Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

В данной работе исследовано повышение активности свежеприготовленного портландцемента или восстановлению активности цемента, утратившего ее вследствие длительного хранения, в том числе во влажных условиях.

В работе исследован портландцемент производства ООО «Искитимцемент» (Новосибирская область) марки ПЦ 400 Д-20. Минеральный состав его, % мас.: С₃S -50-55, C₂S - 18-22, C₃A - 7-11, C₄AF - 12-15. Удельная поверхность его составила 320 м²/кг. Химический состав цемента, % мас: SiO₂ - 20,7; Al₂O₃ - 6,9; Fe₂O₃ - 4,6; CaO - 65,4; MgO - 1,3; SO₃ - 0,4; п.п.п. - 0,5.

Исследовано влияние электролитов с многозарядными катионами (Fe⁺³, Al⁺³) на прочность цементного камня, изготовленные из портландцемента, хранившегося в течение 7 суток при нормальных условиях (температура 20 ± 2 ^оС, влажность - не более 60 %),  в течение 4 и 12 месяцев во влажной среде. Электролиты AlCl₃, Al₂(SO₄)₃, Fe₂(SO₄)₃  в количестве 1 % от массы цемента вводили в воду затворения. Одновременно исследовано влияние на прочность цементного камня минеральных добавок (измельченный волластонит и диопсид), введенных дополнительно к электролитам. Эти добавки составляли 7 % от массы цемента. Такая концентрация электролитов и количество минеральных добавок, как показали ранее выполненные эксперименты, обеспечивает наибольшее увеличение прочности цементного камня.

В случае свежеприготовленного цемента введение электролитов приводит к повышению прочности образцов при сжатии. Наиболее эффективно действие Al₂(SO₄)₃. Введение 1 % мас. такой добавки обеспечивает повышение прочности образцов после тепловлажностной обработки на 16 %, после 28 суток твердения при нормальных условиях, соответственно на 30 и 54 % (Табл. 1).

Таблица 1. Влияние добавок 1 % мас. электролита и 7 % мас. минеральных наполнителей на прочность (МПа) образцов из свежеприготовленного цемента

Дополнительное введение 7 % мас. волластонита и особенно диопсида приводит к увеличению прочности еще на 20 - 30 %. Это может быть обусловлено микроармирующим действием таких наполнителей.

Значения прочности образцов, полученных из портландцемента, хранившегося во влажных условиях в течение 4 и 12 месяцев, при введении электролитов и минеральных наполнителей приведены в Таблицах 2, 3.

В результате хранения портландцемента в течение 4 месяцев во влажных условиях прочность полученных из него образцов по сравнению с прочностью образцов, изготовленных из свежеприготовленного цемента, снижается  около 30 % как после теплолажностной обработки, так и после твердения 28 суток в нормальных условиях. Введение 1 % электролитов обеспечивает повышение прочности до значений, превышающих  прочность образцов, изготовленных на бездобавочном цементе. Так при введении 1 % Al₂(SO₄)₃  это превышение составляет после 28 суток твердения при нормальных условиях 30 %.

Таблица 2. Влияние добавок 1 % мас. электролитов и 7 % мас. минеральных наполнителей на прочность (МПа) образцов, изготовленных из портландцемента,
хранившегося в течение 4 месяцев  во влажных условиях

Таблица 3. Влияние добавок 1 % мас. электролитов и 7 % мас. минеральных  наполнителей на прочность (МПа) образцов, изготовленных из портландцемента,
хранившегося в течение 12 месяцев  во влажных условиях

Дополнительное введение минеральных наполнителей приводит к дальнейшему увеличению прочности образцов (Табл. 1, 2). При введении 7 % волластонита оно составляет 35-41 %, при введении 7 % диопсида - 58-60 %. Как показывают результаты испытаний, при введении 7 % мас. диопсида и 1 % мас. Al₂(SO₄)₃ прочность образцов после ТВО и 28 суток твердения при нормальных условиях равна соответственно 86,7 и 99,3 МПа, в то время как у исходных (из свежеприготовленного цемента без добавок) образцов эти значения  составляют 54,8 и 61,9 МПа. Таким образом совместное действие добавок рассмотренных электролитов и минеральных наполнителей позволяет не только восстановить, но и превысить активность исходного портландцемента.

После 12 месяцев хранения во влажных условиях цемент значительно утрачивает активность вследствие частичной гидратации и карбонизации. Прочность при сжатии образцов после тепловлажностной обработки уменьшается более чем в 2 раза - на 61 %, после 28 суток твердения при нормальных условиях снижение прочности составляет 63 %.

И в этом случае введение 1 % электролитов способствует повышению прочности образцов. Дальнейшее ее увеличение на 40-50 % достигается при введении совместно с 1 % электролитов 7 % минеральных наполнителей. Образцы, полученные из портландцемента, хранившегося в течение 12 месяцев во влажных условиях, содержащие 1 % Al₂(SO₄)₃ и 7 % волластонита и диопсида, по значениям прочности близки к образцам из исходного («свежего») бездобавочного цемента.

Действие электролитов с многозарядными катионами может быть обусловлено их ионообменным взаимодействием с клинкерными минералами, что способствует более глубокой гидратации цемента.

Действие минеральных наполнителей (волластонита, диопсида) может быть обусловлено  тем, что при совместном помоле с цементом они способствуют разрушению гидратных оболочек, образовавшихся на поверхности частиц. Кроме того такие наполнители осуществляют микроармирование цементного камня. Наконец, четко выраженная зависимость прочности образцов от количества введенных минеральных наполнителей, наличие выраженных максимумов в этой зависимости указывает на межфазное взаимодействие частиц наполнителей и образующегося цементного камня. Это способствует повышению его прочности.

Список литературы

1. Горчаков Г.И. Строительные материалы / Г.И.Горчаков, Ю.М.Баженов. - М.: Стройиздат, 1986 - 688 с.
2. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества / А.В.Волженский, Ю.М.Бутт, В.С. Колокольников. - М: Стройиздат, 1979 - 476 с.
3. Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1989 - 384 с.