Вивчення впливу алюмінатних добавок на властивості цементної суспензії, використовуваної для приготування неавтоклавного пінобетону

Один з недоліків неавтоклавних пінобетонів на основі портландцементу — його усадка, яка є наслідком хімічної (контракція) і фізичної усадки цементу. В результаті на ранній стадії гідратації портландцементу відбувається зменшення лінійних розмірів виробів, приготованих з пінобетону.

При подальшому твердінні пінобетонних виробів усадочні явища спостерігаються, але не є настільки істотними, як на початковій стадії. Це обумовлено, в першу чергу, властивостями продуктів гідратації цементу. На початковій стадії твердіння продукти гідратації в основному складаються з гелю, який не перешкоджає усадці. На більш пізніх етапах формується кристалічний каркас цементу, який вже перешкоджає процесам усадки. Внаслідок цього, бажано впливати на усадочні явища на початковій стадії твердіння цементу.

Суттєво знизити усадку на цій стадії можна за рахунок введення алюмінатів кальцію спільно з гіпсом (понад кількості даних мінералів, наявних в портландцементі). Залежно від стехіометричного співвідношення гіпсу і алюмінати кальцію, у в'язкій системі будуть формуватися високо або низько-сульфатні форми гидросульфоалюминатов кальцію, що зв'язують відповідно 32 і 12 молекул води. Приєднання великої кількості кристаллогидратной води призводить до збільшення обсягу цементного каркаса і перешкоджає розвитку процесів усадки пінобетону.

Нами вивчався вплив добавок высокоглиноземистого цементу марки ВГЦ і напівводяного гіпсу марки М 7 II А на фізико-механічні властивості зразків, отриманих із суспензії на основі портландцементу ПЦ 500 Д0. Суспензія готується шляхом змішування розрахункового кількості портландцементу, высокоглиноземистого цементу і гіпсу при водо/твердому співвідношенні 0,4. Готова суміш розливалася в полімерні стаканчики, які не протидіють зміні обсягу суміші та у разі значного збільшення обсягу просто рвуться. Полімерні стаканчики містилися у вологе середовище і витримувалися в ізотермічних умовах при температурі 60оС протягом 12 годин.

Випробування проводились з використанням симплекс-гратчастого планування з псевдокомпонентами і обробкою результатів у системі STATISTICA 6.0 [див. Михеенков М. А. Рішення задач будівельного матеріалознавства з використанням обчислювальних систем Math Cad і STATISTICA: Навчально-методичний посібник. ГОУ ВПО УГТУ — УПІ. Єкатеринбург, 2003. 85 с. ]. Загальний вид локальної області проведення експерименту наведено на рис. 1.

Рис. 1 Загальний вигляд локальної області проведення експерименту, де Ц — вміст цементу, ВГЦ — зміст высокоглиноземистого цементу, Р — вміст гіпсу, усл. од.

На рис. 2 і 3 показано вплив вмісту в суміші высокоглиноземистого цементу і гіпсу на збільшення обсягу суміші відносно контрольного зразка на чистому портландцементі і міцність зразків при стиску. Склад суміші представлений в псевдокомпонентах.

Аналіз результатів випробувань, представлених на рис. 2 і 3, дозволяє візуально виділити дві області: А і В. Область А відповідає стехіометричного співвідношення компонентів суміші, при якому утворюється максимальна кількість высокосульфатной форми гідросульфоалюміната кальцію С3А3СН32. При цьому видно, що відносне збільшення обсягу суміші досягає 30%, але міцність суміші при стисненні досить низька і не перевищує 10 МПа.

Область відповідає стехіометричного співвідношення компонентів суміші, при якому утворюється максимальна кількість моносульфатной форми гідросульфоалюміната кальцію С3АСН12. У цій галузі приріст обсягу суміші не перевищує 10%, а приріст міцності відносно контрольного зразка на чистому портландцементі складає 35%.

Результати випробування свідчать про те, що для запобігання усадочних явищ в безавтоклавных пенобетонах, при збереженні їх міцностних властивостей, пенобетонах доцільно формувати моносульфатную форму гідросульфоалюміната кальцію.

На можливість отримання міцних структур при формуванні в портландцементних бетонах моносульфата гідросульфоалюміната кальцію вказували багато дослідників [див. Беркович Т. М. та ін. Процеси гідратації при прискореному твердінні цементу // Праці міжнародної конференції з проблем прискорення твердіння бетону при виготовленні збірних залізобетонних конструкцій. М: Стройиздат, 1968]. Єдиним недоліком такої системи є дорожнеча высокоглиноземистого цементу, що є джерелом трьохкальцієвого алюмінату при формуванні моносульфата гідросульфоалюміната кальцію.

Для заміни ВГЦ розглядався відпрацьований каталізатор на основі гранульованого аморфного технічного глинозему. Хімічний склад глинозему, використаного в роботі, наведено в таблиці 1.

Табл. 1 Хімічний склад глинозему, використаного в роботі

№ п/п
Найменування матеріалу
Вміст у матеріалі, мас. %
Волога, %
Розмір частинок, мм

Al2O3
SiO2
Fe2O3
TiO2
MgO
K2O
S
Wг
мпрк

1
Глинозем технічний гранульований прожарений
97,85
0,28
0,36
0,08
0,18
0,2
0,2
0
0,85
2-10

2
Глинозем технічний гранульований, не прожарений
81,3
0,24
0,35
0,06
0,15
0,1
0,42
12,48
4,9
2-10

При введенні відпрацьованого каталізатора використовувався той же план і методика проведення експерименту, що і при введенні высокоглиноземистого цементу. Результати випробувань не прожареного каталізатора представлені на рис. 4, 5, прожареного — на рис. 6, 7.

Рис. 4 Вплив вмісту в суміші не прожареного каталізатора і гіпсу на відносне збільшення обсягу, де А — вміст у суміші не прожареного каталізатора

Рис. 5 Вплив вмісту в суміші не прожареного каталізатора і гіпсу на міцність при стисненні

Рис. 6 Вплив вмісту в суміші прожареного каталізатора і гіпсу на відносне збільшення обсягу, де АП — вміст у суміші прожареного каталізатора

З

Рис. 7 Вплив вмісту в суміші прожареного каталізатора і гіпсу на міцність при стисненні

Результати випробувань свідчать про те, що введення відпрацьованих каталізаторів призводить до підвищення міцності портландцементной суспензії, але збільшення міцності не корелюється зі збільшенням обсягу суміші. Більш того, в областях з підвищеною міцністю спостерігаються навіть усадочні явища.

При введенні не прожареного каталізатора міцність зразків з алюмінатом збільшується на 30% у порівнянні з міцністю зразків на чистому портландцементі, причому збільшення міцності спостерігається тільки уздовж осі Ц- > А, тобто гіпс у реакцію утягується дуже слабо. При введенні прожареного каталізатора спостерігається збільшення міцності зразків (в оптимальній області на 5-6%), причому збільшення міцності також відбувається вздовж осі Ц- > АП, але область з підвищеною міцністю частково зміщена в бік гіпсу, тобто гіпс частково залучається в реакцію з прожареним каталізатором. Ймовірно, така поведінка системи обумовлено реакцією вводяться алюмінатів з гидрооксидом кальцію. Хоча відомо, що кристалічний глинозем з гидрооксидом кальцію при нормальній температурі не реагує [див. Кузнєцова Т. В. та ін Фізична хімія в'яжучих матеріалів. М.: Вища школа, 1989. С. 63], можливо, дана реакція все-таки протікає, оскільки глинозем вводиться в аморфній формі. Освіта моносульфата гідросульфоалюміната кальцію в присутності напівводяного гіпсу можливо при введенні як прожареного, так і не прожареного каталізатора. Енергія Гіббса для реакції утворення моносульфата гідросульфоалюміната кальцію при введенні прожареного каталізатора дорівнює G (298) =-53,348 кДж/моль, а не прожареного — G (298) =-58,624 кДж/моль. Освіта еттрінгіта при нормальній температурі для даної системи неможливо.

Оскільки освіта однокальциевого і трьохкальцієвого алюмінату з оксиду кальцію та оксиду алюмінію можливо при нормальній температурі [див. Кузнєцова Т. В. та ін Фізична хімія в'яжучих матеріалів. М.: Вища школа, 1989. С. 63], то для збільшення реакційної здатності, збільшення обсягу суміші і зниження вартості відпрацьований прожарений каталізатор переводився в однокальціевий або трехкальциевого алюмінат (шляхом сумісного помелу з оксидом кальцію в кульової млині) і в такому вигляді вводився в суміш. Випробування проводилися за описаною вище методикою.

Результати випробувань представлені на рис. 8, 9 і 10, 11. Як видно з наведених даних, при введенні алюмінатів кальцію на основі відпрацьованого каталізатора міцність суміші підвищується, причому підвищення міцності досить добре корелюється із зміною обсягу суміші, а області оптимальних міцнісних і об'ємних характеристик суміші зрушені в бік гіпсу. При введенні прожареного каталізатора у вигляді однокальциевого алюмінату освіта моносульфата гідросульфоалюміната кальцію в системі можливо (G (298) =-87,669 кДж/моль), а от освіта еттрінгіта неможливо (G (298) =100,749 кДж/моль).

Рис. 8 Вплив вмісту в суміші СА на основі прожареного каталізатора і гіпсу на відносне збільшення обсягу, де СА — вміст у суміші однокальциевого алюмінату

Рис. 9 Вплив вмісту в суміші СА на основі прожареного каталізатора і гіпсу на міцність при стисненні

Рис. 10 Вплив вмісту в суміші С3А на основі прожареного каталізатора і гіпсу на відносне збільшення обсягу, де С3А — вміст у суміші трьохкальцієвого алюмінату

Рис. 11 Вплив вмісту в суміші С3А на основі прожареного каталізатора і гіпсу на міцність при стисненні

При введенні прожареного каталізатора у вигляді трьохкальцієвого алюмінату, в системі можливе утворення моносульфата гідросульфоалюміната кальцію (G (298) =-351,469 кДж/моль), а також освіта еттрінгіта (G (298) =-44,461 кДж/моль).

При введенні відпрацьованого каталізатора в систему у вигляді однокальциевого або трьохкальцієвого алюмінату кальцію дуже висока ймовірність утворення гидросульфоалюминатов кальцію в моносульфатной формі, тому результати збільшення міцності добре корелюються з даними збільшення обсягу суміші.

В результате проведения данной работы установлено, что для предотвращения усадочных явлений в системе на основе портландцемента (при одновременном повышении ее прочности) целесообразно формировать моносульфат гидросульфоалюмината кальция. Такую систему можно формировать при помощи высокоглиноземсистого цемента, а можно с помощью техногенных алюминатов, переведенных при нормальной температуре в однокальциевый и трехкальциевый алюминаты. Положительным свойством данной системы также является ускоренный набор прочности в ранние сроки твердения.

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)