Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
1.1. Сущность механической активации материалов и области ее использования 10
1.2. Тонкомолотые минеральные добавки, их влияние на структуру и свойства цементного камня 15
1.3. Влияние активных минеральных добавок на процесс гидратации и свойства цементных систем 25
1.4. Исследование вяжущих систем методами компьютерного материаловедения 39
1.5. Выводы 45
2. Методы исследования и применяемые материалы 47
2.1. Характеристика сырьевых материалов 47
2.2. Методы исследования 56
2.2.1. Методы приготовления ультрадисперсных материалов 56
2.2.2. Методы исследования порошковых смесей
и продуктов гидратации 59
2.2.3. Методы компьютерного моделирования 65
ГЛАВА 3. Исследование перлита мухор-тала как активной минеральной добавки 67
3.1. Характеристика структуры аморфного перлита Мухор-Тала 67
3.2. Исследование процесса диспергирования и механохимической активации перлита 70
3.3. Изучение пуццолановой активности дисперсного перлита 79
3.4. Выводы 87
ГЛАВА 4. Синтез композиционных вяжущих с использованием перлита и омд на его основе 89
4.1. Исследование системы «портландцемент - перлит» в условиях нормального и термовлажностного твердения 89
4.2. Эффект влияния малых добавок на прочность 99
4.3. Особенности гидратации композиционных вяжущих с ультрадисперсным перлитом 104
4.4. Исследование эффективности комплексных органоминеральных добавок «перлит - пластификатор» 110
4.5. Выводы 121
5. Информационная система оценки качества строительных материалов 124
5.1. Методология проектирования составов искусственных конгломератов 124
5.2. Система комплексной оценки качества искусственных конгломератов 128
5.3. Разработка информационной системы на базе методологии проектирования составов искусственных конгломератов 134
5.4. Визуальное моделирование как компонент системы прогнозирования свойств искусственных конгломератов 138
5.5. Анализ полученных результатов 143
5.6. Выводы 146
6. Технология производства и оценка эффективности комплексной добавки в цемент 148
6.1. Разработка технологической схемы и подбор оборудования 148
6.2. Экономическая эффективность производства и использования комплексной добавки в бетон 161
Основные выводы 170
Список литературы 173
Приложения 192
- Сущность механической активации материалов и области ее использования
- Исследование процесса диспергирования и механохимической активации перлита
- Исследование системы «портландцемент - перлит» в условиях нормального и термовлажностного твердения
- Методология проектирования составов искусственных конгломератов
Введение к работе
Актуальность. В проекте стратегии развития промышленности строительных материалов до 2020 года, разработанной министерством регионального развития РФ, ставится вопрос о существенном, более чем в два раза, увеличении производства цемента. В соответствии с этим увеличится загрязнение окружающей среды пылью и газообразными компонентами. Одним из путей решения проблемы является переход на производство новых композиционных вяжущих, в том числе с заменой части клинкерной составляющей энергонасыщенными эффузивными породами, изначально обладающими запасом внутренней энергии и как следствие высокой химической активностью.
В основу создания новых высокоэффективных вяжущих материалов положен принцип композиции и целенаправленного управления технологией на всех ее этапах: применение активных экологически чистых компонентов и химических модификаторов, разработка оптимальных составов, использование процессов механохимической активации и пр.
Эффективность данного направления работ очевидна как в плане реализации цементосберегающих технологий, так и поиска путей повышения качества вяжущих и технологичности их производства. / Результаты исследований рассматриваются как базовые для систематизации знаний и разработки научно обоснованных рекомендаций по расширению сырьевой базы и вовлечению в производственный процесс новых видов эффузивных аморфных пород.
Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР №1.1.10 от «1» января 2007 г. «Разработка теоретических основ получения высококачественных бетонов нового поколения с учетом генетических особенностей нанодисперсных компонентов»; тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования РФ и финансируемого из средств федераль-
5 ного бюджета на 2007-2011 гг.; в рамках программы «У.М.Н.И.К.» по теме «Система проектирования состава искусственного конгломерата» при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Цель работы. Повышение эффективности производства гидравлических вяжущих за счет использования ультрадисперсного перлита и органоминеральной добавки на его основе.
Достижение поставленной цели требовало решения следующих задач: - исследование влияния процесса механоактивации природного перли та на пуццолановую активность и комплексная оценка ультрадисперсного перлита как основы органоминеральной добавки и составной части компози ционного вяжущего; разработка составов и исследование свойств композиционных вяжущих с ультрадисперсным перлитом и органоминеральной добавкой на его основе и оценка их качества по предложенной методологии проектирования составов искусственных конгломератов; разработка технологической схемы применения перлитового сырья в производстве композиционных вяжущих, прогноз технико-экономической эффективности предлагаемого решения; подготовка нормативно-технической документации внедрения результатов теоретических и экспериментальных исследований в промышленное производство и учебный процесс.
Научная новизна. Разработаны принципы проектирования быстротвер-деющего композиционного вяжущего с органоминеральной добавкой (ОМД) на основе ультрадисперсного механоактивированного перлита с избытком внутренней энергии, заключающиеся в создании самоорганизующейся плот-ноупакованной структуры цементного теста и формировании за счет активного взаимодействия компонентов системы более плотных и прочных структур кристаллогидратов.
Установлены и обоснованы закономерности фазообразования и набора прочности в системах «портландцемент — перлит» и «портландцемент - перлит — суперпластификатор» в зависимости от доли и дисперсности перлита в течение до 210 суток. Суть их заключается в уменьшении количества порт-ландита и увеличении доли наноразмерных гидросиликатов кальция CSH, по данным РФА и ДТА, что в итоге приводит к снижению и перераспределению капиллярной пористости, формированию плотных и высокопрочных структур конгломератов, о чем свидетельствуют данные РЭМ и анализа пористости методом БЭТ.
Выявлена закономерность получения органоминеральной добавки на основе перлита в присутствии суперпластификаторов различного механизма действия, заключающаяся в том, что в связи со структурными особенностями олигомеров процесс механоактивации ОМД имеет большую эффективность при использования суперпластификаторов группы сульфированных мелами-но- или нафталиноформальдегидных смол в сравнении с группой поликар-боксилатов.
Практическое значение работы. Разработаны составы, технологические параметры приготовления и получены композиционные вяжущие гидравлического твердения общестроительного назначения с оптимальным (от 2 до 5 мае. %) и предельно высоким (до 20 мае. %) содержанием ультрадисперсного перлита. Композиционные вяжущие оптимального состава имеют прочность, на 40-45% превышающую прочность эталона, и обеспечивают значительное сокращение расхода цемента.
Разработана методика комплексной оценки качества искусственного конгломерата как совокупности показателей, определенных на базе сырьевого состава, технологических процессов и внешних воздействий и соответствующих предъявляемым требованиям согласно его назначению.
Предложены состав и технологии получения органоминеральной минеральной добавки «перлит - пластификатор» и быстротвердеющего высокопрочного композиционного вяжущего в системе «портландцемент - органо-
7 минеральная добавка» на основе аморфных перлитовых пород Мухор-Талинского месторождения.
Внедрение результатов исследования. Для внедрения результатов работы при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий на основе предложенных составов разработаны следующие нормативные документы: стандарт организации СТО 02066339-003-2010 «Композиционное вяжущее с органоминеральной добавкой на основе перлита»; технологический регламент на «Производство композиционного вяжущего с ультрадисперсным перлитом и органоминеральной добавкой на его основе».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройинду-стрии» (Белгород, 2007 г.), III Международной научной конференции. «Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов» (Сыктывкар, Республика Коми, 2007 г.), на I международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» (Харьков, 2009 г.), XIII-м Международном научном симпозиуме им. акад. М.А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Строительство - 2010» (Ростов-на-Дону, 2010 г.), V академических чтениях РААСН «Наносистемы в строительном материаловедении» (Белгород, 2010 г.), XV академических чтениях РААСН «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии (Казань, 2010 г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в десяти научных публикациях, в
8 том числе в трех статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. По результатам исследований получен патент. На защиту выносятся: анализ характера влияния процесса механоактивации на пуццолано-вую активность перлита; особенности структурообразования в системах «цемент — ультрадисперсный перлит» и «цемент — ультрадисперсный перлит - суперпластификатор»; составы композиционных вяжущих с ультрадисперсным перлитом и ОМД на его основе; закономерности изменения прочностных показателей композитов с ультрадисперсным перлитом и ОМД на его основе; принципы действия системы проектирования составов искусственных конгломератов; - результаты внедрения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 203 страницах машинописного текста, включающего 35 таблиц, 60 рисунков, список литературы из 180 наименований, 7 приложений.
Сущность механической активации материалов и области ее использования
Тема механохимии и механоактивации достаточно широко рассматривается в фундаментальных исследованиях как отечественных, так и зарубежных авторов [10-16].
Тонкое и сверхтонкое измельчение всегда сопровождается увеличением запаса свободной (внутренней и поверхностной) энергии измельченного продукта. Эту энергию с успехом можно использовать для увеличения эффективности последующих технологических процессов (ускорения химических реакций, процессов кристаллизации, получения новых материалов и т. п.). Огромное значение данного процесса прекрасно характеризуется словами великого русского ученого Д.И. Менделеева: «Чтобы между твердыми телами протекали реакции, необходимо сколь мелко измельчить и перемешать их между собой. Через это взаимодействие значительно ускоряется».
В последнее время в строительной индустрии широко и многопланово исследуют проблему воздействия механохимических превращений на технологию и физико-технические свойства строительных материалов и, прежде всего, цемента [17-35]. Тонкое измельчение является основным способом подготовки минерального сырья, обеспечивающим его переход в химически активное состояние. Установлено, что часть механической энергии, подведенной к твердому телу во время измельчения, усваивается им в виде новой поверхности, линейных и точечных дефектов. По разным оценкам от 10 до 30 % энергии остается в твердом теле, что и обеспечивает повышение его химической активности. В результате исследования патентов установлено, что Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН (г. Новосибирск), Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова (г. Белгород), Казахский национальный технический университет им. К. И. Сатпаева (г. Алматы) являются ведущими исследовательскими центрами в данной области. Механоактивация материалов в мельницах является наиболее распространенной технологической операцией в современном производстве. При механической обработке порошкообразных неорганических веществ поле напряжений возникает не во всем объеме твердой частицы, а на поверхности ее контакта с другой частицей или мелющим телом. Разрушающее воздействие имеет импульсный характер во времени с чередованием процессов возникновения поля напряжения и его релаксации и локальным характером механического воздействия на вещество. При этом в рабочем барабане механо-активатора протекают различного рода твердофазные процессы, начиная от полиморфных переходов и кончая реакциями разложения [21]. Процесс измельчения материалов силикатного состава сопровождается разрушением кристаллической решетки и расщеплением силоксановой связи, в результате на поверхности силикатов образуются ионы 02Si - и C Si , которые, в свою очередь, могут являться активными центрами реакции присоединения [25].
Современные представления о факторах, оказывающих влияние на физико-технические свойства цемента, позволяют утверждать, что сегодня его потенциальные возможности используются далеко не полностью, вследствие чего для достижения проектной прочности бетонных изделий приходится перерасходовать значительное количество этого дорогостоящего материала. Цементный камень даже после очень больших сроков твердения содержит до 50% негидратированной клинкерной части, играющей роль скорее инертного наполнителя, чем вяжущего материала. По аналогии с бетоном, состоящим из крупного и мелкого заполнителя, структура затвердевшего цементного камня получила название «микробетон» [Юнг]. Зависимости свойств цемента от его минералогии, дисперсности и гранулометрии являются хорошо изученными вопросами, однако не допускают вне заводской корректировки. В то же время существуют доступные и эффективные способы изменения физико-технических характеристик цементного порошка путем введения в его состав дисперсных минеральных добавок [36-39]. Минеральные добавки, используемые в цементных композициях, можно условно разделить на активные (пуццолановые) и инертные. Условность такого деления объясняется изменением свойств материалов в зависимости от их дисперсности. Так некоторые материалы, считающиеся инертными, при более тонком измельчении приобретают активность, и даже способность к самостоятельному твердению. Зачастую именно степень измельчения сырьевых компонентов, а не их состав или химическая активность, определяет технико-экономические результаты их использования [37, 39]. Многие специалисты в области химии твердого тела объясняют активацию веществ при измельчении деформациями кристаллической решетки и дислокациями в твердом теле. Эти изменения, накапливаясь и локализируясь в определенных объемах, приводят к разрушению твердых тел. Измельчаемое кристаллическое вещество приобретает избыточную энергию, накопленную в виде энергии поверхностных слоев и зон остаточных напряжений. В соответствии с принципом Ле-Шателье в системе, содержащей минеральное вещество, активированное измельчением, должны протекать процессы, поглощающие избыточную энергию. Такими процессами могут быть химические реакции или физические превращения кристаллических тел [40, 41]. К наиболее характерным изменениям строения, состава и свойств минералов при их измельчении можно отнести следующие: — переход вещества в новую модификацию; — аморфизация вещества; — дегидратация и гидратация; — диссоциация карбонатов; — твердофазные реакции; — изменение структуры и координационного числа атомов в кристаллах при измельчении; — деструкция минерального вещества при диспергировании; — механохимические реакции между органическими и неорганическими веществами; - изменение физико-химических свойств после механоактивации при тонком измельчении минеральных веществ; - изменение теплоты смачивания после механоактивации; - повышение растворимости минералов и др. Актуальность проблемы механоактивации возросла в связи с расширением выпуска тонкомолотых многокомпонентных цементов с повышенным количеством кремнеземсодержащих добавок [26, 27]. При одинаковой прочности такие цементы могут содержать на 15-30 % больше минеральных добавок, в том числе добавок-наполнителей.
Исследование процесса диспергирования и механохимической активации перлита
Совмещенный термогравиметрический и дифференциально-термический анализ выполняли на дериватографе - Q1500 D (MOM Paulik-Paulik-Erdey, Венгрия). Дериватограф измеряет одновременно изменение массы (ТГ), скорость изменения массы (ДТГ), изменение энтальпии (ДТА), изменение температуры (7). Температурный режим — динамический; скорость нагрева — 10 град/мин; конечная температура - 1000С. Тигель - алундовый.
Микроструктурные исследования и количественный анализ микроструктуры образцов проводились с помощью программно-аппаратного комплекса, включающего высокоразрешающий растровый электронный микроскоп (РЭМ) «Хитачи-8-800», совмещенный с персональным компьютером. Для анализа использовался специально разработанный пакет программ автоматической обработки РЭМ-изображений «STIMAN», позволяющий получать практически все морфологические показатели микроструктуры (размер и форму структурных элементов, их ориентацию в пространстве), а также оценивать величину пористости и удельной поверхности.
Одним из важнейших моментов при исследовании микроструктуры с помощью РЭМ является подготовка образцов. В связи с тем, что камера образцов РЭМ находится в глубоком вакууме, образцы перед изучением их микроструктуры должны быть полностью обезвожены. Среди специальных методов сушки наиболее эффективен метод вакуумной морозной (сублимационной) сушки. Суть метода заключается в «мгновенном» замораживании влажных образцов при температуре жидкого азота (-196С). При этом вся поровая влага, не успев закристаллизоваться, переходит в твердое псевдоаморфное состояние. Такой переход не сопровождается объемным расширением образующейся фазы и не вызывает каких-либо разрушений микроструктуры образца. Затем замороженные образцы переносят в вакуумную камеру сублимационной установки, где высушиваются при нужных отрицательных температурах за счет сублимации замерзшей влаги в вакууме.
Для получения качественного изображения в РЭМ применялась методика термического напыления образцов в вакууме. Для этого предварительно наносилась тонкая (1-2 нм) электропроводная углеродная пленка, а затем проводилось напыление пленки золота толщиной 10-20 нм.
При проведении качественного анализа микроструктуры были выполнены следующие основные требования: 1. При подготовке образцов для анализа реальная микроструктура не была искажена, т.е. получена ненарушенная поверхность, в максимальной степени отражающая реальную микроструктуру образца. 2. Выбранный режим работы РЭМ, обеспечивал получение изображений, с одной стороны в максимальной степени отражающих истинную микроструктуру образца, а с другой - отвечающих формальным требованиям анализа, то есть получению бинарного (черно-белого) изображения. 3. Перед распространением результатов, полученных по одному «точечному» определению на весь образец, была установлена однородность микроструктуры. 2.2.3. Методы компьютерного моделирования В соответствии с методологией квалиметрии [150] разработана система комплексной оценки качества проектируемого искусственного конгломерата, как совокупности его свойств, обусловливающих способность удовлетворять определенным требованиям согласно назначению. В рамках проведения исследований были определены возможности и высокая эффективность применения ряда современных подходов для оптимизации действия аналитической подсистемы: — теория параллельных вычислений — необходима для визуализации процессов, происходящих в веществах [151]; — нейронные сети — используются для формирования «преданалитиче-ских зависимостей» и создания управляющих алгоритмов для системы оценки качества [152]; — пеория нечетких множеств — анализ экспериментальных данных, в которых описание неопределенностей реальных явлений и процессов проводится с помощью понятия о множествах, не имеющих четких границ [153]; — OLAP - аналитическая обработка информации в реальном времени [154]; — Data mining - способ анализа информации в базе данных с целью отыскания аномалий и трендов без выяснения смыслового значения записей. Моделирование процесса гидратации и трехмерной микрострукутуры цемента было осуществлено на базе модели CEMHYD3D, разработанной в Национальном институте стандартов и технологий (США) [155]. В ходе исследований проводилась обработка информации о гранулометрическом, химическом и минеральном составе перлита Мухор-Талинского месторождения. Основными этапами визуального моделирования стали: 1) получение и обработка двумерного изображения на основе распределения частиц по размерам; 2) определение автокорреляции C3S, C2S, С3А, C4AF и активной добавки; 3) создание трехмерного изображения частицы; 4) распределение фаз в трехмерном изображении; 5) создание модели гидратации. В модели гидратации описаны следующие пуццолановые реакции: с предполагаемым молярным объемом 101,8 см /моль для пуццоланового геля C SH . В отличие от традиционного C-S-H молярный объем и стехиометрия не зависят от температуры. Используемая версия модели подтвердила высокую степень согласованности с экспериментальными данными.
Исследование системы «портландцемент - перлит» в условиях нормального и термовлажностного твердения
Теория и практика строительного материаловедения на современном этапе свидетельствуют о том, что цементные растворы и бетоны постепенно переходят из разряда трех-четырех компонентных к шести-восьми и более компонентным системам, наполненным модификаторами различного функционального назначения. Химические добавки, комплексные модификаторы и микронаполнители являются сегодня неотъемлемой частью цементных и композиционных материалов. Преимущество структуры цементной матрицы с микронаполнителем заключается в том, что в ней создаются благоприятные условия для формирования межчастичных контактов, во многом определяющих прочность материала. В таких структурах локализуются внутренние дефекты, снижается концентрация напряжений. При рассмотрении механизмов повышения прочности наполненных цементных систем, особенно при использовании тонкодисперсных химически активных наполнителей, особого внимания заслуживают процессы гидратации и минералообразования, обеспечивающие в конечном итоге прочность твердеющих композитов.
В качестве активных минеральных добавок в настоящей работе исследовали тонко- и ультрадисперсный порошок перлита с удельной поверхностью 800 и 2100 м7кг соответственно. Долю перлита в смеси «портландцемент — перлит» варьировали в широких пределах: 1, 5, 10, 15, 20, 40 и 60 мае. % порошка перлита с удельной поверхностью 800 м /кг; 1, 5, 10, 15, 20 мае. % - с удельной поверхностью 2100 м2/кг. В качестве базового вяжущего был принят портландцемент ЗАО «Бел-городский цемент» марки ЦЕМ I 42,5Н (Syn = 315,5 м /кг, нормальная густота 27%, содержание S03 - 2,4%). Смеси каждого состава готовили в количестве 300 г. Смешивание портландцемента с добавками осуществляли в течение 20 мин в 3-х литровой шаровой мельнице (количество шаров — 5). Для определения прочности при сжатии вяжущих в системе «портландцемент — перлит» формовали стандартные малые образцы размером 20x20x20 мм из теста нормальной густоты (табл. 4.1, рис. 4.1). При подготовке цементного теста было отмечено, что введение тонко и ультрадисперсного перлита в количестве до 10% не вызывает увеличения вязкости системы и не требует дополнительной воды затворения. Подобный факт был описан в работе [109] для смешанных цементов с ультрадисперсными добавками и объяснялся возникновением баланса между факторами, влияющими на текучесть, а именно: увеличение вязкости за счет сокращения объема свободной воды и увеличения числа коагуляционных контактов компенсируется слабостью этих контактов из-за наличия на микрочастицах пленок адсорбционно-связанной воды. Таким образом, слабо контактирующие между собой частицы перлита, заполняющие промежутки между относительно грубодисперсными частицами цемента (рис. 4.2), способны скользить и перемещаться относительно друг друга, образуя относительно равномерную самоорганизованную структуру порошка композиционного вяжущего. Представленные изображения подтверждают относительно равномерное распределение ультрадисперсных частиц перлита (светлые зерна) между частицами клинкера (темные зерна) в порошке цемента. Соотношение размеров зерен перлита и цемента, как и предполагалось ранее, обеспечивают плотную укладку частиц уже в порошке вяжущего. Далее при затворении композиционного вяжущего водой частицы перлита будут способствовать созданию вязко-пластичной среды и равномерной и плотной структуры цементного теста, что согласно [165] может являться одной из важных предпосылок высокого качества цементного камня. Увеличение доли перлита в композиционных вяжущих сверх 10 мае. % повышает их водопотребность, причем более интенсивно в системах с ультрадисперсным перлитом (см. рис. 3.9). Избыточное количество воды затво-рения, как известно, приводит к образованию большого количества капиллярных пор и к снижению прочности цементного камня. Кроме того, с увеличением доли перлита его распределение в тесте композиционного вяжущего становится все более неравномерным, с выделением отдельных зон крупных кристаллов цементного клинкера и зон, преимущественно содержащих тонкодисперсные частицы перлита. Такая зональная структура, по всей видимости, также приведет к снижению прочности конгломератов. Все отформованные из смесей «цемент - перлит» образцы твердели в равных условиях, а именно: вначале суточная выдержка в формах при нормальном температурно-влажностном режиме, затем извлечение из форм и твердение в воде при температуре 22±3С. Испытания на прочность образцов (20x20x20 мм) из композиций с до-бавками тонкодисперсного (Sya = 800 м7кг) и ультрадисперсного (Sya = 2100 м"/кг) перлита проводили через 1, 3, 7, 14, 28 суток (табл. 4.2, рис. 4.3, 4.4).
Методология проектирования составов искусственных конгломератов
Любая из исследованных пластифицирующих добавок может быть использована совместно с перлитом в составе композиционного вяжущего. Эффективность их действия в значительной степени обусловлена присутствием в смесях ультрадисперсного перлита. Для достижения максимального эффекта действия комплексных добавок необходимо использовать наиболее рациональный способ их приготовления. Так, для смесей «перлит - С-3» и «перлит - Melment» рекомендовано осуществлять совместный помол и ме-ханоактивацию в высокоэнергетичных помольных аппаратах, а в случае использования Sika подготовка комплексной добавки должна сводиться к перемешиванию ультрадисперсного перлита с суперпластификатором.
Анализ процесса формирования твердеющих структур свидетельствует о том, что композиционным вяжущим системам свойственно реагировать на малейшие изменения условий гидратации. Эти изменения могут достигаться различными способами, например, использованием тонко- и ультрадисперсных наполнителей и пластифицирующих добавок. Известно, что адсорбция высокомолекулярных модификаторов на частицах цемента и гидратных фазах ведет к замедлению процесса гидратообразования в начальной стадии.
В процессе предварительного совместного помола минеральной и органической добавок пластификатор адсорбируется поверхностью ультрадисперсного перлита и не снижает активности клинкерных минералов на начальной стадии гидратации.
Тонкомолотые минеральные добавки, в отличие от цементных систем в значительно большей степени подвержены разжижающему влиянию суперпластификаторов. Это объясняется тем, что минеральные порошки, являющиеся инертными по отношению к воде, не проявляют гидравлической активности и, следовательно, не связывают определённое количество воды в гидраты. Минералы цементного клинкера и, особенно, алюминатные фазы с первых секунд водозатворения образуют гидраты, включающие в свою структуру большое количество молекул воды (СгАНв, САНю, C4A(F)Hi3, C4A(F)Hi9 и др.), снижая тем самым эффективность действия практически всех пластификаторов и суперпластификаторов.
Таким образом, введение в цементные системы тонко- и ультрадисперсного перлита, инертных по отношению к воде, позволяет создавать необходимые реологические условия для получения высокотехнологичных и удобоукладываемых смесей и формирования плотно упакованной структуры цементных материалов.
Применение тонко- и ультрадисперсного перлита в составе композиционных вяжущих в количестве до 20% приводит к повышению прочности от 10 до 30% в сравнении с прочностью цемента марки ЦЕМ I 42,5Н, причем эффект упрочнения нарастает с повышением дисперсности перлита.
Композиционные вяжущие с содержанием перлита до 20 мае. %, характеризуются быстрым набором прочности в ранние сроки твердения. В сравнении с цементом ЦЕМ I 42,5Н прочность композиционных вяжущих в ранние сроки на 25-60% выше, наибольшим эффектом характеризуются цементы с ультрадисперсным перлитом в количестве 5—15%.
Темпы прироста прочности композиционных вяжущих в период от 1 до 6 месяцев твердения составляют для различных составов 2,8-4,7 МПа в месяц, что существенно выше, чем прирост прочности образцов стандартного цементного камня (1,5 МПа). Это позволяет говорить о большей эксплуатационной надежности материалов на базе композиционных вяжущих.
Тепло-влажностная обработка эффективна для композиционных вяжущих с небольшими добавками (1 и 5 мае. %) перлита: прочность после пропарки равнялась прочности образцов 7-ми суточного твердения в нормальных условиях
Наибольшей прочностью обладают вяжущие, содержащие 3 мае. % ультрадисперсного перлита: ранняя прочность в сравнении с базовым цементом ЦЕМ I 42,5Н возросла на 60,8 %; 28-ми суточная — на 35,7 %, трехсуточная прочность составила 71 % 28-ми суточной прочности.
Установленное повышение прочности композиционного вяжущего является результатом влияния ультрадисперсной добавки на структуру и химико-минералогический состав цементного камня. Ультрадисперсный перлит, являясь добавкой-уплотнителем, способствует получению плотных и прочных структур, а также приводит к увеличению объема более прочных и устойчивых низкоосновных гидросиликатов кальция (ГСК) в твердеющей системе. Композиционные вяжущие чувствительно реагируют на изменения условий гидратации, связанные с присутствием в системе ультрадисперсного перлита и пластифицирующих добавок. Рациональное сочетание малых добавок минеральных и органических модификаторов позволяет модифицировать структуру цементного камня на микроуровне и придать материалу повышенную прочность, обеспечивающую высокую эксплуатационную надежность конструкций. Для достижения максимального эффекта действия комплексных добавок следует использовать наиболее рациональный способ их приготовления, например, для ОМД «перлит - Melment» совместный помол и механоактивацию в высокоэнерге-тичных помольных аппаратах.