+7(495)755-77-70,+7(925)888-45-62
cайт холдинга maxmir.com

Энергосберегающие технологии
Реальная экономия

Исследование свойств цементных композитов на активированной воде затворения

1Ерофеев В.Т., 2Фомичев В.Т., 1Емельянов Д.В., 1Балатханова Э.М., 1Родин А.И., 3Еремин А.В., 4Матвиевский А.А., 1Фомин Н.Е., 1Юдин В.А., 1Кяшкин В.М.

1ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва», Саранск, e-mail: AL_Rodin@mail.ru;
2ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», Волгоград;
3ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»,Москва, e-mail: aleks.eremin@gmail.com;
4ОАО «МАКСМИР», Москва, e-mail: maxmir@maxmir.ru

В работе приведены результаты экспериментальных исследований свойств цементных композитов на активированной воде затворения. Методом рентгенофазового анализа установлены особенности фазовых превращений в твердеющих композитах, а также их зависимость от режимов активации воды затворения и длительности твердения. Установлено, что применение в цементных композитах воды затворения, обработанной электрическим током и магнитным полем, позволяет интенсифицировать процессы растворения и гидратации цемента, увеличить содержание гидросиликатов кальция и, как следствие, повысить прочность цементных композитов. Проведены экспериментальные исследования по установлению влияния мелкого и крупного заполнителя на формирование прочности цементных композитов на активированной воде затворения. Из результатов исследования следует, что для всех материалов: цементного камня, раствора и бетона ? характерно повышение прочности в случае применения активированной воды затворения. При использовании в строительных композитах в качестве вяжущего портландцемента, произведенного в Чеченской Республике, рекомендуется использовать при затворении воду, обработанную электрическим током и магнитным полем по режиму Э + М (6-6) – jmax = 43,55 А/м2, Нmax = 135 кА/м.

Ключевые слова: цементные композиты, активированная вода затворения, прочность, рентгенофазовый анализ, физико-механические свойства

Цементные композиционные материалы представляют собой неоднородное капиллярно-пористое тело, структура и свойства которых определяются водоцементным отношением, объемной концентрацией наполнителя и цемента, их зернового состава и т.д. [1]. Регулирование процесса структурообразования цементных композитов наряду с подбором оптимальных структурных показателей возможно также за счет применения различных технологических приемов, одним из которых является активизация твердения вяжущих. Это широко распространенный технологический прием, используемый в строительной индустрии для достижения максимальной эффективности при производстве железобетонных конструкций. Научной основой теории активизации служат современные представления о процессах твердения минеральных вяжущих, исследования закономерностей и механизма образования и развития пространственных структур с учетом комплекса превращений цементного камня, воды затворения, раствора и бетона. Активация вяжущих веществ может начинаться с момента их производства и продолжаться в течение всего периода твердения материалов [8, 10], т.е. последствие активационной обработки ощущается в композиционных материалах в течение длительного времени их службы благодаря явлениям структурной наследственности и сохранения определенной направленности гидратационного процесса, заданного на первоначальных этапах преобразования вяжущего в пластичной цементной дисперсии [3, 7]. Присутствие в жидкой фазе цементного теста различных ионов и молекул, поступающих в систему в результате различных воздействий (введение добавок, обработка воды магнитным и другими полями и т.д.), определенным образом влияет не только на структуру воды затворения, но и на процессы адсорбции, растворения и поверхностной гидратации, а в итоге - и на свойства самого цементного композита [1].

Улучшение структурных показателей, физико-механических свойств и долговечности бетонов и других цементных материалов достигается за счет применения активированной воды затворения. Для получения активированной воды используются механические, термические, магнитные, электромагнитные, электрохимические, лазерные, ультразвуковые, плазменные, разрядно-импульсные и другие методы активации [1, 2, 6]. Одним из перспективных направлений активации воды является её совместная последовательная обработка магнитным полем и электрическим током [1, 4, 5].

Ниже приведены результаты экспери ментальных исследований по установлению влияния режимов активации воды затворения, а также мелкого и крупного заполнителя на формирование структуры и прочности цементных композитов. Для этого были изготовлены образцы из цементного теста, строительного раствора и бетонной смеси. В качестве вяжущего использовали цемент производства Чеченского цементного завода, мелкого заполнителя – кварцевый песок с Мкр = 2, крупного заполнителя – гранитный щебень фракции 5–10 мм. Вода затворения применялась питьевая активированная и неактивированная. Для получения воды, обработанной электромагнитным полем, применялась установка магнитной противонакипной обработки воды УПОВС-1 «Максмир», а электроактивированную воду получали с помощью аппарата электроактивации воды АЭ-1,0/6 «Максмир». Вода активировалась по режимам: Э + М (1-1), Э + М (3-3) и Э + М (6-6). Э + М (1-1) – природная вода, обработанная аппаратом электрохимической активации с максимальной плотностью переменной тока jmax = 5,65 А/м2, затем магнитным аппаратом с максимальной напряженностью переменного электромагнитного поля
Нmax = 24 кА/м; Э + М (3-3) – jmax = 22,58 А/м2;
Нmax = 75 кА/м; Э + М (6-6) – jmax = 43,55 А/м2, Нmax = 135 кА/м.

Согласно [1] количество мелкого заполнителя в составах раствора было выбрано из соотношения 1:3, а состав бетона был принят из соотношения 1:1,053:1,789 (цемент : кварцевый песок : гранитный щебень). В каждом случае приготавливались равноподвижные составы.

На первом этапе проведены исследования процессов структурообразования цементных композитов на активированной воде затворения. С целью установления структурных изменений, происходящих в цементных композитах на основе активированной воды затворения, нами были проведены рентгеноструктурные исследования, заключающиеся в их анализе. Регистрация дифрактограмм осуществлялась на дифрактометре ARL X’tra (Швейцария), который представляет собой полноразмерный порошковый дифрактометр q–q геометрии с радиусом гониометра 260 мм и источником – узкофокусной трубкой мощностью 2200 Вт (Cu аноды). В приборе использован энергодисперсионный твердотельный детектор с охладителем Пельтье, позволяющий исключить пассивные элементы (бета-фильтры/монохроматоры) из оптической схемы прибора за счет программного отделения Kb и флуоресцентного излучения. Инструментальное разрешение прибора составляет 0,04° 2q при сохранении высокого соотношения «сигнал/шум».

Образцы цементного камня были измолоты в агатовой ступке агатовым пестиком с ацетоном. Далее пробы были просеяны через сито с апертурой 90 мкм, далее остаток на сите вновь мололся до тех пор, пока все пробы не были просеяны через сито. Истертые пробы помещались в круглые держатели с верхней загрузкой внутренним диаметром 25,65 мм и глубиной 1,9 мм, изготовленные из специальной стали.

Регистрация дифрактограмм осуществлялась на CuKα1+2 излучении в интервале углов 2Θ = 4–80° в пошаговом режиме и временем экспозиции 1 секунда в каждой точке. Во время съемки образец вращался со скоростью 60 оборотов/минуту.

Для качественного фазового анализа использовали базу данных ICDD PDF-2. Анализ проводили по межплоскостным расстояниям в ручном режиме по методу Ханавальта и в полуавтоматическом режиме с использованием программного обеспечения Oxford Crystallographica Search Match.

Количественный рентгенофазовый анализ по методу Ритвельда проводили с использованием программного обеспечения Siroquant 3 Sietronics Pty Ltd. Для всех фаз уточнялись параметры: шкальный фактор, смещение нуля счетчика прибора, параметры фона (полиномом Чебышева 5-й степени), параметры элементарной ячейки. Также в уточнении для основных фаз (концентрация > 20 % по массе) варьировали профильные параметры - использовалась профильная функция Pearson VII (U, V, W по зависимости Кальотти); текстура анализировалась по одноосной модели Марча - Долласа.

Снятие рентгенограмм производилось через 10, 28 и 56 суток твердения. Результаты рентгенофазового анализа процессов гидратации цемента Чеченского производства, затворенного водой, обработанной электрическим током и магнитным полем, в различные сроки твердения представлены на рисунке и в табл. 1 соответственно.

В ходе качественного анализа дифрактограмм, представленных на рисунке, было установлено, что в составах изученных образцов цементного камня, как на основе активированной, так и на неактивированной воде в период от 10 до 56 суток идентифицированы следующие минералы:

Дифрактограммы цементного камня на чеченском цементе в различные сроки твердения: 1 – 10 суток; 2 – 28 суток; 3 – 56 суток: а – обычная вода; б – вода, обработанная электрическим током и магнитным полем по режиму Э + М (1-1); в – вода, обработанная электрическим
током и магнитным полем по режиму Э + М (3-3); г – вода, обработанная электрическим током и магнитным полем по режиму Э + М (6-6)

Результаты количественного рентгенофазового анализа

Посмотреть полный текст статьи