Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ВЛИЯНИЕ ВИДА И КОЛИЧЕСТВА МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

Бердов Г.И. Ильина Л.В.
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, ди-опсид 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 «Искитимцемент» (Новосибирская область) мар­ки ПЦ 400 Д-20. Минеральный состав цемен­та, % мас.: - 50-55, C2S - 18-22, C3A - 7-11, C4AF - 12-15. 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 РRО-7000 фирмы Seishin Enterprice 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 20*20*20 мм и цементно-песчаного раствора размером 40*40*160 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, .Н. Зырянова, А.Н. Машкин, В.Ф. Хритан­ков // Строительные материалы, 2008, №7. - с. 78-80.

Библиографическая ссылка

Бердов Г.И., Ильина Л.В. ВЛИЯНИЕ ВИДА И КОЛИЧЕСТВА МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 9. – С. 87-91;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=912 (дата обращения: 30.10.2020).

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