Характеристика исходных материалов. Химические добавки

Характеристика исходных материалов

Химические добавки.

1. Калия сульфат K₂SO₄ (ТУ 2184-020-00203944-97)

Кристаллический порошок розового цвета. Массовая доля калия в пересчете на К₂О не менее 48 %, массовая доля иона серы (S^-) 17 %, массовая доля хлорид-иона не более 2 %, массовая доля азота не более 2 %.

Технический сульфат калия, являющийся модифицирующей (ускоряющей) химической добавкой. Рынок технического сульфата калия считаетсяроднимоизосамыхпперспективных.       

Основными производителями технического сульфата калия являются российские предприятия химической промышленности, а потребителями - предприятия, производящие цемент, бетон и сухие строительные смеси..

Дозировка 0,5-2% от массы вяжущего [18].

 

2. Натрия сульфат технический Na₂SO₄ (ТУ 113-07-61-05-89).

Является отходом при  производстве силикагеля. Гранулы от белого до серого цвета. Массовая доля сульфата натрия Na₂SO₄ не менее 90 %, нерастворимых в воде веществ не более 8 %, хлоридов в пересчете на хлористый натрий NaCl не более 1 %, гранул размером от 1 до 5 мм не менее 94 %.

Применяется в строительстве, как противоморозная добавка, и ускоритель схватывания бетонной смеси.

Роль добавки заключается, в основном, в активизации процесса гидратации цемента, что приводит к ускоренному образованию субмикрокристаллических продуктов гидратации, обладающих высокой прочностью. Многие из добавок – ускорителей твердения в результате обменных реакций с гидроксидом кальция или с минералами цемента активно влияют на гидролиз трехкальциевого силиката, 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.

По характеру воздействия  на цементное тесто эта добавка, ускоряет процессы гидратации цемента (вызываемые реакциями обмена, которые приводят к образованию гелей гидроксидов кальция) и снижает температуру замерзания воды.

Сульфат натрия представляет собой электролит (соль), поэтому при растворении этой добавки в воде образуются сольваты более или менее прочные соединения молекул добавок с водой. При их растворении в воде понижается температура замерзания воды тем значительнее, чем выше концентрация растворенной соли.

За счет ускорения твердения  бетона можно снизить расход цемента, пара, увеличить оборачиваемость  форм. Сульфат натрия при естественном твердении бетона при положительной температуре увеличивает скорость набора прочности в 3–4 раза, что позволяет через 24 часа с момента окончания формования получать бетон с 50–60% отпускной прочностью.

При применении Na₂SO₄ появляется возможность в 2 раза сократить продолжительность изотермического прогрева, либо на 20% сократить расход тепловой энергии, или на 10–15% сократить расход цемента.

Сульфат натрия ускоряет твердение только в начальные сроки.

Дозировка 0,5-3% [19].

3.  Суперпластификатор С-3 (ТУ 6-36-0204229-625-90 изм. 1,2).

Представляет собой смесь нейтрализованных едким натром полимерных соединений разной относительной молекулярной массы, получаемых при конденсации сульфокислот нафталина с формальдегидом и технических лигносульфонатов, неслеживающийся порошок коричневого цвета легкорастворимый в воде. Добавка С-3 относится к категории анионактивных ПАВ и содержит смесь олигомеров и полимеров, которая является основным компонентов, называется активным веществом и содержит непрореагировавшую соль b-нафталинсульфокислоты и сульфата натрия [20].

Суперпластификатор - самая используемая на сегодня добавка для бетона, используемая при производстве бетонных смесей. Вообще, химические добавки, способствующие уменьшению водосодержания в составе бетонных смесей - наиболее востребованы. Очень много плюсов от их использования, а именно: повышается текучесть бетонной смеси без добавления лишней воды, она становится более пластичной, экономится цемент, повышается плотность, водонепроницаемость, морозостойкость и т.д.

Основные достоинства  С-3:

• Экономия цемента. Для получения равнопрочного бетона одинаковой подвижности с применением пластификатора С-3 и без него, на 1 бетонной смеси расходуется цемента на 15% меньше;
• Без ущерба для прочности будущих ЖБИ и железобетонных конструкций повысить удобоукладываемость, что особенно актуально для монолитного строительства, где применяются бетононасосы и автобетононасосы. При этом, благодаря улучшенной удобоукладываемости отпадает необходимость вибрирования свежеуложенной смеси; возможность без особых проблем заливать густоармированные конструкции: колонны, узкие опалубки стен и так далее;
• Увеличить прочностные характеристики в марочном возрасте до 25%;
• Получить составы повышенной плотности (высокая непроницаемость), для гидроизоляционных бетонов; снизить усадку твердеющего бетона или ЖБИ, повысить морозостойкость вплоть до F350 и трещиностойкость;
• Увеличить сцепляемость арматуры с бетоном в 1,5 раза [11].

 Следует отметить, что в бетон для улучшения его удобоукладываемости, и других свойств, возможно добавлять различные тонкомолотые материалы. Некоторые из этих добавок действуют как простые наполнители, другие, например гидравлические добавки, реагирующие с цементом.

Дозировка:

- П3-П4 - 0,4-0,8%;

- >П5 - 0,8-1,2% [7].

Наполнители.

Рассмотрим наполнители наиболее часто применяемые в строительстве.

1. Известняк ГОСТ 23671-79.

Плотные известняки имеют  мелкозернистую кристаллическую структуру, содержат обычно небольшое количество примесей и отличаются высокой прочностью.

Известняк-ракушечник состоит из раковин, сцементированных углекислым кальцием. Он представляет собой малопрочную горную породу, поэтому редко применяется для изготовления извести.

Оолитовый известняк — горная порода, состоящая из отдельных шариков карбоната кальция, сцементированных тем же веществом.

Доломитизироваиные известняки и доломиты по своим физико-механическим свойствам сходны с плотными известняками. Р1ногда доломиты залегают в природе в виде рыхлых скоплений.

Средняя плотность известняков  составляет 2400— 2800 кг/м3, мела — 1400—2400 кг/м3. Влажность известняков колеблется в пределах 3—10 %, а мела— 15— 25% [21].

2. Песок  ГОСТ 6139-91.

Песок — это рыхлое скопление  минеральных зерен величиной  от 0,05 до 5 мм. Различают горный, овражный, речной, морской и озерный песок.

Песок, в бетонной смеси  наиболее тесно связан с цементным  тестом, составляя с последним  растворную часть. Чем больше песка вводится в смесь, тем большей (при прочих равных условиях) оказывается вязкость растворной части (вязкость необходима для поддержания крупного заполнителя во взвешенном состоянии во избежание расслаивания бетонной смеси), тем меньшим будет расход цемента. Однако чрезмерное содержание песка приводит к снижению прочности бетона. Поэтому содержание песка должно быть оптимальным.

Пески подразделяются на природные (которые могут быть также обогащенными и фракционированными) и дробленые (которые могут быть обогащенными, фракционированными, а также из отсевов, получаемых при дроблении каменных пород на щебень).

Для обычного тяжелого бетона применяется песок с насыпной плотностью более 1400 кг/м3, содержащий достаточно плотные и высокопрочные  зерна. Плотность зерен должна быть свыше 2,0 г/см3 [20].

Микрокремнезем — представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы, получаемый в процессе газоочистки технологических печей при производстве кремнийсодержащих сплавов.

Микрокремнезем применяется в качестве минеральной добавки, интегрируемой в состав пескобетона и других цемент содержащих смесей, в результате чего обеспечиваются их оптимальные прочностные, гидрофобные и антикоррозийные свойства. Пескобетон и прочие цементосодержащие смеси с добавлением микрокремнезема нашли широкое применение в сфере жилищно-гражданского и промышленного строительства. Использование таких минеральных добавок делает бетон стройматериалом, пригодным для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, включая системы водоснабжения и канализации. Высокоактивные микрокремнеземные минеральные добавки включают в свой состав такие элементы, как оксиды кремния, железа, алюминия, кальция, калия, магния, серы и углерода.

Мы использовали полифракционный песок (фр. 0,315 и 0,63).

 

 

 

 

3. Портландцемент ГОСТ 10178-85.

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом, а иногда и  со специальными добавками.

Клинкер получают обжигом  до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины и некоторых других материалов (мергеля, доменного шлака  и пр.). При этом обеспечивается преимущественное содержание в нем высокоосновных силикатов кальция (70—80 %). Гипс в  портландцемент добавляют для регулирования  скорости схватывания и некоторых  других свойств. Клинкерный порошок  без гипса при смешивании с  водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень, который характеризуется  пониженными техническими свойствами.

По составу различают  портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент. В портландцемент с минеральными добавками разрешается вводить гранулированные доменные и электротермофосфорные шлаки в количестве до 20 % массы вяжущего, активные добавки осадочного происхождения не более 10%. Другие активные добавки (вулканического происхождения, глиежи) допускается вводить до 15% массы получаемого цемента. При производстве цемента для интенсификации процесса помола допускается введение специальных добавок в количестве до 1% массы вяжущего.

Свойства портландцемента  определяются прежде всего качеством клинкера. Вводимые в него добавки предназначены для их регулирования [22].

Для исследований свойств  х/д использовался Вольский ПЦ М500Д0-Н.

4. Зола ГОСТ 25818-91.

Зола получается при сжигании пылевидного угля, поэтому основным ее поставщиком являются тепловые электростанции. В золе может содержаться некоторое количество несгоревшего угля, которое в случае применения золы в качестве добавки к бетону не должно превышать 8%. Содержание несгоревшего угля в золе из одного источника может время от времени меняться, достигая максимального значения во время неэффективной работы топок сразу же после пуска или когда котлы работают с неполной нагрузкой. Поэтому, для того чтобы избежать попадания в бетон золы с повышенным содержанием несгоревшего угля, необходимо производить частые ее анализы. Свойства золы из различных источников также могут меняться, поэтому в каждом случае анализы совершенно необходимы.

В общем, зола в бетоне действует  так же, как и гидравлические добавки, т. е. замедляет сроки схватывания  и твердения, но конечная прочность  бетона может быть не ниже прочности  бетона на одном цементе. Это справедливо, если золой заменено не более 20% цемента [29].

Делались предложения  заменять золой часть песка в  бетонной смеси. Испытания показали [29], что замена до 20% песка золой приводит к улучшению удобоукладываемости жестких бетонных смесей, однако не таких, в которых содержится достаточное количество мелкого заполнителя. Одновременно достигается некоторое повышение прочности, если удобоукладываемость поддерживается на постоянном уровне.

Ввиду недостаточности собранных  сведений нельзя судить о влиянии  золы на долговечность бетона. В  пределах пропорций золы в бетоне, указанных выше, его усадка не изменяется [24].

5. Волластонит ТУ 57260-1-45555542-99.

Волластонит, как сырье многоцелевого назначения, широко применяется за рубежом. В частности, США является одним из ведущих поставщиков и потребителей волластонита на мировом рынке. В России этот материал пока еще мало известен и только начинает завоевывать позиции на рынке сырья для различных отраслей промышленности. Это связано с отсутствием производства отечественного волластонита приемлемого качества.

Для природного волластонита характерна игольчатая структура кристаллов. Игольчатая форма зерна волластонита определяет его основное направление использования в качестве микроармирующего наполнителя [28].

Игольчатая форма зерен  волластонита предопределяет его использование в качестве микроармирующего элемента цементов. Результаты сравнительного изучения влияния минеральных добавок на физико-механическую прочность портландцемента показали, что цемент с добавкой 10—30% волластонита, в отличие от цемента, содержащего 6—10% инертных материалов (трепел, опок, диатомит), является безусадочным, воздухо- и атмосферо-морозостойким, нормально твердеющим при гидротермальной обработке. Волластонит, в отличие от других добавок в цементе, не является дополнительным источником образования коллоидного гидросиликата. Цементно-волластонитовые вяжущие можно использовать для изготовления коррозионно-стойких и экономичных бетонов с повышенным пределом прочности при изгибе. При этом, чем выше глубина помола волластонита, тем выше коэффициент упрочнения изделия.  
Использование волластонита целесообразно при изготовлении изоляционных плит из силиката кальция, которые выдерживают температуру до 1 400 °C [23].

Экспериментальные исследования по применению волластонита в производстве композиционных строительных материалов и изделий на основе цемента, показали его физико-химическое сродство с цементосодержащими композициями, активную избирательную адсорбцию продуктов гидратации вяжущего, существенное влияние на реологические параметры концентрированных суспензий и паст, формирование структуры, прочностных и деформативных свойств затвердевших композитов.