Структурообразование кладочных растворов на основе сухих цементно-зольных смесей

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Национальный университет водного хозяйства и природопользования

Структурообразование кладочных растворов на основе сухих цементно-зольных смесей

Рыженко И.Н., ассистент,

Гарницкий Ю.В., к.т.н., доцент,

Дворкин Л.И., д.т.н., професор

г. Ровно

Аннотация

Рассмотрены особенности гидратации и структурообразования кладочных растворов из сухих цементно-зольных смесей с добавкой известково-карбонатной пыли

Сухие строительные смеси (ССС) нашли широкое применение в современном строительстве. По оценкам специалистов их применение повышает эффективность строительных и отделочных работ в 1,5…2 раза. Исторически одними из первых применялись сухие ("гарцовочные") смеси для кладочных растворов, представляющие собой смесь песка и цемента. Современные кладочные смеси также включают гашеную известь (до 5%), известняковую муку (10…15%), водоудерживающую добавку (эфиры целюлозы), иногда также редиспергированный сополимерный порошок и порообразователь [1]. Такой сложный состав позволяет улучшить свойства кладочного раствора, но, несомненно, удорожает его. Поэтому представляется целесообразным введение в состав кладочных смесей готовых тонкодисперсных продуктов - отходов промышленности, которые смогли бы заменить дорогие химические добавки и продукты, требующие предварительного помола (известняк).

Зола уноса тепловых электростанций традиционно применяется в гидротехническом и мелиоративном строительстве при приготовлении бетонных и растворных смесей для улучшения их строительно-технических свойств и экономии цемента. Накопленный опыт позволил выработать требования к золе как компоненту бетонов и растворов, при которых ее использование наиболее эффективно. Это привело к определенной стабильности результатов применения золы, несмотря на колебания ее вещественного и химического состава. Поэтому представляется возможным использование золы как компонента ССС, в первую очередь там, где некоторая нестабильность ее состава не скажется на эксплуатационных свойствах растворов. Это кладочные, штукатурные, шпаклевочные, ремонтные составы, растворы для заполнения швов. Исходя из химического состава и стабильности свойств в Украине для применения в ССС наиболее целесообразными следует считать золу уноса Ладыжинской и Бурштынской ТЭС [2]. При введении в состав раствора зола повышает его водоудерживающую способность и подвижность, повышает прочность и частично замещает цемент.

Тонкодисперсная известняково-карбонатная пыль (ИКП) вращающихся печей по производству извести содержит около 70% карбоната кальция (мела), остальное - пыль негашеной извести. Такое сочетание составляющих отвечает их соотношению в кладочной смеси. Поэтому применение ИКП в составе ССС позволяет заменить известь и карбонатный порошок, при этом предварительная подготовка пыли состоит только в ее гашении.

Таким образом, возможно изготовление сухой кладочной смеси, состоящей из цемента, песка, золы уноса, ИКП, и, возможно, порошкообразного суперпластификатора, например "Полипласт СП-3". В данной работе рассмотрены особенности гидратации и структурообразования цементно-зольно-известково-карбонатных паст, определяющих свойства кладочных растворов из смесей указанного состава.

Особенности гидратации. Интенсивность гидратации исследуемых паст изучали определением количества химически связанной воды в % от массы цемента. С этой целью изготавливали образцы-кубики размером 222 см, которые в заданном возрасте измельчали, обрабатывали ацетоном, затем высушивали при 105^оС и прокаливали при 1000^оС. Количество химически связанной воды определяли по разности массы при прокаливании и высушивании. В опытах использована зола уноса Ладыжинской ТЕС, портландцемент ПЦ І ОАО "Волынь-цемент", известь-пушенка и гашеная известково-карбонатная пыль Любомирского ИСЗ. Пыль содержит около 32% извести, остальное - тонкодисперсный порошок мела. Результаты опытов приведены в табл. 1 и рис. 1.

Анализ полученных данных для паст различного состава показывает, что переход к цементно-зольным и цементно-зольно-известково-карбонатным пастам увеличивает количество гидратной воды в 7 суток нормального твердения на 30...50%, а в 28 суток на 20...40%. В исследуемых пастах содержание ИКП колебалось по массе от 15 до 50% массы цементно-зольной части, с карбонатной известью вводилось соответственно от 5 до 17% СаО и от 10 до 33% СаСО_з. Содержание золы изменялось от 40 до 60% массы цемента.

Таблица 1

Интенсивность гидратации цементно-зольно-известковых паст

Рис. 1. Интенсивность гидратации цементных паст (состав паст - в табл. 1): 1…3 цементно-зольно-известково-карбонатные пасты; 4 - цементно-зольно-известковая паста; 5 - цементно-зольная паста; 6 - цементная паста

Характерно, что при практически одинаковом дополнительном количестве СаО за счет введения ИКП и молотой извести в первом случае обеспечивается более высокая интенсивность гидратации особенно заметная в 28 сут., что можно объяснить каталитическим влиянием карбоната кальция.

Более интенсивная гидратация цементных систем с добавками золы и карбонатным наполнителем подтверждается дифференциально-термическим и рентгеноструктурным анализами. На термограммах всех составов прослеживаются 3 группы эндотермических эффектов: 100-400^оС, обусловленных разложением гидроалюминатов и гидросиликатов кальция; 470-570^оС - в результате диссоциации Са(ОН)₂и 850-900^оС - за счет декарбонизации СаСО₃. При нормальном твердении портландцемента без золы количество Са(ОН)₂ возрастает до 28 сут., а для цемента с добавкой 40-60% золы в возрасте 7 и 28 сут. оно практически стабильно, что свидетельствует о начальном химическом связывании гидроксида кальция золой. строительный цементный зольный известковый карбонатный

Введение как в цементные, так и особенно в цементно-зольные пасты ИКП увеличивает величину эндотермических эффектов разложения гидратных новообразований. На рентгенограммах исследованных образцов заметно увеличение интенсивности аналитических линий, характерных для продуктов гидратации цемента и золы в присутствии добавки карбонатной извести. Для образцов цементно-зольного камня без добавки ИКП после пропаривания и в 28 суток проявляются более сильные линии (d = 3.03;3.07) гидросиликатов типа CSH(B). Соответственно уменьшается интенсивность линий алита (d = 2.62;1.79) и портландита (d = 2.62;1.79).

Для образцов цементного и цементно-зольного камня с добавкой ИКП в 28 сут. нормального твердения зафиксированы наиболее сильные аналитические линии гидрокарбоалюминатной фазы (d = 7.71;3.78).

Водоотделение - важная эксплуатационная характеристика большинства видов растворов. Результаты исследования по водоотделению цементно-зольно-известковых паст приведены на рис. 2. Для всех составов паст водоотделение развивается наиболее интенсивно в первый час и практически завершается через 2 часа твердения. Величина водоотделения уменьшается по мере увеличения содержания в пастах золы-уноса, известково-карбонатного наполнителя и снижения водосодержания. Заметно увеличивает водоотделение паст наличие в их составе суперпластификатора.

Рис. 2. Водоотделение цементно-зольно-известково-карбонатных паст (состав паст по табл. 1, индекс "С" - наличие в составе суперпластификатора СП-3 в количестве 0,7%)

Водоудерживающая способность цементного геля возрастает с увеличением водопотребности вяжущего, которая может быть косвенно оценена по НГ, что характерно и для цементно-зольно-известково-карбонатных паст. Наименьшее водоотделение имеет паста с максимальной НГ (Кн.г = 34.5%), содержащая наибольшее количество ИКП без суперпластификатора, и наибольшее - с минимальной НГ (К_н.г. = 22.1%), включающая суперпластификатор. Во всех случаях водоотделение наблюдается при водотвердом отношении паст В/Т>1.65Кн.г. Как известно, по И.Н. Ахвердову 1.65Кн.г. - предельное значение водоудерживающей способности цементного геля (в состоянии покоя). Таким образом, введение в состав раствора золы и ИКП позволяет существенно повысить его водоудерживающую способность и, таким образом, исключить из состава водоудерживающую добавку.

Структурообразование. Активное влияние карбонатной извести (ИКП) на реологические свойства и скорость гидратации цементно-зольных паст, химическое и физико-химическое взаимодействие ее с цементом и золой должно сказываться и на формировании как коагуляционной, так и кристаллизационной структуры цементно-зольного камня. Формирование коагуляционной структуры цементных паст завершается к концу их схватывания. Если зола-унос может удлинить время схватывания, то введение негашеной карбонатной извести (ИКП) приводит к сокращению сроков схватывания цементных и цементно-зольных паст (табл. 2).Ускорение схватывания при введении ИКП можно объяснить увеличением объема продуктов гидратации с соответствующим уменьшением расстояния между частицами и возникновением сил когезии, пропорциональных числу частиц, соприкасающихся друг с другом.

Таблица 2

Влияние ИКП на сроки схватывания паст

Увеличение прочности коагуляционных контактов цементно-зольных паст при введении ИКП следует из анализа пластограмм, полученных при измерении пластической прочности конусом П.А. Ребиндера (рис. 3). Обращает внимание существенное влияние ИКП на втором участке пластограмм, соответствующих периоду упрочнения коагуляционной и началу формирования кристаллизационной структуры. Более крутой наклон кривой для пасты с ИКП по сравнению с кривой для пасты, содержащей обычную молотую негашеную известь при примерно равном в обоих пастах содержании золы и СаО подтверждает активную роль карбонатного наполнителя ИКП в формировании коагуляционно-кристаллизационной структуры цементно-зольного камня.

Структурирующее влияние ИКП возрастает при уменьшении нормальной густоты паст за счёт введения добавки суперпластификатора. Это можно объяснить созданием в твердеющих системах "стесненных" (по М.М. Сычеву) условий, при которых с повышением концентрации твердой фазы возрастает межчастичное контактирование и повышается роль дисперсных наполнителей как "затравок" кристаллизации новообразований.

Рис. 3. Пластическая прочность цементно-зольно-известково-карбонатных паст (состав паст по табл. 1, индекс "С" - наличие в составе суперпластификатора)

Таким образом, введение в состав сухих кладочных смесей золы-уноса совместно с известково-карбонатным наполнителем ускоряет гидратацию, уменьшает водоотделение и способствует структурообразованию растворов.

Литература

1. Оборудование для производства строительных материалов и работ. Справочник / Гл. ред. А.Д. Жуков.- Москва: Стройинформ, 2006.- 440 с.

2. Рунова Р.Ф., Носовський Ю.Л. Технологія модифікованих будівельних розчинів.- К.: КНУБіА, 2007.- 256 с.

3. Сергеев А.М. Использование в строительстве отходов энергетической промышленности.- К.: Будівельник, 1984.- 120 с.

Размещено на Allbest.ru