НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2015, том 51, № 2, с. 228-232
УДК 691:666.972.7
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ГИДРАТАЦИИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА, МОДИФИЦИРОВАННОГО КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКОЙ © 2015 г. В. С. Изотов, Р. А. Ибрагимов
ВПО Казанский государственный архитектурно-строительный университет e-mail: rusmag007@yandex.ru Поступила в редакцию 08.04.2014 г.
В статье рассматривается влияние комплексной добавки на основе эфира поликарбоксилата на фазовый состав и степень гидратации цементного камня. Показано, что степень гидратации цемента и удельная поверхность гидратных новообразований меняются в зависимости от условий твердения цементного камня.
DOI: 10.7868/S0002337X15020086
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшие свойства цементных композиций (плотность, прочность, водопоглощение, водонепроницаемость, морозостойкость и др.) зависят от величины пористости и ее характера: геометрии, концентрации и равномерности распределения по объему бетона [1]. На величину и характер пористости бетона влияют степень гидратации цемента, количество воды затворения, режимы твердения, фазовый состав цементного камня. Повышение водоцементного отношения изменяет морфологию гидратных новообразований при одновременном увеличении доли капиллярных пор и их средних размеров, что в конечном счете отрицательно сказывается на прочностных свойствах и долговечности цементного камня [2]. В последнее время для модификации бетона широкое распространение находят комплексные добавки на основе эфиров поликарбоксилатов. Применение данных добавок, основным компонентом которых являются высокоэффективные гиперпластификаторы на поликарбоксилатной основе, позволяет получать высокопрочные и высококачественные бетоны с низкими водоце-ментным отношением и величиной капиллярной пористости. Однако недостаточно исследованными являются вопросы, связанные с влиянием этих добавок на особенности процессов гидратации и структурообразования цементных систем, а также на долговечность цементных бетонов [3].
Гиперпластификаторы — это поликарбокси-латные эфиры. По строению это привитые сополимеры. Отличаются они тем, что диспергирование (дефлокуляция, разрушение агломератов, пластификация и т.д.) происходит по электростери-ческому принципу (электростатическое + стериче-ское (пространственное) диспергирование) [4].
Молекулы гиперпластификаторов прикрепляются к поверхностям цементных зерен в основ-
ном точечно и имеют пространственное строение с привитыми боковыми цепями. Последнее обстоятельство способствует более эффективному отталкиванию цементных флоккул и позволяет обеспечить доступ воды к цементному клинкеру (рис. 1).
Исследовано влияние минералогического состава цемента на водоредуцирующую способность гиперпластификаторов [5]. Замечено, что с повышением содержания сульфатов и алюминатов в клинкере значительно уменьшается сохраняемость подвижности цементных систем, что объясняется осаждением гиперпластификаторов на гидратных фазах с положительным дзета-потенциалом. Эффективность пластифицирующего действия поликарбоксилатов зависит не только от содержания ЗСаО • А1203 (С3А), но и от природы сульфата кальция (соотношения гипс: полугидрат: ангидрит): чем выше алюминатность цемента, тем в большей степени начальная подвижность зависит от скорости растворения сульфата кальция.
В настоящее время отсутствуют данные о влиянии гиперпластификаторов на гидратацию, структурообразование и морфологию гидратных новообразований. В связи с их относительно недавним появлением на рынке химических добавок для бетона, изучение поликарбоксилатных гиперпластификаторов проводится отдельными научными исследователями, прикрепленными к лабораториям-производителям.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Нами получена комплексная добавка на основе эфира поликарбоксилата, ускорителя твердения — сульфата натрия, гидрофобизатора — фенил-этоксисилоксана (ФЭС-50) [6].
Одной из возможных причин повышения прочности цементного камня, раствора и бетона
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ГИДРАТАЦИИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
229
Диспергированные частицы
Рис. 1. Схематичное изображение процесса диспергирования цемента в присутствии ПАВ.
при введении комплексной добавки следует считать увеличение объема продуктов гидратации, уплотняющих структуру цементного камня. В связи с этим произведена оценка степени его гидратации и удельной поверхности гидратных новообразований в зависимости от различных условий твердения: естественное твердение, термовлаж-
ностная обработка, автоклавная обработка. Результаты измерений приведены в таблице.
Количество гидратированной воды определялось по соотношению интенсивности рефлексов негидратированных компонентов клинкера — алита, белита — и рефлексов гидратных новообразований в виде гидроксида кальция и двухкальци-
Влияние режимов твердения на степень гидратации портландцемента и удельную поверхность гидратных новообразований
Составы СГ, усл. ед. Удельная поверхность, м2/г Плотность, г/см3
Портландцемент с комплексной добавкой, подвергнутый автоклавной обработке 0.81 421 2.29
Портландцемент с комплексной добавкой, подвергнутый тепловлажностной обработке 0.67 343 2.15
Портландцемент без добавки, подвергнутый тепловлажностной обработке 0.54 293 1.92
Портландцемент без добавки, подвергнутый автоклавной обработке 0.63 344 1.99
Портландцемент с комплексной добавкой, твердевший в естественных условиях 0.74 373 2.23
Портландцемент без добавки, твердевший в естественных условиях 0.59 311 1.95
евых гидросиликатов. Степень гидратации (СГ) портландцемента определялась по формуле:
СГ = [1Са28Ю4 • пИ20 + +1Са(ОН)2 ]/[IСа28Ю4 • пИ20 + (1)
+1Са(0И)2 + 1С2Б + 1С3Б ],
где I — интенсивность пика на дифрактограмме.
Степень гидратации вяжущего находится в тесной взаимосвязи с удельной поверхностью гидратных новообразований, что отражает количественную сторону процесса взаимодействия цемента с водой. Измерение удельной поверхности гидратных новообразований выполнялось по методике, изложенной в работе [7].
Результаты (таблица) показывают, что наиболее интенсивное увеличение степени гидратации и удельной поверхности гидратных новообразований цементного камня наблюдается при автоклавной обработке состава с комплексной добавкой. Степень гидратации цемента и удельная поверхность гидратных новообразований с комплексной добавкой при автоклавной обработке увеличивается на 29 и 22%, при тепловлажностной обработке — на 24 и 17%, при естественном твердении — на 25 и 20% соответственно по сравнению с составом без добавки.
Увеличение прочности цементного камня с комплексной добавкой связано с его плотностью. В связи с этим исследовано влияние комплексной добавки на плотность цементного камня (таблица).
Из таблицы видно, что при введении комплексной добавки увеличивается плотность цементного камня с 1.95 до 2.29 г/см3, причем наибольший прирост плотности наблюдается в составе, подвергнутом автоклавной обработке (на 15%). При естественном твердении плотность камня с комплексной добавкой увеличивается на 14.3%, при тепловлажностной обработке — на 12%.
С помощью рентгенофазового анализа проведена оценка влияния комплексной добавки на состав продуктов гидратации цемента при естественном твердении. Дифрактограммы образцов представлены на рис. 2.
На рис. 2а показано, что на контрольном образце, твердевшем в естественных условиях, имеются дифракционные отражения непрогидрати-рованных минералов портландцементного клинкера, а именно: С38 — алита 3СаО • 8Ю2 (3.95; 3.034; 2.778; 2.745; 2.609; 2.456; 2.323 А), С28 - бе-лита 2СаО • 8Ю2 (4.426; 2.921; 2.778; 2.745; 2.609; 2.456; 2.186 А), С^ - целита 4СаО • А12О3 • Fe2O3 (7.294 А), С3А — трехкальциевого алюмината 3СаО • А12О3 (2.694 А) и гидратных новообразований Са(ОН)2 — гидроксида кальция (4.919; 3.113; 2.629; 2.456 А) и 3СаО • А12О3 • 3Са8О4 • 31Н2О —
гидросульфоалюмината кальция (9.69; 5.492; 2.629; 2.456 А).
Отношение интенсивности кристаллических фаз к общей интенсивности 1кр/1общ, равное 0.29, указывает на наличие некоторого количества аморфной фазы в цементном камне.
На дифрактограмме образца с комплексной добавкой (рис. 2б) отмечаются уменьшенные пики алита (3.034; 2.321 А), белита (4.501 А), целита (7.317 А), а также уменьшенный пик гидроксида кальция (4.921; 3.107; 2.627 А), увеличенный пик гидросульфоалюмината кальция (9.414 А) и пик гидросиликатов кальция (8.224 А). Наблюдается исчезновение пика трехкальциевого алюмината. Уменьшение пика гидроксида кальция объясняется связыванием его с сульфатными составляющими и переходом в гипс и гидросульфоалюми-нат, при этом происходит кристаллизация из раствора гидросульфоалюмината кальция в жидкой фазе.
При уменьшении содержания гидроксида кальция снижается возможность образования и существования многоосновных гидроалюминатов кальция. Данное обстоятельство препятствует образованию гидросульфоалюмината кальция в более поздние сроки твердения.
Новообразования, кристаллизующиеся в присутствии комплексной добавки в мелкодисперсном виде, кольматируют поры и капилляры порт-ландцементного камня, уплотняя и упрочняя его структуру.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что комплексная добавка способствует повышению плотности цементного камня на 4%, а также увеличению степени гидратации на 25% при естественном твердении, на 24% при термовлажностной обработке, на 29% при автоклавной обработке по сравнению с контрольным составом без добавки.
Комплексная добавка способствует формированию мелкопористой и мелкокристаллической структуры цементного камня, образованию повышенного количества гидросиликатов и гидро-сульфоалюминатов кальция, в том числе низкоосновных гидросиликатов кальция. Кроме того, рост прочности цементного камня обусловлен образованием мелкоигольчатых кристаллов эт-трингита, армирующих структуру, а также увеличением удельной поверхности гидратных новообразований на 22% при автоклавной обработке, на 17% при термовлажностной обработке, на 20% при естественном твердении.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ГИДРАТАЦИИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
231
I, отн. ед.
I, отн. ед. 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.