Магистрант Калдыбаев Т.С., к.т.н., РЖА профессоры Колесников А.С.

АМОРФТЫ АЛЮМИНИЙ ГИДРОКСИДТЕРІ БАР ПОРТЛАНДЦЕМЕНТТІҢ ГИДРАТАЦИЯСЫ МЕН ҚАТАЮЫН ЗЕРТТЕУ

Қазіргі таңда бетонның және қоспа ерітінділерінің жылдам тұтасуы мен қатуы маңызды болып келетін бетон жұмыстарын жүргізу барысында тұтасуды және қатуды тездететін қоспалар қосылады. Сілтілі қоспалардың орнына, көп жағдайда, құрамында сілтілі металдардың қоспалары жоқ тездеткіш-қоспалар қосылады, бұл бетонның қатуы мен бетонның сілтілі толтырғыштармен әсерлесуі нәтижесінде пайда болатын ішкі коррозиясына қатысты тұрақтылығын үлкен мерзімдердегі беріктігін арттыру мақсатында жасалады және де сол арқылы бетоннан жасалған ғимараттардың ұзақ мерзімді қызмет етуін арттырады. Тездеткіш-қоспалардың торкрет-бетондау ерекше мән беретін жағдайы бетон қоспасы торкрет-машина көмегімен қысым арқылы жіберіліп, соққы әсерінен тығыздалады. Торкреттеуде бетондардың немесе қоспа ерітіндісінің тұтасуы секунд аралығында өтуі қажет. Сілтісіз тездеткіштер ретінде алюминий оксидтері мен гидроксидтерінің жоғарыдисперсті модификациялы, сульфатының және годроксульфатының сулықоспалары түріндегі алюминий қоспасы жиі қолданылады. Бұл қоспалардың цемент қамырындағы жоғарысульфатты кальций гидросульфоалюминатының 3CaO∙Al₂O₃∙ 3CaSO₄∙ 32H₂O (этгрингит) қамыр компоненттерімен әсерлескендегі реакциялық қабілеттілігінің жоғарылығына негізделген [1,2].

Сілтісіз тездеткіштерді қолдануда айтарлықтай тәжірибе жиналғанына қарамастан, олардың цемент компоненттерімен әсерлесу ерекшеліктері осы күнге дейін түсініксіз болып қала беруде. Цемент қамырының құрамындағы жалпы Al₂O₃ және SО₃ алюмоқұрамдас және алюмосульфатты қоспалардың үлесі портландцемент тасының, цемент ерітінділері мен бетондардың қызмет ету ұзақтығына тікелей әсер етеді, себебі бұл компоненттер олардың сульфаттұрақтылығына әсер етуі қажет. Сонымен қатар, цемент композицияларының қызметінің ұзақтығын бағалауда алюмоқұрамдас қоспалар бойынша жүйелі зерттеу мәліметтері жоқ [3-4].

1 және 2 суреттерде түрлі мөлшерлердегі алюминийдің аморфты гидроксидінің тұтасу мерзіміне және сәйкесінше цемент тасының беріктігіне әсерін көрсететін мәліметтер келтірілген.

1 суретте, тұтасу жылдамдығы тездеткіш мөлшеріне байланысты 2-ден 30 есеге дейін қысқаратынын байқаймыз. Тездеткіш қоспа ретінде боксит тиімді болып келеді, бұл алданда аталғандай, оның жоғары аморфтылығының дәрежесімен негізделуі мүмкін.

2 суреттен байқайтынымыз,боксит қоспасы гидратацияның келесі периодында да беріктіктің шамалы артуын қамтамасыз етеді.

Аморфты алюминий гидроксидінің мөлшерін 3%-ға дейін арттыру, ал 6%-ға дейін арттыру негізінен тәуліктік беріктіктігінің қоспасыз бақылау тасымен салыстырғанда бірнеше есе төмендеуіне алып келеді, мұнда тәуліктік беріктік бақылау үлгісінің тасына қарағанда жоғары болды. 3-6% мөлшерде аморфты алюминий гидроксиді қоспаға қосылғанда цемент тасының беріктігі уақыт өткен сайын төмендейді бірақ басқа үлгілермен салыстырғанда айырмашылығы азаяды; мұнда қоспа мөлшері көп болған сайын тас беріктігі айтарлықтай төмендейді.

1 – Қоспасыз; 2 – Боксит 1%; 3 – Боксит 3%; 4 – Боксит 6%

Сурет 1 - Аморфты алюминий гидроксиді қоспаларының цемент қамырының тұтасу уақытына әсері.

а	б
в	г

а – қоспасыз; б – боксит 1%; в – боксит 3%; г – боксит 6%

Сурет 2 - Тәулектік цемент қамырының үлгілерін сығу барысындағы беріктігіне аморфты алюминий гидроксидінің әсері.

3а суретте осы қамырдың тұтасуының аяқталуына сай келетін мезеттегі (1 күн) боксит (3 %) қоспасы бар цемент қамыры үшін ДТА, ТГ және ДТГ қисықтары көрсетілген. Қоспасы бар цемент қамырында эттрингит мөлшері көп болғандықтан, ДТА қисығында 140°С интенсивті белгі шыңы бар. Мұнда гипске тән (160°С) белгінің болмауы оның толығымен эттрингитпен байланысуын көрсетеді. 720 және 820°С әлсіз эндотермиялық эффекттер бастапқы цемент құрамында карбонизация өнімдерінің болуына байланысты болады (немесе олардың үлгіні дайындау процесінде түзілуін).

Осы уақытты дайындалған қоспасыз цемент қамырының ДТА қисығында (3б сурет) 160°С-тағы белгі, мұндағы гипс толығымен реакцияға түспегенін көрсетеді; мұнда түзілген эттрингит мөлшері (125°С эндотермиялық шың) қоспасы бар цемент қамырына қарағанда айтарлықтай төмен.

500-600°С аймағында белгінің болмауы екі жағдайда да цементтің клинкерлі фазаларының белсенді гидратациясы басталмағанын және екі цементті жүйе де индукциялы период жағдайында болғанын көрсетеді. Сондай-ақ алынған ТГ қисықтарына сәйкес, үлгілердің жалпы салмақ шығыны – бақылау және қоспасы бар – сәйкесінше 6 және 11 % құрайды. Соңғы жағдайдағы массаның көп шығыны эттрингиттің үлкен шығынымен негізделген, және де қоспасыз цементті пастамен салыстырғанда сәйкесінше оның түзілуіне қосылған судың көп мөлшерімен түсіндіріледі.

а б

а – боксит қоспасымен (3 %); б – қоспасыз (бақылау үлгісі)

3 сурет – жасалғанына 1 тәуліктік болған цемент қамырының дериватограммасы.

АІ(ОН)₃ қоспасы бар цемент үлгілері үшін гидратация басталған соң бір тәуліктен кейін бастапқы цементпен салыстырғанда Si-О байланыстарының қандай-да бір валентті толқуының негізгі сызықтарының толқындародың үлкен сандар аймағына айтарлықтай ығысуы байқалмайды (АмГА және боксит қоспасы бар үлгілер үшін осы сызықтың максимумы сәйкесінше 916,1 және 925,7 см^-1).

Бір тәулік өткен соң силикатты фазалар, сонымен қатар жалпы цемент дәндері, өте аз мөлшерде гидратацияланды. Са(ОН)₂ (3643 см^-1 аймағындағы) белгісі де әлсіз көрсетілген, бұл силикатты фазалардың баяу гидратациясымен, сонымен қатар әктастың эттрингитпен байланысуына негізделген. АІ(ОН)₃ қоспалы үлгілердің негізгі гидратация фазасы эттрингит болып табылады [6,7].

4б суретте келтірілген 7 тәуліктік бақылау үлгісінің ДТА қисығының 140°С-та эттрингитке жататын үшкір эндометриялық шыңы бар; 120°С аймағындағы иығы С-S-H гелі үшін дегидратацияға сәйкес. 480°С болғандағы эндотермиялық шың Са(ОН)₂ барын, ал шыңның 720°С ұлғаюы пайда болған гидратация өнімдерінің карбонизациясын көрсетеді. Гипс белгісінің (160°С) болмауы оның эттирингитпен толық байланысуын көрсетеді.

а б

а - боксит қоспасымен (3 %); б – қоспасыз (бақылау үлгісі)

4-сурет – 7 тәуліктік цемент тасының үлгілерінің дериватограммалары.

Боксит қоспасы бар 7 тәуліктік цемент тасының термогравиметриялық талдауының нәтижелері 4а суретте келтірілген. Берілген үлгінің ДТА қисығы 160°С өткір эндоэффектпен сипатталады. Эттрингиттің мұндай ығысу белгісін гипс және кальцийдің жетіспеушілігінің нәтижесінде пайда болатын кристалдарының морфологиясымен түсіндіруге болады. 200-210°С белгілердің болмауы AFm тектес фазалардың жоқтығын көрсетеді.

Қоспасы бар үлгінің ДТА қисығында да 120°С аймағында C-S-H белгісі жоқ, бұл АІ(ОН)з қосылғанда цементтің гидратация процесінің тоқтауын көрсетеді. Сонымен қатар бокситті (15,7 %) қоспасы бар бақылау үлгісін күйдіргендегі шығынмен салыстырғанда аз болуы түсіндіріледі, демек химиялық байланысқан судың аз мөлшері, бұл осы үлгіде судың эттрингит түзілуіне қатысуына байланысты болмайды.

Колданылған әдебиеттер тізімі

1. Yoggy, G.D. The history of shotcrete / Shotcrete. 2005 (Summer). P. 26–32.

2. Melbye, T. Sprayed concrete for rock support / Garshol – MBT International Underground Construction Group, Division of MBT: Switzerland- 2001. -247 pp.

3. EFNARC (1999) – Guidelines for Specifiers and Contractors: UK- 1996. – 35 pp.

4. William, D. Brown. Standard practice for shotcrete. Engineer Manual No. 1110–2–2005. Washington – 1993 – 49 pp.

5. Kaldybaev Т.S., Zhakipbayev B. E., Kocherov Ye.N., Estauova А.А., et. all/ A study of aluminum-containing accelerators used for Torbert concreting / Materiály XII mezinárodní vědecko - praktická conference «Věda a vznik – 2016». - Díl 10. Chemie a chemické technologie: Praha. Publishing House «Education and Science» s.r.o - S. 51-53.

6. Isobo, T. Solid-state 1H and ²⁷Al NMR studies of amorphous aluminum hydroxides/ Journal of Colloid and Interface Science – 2003. – V.261, N2. – P 320 - 324.

7. Брыков, А.С. Сульфатостойкость портландцемента в присутствии высокоактивных гидроксидов алюминия / Цемент и его применение – 2012.– Вып.5. – С. 112 – 117.