Гидравлические вяжущие низкотемпературного обжига на основе природных и искусственных смесей (свойства и технология).



Известково-пуццолановые вяжущие совместного помола на основе техногенных отходов. (свойства и технология, область рационального применения).

Известково-пуццолановым вяжущим называется гидравлическое вещество, получаемое путем совместного помола, высушенных активных минеральных добавок с известью (негашеной или гашеной - пушенкой) или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов. Наряду с воздушной можно использовать и гидравлическую известь. Обычно содержание извести в известково-пуццолановом вяжущем (по массе) колеблется от 15 до 30%. Наилучшую (оптимальную) дозировку извести и добавки устанавливают опытным путем в зависимости от прочности полученных растворов. При изготовлении известково-пуццолановых вяжущих для регулирования их свойств добавляют гипс (не более 5% от массы всей смеси).

К известково-пуццолановым вяжущим обычно относят вяжущие, изготовленные из смеси извести с активными минеральными добавками вулканического происхождения (трасс, пепел, пемза и др.) или гидравлическими добавками осадочного происхождения (трепел, опока, диатомит).

При твердении в водной среде прочность известково-пуццолановых вяжущих увеличивается в течение длительного времени. В воздушно-сухой среде повышение прочности известково-пуццолановых вяжущих через определенный период прекращается, а достигнутые значения придела прочности при сжатии и растяжении даже снижаются.

Для нормального хода процесса твердения известково-пуццолановых вяжущих в наземных сооружениях необходимо, чтобы твердеющий цемент длительное время находится во влажной среде, для чего их периодически поливают водой.

Известково-пуццолановые вяжущие в обычных условиях твердеют весьма медленно. Прочность их нарастает в течении длительного времени. Процесс твердения изделий из известково-пуццолановых вяжущих можно ускорить с помощью автоклавной обработки. Образующиеся при запаривании под давлением в автоклавах кристаллические гидросиликаты значительно более стойки в воздушной среде. Таким образом, запаривание под давлением наряду с повышением механической прочности увеличивает также воздухостойкость.

Известково-пуццолановые вяжущие представляют собой рыхлый очень подвижный порошок, поэтому в него легко проникает влага или углекислота воздуха, превращающие известь в углекислый кальций, что понижает прочность вяжущего.

Известково-пуццолановое вяжущее медленно схватывается: начало схватывания наступает не ранее 5-8 часов, а конец схватывания - через 20-30 часов. При использовании негашеной извести схватывание наступает быстрее.

Эти вяжущие должны равномерно изменяться в объеме. Если они изготовлены на кипелке, то нужно особенно тщательно наблюдать за изменением объема. При твердении известково-пуццолановых вяжущих на основе пушонки на воздухе, наблюдаются значительные усадочные деформации, применение негашеной извести уменьшает величину усадки.

В зависимости от механической прочности известково-пуццолановые вяжущие делятся на 4 марки: 25, 50, 100, 150. Обозначение марок соответствует пределу прочности при сжатии образцов из раствора жесткой консистенции состава 1:3 по массе через 28 суток, причем образцы хранятся 7 суток во влажной среде и 21 сутки в воде. Предел прочности при сжатии через 7 суток после изготовления и хранения их при влажной среде должен быть не ниже 1, 2, 4,7 МПа соответственно для марок 25, 50, 100, 150. Особенностью известково-пуццолановых вяжущих является их высокая водопотребность. Наибольшая водопотребность характерна для вяжущих осадочного происхождения.

Средняя плотность известково-пуццолановых веществ невелика: она колеблется в пределах б00-800кг/м3 - в рыхлом состоянии, 900-1200 кг/м3 - в уплотненном состоянии. Истинная плотность также мала: в зависимости от используемой добавки она оставляет 2200-2800кг/м3

Известково-кремнеземистое вяжущее - вяжущее вещество, применяемое для изготовления строительных изделий и сборных конструкций, подвергаемых автоклавной обработке.

В случае централизованного выпуска известково-шлакового вяжущего (ИШВ) марки М200 на основе гранулированного доменного шлака или известково-шлакового вяжущего (ИШВ) марки М150 на основе золошлаковой смеси электростанций возможно изготовление стеновых камней из шлакобетонных смесей.

Известково-шлаковый цемент. В известково-шлаковом цементе добавкой является тонкоизмельченные доменные гранулированные шлаки. Известково-шлаковые цементы по пределу прочности при сжатии образцов, изготовленных трамбованием из жесткого раствора состава 1:3 и испытаниях в возрасте 28 дней характеризуются марками 25, 50, 100 и 150.

Схватывание и твердение достигается за счет взаимодействия извести и активного кремнезема добавки с образованием гидросиликата кальция.

Эта реакция протекает крайне медленно и также медленно нарастает прочность при твердении таких цементов. Взаимодействие извести с кремнеземом происходит только во влажных условиях, поэтому особенно в первое время твердения известково-пуццолановых или известково-шлаковых цементов нельзя допускать их высыхания.

Особенно благоприятное влияние на нарастание прочности оказывает тепловлажностная обработка (пропарка, особенно автоклавная обработка) изделий на таких цементах, но отрицательно на их твердение влияет понижение температуры; ниже -10° твердение практически прекращается.

Воздухостойкость.Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы имеют склонность разрушаться под влиянием воздуха; они не воздухостойки. Происходит это вследствие высыхания коллоидного гидросиликата кальция, который при этом дает усадку, нарушая сцепление внутри цементного камня и вызывая образование трещин. Отрицательно действует и углекислота воздуха, разрушая гидросиликат.

Для повышения воздухостойкости цемента к нему добавляют до 10-15% портландцемента или увеличивают содержание извести до 40-60%.

Морозостойкость известково-пуццолановых и известково-шлаковых цементов низкая. Поэтому их не следует применять в тех частях сооружений, которые в эксплуатационных условиях могут подвергаться периодическому замораживанию и оттаиванию в насыщенном водой состоянии.

Применение.Известково-пуццолановые и известково-шлаковые цементы применяют для кладки стен и фундаментов, находящихся во влажных условиях, а также для приготовления малопрочных бетонов и искусственных каменных материалов.

Эти цементы являются местными дешевыми видами гидравлических вяжущих. Они позволяют использовать в строительстве местные горные породы (активные добавки) и отходы производства (шлаки, бой кирпича, золы) и, кроме того, их получают путем несложной технологии.

Известково-зольный цемент-вяжущее, получаемое измельчением извести совместно с золой от сжигания топлива.

Известково-кремнеземистые и известково-нефелиновые вяжущие вещества, применяемые для изготовления строительных изделий и сборных конструкций, подвергаемых автоклавной обработке. Марки вяжущих устанавливают техническими условиями.

Для производства гипсоизвесткового вяжущего целесообразно использовать сульфатные отходы промышленности, в частности фосфогипс. В этом случае исключаются затраты топлива не только на дегидратацию двуводного сульфата кальция, но и на удаление из отходов механически примешанной воды, которое происходит за счет тепла гашения извести.

С целью повышения прочности и водостойкости гипсоизвестковых смесей рекомендуется применять различные пуццолановые добавки.

К смешанным вяжущим на основе извести относят известково-пуццолановые и известково-кремнеземистые вяжущие, известково-шлаковый и известково-зольный цементы.

Гидравлические вяжущие низкотемпературного обжига на основе природных и искусственных смесей (свойства и технология).

Модификация гидравлических вяжущих низкотемпературного обжига Проведен обзор научно–технической литературы в области романцементов и гидравличесих известей. Приведены данные о составах вяжущих и их физико- технических характеристиках. Установлено что, в действующих на сегодняшний день отечественных нормах вообще отсутствует упоминание о романцементе. Отдельные сведения имеются только в учебной и научной литературе Проанализированы возможности модификации низкообжиговых гидравлических вяжущих химиескими добавками – ускорителями твердения, пластификаторами и кольматирующими добавками. В результате проведенного анализа установлено, что многие аспекты получения, состава и свойств низкообжиговых гидравлических вяжущих, остаются нераскрытыми, а ограничивающим моментом их производства и применения является недостаточная прочность. По данному направлению научные исследования крайне ограничены. Ключевые слова: романцемент, гидравлическая известь, пластификаторы, ускорители твердения, кольматирующие добавки. Понятие гидравлических вяжущих низкотемпературного обжига Это вяжущие представляющие собой продукт обжига мергеля, мергелистых известняков, или искусственных смесей известняка с глиной без спекания (то есть образованию клинкера). К данным материалам относятся романцементы и гидравлические извести, полученные на различном минеральном сырье. Считается, что открытие основы для всех вяжущих – воздушной извести произошло, задолго до открытия металлов, ещё в доисторическом периоде одновременно с открытием других естественных связующих материалов, гипса и глин. Состав и физико-технические характеристики романцементов и гидравлических известей Гидравлические извести в основном состоят из оксидов кальция и магния и некоторого количества силикатов и алюминатов кальция, присутствие которых обуславливает водостойкость данного связующего. В соответствии с российским стандартом гидравлические извести делится на слабогидравлические и сильногидравлические и по химическому составу должны соответствовать требованиям (табл.). Прочности гидравлических известей в возрасте 28 суток при твердении по установленным нормам должны быть не менее: - при изгибе 0,4 МПа для слабогидравлических; 1,0 МПа для сильногидравлических; - при сжатии 1,7 МПа для слабогидравлических; 5,0 МПа для сильногидравлических известей. Основной модуль по данным отечественной научно-технической литературы [1-4] находится в пределах 1,7-9 (сильногидравлические извести – 1,7-4,5, слабогидравлические – 4,5-9). В настоящее время термин романцемент относится к продукту полученному обжигом сильно мергелизованного известняка или мергеля, содержащих столь значительное количество силикатных составляющих, что в результате обжига, без спекания, в продуктах обжига уже совершенно не содержится свободной извести и вся она оказывается связанной в силикаты, алюминаты и алюмоферриты. Таблица Требования к химическому составу гидравлических известей Активные оксиды Содержание компонентов в % по массе слабогидравлической сильногидравлической CaO+MgO MgO CO2 40-65 не более 6 не более 6 5-40 не более 6 не более 5 В некоторых странах, например в США и Бельгии [5], термин романцемент не употреблялся, и рассматриваемый продукт называли натуральным цементом. Общая химическая характеристика романцемента, по мнению В.Н. Юнга [5], заключается в том, что гидравлический модуль должен лежать в пределах от 1,7 до 1,3 и ни в каком случае не ниже 1,2. При обжиге не доводящем мергель до спекания ориентировочно можно считать, что известь связывается в количестве примерно 1,7-1,8 вес. ч. на 1 вес. ч. силикатных составляющих, т. е. суммы кремнезема и полуторных окислов. Таким образом, даже при наиболее высоком (из указанных) основном (гидравлическом) модуле в романцементе не будет содержаться свободной извести. Обычно романцемент содержит от 35 до 45 % силикатных составляющих (включая полуторные окислы). По данным К. Шоха [6], кроме CaO в состав романцемента может входить также в значительном количестве MgO, причем основные его свойства от этого не изменяются. Подтверждая возможности использования сырья с высоким содержанием MgO в работах [7, 8] предложено гидравлическое вяжущее на основе глины и доломита (MgO=21 %). Наиболее высокие прочностные показатели получены при содержании доломита 30% и температуре обжига 750 С. После гидравлического твердения прочность глино- доломитовых композиционных материалов соответствуют свойствам керамических материалов, обожженных при 1000-1200 С. Следует отметить, что работ по исследованию низкообжиговых гидравлических вяжущих, в частности, романцемента мало и в действующих на сегодняшний день отечественных нормах вообще отсутствует упоминание о романцементе. Отдельные сведения имеются в учебно-научной литературе [1-4], а также в старых нормах (СНиП I-В-2-69 «Вяжущие материалы неорганические и добавки для бетонов и растворов», ГОСТ 2542-44. «Романцемент. ТУ»). Романцемент с близкими к этим нормам показателями впервые был получен из мергелей Чишмабашского месторождения РТ в 2001 году [9]. Гидравлические извести и романцементы могут успешно заменять портландцемент при изготовлении сухих строительных растворов, низкомарочных бетонов и растворов. Влияние химических добавок на гидравлические вяжущие низкотемпературного обжига Одним из направлений регулирования свойств вяжущих является введение химических добавок модификаторов. Рассмотрим это направление для гидравлических вяжущих низкотемпературного обжига. Основными недостатками романцементов и гидравлических известей являются низкие прочности и замедленная скорость твердения. Прочность гидравлических известей ограничена 5 МПа, а романцементы достигают своей максимальной прочности (до 25 МПа) к 3-м месяцам твердения. Известия КГАСУ, 2016, № 4 (38) Строительные материалы и изделия 411 Исправить эти недостатки возможно лишь при широком и всестороннем использовании романцементов и гидравлических известей в сочетании с современными добавками. Под добавками понимаются продукты различной природы, вводимые в вяжущие с целью придания специфичных свойств или улучшения их технических показателей. Для гидравлических вяжущих низкотемпературного обжига целесообразно использовать добавки для цементов (по причине схожести их минерального состава). В научно-технической литературе известны отдельные примеры использования добавок для гидравлических вяжущих низкотемпературного обжига. Например, в работе [11] представлено вяжущее на основе гидравлической извести и добавки из кремнеземистого известняка, содержащего 30-40 % опалкристобалита. Прочность вяжущего при содержании добавки 61-77 % – 11,5-25,1 МПа и водостойкостью 0,83-0,98. Недостатком этого вяжущего является недостаточная прочность в условиях нормального твердения, что ограничивает возможность использования данное вяжущее при изготовлении бетонов и строительных растворов твердеющих в обычных условиях. Вяжущее, состоящее из смеси доломитизированных карбонатных пород с глиной при соотношении 3:1 и минеральную добавку представлено в работе [12]. Недостатками представленного вяжущего является малая прочность, а также возможное неравномерное изменение объема в результате запоздалой гидратации МgО. В работе [13] предложено вяжущее, которое в качестве известь содержащего компонента содержит обожженный доломитизированный известняк при следующем составе в масс. %: обожженный доломитизированный известняк – 9-25; хлористый натрий – 0,2-0,3; молотый электротермофосфорный шлак – остальное. Недостаток вяжущего малая прочность в нормальных условиях твердения. Рассмотрим потенциальные возможности повышения характеристик романцементов и гидравлических известей, введением различных добавок, основываясь на исследованиях портландцемента, и других вяжущих. Для понимания механизма действия добавок рассмотрим по отдельности действие добавок на известковую и гидравлическую составляющие. Влияние добавок на известковую составляющую На известь (CaO) в составе вяжущих оказывают влияние добавки пластификаторы и различные минеральные добавки. Проведенное комплексное исследование известковых растворов Ю.А. Барщевским [14], установило влияние на свойства известковых растворов различных химических добавок. Введение двуводного гипса способствует замедлению сроков схватывания извести. Устраняет неравномерность изменения объема и повышает прочность. Известия КГАСУ, 2016, № 4 (38) Строительные материалы и изделия 412 Введение органических солей значительно замедляет скорость схватывания, но не устраняет объёмные деформации. При введении известняка и тонкомолотых гидравлических добавок сроки схватывания замедляются незначительно. При совместном использовании добавок наблюдается значительное повышение прочности и уменьшение объёмных деформаций. К недостаткам работы следует отнести отсутствие данных о водостойкости. Пластифицирующие добавки способствуют уменьшению воды затворения, что, как правило, приводит к повышению прочности вяжущих. Считается [10, 15], что разжижающее действие пластификатора связано с адсорбцией полярных молекул на поверхности частиц вяжущих. Образование адсорбционного слоя на поверхности твердой фазы вызывает изменение электрокинетического потенциала и увеличение сил электростатического отталкивания, приводящего к распаду агрегатов и высвобождение мобилизированной во флоккулы воды. Согласно работе И.Л. Чулковой, при введении пластификаторов в известковые системы, их вязкость резко снижается (до 60 %). Данный автор установил, что наилучшим эффектом обладают суперпластификаторы на основе нафталина и многоядерных углеводородов. К недостаткам работы следует отнести отсутствие данных при введении пластификаторов на основе поликарбоксилатов. Влияние добавок на гидравлическую составляющую Влияние добавок на гидравлически активные минералы не однозначно. При исследовании влияния суперпластификаторов на основе меламина, нафталина и многоядерных ароматических углеводородов на свойства клинкерных минералов С3S, β-С2S, С3А, С4АF установлено, что наибольшее превышение прочности при введении суперпластификаторов 10-3 и С-3 наблюдается у белита (β-С2S). Ведение в цемент пластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов обеспечивает существенное повышение плотности, прочности, водонепроницаемости и морозостойкости, однако замедляет процессы твердения в ранние сроки. Анализ технической литературы, касающейся исследований механизмов действия химических добавок, показал, что добавки – ускорители схватывания и твердения цемента активируют процессы гидратации минералов, что приводит к ускоренному образованию продуктов гидратации, обладающих высокой прочностью. Многие из добавок – ускорителей твердения в результате обменных реакций с гидроксидом кальция или с минералами вяжущего влияют на гидролиз силиката кальция, повышают содержание в жидкой фазе цемента ионов кальция и гидроксида, что приводит к пересыщению системы этими ионами и ускоряет коагуляционное, а затем и кристаллизационное структурообразование гидратных новообразований. Ускорители твердения при введении в количествах 0,5-3,0 % от массы вяжущего интенсифицируют процессы гидратации и оказывают положительное влияние на формирование структуры цементного камня [16]. Наиболее эффективным ускорителем твердения цементов является хлорид кальция, что подтверждается многими работами, но в наши дни его применение ограничивается из-за коррозии арматуры и эмиссии свободного хлора из изделий. Ускоряющее действие добавки соды (Na2CO3) известно с прошлого века [17]. Добавка соды очень сильно ускоряет процессы твердения цементов, ускорение твердения происходит в раннем возрасте. Механизм действия основан на связывании содой свободных ионов 2-х валентного кальция и повышении, тем самым, степени гидратации силикатов кальция. Сода хорошо подходит для С3S, но не подходит для С2S, так как при гидратации белита, 2-х валентных ионов кальция выделяется мало, сода их связывает, пересыщенный раствор не образуется и С2S не твердеет. Выше сказанное распространяется также и на другие карбонаты. Нитрит кальция, кроме влияния на теплоту гидратации цемента, действует так же, как ускоритель схватывания и твердения цемента. Тиосульфат кальция повышает прочность в раннем возрасте. Тиосульфат натрия действует как ускоритель схватывания цемента, но незначительно снижает прочность при сжатии, если его содержится 0,5-1 % . Нитрит натрия, в зависимости от его дозировки, может сократить сроки схватывания на 0,5-2,3 ч. Введение 0,1-1 % этой добавки оставляет неизменной или несколько понижает прочность при сжатии в возрасте до 7 суток [16]. Известия КГАСУ, 2016, № 4 (38) Строительные материалы и изделия 413 Добавки сульфата натрия в состав жидкой фазы в процессе гидратации клинкерных минералов алита и белита ускоряют процесс твердения, особенно на ранних стадиях. Оптимальным вариантом для ускорения процесса твердения бесклинкерных вяжущих может стать формиат кальция, который повышает содержание двух валентных ионов кальция и тем самым ускоряет гидратацию. Это было установлено В.М. Москвиным [17]. Повысить скорость твердения возможно введением «затравок», – продуктов гидратации цемента, введенных в количестве 2 %. По ускоряющему действию они эквивалентны добавке 2 % хлорида кальция. Заключение: 1. На основе проведенного обзора следует что, производство романцементов и гидравлических известей в РФ практически отсутствует, а научные исследования редки и не систематичны. Тем не менее, гидравлические вяжущие низкотемпературного обжига могут быть альтернативой портландцементу по целому ряду показателей. 2. Прочностные показатели гидравлических известей невысокие, а содержание MgO ограничено шестью процентами. Ограничение содержания MgO связано, очевидно, с опасностью его пережога при использовании обычных обжиговых схем с температурой обжига 1000-11000 С. 3. Одним из перспективных путей, ведущих к повышению технических свойств гидравлических известей и романцементов, полученных на основе карбонатно- глинистого сырья является модификация вяжущих химическими добавками: ускорителями твердения, пластификаторами, кольматирующими добавками.

 


Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 74; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ