроки схватывания, час - мин
ГЦ ВКМ Са(ОН)2
начало конец
1 100 0 0 30,5 1 - 56 > 5 - 00
2 92 5 3 39 1 - 20 3 - 00
3 90 5 5 40,5 1 - 05 2 - 55
4 85 10 5 41,0 1 - 00 2 - 45
5 83 10 7 41,5 0 - 50 2 - 30
№ по табл. 2 Прочность, МПа Время твердения, сут
1 3 7 28
2 изгиб 6,86 9,35 10,46 10,65
сжатие 64,1 85,15 102,8 103,75
3 изгиб 5,68 8,82 10,19 11,77
сжатие 56,25 77,03 97,18 103,15
4 изгиб 6,26 9,69 10,96 12,88
сжатие 60,45 79,75 106,45 110,27
5 изгиб 6,86 8,9 9,9 12,88
сжатие 62,45 74,55 101,45 103,2
Отставание в наборе прочности в ранние сроки твердения образцов из композиционных вяжущих очевидно связано с повышенной их водопотребностью (возрастание нормальной густоты от 30,5 до 41,5%).
Взаимодействие метакаолина с гидроксидом кальция (пуццолановая реакция) подтверждается данными рентгенофазового и электронно-микроскопического анализов.
По данным РФА в образце фиксируются несколько размытые дифракционные максимумы (<< = 4,04; 3,197; 3,068 А), относящиеся к слабозакристаллизованным гидросиликатам.
Структура камня композиционных цементов (рис. 1 и 2) представлена пластинчатыми
гидроалюминатами кальция (предположительно состава С4АН19) и аморфной массой, состоящей из гидроксида алюминия и низкоосновных гидросиликатов (СБИ).
Рис.1. Микроструктура цементного камня бездобавочного глиноземистого цемента а - 3 сут твердения; РЭМ, увеличение - х2000; б - 28 сут твердения; РЭМ, увеличение - х1000
Рис.2. Микроструктура цементного камня глиноземистого цемента с добавкой 10% метакаолина и 5% Са(ОН)2 а - 3 сут твердения; РЭМ, увеличение - х2000; б - 28 сут твердения; РЭМ, увеличение - х1000
Последние фазы уплотнят камень, склеивают разрозненные блоки гидроалюминатов, что обусловливает повышение прочностных
характеристик твердеющих цементов.
Таким образам, установлено, что добавка метакаолина к глиноземистому цементу повышает его водопотребность. В связи с этим в состав вяжущего необходимо вводить пластифицирующие добавки. В присутствии метакаолина и пластификатора С-3 наблюдается резкое ускорение начального структурирования твердеющей системы. Сроки схватывания сокращаются на 40-50 мин по сравнению с исходным цементом.
Гиперпластификатор наоборот замедляет сроки схватывания, очевидно за счет создания более плотной адсорбционной пленки на зернах цемента,
что препятствует доступу воды к реакционной поверхности. Прочностные свойства цементов с добавкой метакаолина ниже, чем у бездобавочного, особенно в начальные сроки твердения (3-7 сут). При более длительном твердении прочностные характеристики цемента выравниваются. Дополнительное введение в состав композиционных глиноземистых цементов гидроксида кальция обеспечивает ускорение пуццолановой реакции метакаолина. Образование в твердеющем камне гидросиликатов кальция повышает его плотность и, соответственно, прочностные свойства.
Оптимальное количество добавок в составе глиноземистого цемента является 10% метакаолина и 5% гидроксида кальция. Также в состав вяжущего необходимо вводить пластифицирующие добавки.
Островская Татьяна Евгеньевна, студентка 1 курса магистратуры факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Кривобородов Юрий Романович, д.т.н., профессор, кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1.Кузнецова Т.В., Кривобородов Ю.Р., Самченко С.В. Химия, состав и свойства специальных цементов // Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий: материалы научно-практической конференции. - Томский политехнический университет (ТПУ). 2000. С. 96-98.
2.Кривобородов Ю.Р., Бойко А.А. Влияние минеральных добавок на гидратацию глиноземистого цемента // Техника и технология силикатов. 2011. Т.18. №4. С. 12-15.
3.Ю. Р. Кривобородов, Т. В. Кузнецова. Специальные цементы / учебн. пособие РХТУ им. Д. И. Менделеева. -М. 2011. - 64 с.
Ostrovskaya Tatyana Evgenyevna*, Krivoborodov Yury Romanovich D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
INFLUENCE OF A METAKAOLIN ON PROPERTIES OF ALUMINATE CEMENTS Abstract. When the works were studied the properties of alumina cement with the addition of metakaolin. It has been found that the addition of metakaolin adversely affects the strength development aluminous cement stone. Additional introduction of the composite cement calcium hydroxide provides increased strength characteristics of the stone due to the formation of dense and less porous structure.
Key words: aluminous cement, metakaolin, plasticizers, calcium hydroxide.
