Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

АКТИВАЦИЯ ЦЕМЕНТОВ ДЕЙСТВИЕМ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК

Бердов Г.И. Ильина Л.В.
На основе анализа технологии строитель­ных материалов можно выделить ряд процессов, развивающихся в объемах, сопоставимых с раз­мерами атомов и молекул. К их числу относятся межфазные взаимодействия в композиционных материалах, адсорбционные и ионообменные процессы при взаимодействии твердого тела с жидкостью (гидратация вяжущих веществ, кор­розионное разрушение материалов и т.д.). Ис­кусственные каменные строительные материалы представляют собой системы, в которых части­цы наполнителей объединены в прочную струк­туру посредством вяжущего вещества [1]. Такая система является композиционным материалом, свойства которого определяются как свойства­ми наполнителя и вяжущего вещества, так и ре­зультатами их возможного взаимодействия. При оценке влияния минеральных наполнителей на механическую прочность композиционных материалов необходимо учитывать упругие свой­ства компонентов. Если на границе раздела фаз разрывы отсутствуют, то деформация каждой из фаз является примерно одинаковой. Вследствие этого основная часть приложенной нагрузки бу­дет приходиться на компонент, имеющий боль­шее значение модуля упругости.

Положительное действие наполнителей на механическую прочность может быть обу­словлено торможением развития микротрещин в композиционном материале или упрочнением структуры связующего вещества. При введении минерального наполнителя энергетическое воз­действие его поверхности будет оказывать су­щественное влияние, как на контактную зону, так и на само вяжущее вещество [2].

В данной работе для активации цемен­та, повышения механической прочности цемент­ного камня использованы измельченные природ­ные минеральные добавки - волластонит, диоп-сид и диабаз. Активация цемента целесообраз­на как при его изготовлении, так и особенно по­сле его длительного хранения. Это неизбежно в случае доставки цемента водным транспортом в процессе краткосрочной навигации в отдаленные районы Севера, Сибири, Дальнего Востока и др. В работе исследован портландцемент ООО «Ис-китимцемент» (Новосибирская область) марки ПЦ400Д-20.Минеральныйсоставцемента,% мас.: CS - 50-55, C2S - 18-22, C3A - 7-11, C4AF - 12-5. Удельная поверхность - 320 м2/кг. Химиче­ский состав цемента, %% мас: SiO2 - 20,73; Al2O3 - 6,86; Fe2O3 - 4,63; CaO - 65,46; MgO - 1,3; SO3 - 0,41; п.п.п. - 0,5. Определены свойства це­мента после хранения в течение 7 суток при нор­мальных условиях (температура 20 ± 2 °С, влаж­ность - не более 60 %) и после хранения в течение 4 и 12 месяцев в среде с влажностью более 80 % при температуре 20 ± 2 °С («лежалый цемент»).

В качестве минеральных добавок ис­пользовались тонкоизмельченные горные поро­ды волластонит (Синюхинское месторождение, рудник «Веселый», республика Алтай), диоп-сид (Бугутуйское месторождение, Иркутская область) и диабаз (п. Горный, Новосибирская об­ласть). Во многих случаях они являются отхода­ми производства. Их химический состав приве­ден в таблице 1.

При оценке межфазного взаимодей­ствия минеральной добавки и цементной ма­трицы большую роль играет дисперсность добавок. Их гранулометрический состав определен на лазерном анализаторе дис­персности типа РЯО-7000 фирмы Seishin En-terprice Co., LTD, Япония. Показатели дис­персности исследуемых добавок, приведены в таблице 2 .


Добавки вводились в количестве 2, 5, 7, 9 и 11 % от массы цемента. Свежеприготовленный портландцемент смешивали с указанными до­бавками. Портландцемент, хранившийся в тече­ние 4 и 12 месяцев во влажных условиях, допол­нительно домалывали с минеральными добавка­ми в течение 2 часов в шаровой мельнице.

Из полученного вяжущего формовались образцы цементного камня размером 20х20х20 мм и цементно-песчаного раствора размером 40х40х160 мм, которые твердели как в условиях тепловлажностной обработки (ТВО) по режиму: 3 часа - подъем температуры до 90 °С, 8 часов - изотермическая выдержка при данной температу­ре и 3 часа - снижение температуры до 20 °С, так и в нормальных условиях. При этом прочность образцов, твердевших при нормальных условиях, определялась в возрасте 3, 7, 14 и 28 суток.

В таблицах 3-5 приведены результаты определения прочности образцов цементно­го камня при введении добавок волластонита (табл. 3), диопсида (табл. 4) и диабаза (табл. 5). Аналогичные результаты получены при опреде­лении прочности при изгибе и сжатии образцов цементно-песчаного раствора.

Полученные результаты показывают, что при длительном хранении портландцемента во влажных условиях прочность получаемого це­ментного камня снижается. Это снижение со­ставляет 32 % после 4 месяцев хранения и 62 % после 12 месяцев хранения.

Введение исследованных минеральных добавок приводит к увеличению прочности об­разцов как из свежеприготовленного, так и «ле­жалого» цемента (табл. 6).

В случае свежеприготовленного цемен­та это увеличение прочности составило от 15 до 37 %. Наибольший результат наблюдается при введении добавки диопсида. Следует отметить четко выраженное влияние концентрации доба­вок. Максимальное увеличение прочности до­стигается при введении 9 % волластонита, 7 % диопсида и 2 % диабаза. Наибольшей дисперс­ностью обладал диабаз (табл. 2). Это и обусло­вило меньшее количество (2 %) добавки для по­лучения наибольшего значения прочности.

Этот эффект показывает большую роль межфазного взаимодействия, развивающегося на поверхности частиц. Увеличение прочности при введении дисперсных минеральных добавок об­условлено микроармированием цементного кам­ня и перераспределением напряжений в нем.

Наибольшее влияние из исследуемых до­бавок оказывает диопсид, отличающийся самым высоким значением твердости. Еще большее вли­яние исследуемые минеральные добавки, особен­но диопсид, оказывают на значение прочности образцов, полученных из «лежалого» цемента.

Увеличение значения прочности при вве­дении 7 % мас. диопсида составляет в этом слу­чае 72-85 %. При этом прочность при сжатии образцов, полученных из портландцемента, хранившегося в течение 4 месяцев во влажных условиях, превосходит прочность образов, по­лученных из бездобавочного свежеприготовлен­ного цемента на 18-24 %. После 12 месяцев хра­нения цемента во влажных условиях прочность образцов также в значительной мере восстанав­ливается при введении указанных минеральных добавок. Этот эффект, дополнительно к выше-рассмотренным причинам, обусловлен обновле­нием гидратированной поверхности частиц «ле­жалого» цемента при его домоле с вводимыми минеральными добавками. При этом добавка, обладающая высокой твердостью (диопсид) яв­ляется более эффективной.

Таким образом, введение дисперсных ми­неральных добавок (волластонит, диопсид, ди­абаз) способствует повышению прочности це­ментного камня и восстановлению активности цемента после длительного хранения (4 и 12 ме­сяцев) во влажных условиях. Действие минераль­ных добавок обусловлено микроармированием цементного камня и межфазным взаимодействи­ем цементный камень - минеральная добавка.

Список литературы

1.   Горчаков Г.И. Строительные материалы / Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов. - М.: Стройиздат, 1986. - 688с.

2.   Бердов Г.И. Нанопроцессы в технологии строительных материалов / Г.И. Бердов, В.Н. Зырянова, А.Н. Машкин, В.Ф. Хританков // Строительные материалы. - 2008. - № 7. - с. 78-80.


Библиографическая ссылка

Бердов Г.И., Ильина Л.В. АКТИВАЦИЯ ЦЕМЕНТОВ ДЕЙСТВИЕМ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 9. – С. 55-58;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=889 (дата обращения: 12.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074