Карагандинский государствнный технический университет
Проблемы получения модифицированных цементных материалов
Одним из наиболее перспективных и
эффективных направлений химизации в современном строительстве является широкое
использование различных органических и неорганических веществ в качестве
добавок к бетону. Вводимые в-десятых и сотых долях процента от массы цемента,
они существенно влияют на химические и физико-химические процессы при твердении
цемента и создание благоприятной, с точки зрения стойкости, структуры бетона.
Такие вещества по праву могут быть названы модификаторами бетонной смеси и
бетона.
Казахстан обладает большими сырьевыми ресурсами для насыщения
строительного рынка современными высокоэффективными цементными материалами
широкого спектра применения. Одним из радикальных направлений повышения
эффективности и качества основного строительного материала – бетона и
железобетона – является широкое и научно обоснованное применение индивидуальных
высокоэффективных и многокомпонентных
химических добавок – модификаторов.
Анализ состояния сырьевой базы Казахстана и отраслевой науки
показывает, что весь спектр современных эффективных модифицированных
строительных материалов заданных свойств можно производить непосредственно в
республике и таким образом способствовать реализации государственной политики
импортозамещения. Перспективы развития нефтехимической отрасли промышленности
Казахстана обуславливают целесообразность производства высокоэффективных
модификаторов из побочных продуктов нефтехимии.
Для реализации поставленной задачи необходимо сосредоточить усилия
ученых на создании новых высокоэффективных, конкурентоспособных технологий
модифицированных строительных материалов и изделий с заданным комплексом
строительно-технических свойств, позволяющих существенно сократить ресурсо - и
энергозатраты на их изготовление. Темпы современного строительства, качество и
конкурентоспособность строительных объектов различного назначения
обеспечиваются, в первую очередь, благодаря применению модифицированных бетона
и железобетона.
Бетон и железобетон и в XXI веке
останется основным строительным материалом при строительстве не только жилья,
но и строительных объектов и сооружений, работающих при действии попеременного
замораживания и оттаивания в водонасыщенных
агрессивных условиях.
В связи с этим решение проблемы
получения высокоэффективных гидрофобизированных модифицированных бетонов на
основе научных положений о рациональной гидрофобизации и совместного применения
модификаторов и органоминеральных водонерастворяемых трегеров (носителей) –
становится актуальной.
Нами выполнен ряд работ по
разработке новых способов получения гидрофобных трегеров, в число которого
вошли:
-
криотехнология, обеспечивающая получение гидрофобных гранул путем
предварительного замораживания специально подобранных смесей гидрофобных
компонентов;
-
совмещение
гидрофобных ингредиентов с минеральным наполнителем при повышенных температурах
(60 – 800С) с последующей их грануляцией (экструзия, пластическое
формование и т.п.);
-
предварительное приготовление водных
гидрофобизированных дисперсий и совмещения их с минеральным наполнителем
(зола-унос, волластонит, молотый кварцевый песок и др.) и последующей их
грануляцией в гранулы с нормированным гранулометрическим составом.
Научно-исследовательские работы
показали перспективность последнего, из предлагаемых способов получения гидрофобных трегеров.
Для проведения экспериментов и выполнения практических
работ были использованы следующие сырьевые материалы: цементы, кубовые остатки
синтетически жирных кислот, зола-унос, пески и волокнистый наполнитель.
В качестве вяжущего были приняты портландцементы
Усть-Каменогорского и Ново-Карагандинского цементных заводов марки «М400»,
характеристики которых представлены в таблицах 1 – 2.
|
Наименование завода-изготовителя |
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
Ново-Карагандинский
|
57,91 |
19,09 |
8,64 |
13,56 |
|
Усть-Каменогорский |
55,20 |
22,80 |
9,70 |
12,30 |
|
Наименование завода-изготовителя |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
SO3 |
MgO
|
CaOсв |
|
Ново-Карагандинский |
20,85 |
7,66 |
5,46 |
62,67 |
1,24 |
1,52 |
0,60 |
|
Усть-Каменогорский |
21,70 |
6,27 |
4,04 |
66,10 |
0,64 |
0,78 |
0,47 |
Результаты испытаний цементов, с целью определения их свойств, на
соответствие требованиям, предъявляемым к цементам для изготовления бетонов,
приведены в таблице 3. Испытания проводили по ГОСТ 310.0 – ГОСТ 310.4 -
«Цементы. Методы испытаний».
Данные цементы, как видно из результатов
испытаний соответствуют требованиям ГОСТ 10178-85 «Портландцемент,
шлакопортландцемент. Технические условия».
В качестве
гидрофобизирующего компонента использовали кубовые остатки синтетически жирных
кислот (КОСЖК),
являющиеся продукто нефтехимического синтеза, который получают при окислении
парафина. КОСЖК содержит более
80% жирных кислот, высокомолекулярные спирты и дифункцианальные соединения.
Молекулярная масса КОСЖК в среднем 790, содержание воды не более 0.3%,
температура плавления (разжижения) 600С.
Таблица 3 - Результаты испытаний цементов
|
Завод-изготовитель |
Насыпная плотность кг/м3 |
Удельная поверх., см2/г |
Тонкость помола,
остаток на сите № 008, % |
Нормал. густота цемент. теста, % |
|
|
Карагандин-ский |
1095 |
3150 |
8,8 |
27,1 |
|
|
УстьКамено-
горский |
1100 |
3200 |
8,5 |
26,2 |
В качестве минерального порошка
использовали золы Карагандинской ТЭЦ с удельной поверхностью 3500 см2/г
или мелкие пески Кулайгирского месторождения с модулем крупности 1.5..2,
удовлетворяющие требования ГОСТ 8735 – 88 «Песок для строительных работ.
Методика испытаний».
В качестве микроармирующего ингредиента в разрабатываемых
гидрофобизирующих комплексных модификаторах применяли волластонит - месторождение Акмолинской области. Волластонит
представляет собой природный силикат кальция (43.3% CaO, 51.7% SiO2),
в основе строения которого лежит цепочка связанных между собой
кремнекислородных тетраэдров, относится к числу полезных ископаемых, широко
применяемых во многих отраслях промышленности.
Используя эти материалы, нами был
предложен способ приготовления гидрофобного трегера к цементобетонной смеси,
включающий последовательно проводимые операции с входящими в ее состав
волокнистым компонентом, органоминеральным порошком портландцементом и водой по
их перемешиванию до получения однородной массы.
Результаты работ позволили
определить оптимальные составы и
дозировки гидрофобного трегера от 10 до 50% от массы вяжущего в
зависимости от вида изготовляемого цементного материала. Оптимальные составы
приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Оптимальные составы
гидрофобных трегеров
|
Компоненты |
Содержание, мас.,
% |
|||
|
I вариант |
II вариант |
III вариант |
Контрольный образец |
|
|
Кубовые
остатки синтетических жирных кислот |
30 |
33,2 |
35 |
3 |
|
Минеральный
порошок |
35 |
36,5 |
40 |
30 |
|
Портландцемент |
6 |
6,5 |
12 |
3 |
|
Волокнистый
наполнитель |
5 |
8,6 |
10 |
- |
|
Дополнительные
компоненты |
- |
- |
- |
56 |
|
Вода |
Остальное |
|||
По сути, применение гидрофобных
трегеров позволило решить техническую задачу повышения концентрации
гидрофобизатора в единице объема цементного материала без снижения его
прочности.
Свидетельствами того, что бетоны с
трегерами обладают существенной стойкостью к разрушающему действию мороза и
агрессивных сред являются полученные результаты испытаний бетонов,
представленных в таблице 5.
Таблица 5 - Результаты испытаний
бетонов
|
Показатели |
Содержание, мас.,
% |
|||
|
I вариант |
II вариант |
III вариант |
Контрольный образец |
|
|
Водопоглощение за 48ч., % |
24,8 |
26,6 |
28,6 |
37,3 |
|
Капиллярный подсос за 48.,
% |
4,2 |
4,1 |
4,9 |
6,4 |
|
Морозостойкость, количество циклов |
350 |
400 |
Более 500 |
200 |
|
Удобоукладываемость по
осадке конуса, см |
8 |
10 |
12 |
6,5 |
|
Водоцементное отношение |
0,51 |
0,5 |
0,5 |
0,52 |
|
Прочность при сжатии в
возрасте 28 суток, МПа |
1,04 |
1,07 |
1,08 |
0,36 |
Из таблицы 5 видно, что показатели
прочности, полученные при использовании предлагаемой технологии бетона выше
чем, у контрольного в 1,9 – 2,3 раза, а показатели водопоглощение и
капиллярного подсоса ниже в 1,7 – 2 раза.
Резюмируя изложенное, можно прийти к выводу, что по уровню технических
и экономических показателей, бетон и
железобетон по прежнему останется основным конструкционным строительным
материалом. При этом применение добавок
в бетоне требует высокой культуры технологического процесса, компетенции
специалистов в технологии изготовления железобетонных изделий с
гарантированными характеристиками. Использование гидрофобных
трегеров позволит получать долговечные цементные материалы способные составить
конкуренцию на строительном рынке Казахстана. Только в этом случае можно
рассчитывать на изготовление продукции, отвечающей лучшим отечественным и
зарубежным образцам.