Цементный камень с использованием ультрадисперсных кварцевых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Югорский государственный университет (ЮГУ)

ЦЕМЕНТНЫЙ КАМЕНЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ КВАРЦЕВЫХ ОТХОДОВ

Кузнецова И.Н.

Ханты-Мансийск

Аннотация

Использование ультрадисперсного наполнителя (активированные вторичные кварцевые отходы: отходы магнитной сепарации крупки, отсев классификации пудры, пыль местных отсосов системы аспирации) в структуре цементного камня позволяет экономить цемент до 8-10 %, повысить плотность цементного камня до 4-6 %, при этом прочность цементного камня повысится до 8-10 %. Результаты полученных испытаний способствуют улучшению эксплуатационных и физико-механических характеристик бетона.

Ключевые слова: портландцемент, цементный камень, наполнитель, кварцевый песок, строительство.

Annotation

CEMENT ROCK WITH THE USE OF ULTRADISPERSED QUARTZ WASTE

Kuznetsova I.N.

Yugra State University (YSU) in Khanty-Mansiysk, Khanty-Mansiysk, Russia

The use of ultradisperse filler (activated secondary quartz waste: waste of magnetic separation of grains, screening powder classification, dust of local suction systems) in the structure of cement rock allows one to save up to 8-10% cement, increase the density of cement rock up to 4-6%, while the strength cement stone will increase to 8-10%. The results of the tests contribute to the improvement of the operational and physical and mechanical characteristics of concrete.

Keywords: Portland cement, cement rock, filler, quartz sand, construction.

Основная часть

Одним из самых распространенных материалов в строительстве зданий при разных условиях эксплуатации является бетон, именно цементный камень формирует структуру, определяет свойства и долговечность бетона.

Гидратация цемента определяет свойства цементного камня, практическая ценность цемента определяется в результате химических и физико-химических превращений, который способен создать прочный цементный камень.

Суммарную прочность цементного камня вносят продукты твердения силикатов кальция - 3CaOЧSiO₂ - алит и 2CaOЧSiO₂ - белит, чем быстрее гидратируется минерал, тем быстрее происходит его схватывание и твердение, на рисунке приведены кривые твердения цементов разного минерального состава, во всех составах содержится 6% CaSO₄2H₂O.

Разные по минералогическому составу цементы, к 28 суткам обладают разной прочностью. Относительные прочности к 28 суткам приблизительно одинаковы по сравнению с прочностью цемента, твердевшего 90 суток, так как условия твердения зерен цемента в цементном камне резко изменяются по мере хода химических процессов взаимодействия минералов цемента с водой - гидролиза и гидратации. Гидролиз и гидратация новых количеств еще непрореагировавшего цемента, условно более глубоких слоев зерен, проходят заторможено.

Рис. 1 Кривые твердения цементов разного минералогического состава:

1 - - 23% С₃S+48% C₂S+8%C₃A+15% С₄AF - белитовый;

2 - - - 55%C₃S,+ 18%C₂S+5%C₃A+17%C₄AF - алюмоферритный;

3 - - - 64%C₃+ 12%C₂S+7%C₃A + 11%C₄AF - алитовый;

4 --- 44%C₃S+28% C₂S+14% С₃А+8%C₄AF -алюминатный

цементный камень бетон армирование

Вода к зернам цемента поступает путем диффузии через гидратированные слои. В соответствии с этим у мономинерального белитового цемента через 28 суток твердения прочность приблизительно в 10-12 раз меньше, чем у мономинерального алитового цемента [10, С. 23-25].

Повысить прочность цементного камня можно за счет дополнительного армирования, так, при использовании активированных кварцевых отходов в качестве ультрадисперсного наполнителя в структуре цементного камня, повышаются прочностные показатели за счет дискретного армирования цементного камня, и наблюдается экономия цемента.

Важным является наличие прочного сцепления кварца с новообразованиями цемента. Все это происходит из-за вторичного сцепления зерен кварца, образованными гидратами, перекристаллизовавшимися из пластинок, так как возле этих частиц образуется зона кристаллизованных включений. Наполнитель должен обладать большой активностью химического взаимодействия с Cа(OH)₂ и другими продуктами гидратации клинкера, и иметь поверхность наиболее совместимую со структурой кристаллизующихся гидратов, для которых эта поверхность служит подложкой [3], [4], [7, С. 148-159].

Целью работы являлось исследование структуры цементного камня с использованием активированных кварцевых отходов в качестве ультрадисперсного наполнителя однородно распределенного в структуре цементного камня, повышенной прочности и пониженной теплопроводности.

Технологическая схема приготовления растворной смеси состоит из последовательности процессов:

1. Кварцевые отходы от производства особо чистого кварцевого концентрата ООО «Полярный кварц» (вторичные отходы магнитной сепарации крупки 25-26 мкм, отсев классификации пудры 6-7 мкм, пыль местных отсосов системы аспирации 3-6 мкм), поступают в центробежную дисковую установку для помола (активации).

2. Ультрадисперсный наполнитель (10% от цемента) и цемент ЦЕМ II /А-Ш 42,5Н с добавкой гранулированного доменного шлака (общестроительный) дозируются, перемешиваются и пневмотранспортом подается в расходный бункер.

3. Смесь цемента с наполнителем и вода с температурой 20-25°С дозируются и поступают в смеситель, в котором в течение 5-6 минут перемешивается.

4. Бетонная смесь подается разливается в формы и выдерживается при температуре 20-25°С в течении 28 суток.

Удельная поверхность и средний размер частиц определен с помощью прибора ПСХ-12 [7, С. 158-159], [8, С. 150]. Удельная поверхность (S_уд) и средний размер (d) частиц кварцевых отходов при сухой активации представлены в таблице 1.

Таблица 1

Удельная поверхность и средний размер частиц кварцевых отходов при сухой активации

Рентгеновский дифрактометр «Bruker D8 ADVANCE» предназначенный для исследования поликристаллических, аморфных веществ и тонких пленок [10, С. 71], установил продукты гидратации и твердения по пикам с d = 4,91; 2,61; 2,5; 1,91; 1,78; 1,69; 1,53; 1,49; 1,45; 1,30; 1,15; 1,058; 9,75 [Ca(OH)₂ и Ca₂SiO₄xH₂O], d = 3,87; 3,02; 4,48; 2,27; 2,02 [CaCO₃]. Содержание в цементном камне Ca₂SiO₄ устанавливается по линиям d = 2,87; 2,78; 2,17; 2,06. Прибор позволил с высокой точностью проводить измерение интенсивностей и углов рентгеновских отражений в диапазоне температур от 84 до 700 К.

Опытные образцы содержат основные минералы карбонат кальция CaCO₃ и Ca₂SiO₄xH₂O гидроксид кальция Ca(OH)₂, гидросиликат кальция Ca₂SiO₄, б - кварц SiO₂. [5, С. 37], [6, С. 69], [9, С. 72-76].

Прочность образцов с использованием активированных кварцевых отходов в качестве ультрадисперсного наполнителя при сжатии (R_сж) представлена в таблице 2.

Таблица 2

Прочность образцов цементного камня

Прочность цементного камня при сжатии значительно меньше, чем прочность его составляющих, и изменяется в пределах 30-90 МПа, у прессованного цементного камня без капиллярных пор составляет 165 МПа [1], [2, С. 1-37].

Заключение

Предложенная технология формирует однородную структуру, которая в процессе армируется ультрадисперсным наполнителем из кварцевых отходов, упрочняя структуру цементного камня и повышая его прочность. Прочность бетона достигается за счет дискретного армирования ультрадисперсным наполнителем из кварцевых отходов.

В результате проведенных исследований при использовании ультрадисперсного наполнителя (активированные вторичные кварцевые отходы: отходы магнитной сепарации крупки, отсев классификации пудры, пыль местных отсосов системы аспирации) в структуре цементного камня позволяет экономить цемент до 8-10 %, повысить плотность цементного камня до 4-6 %, при этом прочность цементного камня повысится до 8-10 %. Достоверность полученных результатов подтверждается согласованием экспериментальных и расчетных данных.

Список литературы

1. Гусев Б. В. Формирование структуры композиционных материалов и их свойства / Б. В. Гусев, В. И. Кондращенко, Б. П. Маслов и др. М.: Научный мир, 2006. 560 с.

2. Гусев Б. В. Прочность полидисперсного композиционного материала, типа цементного бетона и особенности напряженно-деформированного состояния такого материала при действии сжимающих нагрузок / Б. В. Гусев. М.: ЦИСН, - 37 с.

3. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / под ред. Ю. А. Табунщикова, В. Г. Гагарина. 5-е изд., пересм.. М. АВОК-ПРЕСС, - 256 с.

4. Шмитько Е. И. Химия цемента и вяжущих веществ: учебное пособие / Е. И. Шмитько, А. В. Крылова, В. В. Шаталова. СПб.: Проспект Науки, 2006. 206 с.

5. Clark L. Thaumasite form of sulfate attack / L. Clark. Concrete International. 1999. Vol. 22, no 2. P. 37-40.

6. Collepardi M. Damage by Delayed Ettringite Formation. A Holistic Approach and New Hypothesis / Collepardi // Concrete International. 1999. Vol. 21, no. 1. P. 69-74.

7. Косач А. Ф. Влияние ультрадисперсных кварцевых отходов как наполнителя на структуру и свойства цементного камня / А. Ф. Косач, И. Н. Кузнецова, М. А. Дарулис, Ю. В. Березкина // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета.- 2018.- Т. 20. №6. С. 148-159.

8. Косач А. Ф. Влияние ультрадисперсного наполнителя на основе золы гидроудаления на свойства цементного камня / А. Ф. Косач, М. А. Ращупкина, И. Н. Кузнецова, М. А. Дарулис // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. Т. 21. № 1. С. 150-158.

9. Кузнецова И. Н. Технология пенобетона на основе торфа / И. Н. Кузнецова, М. А. Ращупкина, С. В. Жуков // Вестник СибАДИ. 2014. № 4 (38). С. 72-76.

10. Кузнецова И. Н. Влияние химического и минерального состава цемента на теплоизоляционные свойства пенобетона / И. Н. Кузнецова. // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет. Новосибирск, 2009. 168 с.

Размещено на Allbest.ru