close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000100862

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
'ГГ
Сычев Артем Александрович
КОМПЛЕКСНАЯ СУЛЬФОПОЛИМЕРНАЯ ДОБАВКА
ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
05.23.05 - СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Казань - 2005.
Работа выполнена на кафедре строительных материалов Казанского Государственного
архитектурно-строительного университета
Научный руководитель:
кандидат технических наук,
профессор А.Т.Кузнецов
Научный консультант:
член-корреспондент РАЛСН,
заслуженный деятель науки и техники
РТ, доктор технических наук, профессор
Р.З.Рахимов
Официальные оппоненты
академик Р А А С Н
заслуженный деятель науки и
техники Р Ф , доктор технических наук,
профессор Ю.А. Соколова
доктор технических наук,
доцент B.C. Изотов
Ведущая организация:
ОАО "Татагропромстой"
Защита состоится 10 октября 2005г. в 15°° на заседании диссертационного со­
вета Д М 212.077.01 в Казанском Государственном архитектурно-строительном уни­
верситете по адресу: 420043, г. Казань, ул. Зелёная, 1, К Г А С У , корп. " В " , ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государствен­
ного архитектурно-строительного университета. 2005 г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим на­
правлять по адресу: 420043, г. Казань, ул. Зелёная, 1, диссертационный совет.
Автореферат разослан 9 сентября 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук, доцент
А.М.Сулейманов
5^^^^
j^'^s^ei
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Одним из эффективных в настоящее время и перспективным в будущем на­
правлений технического професса в технологии цементных композиций и изделий из
них является применение модифицирующих добавок.
В развитых странах мира применение модифицированных бетонов достигает
90-100%.
Весьма обширна номенклатура модифицирующих добавок и в нашей стране:
пластифицирующих, воздухововлекающих, противоморозных, регулирующих сроки
схватывания, расщиряю1дих, уплотняющих, специальных и комплексных полифунк­
циональных.
Наиболее эффективным является применение комплексных добавок полифунк­
ционального действия, избавляющих от необходимости введения в бетонную смесь
нескольких добавок индивидуального действия. Одной из разновидностей сырьевых
ресурсов модифицирующих добавок являются отходы и попутные продукты различ­
ных отраслей промышленности, которые могут применяться с предварительной пере­
работкой или без неё.
При этом решается задача проблема расширения сырьевой базы и снижения
стоимости модифицирующих добавок, а также проблема экологической безопасности
в части утилизации отходов производств, засоряющих и отравляющих окружающую
среду.
В настоящей работе исследована возможность использования для модифика­
ции цементных композиций сульфополимерной добавки - отхода производства тио­
кола с целью повышения их физико-химических свойств. Объемы тиокола только на
Казанском заводе синтетического каучука составляют около 150 тысяч тонн. В состав
отхода входят компоненты известных добавок различного действия к цементным рас­
творам и бетонам.
Актуальность темы определена задачами, поставленными в "Стратегии раз­
вития строительного комплекса Российской Федерации до 2010 года" в части
"...вовлечения техногенных отходов различных отраслей промышленности в произ­
водство строительных материалов с существенным снижением их стоимости". В "Ос­
новных направлениях развития промышленности строительных материалов па пери­
од до 2010 года" отмечается, что "... вовлечение в производство строительных мате­
риалов техногенных отходов и вторичных ресурсов различных отраслей промышлен­
ности позволит в целом улучшить экологическую обстановку".
Целью исследований настоящей работы является научное обоснование
возможности использования сульфополимерной добавки в составе цементных компо­
зиций для повышения их ранней прочности, водонепроницаемости, морозостойкости.
^^м
J ЯОСНАЦМвНАЛЬнля,
-^1
СИБЛИОТБКА
i
I
\
CHe,4.to,r/V^t
09
а также коррозионной стойкости железобетонных конструкций в целом.
Для достижения поставленной цели требовалось решить ряд задач;
•
•
изучить влияние СПД на свойства цементного теста и камня;
изучить влияние СПД на процессы гидратации и формирования структуры
цементного камня;
•
установить эффективность использования СПД в цементных композициях
приготовленных на основе бездобавочных вяжущих и вяжущих содержащих
активные минеральные добавки;
•
установить оптимальную дозировку СПД в составе цементных систем обес­
печивающую их наилучщие показатели по основным свойствам;
•
определить влияние СПД на кинетику набора бетоном прочности, водоне­
проницаемость и морозостойкость в проектном возрасте, а также коррозион­
ную стойкость цементного камня и арматуры в бетоне;
•
оценить санитарно-экологическую безопасность СПД в составе бетона.
Научная новизна работы.
•
Установлены закономерности влияния СПД на реологические свойства це­
ментного теста. Показано, что введение СПД в количестве до 15 % сокра­
щает начало схватывания цементного теста на 45 % , а конец - на 28 % , нор­
мальная густота цементного теста снижается до 1 6 % .
•
Установлены закономерности влияния СПД на структуру цементного кам­
ня. Показано, что введение СПД до 15 % увеличивает степень гидратации
цементного камня на 12 % по сравнению с составом без добавки, при этом
общая пористость снижается на 7 % , открытая капиллярная на 9 % , откры­
тая некапиллярная на 11 % , а условно замкнутая на 25 % .
•
Установлены закономерности влияния СПД на кинетику набора портланд­
цементом прочности. Показано, что более эффективным является использо­
вание СПД с добавочным портландцементом при оптимальной дозировке
СПД 15 % , при этом прочность цементного раствора в проектном возрасте
увеличивается на 12 % , а возрасте 180 суток на 13 %.
•
Петрографическими исследованиями, рентгенофазовым и дифференциальнотермическим анализами установлено, что процесс упрочнения и уплотнения
модифицированного СПД цементного камня связан с увеличением содержа­
ния низкоосновных гидросиликатов кальция, формированием на ранних ста­
диях твердения гидросульфоалюминатов, армирующих структуру и кольматирующих поры, а также заполнением пространства между зернами вяжуще­
го прослойками полимер-тиокола.
•
Установлены закономерности влияния СПД на реологические свойства бе­
тонных смесей, прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бето­
на.
' , ;.
.; М»
- .V4'/r»f
'•■*
'j
"4"
•
Показано, что СПД в количестве 15 % повышает подвижность смеси с 5 до
12 см, при этом прочность бетона увеличивается: в возрасте суток при нор­
мальном твердении в 3 раза, при ТВО по «мягкому» режиму в 2,3 раза, а в
проектном возрасте на 10 % . Водонепроницаемость бетона увеличивается в
3, а морозостойкость в 2 раза.
•
Установлены закономерности влияния добавки на коррозионную стойкость
бетона в растворах серной кислоты и СПД Показана эффективность ее вве­
дения в количестве от 5 до 15 % , что повышает коэффициент химической
стойкости цементного раствора на 10 % по сравнению с контрольным со­
ставом.
•
Гравиметрическими и потенциостатическими исследованиями установлены
закономерности влияния СПД на повышение коррозионной стойкости арма­
туры в бетоне. Показано, что введение добавки до 15 % снижает ток корро­
зии втрое и удельную величину коррозионных потерь.
Практическая значимость работы.
Результаты, полученные в процессе исследований и отработки технологии
применения сульфополимерной добавки, были использованы фирмой "Композиция"
(г. Казань) при производстве ремонтно-восстановительных работ на предприятиях
нефтехимического комплекса.
По основным положениям диссертационной работы составлены:
1. Технические требования к сульфополимерной добавке - отходу производ­
ства тиокола ОАО К З С К для использования в бетонах.
2. Технологический регламент на производство тяжелого бетона с сульфопо­
лимерной добавкой - отходом производства тиокола ОАО КЗСК.
3. Технологические рекомендации по устройству химически стойких полов с
использованием отхода производства тиокола ОАО КЗСК.
4 Технические условия на устройство мозаичных полов производственных
площадей отделения алкидных эмалей с использованием отходов произ­
водства тиокола
5. Технические рекомендации по восстановлению железобетонных конст­
рукций производственного корпуса № 1 ОАО "АРОМАТ" с использовани­
ем отходов производства тиокола.
На защиту выносятся:
•
Установленные закономерности и математические зависимости влияния
сульфополимерной добавки на реологические и физико-механические свой­
ства цементных растворов и бетонов;
-5-
•
Результаты петрографических, дифференциально-термических и рентгенов­
ских исследований структуры цементного камня в присутствии сульфополимерной добавки;
•
Результаты исследования влияния сульфополимерной добавки на коррози­
онную стойкость бетона и арматуры;
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:
- на научно-технических конференциях Казанской Государственной архитектурностроительной академии в период 1996-2005 г;
- на шестых академических чтениях РАССН "Современные проблемы строи­
тельного материаловедения" (Иваново, 2000 г.)
- на III Международной научно-практической конференции "Проблемы строи­
тельства, инженерного обеспечения и экологии городов". (Пенза, 2001.г)
- на Всероссийской X X X I научно-технической конференции. (Пенза, 2001 г.)
- на седьмых академических чтениях РААСН. "Современные проблемы строи­
тельного материаловедения". (Белгород, 2001 г.)
- на Международной конференции "Долговечность строительных конструкций.
Теория и практика защиты от коррозии". (Волгоград, 2002 г).
- на V Всероссийской научно-технической конференции "Новые химические
технологии: производство и применение". (Пенза, 2003г.)
- на Международной научно-технической конференции молодых ученых "Ак­
туальные проблемы современного строительства". (Санкт-Петербург, 2004 г.).
- на восьмых академических чтениях Р А А С Н "Современное состояние и пер­
спективы развития строительного материаловедения". (Самара, 2004 г.)
По материалам диссертации опубликовано 10 статей. Подана заявка на патент.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, списка
литературы и приложений. Работа содержит 131 страницы машинописного текста, 19
таблиц, 31 рисунок, список литературы из 148 наименований, 6 приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана перспективность разработок, по расширению вовлечения
техногенных отходов для использования в качестве модифицирующих добавок це­
ментных композиций. Обоснована актуальность выбранной темы, сформированы цели
и задачи исследований, показана научная новизна и практическое значение работы.
В первой главе приводятся анализ сведений о классификации и применении
химических добавок для модификации свойств цементных композиций в нашей стра­
не и за рубежом. Отмечено, что с учетом наблюдающейся в строительной практике
тенденций к разработке и применению бетонов одним из значимых направлений яв-6-
ляется повышение коррозионной стойкости бетонов.
Обзор научно-технической литературы показал, что вопросами модифицирования
бетонов для повышения показателей физико-технических свойств, долговечности и коррози­
онной стойкости бетонов и железобетонных конструкций занимались Батраков В.Г., Ба­
женов Ю.М., Бутт Ю.М., Иванов Ф.М., Кунцевич О В , Комохов П.Г., Ратинов В.Б.,
Рахимов Р.З., Розенберг Т И., Рояк С М . , Сватовская Л.Б., Селяев В.П., Соколова
Ю.А., Соломатов В.И., Сычев М.М., Федосов С В . , Хозин В Г. и др.
Отмечена перспективность развития направления по использованию в каче­
стве сырья для модифицирующих добавок отходов или побочных продуктов химиче­
ской промышленности содержащих в своем составе серу или серосодержащие компо­
ненты. Установлено, что среди серосодержащих соединений наибольшее распростра­
ненными
в
качестве
добавок
в бетон получили
сульфаты натрия и железа,
сульфиты, сульфиды и тиосульфаты натрия Данные соединения являются ускорите­
лями твердения бетона. Кроме того, сульфат натрия является ингибитором коррозии
арматуры, а в ряде работ указывается на эффективность его использования для повы­
шения морозо- и сульфатостойкости бетона Весьма противоречивые данные об опти­
мальной дозировке этих соединений, а также о влиянии их на прочность бетона в бо­
лее поздние сроки твердения. Недостаточно изученным остается вопрос о возможно­
сти использования сульфата магния в качестве добавки в бетон. Отсутствуют данные
о комплексном воздействии указанных серосодержащих соединений на свойства це­
ментных композиций. В связи, с чем несомненный интерес как добавка в бетон пред­
ставляет отход производства тиокола Казанского завода С К им. С М . Кирова, содер-
жа1ций в своем составе сульфиды, тиосульфаты и сульфиты натрия, сульфаты натрия
и магния, гидрооксид натрия, хлориды и полимер тиокола.
Анализ данных литературного обзора исследований показал следующее
Сульфиды и полисульфиды натрия увеличивают раннюю и 28-суточную
прочность цементного камня за счет роста количества связанной воды и изменения
фазового состава. Тиосульфат в цементных системах при введении в воду затворения
выделяет серу в коллоидно-дисперсном состоянии, что приводит к резкому структу­
рированию воды. Сульфид также как и тиосульфат натрия вызывает модифицирова­
ние гидросиликатных и алюмосиликатных составляющих при сохранении эттрингита.
Способность сульфатов регулировать скорость твердения цементных систем
объясняется их способностью изменять равновесную и метастабильную концентрации
минералообразующих ионов в жидкой фазе, величину и время достижения пересыще­
ния жидкой фазы, сдвигать предкристаллизационные концентрации жидкой фазы в
различные зоны формирующегося цементного камня и модифицировать тем самым
состав, структуру и морфологию гидратов.
Содержание хлоридов до 2,0 % приводит к кристаллизации гидрохлоралю-
мината на стадии формирования структуры цементного камня и поэтому не сопрово­
ждается какими-либо деструктивными процессами. Гидрохлоралюминат кальция ус-7-
тойчиво существует в цементном камне в течение длительного времени. Это соедине­
ние оказывает положительное влияние на прочность, водонепроницаемость и морозо­
стойкость бетона. Однако при высоких концентрациях хлоридных солей в цементном
камне наряду с гидрохлоралюминатом кальция образуется гидрооксихлорид.
Связывание гидролитической извести в гидрооксихлорид приводит к усиле­
нию гидратации алита, поэтому образование оксихлорида в начальный период тверде­
ния ифает положительную роль, но остающиеся свободные хлор-ионы, не связанные
в гидратные новообразования способствуют депассивации поверхности арматуры, вы­
зывая её коррозию. В системе, содержащей хлориды, повышается растворимость гид­
рата окиси кальция и тем самым ускоряется развитие процесса коррозии 1 вида.
NaOH в начальный период увеличивает пассивирующее действие цементного
камня на арматуру, но затем вымывается из бетона.
Едкие щелочи, находясь в поровой жидкости бетона, существенно замедляют
процессы коррозии цементного камня. Существенное влияние оказывают щелочи на
свойства цементных систем при взаимодействии с заполнителями образуя в реальных
условиях щелочесодержащие гели, варьируемые от кальциево-щелочных с повыщенным
содержанием
кальция,
не
склонных
к
расширению,
до
кремнеземельных, подвергающихся сильным деформациям расширения.
щелочно-
Добавки полимеров сосредоточиваются в капиллярных порах. Затем постепен­
но коагулируют с образованием постоянного уплотненного слоя полимерных частиц
на поверхности смесей цементного геля с непрореагировавшими частицами цемента.
В конечном счете, с удалением воды при гидратации цемента частицы уплотненного
полимера на продуктах гидратации цемента связываются в непрерывные пленки или
мембраны При этом образуется монолитная решетка, в которой полимерная фаза
проникает через фазу указанных продуктов гидратации Такая структура действует в
качестве матричной фазы для модифицированных полимерами растворов и бетонов, а
заполнители связываются с матрич1юй фазой в затвердевшем растворе и бетоне.
11а ос1ювании анализа данных литературно! о обзора в заключительной части
главы сформулированы цели и задачи исследований.
Во второй главе, приведены характеристики используемых материалов, обо­
рудования и методов исследования.
В качестве вяжущих применялись портландцементы Вольского и Ульяновского
заводов, крупный и мелкий заполнитель Камско-Устинского месторождения РТ.
В качестве добавки использовалась сульфополимерная жидкость - отход про­
изводства тиокола Казанского завода синтетического каучука.
Для исследования структуры материалов применялись методы рентгенофазово-
го анализа, комплексного термического анализа, рентгеноструктурного микроанализа,
-8-
оптической и электронной микроскопии.
Рентгенофазовый анализ производился на дифрактометре ДРОН-ЗМ, ком­
плексный термический анализ на дериватографе Q-1500D фирмы "Паулик-Паулик-
Эрден".
Микроструктура материалов исследована с помощью стереоскопического мик­
роскопа Leica и электронного растрового сканирующего микроскопа Philips XL-30 в
лаборатории кафедры геологии Казанского государственного Университета совместно
с к.г-м.н. Изотовым В.Г. и к.г-м.н. СитдиковоЙ Л.М.
При оптимизации составов и технологических параметров применяли методы
математического планирования экспериментов.
В третьей главе, представлены исследования влияния сульфополимерной
добавки на свойства цементного теста и камня.
В табл 1 приведены составы цементных композиций принятых к исследова­
нию и результаты изменения нормальной густоты цементного теста
Таблица 1
Составы цементных композиций принятых в исследованиях и данные по изменению
нормальной густоты цементного теста
№№
п/п
1
Содержание
цемент
вода
г
мл
г.
X,
84
Хг
0
300
нгцт
добавка
0/.
%
Ульяновский ПЦ
Вольский ПЦ
Y,
0
28,0
Y:
26,5
2
300
78
0,39
3
26,0
25,0
3
300
75,3
0,65
5
25,2
24,0
4
300
73,5
1,30
10
24,5
22,2
5
300
72,9
1,94
15
24,3
22,3
6
300
72,6
2,60
20
24,2
22,3
Установлено, что введение добавки в портландцемент до 15% сокращает на­
чальные и конечные сроки схватывания. Интенсификация процессов схватывания
достигается за счет содержащихся в составе добавки сульфатов натрия, а также хло­
ридов кальция и натрия. Ускоряющий эффект был бы более выражен если бы не про­
исходило обволакивания частиц цемента полимером тиокола.
Исследовалось влияние добавки на прочность портландцемента. Результата­
ми испытаний доказана эффективность использования Ульяновского добавочного
портландцемента. Одной из возможных причин повышения прочности цемента при
введении добавки следует считать увеличение продуктов гидратации уплотняющих
структуру цементного камня. В связи, с чем произведена оценка степени его гидрата­
ции, плотности и пористости. Результаты исследования степени гидратации приведе­
ны в табл. 2.
-9-
структуру цементного камня. В связи, с чем произведена оценка степени его гидрата­
ции, плотности и пористости. Результаты исследования степени гидратации приведе­
ны в табл. 2,
Таблица 2
Степень гидратации портландцемента
№
Составы
СГ, усл. Ед
1
Портландцемент без добавки
0,59
2
Портландцемент с 3 % добавки
0,61
3
Портландцемент с 5 % добавки
0,63
4
Портландцементе 10% добавки
0,65
5
Портландцемент с 15% добавки
0,66
6
Портландцемент с 2 0 % добавки
0,67
7
Портландцемент с 30% добавки
0,67
С целью установления факторов, влияющих на характер полученных резуль­
татов, проведена математическая обработка экспериментальных данных с получением
ряда математических зависимостей:
Y , = 10,083 + 0,257Х, + 40,168X2 - 0,522Х,Х2 - 1,620X2^
Fp„4 = 467,552; R „ „ = 0,9995
Y2 = 8,086 + 0,229Х, + 34,771X2 - 0,466Х,Х2 - 0,808X2^
Fp.c4 = 756,486; R „ „ = 0,9997
Y3 = 0,474 + 0,014Х, + 2,094X2 - 0,028Х,Х2 - 0,044X2^
Fp.c4 = 1478,492; R „ „ = 0,9998
Y4 = 1,046 + 0,024Х, - 0,338X2
F p , „ = 4,237; R „ „ = 0,9180
Ys = 4,667 + 0,278X, - 9,238X2 - 0,741X,X2 + 0386X2^
F p . „ = 29203,210; R „ „ = 1,0000
Y.=
4,667 -I- 0,278X, - 9,238X2 - 0,741X1X2 + 0,386X2'
Рр,еч = 29203,210; R „ „ = 1,0000
Анализ моделей приведенных на рисунке 1 показал, что наибольщее влияние
на конечные свойства цементного камня оказывает количество добавки. Изменение
показателей характерно при уменьшении воды затворения, когда в начале формирова­
ния структуры цементного камня, тесто представляет собой концентрированную сус­
пензию, состоящую из цементных зерен, окруженных водой затворения с равномерно
распределенной в ней сульфополимерной добавкой.
-10-
а)
W-\
в)
г)
Д)
е)
Рис. 1. Изменение: а - общей пористости; б -
открытой капиллярной пористости;
в - открытой некапиллярной пористости; г - условно закрытой пористости; д - нормальной
густоты цементного теста; е - плотности цементного камня Ульяновского завода.
-И-
Исследования макроструктуры (рис. 2) показали, что с увеличением количе­
ства добавки происходит интенсификация процессов гидратации за счет уменьшения
пористости. На строение норового пространства цементного камня оказывает влияние
механизм заполнения капиллярного пространства продуктами гидратации цемента и
новообразованиями компонентов добавки.
а)
б)
Рис. 2.
а - макрошлиф контрольного образца цементного камня,
б - макрошлиф образца цементного камня с 15% добавки
Физико-химические анализы показали в образцах составов всех видов, кри­
сталлы новообразований, вызывающие разрушение структуры цементного камня по
механизму коррозии третьего вида: гипса, который фиксируется на рентгенограммах
(рис 3.) по дифракционным максимумам с d=7,564; 4,35; 3,07; 2:89; 2,69; 2,07 (xlO"^)
мк и гидросульфоалюминатов кальция с d=3,74; 3,25; 2,65; 2,17; 1,80; 1,62 (хЮ"^) мк;
присутствуют также сульфосиликаты с d=3,18; 3.03; 2,82; 2,61; 2,50; 1,802 (хЮ"*) мк.
Обнаруженный в испытанных составах кальцит вызван карбонизацией образцов.
Уменьшение пика CjA может подтверждаться увеличением пика гидросуль-
фоалюмината кальция. Несколько уменьшились пики гидрата окиси кальция, повидимому, за счет связывания его с сульфатными составляющими и переходе в гипс и
гидросульфоалюминат. В жидкой фазе, заполняющей поры цементного камня, гидросульфоалюминат кристаллизуется из раствора. Уменьшение гидроксида кальция, по­
сле поглощения его добавкой снижает возможность образования и существование
многоосновных гидроалюминатов кальция. Это, в свою очередь, препятствует, а при
некоторых условиях и исключает возможность образования ГСАК.
Образование эттрингита из раствора подтверждается микрофотофафиями
цементного камня, полученными с помощью сканирующего электронного микроско­
па, на которых видны четко выраженные кристаллы эттрингита, форма и габитус ко­
торых свидетельствуют, что они образовались кристаллизацией из раствора (рис.4).
-12-
а)
б)
20
'
Рис. 3. Р Ф А контрольного образца (а) и образца с 15 % добавки (б)
20
а) шв1шшш^^юяа^шв^ б)
Рис. 4. Электронная микрофотография скола образца цементного камня с 15% содер­
жанием добавки. Сканирование одного из участков рис. а. (при увеличении 2500 )
показывает заполнение поры кристаллами гидросульфоалюмината и гидрохлоралюмината кальция. Просматриваются светлые скопления характерные для полимера тио­
кола.
-13-
Присутствие в сульфополимерной добавке ионов, не участвующих в образо­
вании сульфоалюмината кальция, но повышающих растворимость гидроксида кальция
и гипса, как например элементов магния и хлора может создавать монохлорид гид­
роалюмината
кальция
ЗСаО*А12Оз*СаС12*!0Н2О
и
гидрохлорид
магния
lVIgO*Mg (ОЩгСРЗНгО. Отношение СаС12:А120з может колебаться от 0,1 до 1. При­
сутствие таких соединений понижает, в данном случае при прочих равных условиях
степень агрессивности раствора. Образование пленки гидроксида магния на по­
верхности цементного камня при действии на него раствора сернокислого магния пре­
пятствует прониканию последнего вглубь цементного камня и это, до известной сте­
пени мешает развитию магнезиальной коррозии.
Присутствие портландита в образцах обусловлено наличием избыточного
количества щелочи NaOH - по-видимому, за счет образования этого вещества в ре­
зультате реакции сульфата натрия, находящегося в составе добавки. Обнаружены
также во всех испытанных сериях гидросиликатные и гидроалюминатные фазы, яв­
ляющиеся компонентами цементного камня.
Оптимизация технологических параметров проводилась методом ротота-
бельного центрального компарациои1юго планирования эксперимента. Была опреде­
лена и исследована область оптимальных значений факторов, влияния, получены аде­
кватные уравнения регрессии и графические изображения области изменения порис­
тости, плотности и прочности при сжатии и изгибе, в зависимости от содержания
сульфополимерной добавки.
Последовательные шаговые оптимизации составов и технологических пара­
метров приводят к улучшению структуры и свойств материалов. Полученные данные
показали, что в процессе оптимизации снижается об1цая пористость, объем капил­
лярных пор и открытых некапиллярных пор При этом уменьшается показатель сред­
него размера пор и улучшается показатель однородности размеров пор, что сказывает­
ся на состоянии воды в порах и морозостойкости образцов Время релаксаций свобод­
ной и связанной воды сокращается, и соотношение процентного содержания капил­
лярной и адсорбированной воды изменяются. Снижение процентного содержания
адсорбированной воды говорит о том, что уменьшается удельная поверхность пор, а
это может быть связано со снижением степени измельчения частиц формовочной мас­
сы.
В четвертой главе,
рассмотрены способы получения оптимальных соста­
вов бетонов на основе портлаьщцемента и сульфополимерной добавки. Получены зна­
чения технологических параметров
цементных бетонов.
Исследованы процессы структурообразования
Установлено, что при содержании добавки 15 % подвижность бетонной смеси
повышается с 4 до 11 см, при этом прочность бетона в проектном возрасте увеличива­
ется на 12 % (с 245 до 268 кг/см^) по сравнению с контрольным составом без добавки
(рис 5).
-14-
14
b^-
<
12
I
—
10
-
8
6
— -^
4
2
^
<и-
/ 1
^-'^
x"
г
л^
29,5
" 29
28,5
>
28
27,5
27
^
26,5
^2
td
С
sо
■о'
X
эо
а.
С
26
—'
25,5
5
10
15
20
Количество добавки, %
1 - осадка конуса, см.
2 - прочность, МПа
Рис. 5. Изменение подвижности бетонной смеси и прочности бетона на сжатие при
введении сульфополимерной добавки.
Кроме того, добавка способствует интенсификации набора бетоном прочности
в раннем возрасте. Результаты эксперимента показали, что через 24 часа после замеса,
бетон имеет прочность 30-50 % от проектной при нормальных условиях хранении.
Введение добавки в любом количестве приводит к объемному расширению бе­
тона, в то время как бетон без добавки испытывал деформации усадки. Установлено,
что у образцов содержащих до 15 % добавки стабилизация расширяющих деформаций
начинается в возрасте 100-180 суток, а у бетонных образцов содержащих до 20 % до­
бавки в возрасте 180 суток рост расширяющих деформаций продолжается, что и явля­
ется причиной их разупрочнения в позднем возрасте.
Исследование гидрофизических свойств бетона с добавкой показали, что 5 %
содержание добавки повысило водонепроницаемость бетона на 50 % , а 15 % в два
раза; водопоглощение бетона уменьшается с 5,3% (для контрольного образца) до 3,75
% для образца с содержанием 15 % добавки. Морозостойкость бетона с 15 % добавки,
от массы вяжущего, в два раза выше по сравнению с контрольным составом без до­
бавки.
-15-
При оценке коэффициента химической стойкости цементного раствора выдер­
жанного в воде, а также в растворах серной кислоты и самой добавки установлено, что
использование в цементных системах добавки в количестве 15 % позволяет улучшить
их химическую стойкость в воде, растворах добавки, серной и соляной кислотах в
среднем на 10 % по сравнению с контрольными составами.
Повышение прочности в растворе серной кислоты объяснится развитием ново­
образований в поровом пространстве цементного камня в виде Г С А К и гипса, что на
начальных этапах приводит к уплотнению и упрочнению структуры цементных ком­
позиций. Разупрочнение системы не происходит в связи с присутствием в составе
добавки сульфатов, сульфидов и тиосульфатов натрия которые способствуют насы­
щению норовой жидкости NaOH, что приводит к повышению показателя рН и резко­
му замедлению коррозионных процессов, связанных с образованием Г С А К в уже
сформировавшейся структуре цементного камня. Поскольку процессы образования и
удаления щелочи протекают параллельно, наступает некоторое условное равновесие и
в этих условиях скорость коррозии бетона становиться относительно постоянной и
значительно меньшей, чем при воздействии на бетон сульфатньпс солей, не образую­
щих при реакции едких щелочей.
Показано, что раствор соляной кислоты незначительно повышает прочность,
плотность и коэффициент химической стойкости цементного раствора во всех образ­
цах, включая контрольные без добавки.
Отрицательное влияние соляной кислоты объясняется тем, что в системе, со­
держащей хлориды, повышается растворимость гидроксида кальция, с образованием
хлористого кальция, выносом его из структуры материала и ускорением развития про­
цесса коррозии 1 вида. Для снижения этого действия на цементные составы необхо­
димо в дальнейшем стремиться к повышению плотности, применению более стойкого
вяжущего и увеличению марки бетона.
По результатам фавиметрических и потенциастатических испытаний установ­
лено, что с увеличением концентрации добавки до 15%, повышается коррозионная
стойкость арматуры, находящейся в образцах цементно-песчаного раствора, что свя­
зано с возрастанием рН среды.
-16-
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1.
Доказана эффективность использования сульфополимерной добавки в ко­
личестве 15 % в составе цементных систем и прежде всего приготовлен­
ных на портландцементах с активными минеральными добавками.
2.
Установлено, что СПД повышает прочность и плотность цементного кам­
ня, что обусловлено увеличением гелевидных гидратиых новообразований
и образованием мелко-игольчатых кристаллов эттрингита, армирующих
структуру на ранних этапах твердения.
3.
4.
Введение СПД в состав цементных систем приводит к снижению общей
пористости и перераспределению характера пор.
Получены регрессионные зависимости, адекватно описывающие влияние
содержания добавки на основные реологические и физико-механические
свойства цементных систем.
5.
Введение СПД в состав бетонной смеси в оптимальном количестве пере­
водит ее из класса по подвижности П1 в класс П4 при одновременном уве­
личении проектной прочности бетона на 14 % .
6.
СПД способствует интенсификации процессов твердения бетона и более
7.
Доказано, что введение СПД в оптимальном количестве в три раза увели­
чем в три раза увеличивает его прочность в возрасте суток при нормаль­
ном хранении и в 2 раза при ТВО по мягкому режиму.
чивает водонепроницаемость бетона, в 1,4 раза снижает водопоглощение и
в 2 раза увеличивает морозостойкость по сравнению с бетоном без добав­
ки.
8.
Введение добавки СПД позволяет на 10 % повысить химическую стой­
кость в воде, растворах СПД, серной и соляной кислотах, что достигается
уплотнением структуры за счет увеличения гидросиликатов кальция и
кольматацией пор ГСАК, а также стабилизацией рН среды поровой жид­
кости.
9.
10.
Бетоны, содержащие СПД, являются расширяющимися.
Установлено, что согласно принятой в России классификации добавок в
бетон СПД является добавкой, модифицирующей свойства бетона как:
•
пластификатор 2 группы эффективности,
•
ускоритель схватывания и твердения,
•
гидрофобизирующий 3 группы эффективности,
•
кольматирующий,
•
расширяющий,
•
повышающий защитные свойства бетона по отношению к сталь­
ной арматуре.
-17-
Список работ опубликованных по теме диссертации
1. Сычев А.А., Красов А.В. Реакционно-способный кремнезем в песках и гра-
вийно-песчаных смесях Республики Татарстан. В сборнике тезисов докладов на 39
Научно-технической конференции КазГАСА, - Казань 1996 г.
2. Серосодержащие отходы при первичной защите бетонов. В сборнике трудов
"Долговечность строительных конструкций. Теория и практика защиты от коррозии".
Москва.: Центр экономики и маркетинга, 2002 г. стр. 214-216. А.Т. Кузнецов.
3. Применение отходов производства тиокола в цементных композициях. В
сборнике трудов годичного собрания РААСН "Ресурсо- и энергосбережение, как мо­
тивация в архитектурно-строительном процессе" Москва-Казань, 2003 год, стр. 546548. Кузнецов А.Т., Рахимов Р.З.
4. Исследование сульфатосодержащей жидкости - отхода производства тиокола
на цементные составы. В сборнике научных трудов аспирантов КГАСА.
2003 г. стр. 110-114. Муращов Д.Ю.
Казань -
5. Влияние отходов нефтехимического производства на свойства бетона. В
сборнике юбилейного двадцать пятого Меясцународного сборника научных трудов.
Новосибирск, 2003. Стр. 81-82.
6. Исследование влияния сульфатополимерных добавок на коррозию арматуры
в бетоне В сборнике статей V Всероссийской научно-технической конференции "Но­
вые химические технологии: производство и применение". Пенза, 2003. стр. 72-75.
Кузнецов А.Т.
7. Изменение свойств бетона с введением сульфатополимерных добавок. В
сборнике 56-ой Международной научно-технической конференции молодых ученых
"Актуальные проблемы современного строительства". Санкт-Петербург, 2004, стр. 74-
79. Кузнецов А.Т.
8. Серосодержащие отходы при получении бетонов. В сборнике научных
трудов аспирантов КГАСА. Казань - 2004 г. стр. 76-80. Кузнецов А.Т., Мурашов Д.Ю.
9. Исследование деформативных свойств бетона при использовании сульфато­
полимерных добавок. В сборнике научных трудов студентов КГАСА. Казань - 2004 г.
стр. 24-28. Шайдуллов А.Ф., Сагдатуллин Д.Г.
10. Применение физико-механических методов при исследовании эффективно­
сти модификации цементных композиций. В сборнике трудов Восьмых академических
Чтений РААСН "Современное состояние и перспективы развития строительного ма­
териаловедения" 20-24 сентября 2004 года в Самарском государственном архитектур­
но-строительном университете (СГАСУ). - Самара, 2004 г., стр.493-495
А.Т.
-18-
Кузнецов
Корректура автора
"
t-
Подписано в печать 5.09.05.
Формат 60 84/16
Заказ 305
Печать RISO
Усл.-печ. л. 1,0
Тираж 100 экз.
Бумага тип. № 1
Печатно-множительный отдел КазГАСУ
420043, Казань, Зеленая, 1
11>16465
РНБ Русский фонд
2006-4
19721
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
808 Кб
Теги
bd000100862
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа