АНГИДРИТОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МИКРОКРЕМНЕЗЕМОМ И ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОМ. статья 02.03.21г.. Ангидритовые композиции, модифицированные микрокремнеземом и портландцементом
 Скачать 352.67 Kb.
|
|
ангидритовые композиции, модифицированные микрокремнеземом и портландцементом Чулкин Н.н. магистрант Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, Ижевск, Россия В работе представлены результаты исследования влияния комплексной добавки, включающей микрокремнезем и портландцемент, на физико-механические характеристики вяжущего на основе природного ангидрита. Экспериментально доказано, что введение в состав вяжущего 4% микрокремнезема и 5% портландцемента приводит к росту предела прочности на сжатие на 150%, а также увеличению коэффициента размягчения с 0,31 до 0,51. Ключевые слова: природный ангидрит, микрокремнезем, портландцемент, физико-механические характеристики, инфракрасная спектроскопия В настоящее время для производства заводских изделий и сухих порошков широко применяются материалы на основе сульфата кальция (гипс, природный ангидрит). Такие материалы имеют ряд преимуществ: гигиеничность, сравнительно небольшую среднюю плотность, высокую тепло- и звукоизолирующую способность и небольшие топливно-энергетические затраты при изготовлении. Вместе с тем изделия на основе ангидритового вяжущего обладают существенными недостатками, такими как снижение прочности при увлажнении и подверженность деформациям ползучести [1, 2]. Для улучшения физико-технических показателей ангидритового вяжущего применяют различные комплексные добавки. Значительное число исследований посвящено улучшению свойств материалов на основе сульфата кальция полимерными добавками. Повышение прочности и долговечности обусловлено формированием контактов на границе полимер-двугидрат и уменьшением количества дефектов структуры с формированием упорядоченной мелкокристаллической структуры [3, 4]. Одним из перспективных путей развития строительного материаловедения является применение отходов промышленности в качестве модификаторов свойств минеральных вяжущих. Использование техногенных продуктов позволяет снизить затраты на производство изделий, а также решить часть экологических проблем. Известно, что при введении микрокремнезема, золы уноса или органоминерального шлама возможно повышение прочности и водостойкости вяжущих на основе сульфата кальция [5]. Целью данного исследования явилась разработка состава композиционного ангидритового вяжущего. модифицированного добавками техногенного происхождения, с улучшенными физико-техническими характеристиками. Для получения исследуемых композиций применялась ангидритовая порода Ергачевского происхождения (Пермский край). В качестве добавки применялся отход производства ферросилиция – микрокремнезем МК-85 (г. Челябинск). Химический состав добавки представлен в таблице 1. Средний размер частиц добавки составил 20 мкм. Таблица 1 Химический состав микрокремнезема МК-85
Были проведены исследования влияния микрокремнезема на прочностные характеристики ангидритового вяжущего; концентрация добавки изменялась в диапазоне от 1% до 5% (рис. 1).  Рис. 1. Прочностные характеристики ангидритового вяжущего с микрокремнеземом Из приведенной зависимости видно, что оптимальная концентрация добавки составляет 4% от массы вяжущего и приводит к росту предела прочности при сжатии на 47,09%. В связи со снижением эффективности микрокремнезема как модификатора свойств вяжущего было принято решение о введении в композицию портландцемента. Предполагается, что комплексная добавка на основе микрокремнезема и портландцемента будет способствовать формированию малорастворимых продуктов на основе гидросиликатов кальция. Были проведены исследования влияния портландцемента на прочностные характеристики вяжущего; концентрация добавки изменялась в диапазоне от 1% до 5% (рис. 2).  Рис. 2. Прочностные характеристики ангидритового вяжущего с микрокремнеземом и портландцементом Оптимальная концентрация добавки составила 5% от массы вяжущего; прирост предела прочности при сжатии – 150,66%. При этом коэффициент размягчения увеличился с 0,31 до 0,51. Повышение характеристик, вероятно, связано с тем, что частицы цемента выступают в качестве центров кристаллизации, на поверхности которых формируются кристаллы двуводного гипса, а также за счет уплотнения матрицы гидросиликатами кальция. С целью объяснения происходящих физико-химических процессов композиции были изучены с помощью инфракрасного спектрометра в области частот 4000-400 см-1, в проходящем свете. а)  б)  Рис. 3. ИК-спектр ангидритовой матрицы: (а) – без добавок, (б) – с портландцементом и микрокремнеземом ИК-спектральный анализ образцов ангидритового вяжущего без добавок (рис. 3, а), показал на спектре полосы поглощения с волновыми числами 669,3, 594,8, 1136,07 и 1118,7 см-1, обусловленные наличием иона SO42-; 879,54 и 1458,18 см-1, связанные с наличием группировки CO32-; 1685,79 и 1618,28 см-1, вызванные деформационными колебаниями адсорбированной воды; 3552,8, 3244,27 и 3404,36 см-1, связанные с симметричными и асимметричными валентными колебаниями OH-групп в молекулах воды. При сравнении ИК-спектра ангидритовой матрицы без добавок и ИК-спектра матрицы с добавками (рис. 3, б) можно отметить, что происходят сдвиги частот, связанных с наличием карбонат-ионов, оксида кальция, а также частот, вызванных валентными колебаниями ОН-групп в молекулах воды. Это связано с образованием продуктов гидратации цемента и формированием комплексных соединений, образующихся при взаимодействии минеральных вяжущих. Опытным путем определено оптимальное содержание добавок в композициях, при котором достигается рост прочностных характеристик: при введении микрокремнезема (4 %), достигается прирост прочности на сжатие на 23,09%, при этом коэффициент размягчения остается практически неизменным; при совместном введении микрокремнезема (4 %) и портландцемента (5 %) прирост прочности на сжатие составляет 150%, коэффициент размягчения увеличивается с 0,31 до 0,51. Список литературы Бессонов И.В. Экологические аспекты применения гипсовых строительных материалов / И.В. Бессонов, О.В. Ялунина // Строительные материалы. – 2004. – №4. – С.11-13. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества / А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников // Учебник для вузов. Изд-е 2-е, перераб. и доп. – М.: Стройиздат 1973. – 480 с. Голосовкер И.Я. Исследование свойств ангидритового цемента на базе Северных гипсов / И.Я. Голосовкер. – Архангельск, 1948. – 40 с. Едаменко А.С. Многофазовые гипсовые композиционные материалы строительного назначения. Автореф... канд. техн. наук / А.С. Едаменко. – Белгород, 2006. – 22 с. Алтыкис М.Г. К вопросу о механизме структурных преобразований гипсовых вяжущих на основе ангидрита в процессе твердения / Алтыкис М.Г., Халиуллин М.И., Рахимов Р.З., Морозов В.П., Бахтин А.И // Изв. вузов. Строительство 1996. – №12. – С. 57-61. | ||||||||||||||||||||||||||||||