К.т.н. Румянцева Е.Л., к.т.н. Белецкая В.А.

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет», Россия

Влияние поликомпонентной гипсосодержащей суспензии на реологию цементных дисперсий

В основе создания новых материалов лежит не только открытие принципиально новых композиций, но и разработка способов улучшения свойств существующих материалов.

Ранее проведенные исследования позволили сформулировать основные принципы получения поликомпонентной гипсосодержащей суспензии из высокоосновного сталеплавильного шлака, проанализировать ее свойства и рекомендовать к использованию в качестве наноинициатора схватывания и твердения цемента [1, 2].

Поликомпонентная гипсосодержащая суспензия с влажностью 60% и содержанием дигидрата сульфата кальция 80% вводится в состав цементного клинкера взамен природного гипса. Отметим, что введение гипса обусловлено технологической необходимостью нейтрализации входящего в состав цемента алюмината кальция, вызывающего при затворении водой ложное схватывание. Дигидрат сульфата кальция в составе синтезированной нами поликомпонентной гипсосодержащей суспензии находится в ультрадисперсном состоянии. Ожидается проявление его высокой реакционной способности при взаимодействии с алюминатом кальция и как следствие изменение реологических характеристик цементных дисперсий.

Поэтому целью настоящей работы является исследование влияния поликомпонентной гипсосодержащей суспензии (ПГСС) на реологию цементных дисперсий.

Установлено, что вязкость дисперсий клинкера с добавкой природного гипса и клинкера с добавкой ПГСС является монотонно убывающей функцией напряжения сдвига и градиента скорости сдвига, т.е. относится к кривым I типа (рис. 1). Однако следует отметить некоторые отличия в характере течения исследуемых дисперсий. Так, реологическая кривая дисперсии клинкера с добавкой природного гипса характеризуется несовпадением хода кривых при движении «сверху вниз» (при > γ) и «снизу вверх» (при < γ) от максимального до минимального значения, наличием незамкнутой петли гистерезиса, а также величиной вязкости, многократно превышающей вязкость исходной неразрушенной структуры. Указанные факты могут свидетельствовать о протекании процесса «ложного схватывания». По-видимому, на начальном этапе процесса гидратации не создаются благоприятные условия для перехода гипса в раствор и образования гидросульфоалюмината кальция, нейтрализующего алюминат кальция.

Рис. 1. Зависимость эффективной вязкости суспензий от градиента скорости сдвига

Дисперсия цементного клинкера с добавкой ПГСС характеризуется тиксотропным восстановлением структуры с явлением реопексии в области низких значений градиента скорости сдвига (при γ< 1,8 с^-1).

Проявление структуры, её прочность, можно оценить величиной предела текучести. Характерный отрезок на оси напряжения сдвига, позволяющий судить о величине предела текучести, более отчётливо виден на зависимости градиента скорости сдвига от напряжения сдвига (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость градиента скорости сдвига от напряжения сдвига исследуемых дисперсий

Согласно полученным данным предел текучести цементной суспензии не превышает 23 Па, дисперсии клинкера с добавкой ПГСС – 34 Па. Следовательно, дисперсия клинкера с добавкой ПГСС является более структурированной и стабильной.

Спустя 15 минут цементная дисперсия характеризуется наличием двух пределов текучести, что может быть обусловлено неравномерным распределением частиц в объеме системы и возникновением локальных областей с различным числом коагуляционных контактов. Дисперсия же клинкера с добавкой ПГСС ведет себя как твердое тело даже при высоких скоростях сдвига, что свидетельствует о значительном структурировании и упрочнении системы.

Через 30 минут в исследуемых суспензиях наблюдается уменьшение эффективной вязкости, интенсивно протекающее в цементной дисперсии и обусловленное водоотделением. Менее выраженные структурные изменения в дисперсии клинкера с синтезированной нами добавкой связаны с отсутствием свободной воды для затворения за счет ее введения в химически связанном виде в составе ПГСС. Следует отметить также пластифицирующее действие ПГСС в результате наличия в ее составе коллоидной кремниевой кислоты и гидросиликатов различного состава в виде гелеобразных масс.

Зависимость градиента скорости сдвига от напряжения сдвига исследуемых суспензий через 30 минут после затворения позволяет сделать вывод об увеличении предела текучести дисперсии клинкера с добавкой ПГСС практически в 2 раза (60 Па) по сравнению с первоначальным (34 Па). Предел текучести суспензии цемента по-прежнему не превышает 20 – 22 Па.

Таким образом, анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что влияние поликомпонентной гипсосодержащей суспензии на реологические характеристики цементных дисперсий сводится к повышению структурированности, однородности, стабильности, пластичности суспензий, а также к уменьшению водоотделения.

Литература:

1. Белецкая, В.А. Перспективы использования электросталеплавильных шлаков ОЭМК / В.А. Белецкая, Е.Л. Румянцева // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - №3. – 2011. – с. 140- 144.

2. Белецкая, В.А. Реологические свойства поликомпонентной гипсосодержащей суспензии / В.А. Белецкая, Е.Л. Румянцева, В.А. Пикалов // MATERIAŁY VII MIĘDZYNARODOWEJ NAUKOWI-PRAKTYCZNEJ KONFERENCJI «PERSPEKTYWICZNE OPRACOWANIA SĄ NAUKĄ I TECHNIKAMI – 2011» 07 - 15 listopada 2011 roku. – С. 65 – 69.