Влияние добавок синтетического волластонита на свойства портландцемента 500Д0 завода «стандартцемент» Аннотация: Приведены результаты изменения свойств портландцемента 500Д0 тоо «Стандартцемент»
жүктеу/скачать 0.71 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА 500Д0 ЗАВОДА «СТАНДАРТЦЕМЕНТ» Аннотация
- Ключевые слова
| УДК 666+546.1
Вернер В.Ф., Худякова Т.М., Вернер А.В. ЮКГУ им. М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК СИНТЕТИЧЕСКОГО ВОЛЛАСТОНИТА НА СВОЙСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА 500Д0 ЗАВОДА «СТАНДАРТЦЕМЕНТ» Аннотация: Приведены результаты изменения свойств портландцемента 500Д0 ТОО «Стандартцемент» в зависимости от добавок к нему синтетического волластонита опытной партии, полученной на основе электротермофосфорного шлака в условиях Ново-Джамбулского фосфорного завода. Синтетический волластонит был подвергнут помолу совместно с 0,4% суперпластификатора С-3 до удельной поверхности 3800 см2/г (удельная поверхность заводского портландцемента 3100 см2/г). Установлено, что удельная поверхность композиционных вяжущих с добавками 3; 5; 7; 10 и 15 % синтетического волластонита возросла с 3160 до 3400 см2/г, а водоцементное отношение, соответственно понизилось с 0,28 до 0,26, т.к. волластонит не гидратирует. Наибольший прирост прочности при сжатии отмечался при добавках к заводскому портландцементу синтетического волластонита в количестве 3; 5 и 7%; при добавках 10 и 15% темп набора прочности снижается. В качестве оптимальных добавок синтетического волластонита рекомендуется 5 и 7%, обеспечивающие прочность при сжатии образцов после 28 суточного твердения, соответственно 65,8 и 68,3 МПа (прирост прочности составил 28,9 и 35,6 %). Электронно-микроскопические исследования структур образцов цементного камня с 7% синтетического волластонита показали, что добавка микроармирующего наполнителя способствует образованию более мелкой гидросиликатной струкутры в первые сроки твердения (3 и 7 суток) и формированию блочной структуры из мелких образований при увеличении продолжительности твердения до 28 суток. Ключевые слова: микроармирующий наполнитель, суперпластификатор, дисперсность, истинная плотность, удельная поверхность, водоцементное отношение, усадка, прочность вяжущего, блочная структура. Современное строительство предъявляет высокие требования к качеству строительных материалов на основе портландцемента и других вяжущих материалов. При этом актуален вопрос улучшения их физико-механических характеристик путем использования микроармирующих наполнителей [1,2]. Целесообразность и необходимость армирования вяжущих материалов обуславливается их хрупкостью, недостаточной прочностью и, как следствие, их большим расходом. Одним из таких микроармирующих наполнителей является волластонит (силикат кальция β-СаО·SiO2), обладающий игольчатой структурой, высокой прочностью на растяжение, изгиб, сжатие, ударной и химической стойкостью, жесткостью и эластичностью [3,4]. В опубликованной литературе [5,6,7] имеются также сведения о возможности улучшения адгезионных свойств волластонита при обработке поверхности его зерен суперпластификатором. В качестве исходных компонентов в эксперименте использован бездобавочный портландцемент марки 500Д0, выпускаемый ТОО «Стандартцемент» (г.Шымкент) и опытная партия синтетического волластонита, полученная в производственных условиях Ново-Джамбульского фосфорного завода (НДФЗ) ТОО «Казфосфат» (г.Тараз). Заводской ПЦ 500Д0 с удельной поверхностью 3100 см2/г дополнительному измельчению не подвергался. Синтетический же волластонит опытной партий [8,9] был представлен обожженными (спеченными) гранулами ø 5-6 мм, поэтому был подвергнут помолу совместно с 0,4% суперпластификатора С-3 до удельной поверхности 3800см2/г. Содержание игольчатого волластонита в опытной партий 86% при длине иголок 5-10 мкм, их ширине 1-1,5 мкм (примесными фазами являлись α-кварц и акерманит) и отвечает техническим условиям на волластонитовый концентрат [10]. Некоторые характеристики продуктов раздельного помола портландцемента и синтетического волластонита (СВ) представлены в таблице 1.
Как следует из таблицы 1, достигнутая дисперсность СВ по остаткам на ситах №008, №0071 и №005 (соответственно: 0 %; 1,45 %; и 3,13 %) превышает дисперсность ПЦ (соответственно: 0,11; 1,05 и 3,65 %). Превышение тонины помола СВ над тониной помола ПЦ необходимо для более полного использования микроармирующих свойств игольчатых кристаллов волластонита. Это условие будет соблюдаться и при использовании совместного помола СВ и ПЦ клинкера, т.к. твердость волластонита по шкале Мооса равна 4,5-5, а твердость клинкера 6-7. Отвешанные компоненты тщательно перемешивались для получения однородной смеси вяжущего с добавками синтетического волластонита. Составы полученных композиционных вяжущих №2÷№6 с добавками 3; 5; 7; 10 и 15% синтетического волластонита, приведены в таблице 2. Таблица 2 - Составы и свойства вяжущих с добавками синтетического волластонита, обработанного 0,4% суперпластификатора С-3.
Как следует из таблицы 2, добавка СВ в количестве от 3 до 15 % к ПЦ вызывает изменение физических свойств композиционных вяжущих: истинная плотность уменьшается с 3,0 до 2,92 г/см3 вследствие разницы истинных плотностей компонентов (ПЦ = 3,0 г/см3, СВ = 2,5 г/см3), а удельная поверхность возрастает 3100 до 3400 см2/г. Водоцементное отношение, приготовленных вяжущих, с увеличением добавки синтетического волластонита понижается от 0,28 до 0,26 %, что связано с уменьшением содержания ПЦ в составе вяжущих и увеличением содержания игольчатого волластонита, не вступающего во взаимодействие с водой затворения. Следует отметить, что после заформования цементного теста в металлические формы и твердения вяжущих в течение 0,5 - 1 часа, наблюдалась усалдка образцов составов №1 и №2. Усадка составляла соответственно для состава №1 (без добавки волластонита к ПЦ) ~ 1 мм, а для состава №2 ( с добавкой 3 % волластонита к ПЦ) ~ 0,5 мм. Составы вяжущих №3 ÷ № 6 с добавками 5; 7; 10 и 15 % волластонита к ПЦ усадочного явления не обнаруживали, что согласуется с данными по применению волластонита в строительной отрасли [5,11] и обусловлено микроармирующим влиянием игольчатых кристаллов добавки, уменьшающих усадку изделий и материалов. В результате испытаний прочности при сжатии образцов вяжущих по ГОСТ -30744 - 2001 были определены оптимальные количества добавок синтетического волластонита к портландцементу. Как следует из таблицы 2 добавки синтетического волластонита позваляют повысить прочность вяжущих во все сроки твердения (через 3; 7 и 28 суток). Прирост прочности при добавках волластонита 3; 5 и 7%: - в образцах 3-х суточного твердения составил, соответственно, 10,2; 14,4 и 15,3%; - в образцах 7-ми суточного твердения, соответственно, 23,4; 25,5 и 28,9 %; - в образцах 28-ми суточного твердения, соответственно, 25,4; 30,5 и 35,6 %. Наибольшая прочность вяжущих обеспечивается при добавках волластонита в количестве 5 и 7% (соответственно, 65,75 МПа и 68,30 МПа), рекомендуемых в качестве оптимальных. Введение синтетического волластонита в количестве 10 и 15 % в состав вяжущего не обеспечивает существенного нарастания прочности в сравнении с меньшими добавками микроармирующего компонента. Электронно-микроскопические исследования структур некоторых образцов цементного камня различных сроков твердения (3; 7 и 28 суток) представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Микроструктуры цементного камня различных сроков твердения на основе ПЦ 500Д0 завода ТОО «Стандартцемент»: а) - 3-х суточного твердения без добавки волластонита; б) - 3-х суточного твердения с добавкой 7 % волластонита; в) - 7-ми суточного твердения с добавкой 7 % волластонита; г) - 28-ми суточного твердения с добавкой 7 % волластонита;
Для образца с добавкой к портландцементу 7 % волластонита в 3-х суточном возрасте характерно образование более мелкой гидросиликатной структуры, в основном вытянутой формы (рис. 1 б), вследствие кристалло-химического сродства с игольчатым волластонитом. Этой структуре соответствует и наибольший прирост прочности в первые сроки твердения (3 и 7 суток) цементного камня (рис. 1 б и в). В эти сроки твердения при гидратации клинкерных минералов образуется основная масса гидросиликатов кальция. При дальнейшем увеличении продолжительности твердения (от 7 до 28 суток), в образцах с добавкой к портландцементу 7% волластонита, отмечается образование блочной структуры из мелких образований (рис. 1 в и г) и уменьшение темпа прироста прочности цементного камня после 7-ми суточного твердения. Электронные микрофотографии сколов гидратированных образцов через 28 суток твердения цемента с добавками синтетического волластонита в различном количестве иллюстрирует существенную разницу в структуре затвердевшего цементного камня, где хорошо видно насколько она становится однородной. В ранние сроки гидратации (1-3 суток) гидросиликаты в цементном камне представляют собой гелеобразную массу. По мере гидратации происходит формирование (кристаллизация) основной гидросиликатной массы. Это выражается в увеличении количества гидратных новообразований. Сопоставляя данные о микроструктуре и химическом составе цементного камня с его прочностью, можно констатировать, что последовательное нарастание прочности цементного камня в процессе твердения идет параллельно изменению его микроструктуры. На всех сколах цементного камня идентифицируются игольчатые кристаллы волластонита. Таким образом, установлено, что добавка синтетического волластонита к портландцементу способствует образованию более мелкой гидросиликатной структуры цементного камня, особенно в первые сроки твердения (3 и 7 суток). Увеличение же продолжительности твердения (до 28 суток) приводит к формированию блочной структуры из мелких образований, что согласуется с темпами набора прочности цементного камня в зависимости от продолжительности твердения. На основе проведенных исследований установлено, что помол полученных гранул синтетического волластонита до размеров игольчатых кристаллов (5-10 мкм) ~ соответствует удельной поверхности 3800 см2/г. Добавка синтетического волластонита в количестве 3; 5; 7; 10 и 15 % к портландцементу с удельной поверхностью 3100 см2/г приводит к увеличению удельной поверхности композиционного вяжущего, что повышает прочность цементного камня в 28- суточном возрасте, соответственно, на 25,4; 30,5; 35,6; 36,5 и 36,9 %. Наибольшая прочность отмечается при добавках синтетического волластонита в количестве 5 и 7% (соответственно, 65,75 МПа и 68,30 МПа), принятые за оптимальные. При увеличении количества вводимой добавки синтетического волластонита до 10 и 15% замедляется набор прочности твердеющего вяжущего, однако после 28-суточного твердения прочность составляет, соответственно, 68,80 и 69,00 МПа. Электронно-микроскопическими исследованиями структуры затвердевшего цементного камня с 7% синтетического волластонита установлено образование более мелкой гидросиликатной структуры в первые сроки твердения (3 и 7 суток). Увеличение продолжительности твердения до 28 суток приводит к формированию блочной структуры из мелких образований, что согласуется с темпами набора прочности цементного камня в зависимости от продолжительности твердения. Использование синтетического волластонита в качестве микроармирующей добавки позволяет: сократить клинкерную составляющую в цементе и количество портландцементного вяжущего в производстве асбесто-цементной продукции; утилизировать шлаки фосфорного производства. Литература
Түйін Жаңа Джамбул фосфор зауытының жағдайында электротермофосфорлы шлак незізінде алынған синтетикалық волластониттің тәжірибелік партиясы қоспасына байланысты ТОО «Стандарт цемент» ПЦ500Д0 қасиеттерінің өзгеру нәтижелері көрсетілген. Синтетикалық волластонит 0,4% суперпластификатор С-3 қоспасымен бірге 3800 см2/г беттік өлшемге шейін майдаланды. (портландцементтің беттік өлшемі 3100 см2/г). Композициялық тұтқырдың 3; 5; 7 және 15% синтетикалық волластонит қоспасы қосылғанда беттік өлшемі 3160-тан 3400 см2/г шейін өсті, ал суцеметтік қатынасы осыған сәйкес 0,28 - ден 0,26 шейін кемиді, өйткені волластонит сумен әрекеттеспейді. Қысқандағы беріктіктің өсуі 3; 5; 7 % синетикалық волластонитті зауыттық портландцементке қосқанда байқалады; ал 10 және 15% қоспалары беріктікті жинау уақытың кемитеді. Oңтайлы қоспа ретінде синтетикалық волластониттің 5 және 7 % болып ұсынылды, өйткені 28 тәулік қатаю мерзімінде олардың қысқандағы берітігі 65,8 және 68,3 МПа сәйкес (беріктіктің ұлғаюы 28,9 және 35,6 % құрайды). 28 тәулік бойы қатайған 7 % синтетикалық волластонит коспасы бар цемент сынамаларының құрылымын электронды - микроскопиялық зерттеу арқылы микроармирлаушы қоспа бірінші тәуліктерде (3 және 7 тәулік) майда гидрасиликатты құрылым пайда болуына әсер етуі және қатаю мерзімін 28 тәулікке шейін ұзартқан кезде майда құрылымдардан блоктық құрылымның қалыптасуы көрсетілген. Summary The results of measurements of the properties of Portland cement 500A0 LLP "Standard Cement" depending on the supplements there to synthetic wollastonite experimental batch obtained by electrothermophosphoric slag in a New Zhambyl phosphate plant. Synthetic wollastonite was subjected to milling together with 0.4% of superplasticizer C-3 and a specific surface of 3800 cm2 / g (BET specific surface portland cement factory 3100 cm2 / g). It is found that the specific surface composite binders with additives 3; 5; 7; 10 and 15% synthetic wollastonite increased from 3160 to 3400 cm2 / g, and the water-cement ratio, respectively, decreased from 0.28 to 0.26, since wollastonite not hydrates. The greatest increase in compressive strength was observed with addition of Portland cement to the factory of synthetic wollastonite in an amount of 3; 5 and 7%; with addition of 10 and 15% of the curing rate decreases. As best additives synthetic wollastonite recommended 5 and 7%, providing compressive strength of the samples after 28 daily hardening, respectively 65.8 and 68.3 MPa (an increase of strength was 28.9 and 35.6%). Electron microscopic study of the sample structure of cement stone with 7% synthetic wollastonite showed that the addition of micro-reinforcing filler contributes to the formation of a smaller hydrosilicate structure in the first period of hardening (3 and 7 days) and the formation of the block structure of small entities with increasing duration of hardening up to 28 days. жүктеу/скачать 0.71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
