ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ, НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ДОБАВКАМИ НА ОСНОВЕ СОЛЕЙ ЖЕЛЕЗА
Хомякова Е.Н.1, Пашаян А.А.2, Лукутцова Н.П.3
1Аспирант,
2доктор химических наук,
3доктор технических наук
Брянская государственная инженерно-технологическая академия
ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ, НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ДОБАВКАМИ НА ОСНОВЕ СОЛЕЙ ЖЕЛЕЗА
Аннотация
В статье обсуждается влияние комплексных наноструктурирующих добавок на основе солей железа на прочностные характеристики цементного камня. Показано, что при использовании данных добавок на 28 сутки естественного твердения прочность цементного камня превышает контрольный образец на 80 %.
Ключевые слова: наномодифицированные добавки, соли железа (II) и (III), структура, прочность на сжатие.
Khomyakova E. N.1, Pashayan A. A.2, Lukuttsova N. P.3
1Graduate student,
2PhD in Chemical Sciences,
3PhD in Technical Sciences,
Bryansk State Engineering and Technological Academy
RESEARCH OF PROPERTIES OF THE CEMENT STONE, NANOMODIFIED ADDITIVE BASED ON IRON SALTS
Abstract
The paper discusses the impact of complex nanostructured additives based on iron salts on the strength characteristics of the cement stone. It is shown that when using the data of additives for 28 days natural hardening strength of cement stone a control sample by 80 %.
Keywords: nanomodified additives, salts of iron (II) and (III), structure, compressive strength.
Современные тенденции развития строительного материаловедения связаны с применением новых высокоэффективных строительных материалов при использовании ресурсо- и энергосберегающих технологий их получения.
В настоящее время в литературе накоплен большой объем научно-технической информации по различным типам и видам добавок к бетонам (чаще всего комплексных) широкого профиля действия [1].
Среди большого разнообразия, основными следует признать добавки, повышающие прочность бетона, так как это достигается за счет уплотнения бетонной матрицы. Процесс твердения бетона (цементного камня) носит сложный, многостадийный характер и зависит от множества факторов, в том числе от качественно-количественного состава и размеров частиц, являющихся центрами кристаллизации.
Среди добавок, повышающих прочность бетона, чаще всего применяют химические вещества (соли, кислоты и др.) широкого спектра свойств.
Целью работы на данном этапе является исследование влияния комплексных наноструктурирующих добавок на основе солей железа на прочностные характеристики цементного камня.
В качестве цемента использовался портландцемент марки М-500 Д 20 производства п. Костюковичи (Могилевская обл., Республика Беларусь) соответствует ГОСТ 10178. Химический состав представлен в таблице 1. Минеральный состав (% по массе): С3S – 19,8; С2S – 35,0; С3A – 4,6; С4AF – 7,9.
Таблица 1 – Химический состав используемого цемента.
| Оксидный состав | CaO | SiO2 | Al2O3 | MgO | SO3 | Fe2O3 | Na2O | К2O | TiO2 | прочие |
| Содержание оксидов, % масс. | 61,9 | 20,67 | 4,88 | 5,71 | 3,64 | 2,4 | 0,30 | 0,90 | 0,27 | 0,29 |
Рентгенограмма используемого цемента представлена на рисунке 1.
Рентгеноструктурный анализ был осуществлен на рентгенофлуоресцентном спектрометре серии ARL 9900 WorkStation со встроенной системой дифракции.
В качестве добавки использовали смесь солей железа (II) и (III) с суммарным содержанием ионов Fe2+ и Fe3+ около 2-3 г/л.
Рис. 1 – Рентгенограмма используемого цемента
Механизм действия такого рода добавок, предусматривающий взаимодействие компонентов, входящих в состав добавки с продуктами гидротации цементного теста, описан в [2].
Кинетика изменения фазового состава новообразований на примере воздействия сульфата железа (III) на гидроксид кальция во времени представлен в таблице 2.
Таблица 2 – Кинетика изменения фазового состава новообразований при воздействии сульфата железа (III) на гидроксид кальция [2].
| Время от начала опыта | СистемаFe2(SO4)3 – Ca(OH)2 – H2O | |
| показатель преломления | фазовый состав новообразований | |
| 30 минут | 2 1,523 1,532 | Fe(OH)3 nH2O CaSO4 2H2O |
| 1 час | 1,523 1,532 1,665 | Гисп с включением соединений железа 3СaO Fe2O3 6H2O |
| 3 суток | 1,493 1,523 1,532 1,665 | 3СaO Fe2O3 3CaSO4 31H2O CaSO4 2H2O 3СaO Fe2O3 6H2O |
Размер частиц (рисунок 2) в используемой добавке определяли методом лазерной дифракции на лазерном анализаторе Zetatrac, Microtrac (США).
Рис. 2 – Распределение частиц по размерам в комплексной наноструктурирующей добавке
Из рисунка 2 видно, что содержание частиц с размером 43-578 нм в добавке составляем 85,1 %.
Экспериментально было определено водоцементное отношение, которое оказалось равным 0,28.
Из свежеприготовленного цементного теста формовали образцы размером 2*2*2 см для определения прочностных характеристик.
Затвердевшие образцы распалубливали через 24±2 часа. Испытания прочности на сжатие образцов проводили на 3 и 28 сутки естественного твердения в воздушно-сухих условиях при температуре 20±2 и относительной влажности 60-70 %.
При таком подходе образцы цементного камня, при различных сроках и условиях твердения и содержании добавки, обладают следующими значениями прочности (таблица 3).
Таблица 3 – Прочность цементного камня на различных сроках и условиях твердения.
| Образец | Прочность на сжатие, МПа | |||
| Естественное твердение | Пропаривание | |||
| 3 сутки | 28 сутки | 1 сутки | 28 сутки | |
| Контрольный | 43,8 | 52,7 | 42,4 | 56,1 |
| С добавкой | 37,4 | 95,0 | 61,2,5 | 109,4 |
Из таблицы 3 видно, что добавка на ранних сроках твердения (3 сутки) оказывает замедляющие влияние на твердение по сравнению с контрольным образцом на 14,6 %. Однако на 28 сутки естественного твердения прочность образцов с добавкой превосходит контрольный образец (образец без добавки) на 80 % и составляет 95,0 МПа, тогда, как контрольный образец имеет прочность около 52,7 МПа.
На следующие сутки в формах после укладки цементного теста осуществляли пропаривание образцов в камере пропарочной КПУ – 1М. Пропаривание проводили в следующих режимах: первый – набор температуры до 70 °C в течение 3 часов, второй – поддержание постоянной температуры в течение 4 часов, третий – снижение температуры до комнатной в течение 17 часов. Прочность цементного камня на сжатие определяли испытанием 3 образцов-кубиков. Результат рассчитывали по двум наибольшим показателям прочности на сжатие.
Проанализировав данные таблицы 3, можно утверждать, что пропаривание ускоряет твердение и со временем после пропаривания не наблюдается потеря прочности образцов.
Таким образом, исследовано влияние комплексных наноструктурирующих добавок на основе солей железа на прочностные характеристики цементного камня. Показано, что такого рода добавки обеспечивают высокую прочность цементного камня.
Литература
- Киреева, Ю.И. Строительные материалы и изделия [Текст] / Ю.И. Киреева, О.В. Лазаренко – Ростов н/Д: Феникс, 2010. – 348 с.
- Ратинов, В.Б. Добавки в бетон [Текст] / В.Б.Ратинов, Т.И. Розенберг– М.: Стройиздат, 1989. – 188 с.
References
- Kireeva, Ju.I. Stroitel'nye materialy i izdelija [Tekst] / Ju.I. Kireeva, O.V. Lazarenko – Rostov n/D: Feniks, 2010. – 348 s.
- Ratinov, V.B. Dobavki v beton [Tekst] / V.B.Ratinov, T.I. Rozenberg– M.: Strojizdat, 1989. – 188 s.