Содержание к диссертации
Введение
1. Сухие строительные смеси, композиционные материалы на основе щелочесиликатных вяжущих 11
1.1. Композиционные вяжущие вещества. Виды и применение в сухих строительных смесях 11
1.2. Щелочесиликатные цементы 16
1.2.1. Натрийсиликатные цементы, их синтез и физико-механические свойства. Виды вяжущих композиций 16
1.2.2. Калийсиликатные цементы. Синтез, их вяжущие и адгезионные свойства. Области применения композиций на их основе 24
1.2.3. Смешанные щелочесиликатные цементы 34
1.3. Структура цементного камня. Особенности формирования структуры, влияние минеральных компонентов 37
1.4. Некоторые специальные области применения минеральных вяжущих веществ 44
1.4.1. Спелеоклиматотерапия 44
1.4.2. Огнезащита строительных конструкций 49
1.5. Выводы по главе 1 60
2. Объекты, методы и методики исследования 61
2.1. Характеристика исходных материалов 61
2.2. Методы испытаний и методики исследования 66
2.2.1. Методы исследования ингредиентов композиций 68
2.2.2. Математическое планирование эксперимента 71
2.2.3. Методики испытания адгезионных свойств щелочесиликатных цементов и композиций на их основе 75
2.2.3.1.. Определение прочности сцепления клеевой композиции с основанием 75
2.2.3.2. Методика определения устойчивости против скольжения (фиксирующей способности) раствора для приклеивания плитки 77
2.2.4. Методика испытания огнезащитных свойств строительных материалов 79
3. Разработка составов и исследование свойств композиций монощелочесиликатных цементов 80
3.1. Вяжущие свойства натрийсиликатных цементов 81
3.2. Вяжущие и адгезионные свойства калийсиликатных цементов 96
3.3. Особенности твердения калийсиликатных цементов 113
3.4. Свойства вяжущих с комплексными модификаторами 126
3.5. Выводы по главе 3 135
4. Разработка составов и исследование свойств композиций на смешанных щелочесиликатных цементах 136
4.1. Исследование свойств смешанных щелочесиликатных цементов 136
4.2. Исследование структурообразования смешанных щелочесиликатных цементов 139
4.3. Оптимизация состава смешанных щелочесиликатных цементов 155
4.4. Выводы по главе 4 165
5. Рациональные области применения щелочесиликатных цементов 166
5.1. Огнезащитные покрытия на калийсиликатном цементе 166
5.2. Клеевые композиции для крепления солеплиток и солеблоков в помещениях сильвинитовых спелеоклиматотерапевтических камер и спелеокомплексов 177
5.3. Выводы по главе 5 188
Основные выводы 189
- Натрийсиликатные цементы, их синтез и физико-механические свойства. Виды вяжущих композиций
- Методика определения устойчивости против скольжения (фиксирующей способности) раствора для приклеивания плитки
- Свойства вяжущих с комплексными модификаторами
- Исследование структурообразования смешанных щелочесиликатных цементов
Введение к работе
Актуальность работы.
Переход к рыночным отношениям требует изменений в подходах к
^ организации строительных работ и ассортименту применяемых материалов.
Изменения в ассортименте применяемых строительных материалов в свою очередь обусловлены новыми технико-экономическими требованиями к строительству:
минимизации трудозатрат на строительном объекте; А - сокращение сроков строительных работ;
минимизации расхода материалов;
повышении качества выполняемых работ;
увеличении срока эксплуатации объекта.
Все это позволяет повысить экономическую эффективность
/А строительства или ремонта и, следовательно, обеспечение
конкурентоспособности при применении новых материалов.
Значительное увеличение объемов ремонтно-строительных работ привело к увеличению производства сухих строительных смесей, как
общестроительного, так и специального назначения [1,2].
ш
Высокое качество сухих смесей обеспечивается стабильностью состава
смесей и свойствами применяемых ингредиентов. Важнейшую роль играют
различные добавки, в том числе полимерные, придающие сухим смесям
требуемые свойства.
В смесях общестроительного назначения применяются традиционные
вяжущие вещества (цемент, известь, гипс), фракционированные заполнители
(песок, перлит, вермикулит), наполнители (известняковая мука, молотый
кварцевый песок), а также полимерные добавки (метилцеллюлоза,
оксиметилциллюлоза и др.).
К смесям специального назначения могут предъявляться самые разнообразные требования, например, высокая адгезия к различным
материалам, сочетаемая с такими свойствами, как коррозионная стойкость, жаростойкость, водонепронецаемость и другими.
Перечисленные, а также и другие свойства смесей специального назначения во многом определяются свойствами применяемого вяжущего.
Ассортимент порошкообразных неорганических вяжущих веществ, пригодных для производства жаростойких, теплоизоляционных, коррозионностойких материалов ограничен и представлен, в основном, водорастворимыми гидросиликатными порошками (ГСП) или безводными силикат-натриевыми стеклами (БСН).
Сухие смеси специального назначения в настоящее время ввозятся, преимущественно, из-за рубежа, при этом важной задачей является разработка составов из местных сырьевых ресурсов.
Поэтому, задача создания производства цементов гидратационного твердения, сочетающих высокую адгезию к бетонам, кирпичу, дереву, металлу с высокой собственной механической прочностью, а также стойкостью к действию высоких температур и химической сопротивляемостью является своевременной.
Такими вяжущими, обладающими вышеперечисленными свойствами являются щелочесиликатные цементы [3]. Однако, вопросы технологии синтеза щелочесиликатных цементов, в том числе, полученных на основе композиций смешанного состава, а также вопросы применения таких цементов в смесях специального назначения изучены недостаточно.
Таким образом, исследование состава, структуры и свойств щелочесиликатных цементов, в том числе, смешанного состава, в сочетании с наполнителями различной природы и разработка технологии их производства является актуальной задачей.
7 Цель работы
Разработка составов, исследование закономерностей образования структуры и свойств строительных композиций на основе щелочесиликатных вяжущих.
Задачи исследования:
Провести научно-технологическое обоснование получения щелочесиликатных вяжущих на основе местного минерального сырья и техногенных отходов;
Исследовать процессы твердения и закономерности структурообразования щелочесиликатных вяжущих в том числе смешанного типа;
Установить возможность модифицирования щелочесиликатных цементов комплексными органоминеральными добавками;
Разработать составы и исследовать физико-химические и эксплуатационные свойства строительных композиций на основе монощелочесиликатных и смешанных щелочесиликатных вяжущих;
Оценить экономическую эффективность разработанных составов и провести апробацию результатов исследований в производственных условиях.
Автор защищает:
Экспериментально-техническое обоснование материаловедческих и технологических принципов формирования структуры и свойств строительных композиций на основе щелочесиликатных вяжущих;
Составы сухих смесей и композиций, установленные технологические особенности их применения;
Зависимости физико-технических показателей композиций от их состава;
8 4. Закономерности структурной модификации строительных вяжущих
композиций путем введения наполнителей и ацетоноформальдегидной
смолы АЦФ-ЗМ с целью повышения их эксплуатационных
показателей.
Научная новизна работы:
Разработаны основные материаловедческие и технологические принципы получения эффективных составов сухих смесей на основе щелочесиликатных вяжущих;
Показана эффективность использования в составе щелочесиликатных вяжущих минеральных дисперсных кремнеземсодержащих наполнителей;
Выявлены основные закономерности улучшения структуры за счет применения наполнителей и органических модификаторов структурирующихся в условиях повышенной щелочности;
Доказана высокая адгезионная способность разработанных составов (клеев) к металлу, бетону, дереву, горным породам (карналлит, сильвинит);
Получены экспериментальные данные по эффективности применения разработанных составов для огнезащиты строительных конструкций.
Практическое значение и реализация работы:
Разработана новая группа сухих строительных смесей, включающая смешанные щелочесиликатные вяжущие, наполненные добавками-модификаторами и характеризующиеся высокими физико-механическими свойствами. Определены оптимальные составы смешанных щелочесиликатных вяжущих.
Получены высокопрочные, быстротвердеющие, с хорошей адгезией к различным видам подложек щелочесиликатные цементы и клеевые композиции на их основе.
Определены оптимальные составы композиционных материалов для работы в условиях высоких температур (протокол №48 т/ф по оценке огнезащитной эффективности огнезащитного покрытия).
В ОАО «Горнозаводскцемент» и ООО «Стройогнеупор» в 2004 г. выпущены опытные партии щелочесиликатных вяжущих, в том числе, смешанного типа.
В ОАО «Горнозаводскцемент» и ООО «Стройогнеупор» в 2004 г
выпущена опытно-промышленная партия сухих строительных смесей
специального назначения.
ф Результаты разработок внедрены в ООО «МОСТ» при работах по
отделке стальных конструкций огнезащитным покрытием.
Разработанные составы клеевых композиций использовались для
крепления дробленной сильвинитовой руды на поверхность
спелеоклиматической камеры в спелеоклассе лицея №1 Пермского
—. государственного технического университета. Спелеоклас спроектирован и
смонтирован специалистами ООО «Научно-внедренческое управление» (г.
Березники) совместно с региональным центром безопастности и здоровья
человека «Техновита» ПГТУ и является уникальным и единственным в своем
роде «комнатой живого воздуха». Приведенный экономический эффект
' ^Р составляет 20 руб/м .
Апробация работы
Результаты диссертационной работы докладывались на
международных, всероссийских и региональных: научно-технической
щ конференции: «Строительство и образование», УПИ г. Екатеринбург в 2001,
2002 гг.; на научно-технической конференции молодых ученых Пермской области в 2002 г.; на ежегодных научно-технических конференциях молодых ученых и аспирантов Строительного факультета ПГТУ в 2003, 2004 гг.; на XXX юбилейной научно-технической конференции ПГТУ Строительного факультета, посвященной 50 летию Пермского государственного
10 технического университета, г. Пермь в 2003 г; на научно-технической
конференции, г. Санкт-Петербург, 2003 г; на научно-технической
конференции, г. Саранск, 2005 г; полученные силикатные связующие и
композиционные материалы на их основе демонстрировались на
международной выставке «Строительство и ремонт» (г. Пермь, апрель 2001
г.).
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Натрийсиликатные цементы, их синтез и физико-механические свойства. Виды вяжущих композиций
Производство сухих смесей в настоящее время становится отдельным направлением в промышленности строительных материалов. Несмотря на сравнительно высокую первоначальную стоимость сухих композиций, простота их применения делает их весьма популярными во всем мире, в том числе, и в России. Сухие строительные смеси (ССС) стали обычной продукцией зарубежных цементных заводов. Специализация сухих строительных смесей, их ресурсосберегающий и экологический эффект непосредственно связаны с видом применяемых вяжущих, их составом и количеством вводимых ингредиентов.
Весьма перспективными направлениями в производстве сухих строительных смесей специального назначения (солестойких, огнестойких) являются пути создания вяжущих, обладающих высокой активностью и хорошими адгезионными характеристиками при нанесении на различные материалы - металлы, кирпич, бетон, дерево и др. Из химических вяжущих наибольший интерес для ССС представляет силикат-глыба. Силикат-глыба - это прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов: силиката натрия или калия. Из-за слабой растворимости в воде, силикат-глыба использовалась только в жаростойких бетонах и растворах [4]. Для повышения растворимости силикат-глыбы в воде при обычной температуре В. И. Логаниной с сотрудниками [5] была предложена механохимическая активация силикат-глыбы хлористым кальцием (СаСЬ). Совместный помол силикат-глыбы с хлористым кальцием приводит к усилению вяжущих свойств и упрочнению твердеющей системы за счет образования гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. На основе модифицированной силикат-глыбы и глины разработана рецептура шпаклевочных составов, рекомендуемых для отделки бетонных и штукатурных поверхностей. Для приготовления кислотоупорных бетонов, растворов и замазок применяют кислотоупорный цемент. Он состоит из сухой смеси: 85% молотого андезита или диабаза, кварцевого песка или других кислых магматических горных пород и 15% кремнефтористого натрия (Na2SiF6). При затворении порошка жидким стеклом протекает реакция с образованием соли сильной кислоты (NaF) и геля кремниевой кислоты, которые не взаимодействуют с кислотами. Известны [6] сухие смеси, предназначенные для герметизации подземных и подводных помещений, в которых начинаются течи. В состав многокомпонентного вяжущего здесь входит портландцемент, силикат-глыба и другие ингредиенты. Для сухих композиций специального назначения широко используются гидросиликат-порошки (ГСП), хорошо растворимые щелочные силикаты, образующие водные растворы, по вяжущим свойствам аналогичные жидкому стеклу. Использование ГСП в качестве добавки к портландцементу позволяет ускорить процесс твердения цементного камня и существенно улучшить его строительно-технические свойства [7].
По данным работы [7], за рубежом ГСП используют в качестве добавки в цемент при захоронении токсичных и радиоактивных отходов. При этом силикаты не только ускоряют схватывание и набор прочности в ранний период, но и уменьшают подвижность и выщелачивание из цементного каркаса опасных веществ, препятствуя их попаданию в грунтовые воды. Так,-большинство ионов тяжелых металлов с повышением щелочности среды, создаваемой присутствием ГСП, осаждаются в виде нерастворимых гидрооксидов [8].
Применяют гидросиликат-порошки [7], и в составе сухих кислотостойких композиций (смеси тонкомолотого кварцевого песка, гексафторсиликата натрия и ГСП). Прочность и кислотостойкость образующегося при этом камня не хуже, чем цементного камня, полученного из обычного кислотостойкого цемента, затворяемого жидким стеклом [9]. Известно применение в нефтедобывающей промышленности тампонажных растворов на основе щелочных силикатов (жидкого стекла и силикат-глыбы) [10]. Гидросиликат-порошки позволяют получать тампонажные сухие композиции, легко растворяемые непосредственно в скважине (холодной или горячей) и удобные для транспортировки. Быстрорастворимый гидросиликат натрия предложено использовать для изготовления сухих жаростойких композиций [11].
С 1867 года, Сорель открыл вяжущие свойства оксихлорида магния -магнезиальное вяжущее. Его многие свойства лучше, чем портландцемента: они при твердении обеспечивают очень высокую огнестойкость и низкую теплопроводность, хорошую износостойкость, прочность при сжатии и изгибе.
Известны щелочные алюмосиликатные связующие, разработанные для применения их в производстве теплоизоляционных, огнезащитных, коррозионностойких защитных покрытий, а также для получения на их основе высокопрочных и жаростойких материалов. Отмечено, что наилучшие физико-механические характеристики получены для искусственного камня, содержащего в своем составе смесь щелочных оксидов Na20+K20 [12].
Новые виды вяжущих - щелочесиликатные цементы, разработанные Федоровым Н. Ф. с сотрудниками [13, 14], по своим физико-механическим свойствам являются одними из лучших среди вышеперечисленных вяжущих веществ, применяемых в составе сухих смесей специального назначения.
Возможность использования щелочесиликатных цементов в составе сухих, красочных и декоративных композиций показана в работе [3]. В связи с этим настоящая работа посвящена исследованию закономерности твердения наполненных щелочесиликатных вяжущих и исследованию физико-технических и эксплуатационных свойств данных композиций, приведены сведения о возможных областях применения разрабатываемых вяжущих веществ.
Методика определения устойчивости против скольжения (фиксирующей способности) раствора для приклеивания плитки
Примером таких смешанных вяжущих служат вяжущие низкой водопотребности (ВНВ), положившие начало развитию технологии композиционных вяжущих веществ [55]. В составе ВНВ присутствует 50-70% молотого шлака или кварцевого песка, что обеспечивает ту же прочность, что и у исходного портландцемента. Повышение прочности цементного камня на 70-80% общего вклада достигается за счет снижения водопотребности смеси и повышения плотности цементного камня, и на 20-30% за счет увеличения тонкости помола и удельной поверхности цемента, и создания за счет этого более прочной и монолитной тонкозернистой структуры материала. В процессе гидратации размеры пор в цементном камне уменьшаются, однако в геле полностью гидратированного цемента остаются внутренние пустоты, называемые порами геля. Размер этих пор очень мал, в них невозможно образование зародышей гидратных фаз, и поэтому они не могут зарасти новообразованиями. Наряду с порами геля в цементном камне сохраняются более крупные капиллярные поры, образовавшиеся при приготовлении цементного теста. Таким образом, микроструктура цементного камня состоит из непрореагировашпих зерен цемента, новообразований и микропор различных размеров. Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция, которые имеют кристаллическое и полукристаллическое или аморфное строение. В цементном камне нормального твердения и в оболочке новообразований, вблизи границы с исходным материалом, где возможности роста кристаллов ограничены, преобладают гелеобразные субмикрокристаллические продукты гидратации. Влияние различных минеральных добавок на прочность безгипсового портландцемента (БГПЦ) расмотрено в работе [56]. Так, быстротвердеющий и твердеющий на морозе цемент может быть получен при использовании калийной минеральной добавки (КМД = К20 (18%) - Si02 (54%) - А1203 (21%)), что в значительной степени лучше введения обычного поташа (К2С03) для тех же целей [56]. Улучшение структуры цементного камня и повышение прочности может быть достигнуто при введении в портландцемент, наряду с пуццолановым компонентом, сульфата натрия Na2S04 в сочетании с другими электролитами. Избыточное количество щелочи связывается в низкоосновные гидросиликаты кальция, что и составляет основу повышения прочности цементного состава. В присутствии силиката натрия (жидкого стекла) повышается прочность и улучшаются свойства БГПЦ за счет ускорения синтеза и большого количества гелеобразных гидросиликатов кальция в условиях сильной щелочной среды. При полной гидратации цемента пористость уменьшается при понижении В/Ц, а также за счет уплотнения цементного теста, поэтому синтез прочности гидравлических вяжущих веществ является процессом уплотнения развивающейся системы и кристаллизационного срастания отдельных кристаллитов и флокул цементной массы. Таким образом, решение задачи повышения прочности сводится к структурному аспекту повышения уплотнения цементного камня, что может быть достигнуто через ускорение и углубление гидратации клинкера или за счет высокой исходной концентрации цемента в водовяжущей системе [57]. При применении супертонких минеральных компонентов, например, микрокремнезема процесс структурообразования интенсифицируется. В этом случае частицы минерального компонента заполняют поры между частицами цемента, уменьшая пористость и повышая плотность цементного камня, однако при. этом микрокремнезем увеличивает водопотребность цементного камня, что требует введения суперпластификаторов. Меняя водоцементное отношение, за счет введения суперпластификаторов, и количество микрокремнезема, можно активно управлять структурообразованием цементного камня и получать оптимальную структуру 0k и свойства в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Как показано выше (см. разд. 1.2.), рассматриваемые в данном обзоре процессы гидратации щелочесиликатных цементов, как натриевых, так и калиевых, идентичны процессам гидратации портландцемента. Здесь также наблюдается гидролиз и последующая гидратация соединений, лф присутствующих в исходных полиминеральных спеках, с образованием соответствующих гидросиликатов натрия и калия. В продуктах твердения отмечено также образование гелеобразной кремнекислоты, как результат взаимодействия продуктов спекания с водой, особенно для составов, содержащих Si02 более 85%. В тоже время в работах [13, 14, 16, 20-21, 31], посвященных синтезу и исследованию свойств щелочесиликатных цементов слабо отражены вопросы структурообразования цементного камня, отсутствуют данные, свидетельствующие об образовании в процессе гидратации цементного геля. Не ясно также представляет ли собой гидратированный цемент коллоидно- кристаллизационное вещество, как все цементы. Кроме того, изменения происходящие в структуре цементного камня не рассмотрены во времени. Известно, что структура портландцементного камня определяет его пористость. Исследований, посвященных изучению поровой составляющей структуры щелочесиликатного цементного камня, не проводилось, из-за сложности их организации, в связи с высокой водорастворимостью продуктов твердения.
Однако можно предположить, что щелочесиликатный цементный камень тоже имеет пористость: капиллярную, контракционную и гелевую.
Учитывая, что щелочесиликатные цементы могут служить основой для изготовления композиционных материалов, представляется целесообразным дальнейшее исследование свойств этих цементов, процессов их гидратации и структурообразования.
Свойства вяжущих с комплексными модификаторами
Меньшее количество гидротетрасиликата калия (эндоэффект при 450С) по данным ДТА для цемента состава К-2, чем для цемента состава К-1, обуславливает у него более низкую величину механической прочности (Rc K7cyT=50 МПа). В то же время, адгезионная прочность цемента состава К-2 к 28 суткам воздушного твердения возрастает по отношению к суточному возрасту в 2 раза и превышает ROTp28cyr цемента состава К-1, что и можно объяснить наличием значительного объема кремнегеля в продуктах твердения цемента состава К-2. Кремнегель обладает значительной цементирующей способностью, однако, только сочетание в продуктах твердения кремнегеля и кристаллогидрата тетрасиликата калия позволяет обеспечить высокие адгезионные и механические свойства цементам калийсиликатного состава.
Таким образом, твердение калийсиликатных цементов обусловлено, в основном, гидратацией тетрасиликата калия K2O4Si02+H20- K204Si02-H20, что обеспечивает высокую механическую прочность всем составам цементов.
Из проведенных исследований можно сделать вывод о природе прочности при сжатии (когезии) и прочности на отрыв (адгезии) у исследованных калийсиликатных цементов.
Так, анализ результатов показал, что твердение калийсиликатных цементов обусловлено, в основном, процессами гидратации тетрасиликата калия с образованием его кристаллогидрата, обеспечивающего высокие механические свойства цементного камня. Одновременно, при взаимодействии цемента с водой возникает щелочная среда, как за счет высокой растворимости дисиликата калия, имеющегося в цементе, так и за счет гидролиза К2СОз исходной шихты и образования бикарбоната калия (КНСОз).
Для определения рН-среды калийсиликатного цемента затворенного водой был использован прибор "рН-метр И-120.2" по которому величина рН через 65 мин от начала гидратации составила 12,21, что является достаточно высоко-щелочной средой для системы вяжущее - вода (см. рис. 31).
Изменение щелочности раствора во времени Щелочная среда частично растворяет остаточный кремнезем и является катализатором образования гелеобразной кремнекислоты, обладающей высокой цементирующей способностью, обеспечивающей приобретение цементом значительных адгезионных свойств, в том числе к металлам. В то же время высокие адгезионные свойства калийсиликатиых цементов могут быть обеспечены, только в том случае, если в составе продуктов твердения цемента, кроме кремнегеля, имеется гидротетрасиликат калия (K20-4Si02-H20).
Кристаллогидрат тетрасиликата калия является минералом, обеспечивающим процессы твердения калийсиликатиых цементов. Эффект "ножниц" по механической прочности, обнаруженный ранее в работе [3] и описанный выше (п. 3.1.) обусловлен тем, что за счет быстрого образования в продуктах твердения цемента значительного количества гидросиликата калия, состава K?0-4Si02-H20, формируется высокая механическая прочность в ранние сроки твердения и продолжается наращивание ее в последующем. В тоже время, продукты твердения не имеют значительного количества геля кремневой кислоты, чтобы обеспечить достижение максимальной величины адгезионной прочности. При образовании же в продуктах твердения большого количества кремнегеля, в котором размещается гидросиликат калия K20-4Si02-H20 возникает эффект "ножниц" с отрицательным знаком, т. е. начинает нарастать в первую очередь прочность на отрыв и рост адгезионной прочности продолжается до 28 суток, при этом величина прочности достигает более высоких значений, чем в предыдущем случае, а механическая прочность данного цемента оказывается несколько меньше прочности цемента, рассматриваемого выше.
В последнее время возрос интерес к лигносульфонатным добавкам. Рядом исследователей [93,94] обоснована технико-экономическая эффективность применения таких добавок, как ацетоноформальдегидные смолы марки АЦФ и их модификаций. Добавка АЦФ (0,10-0,15%) снижает водопотребность смесей до 15%, обеспечивает консервацию подвижности до 1,5 часа, увеличивает прочность равноподвижной смеси до 50% или позволяет экономить расход вяжущего в размере 15-25%, повышает в 2-3 раза водонепроницаемость и морозостойкость бетона, сокращает продолжительность тепловой обработки на 2-3 часа. Способность АЦФ-олигомеров, обладающих поверхностно-активными свойствами, проявлять свойства полимеров, отверждаемых в щелочной среде, предопределяет их перспективность применения в качестве модификаторов структуры и свойств композиционных материалов. Применение комплексных модификаторов (пластификатор - ускоритель твердения - наполнитель) позволяет обеспечить функциональный эффект. Экспериментально установлено, что по основному эффекту действия добавка АЦФ-смола является среднепластифицирующей (III группа) [95]. Молекулярная масса АЦФ-смолы колеблется в пределах 250...300, она способна неограниченно растворяться в воде при комнатной температуре. Экспериментально установлено, что введение АЦФ-ЗМ олигомера в водный раствор снижает поверхностное натяжение (см. рис. 32).
Исследование структурообразования смешанных щелочесиликатных цементов
Анализ изолиний, (см. рис. 52, 53) показывает, что на основе калийсиликатного и натрийсиликатного цементов могут быть получены смешанные щелочесиликатные цементы, механическая прочность которых превосходит прочность составляющих цементов в 2-3 раза.
Наибольший интерес вызывают результаты, полученные при использовании в составе смешанных цементов высокопрочного калийсиликатного цемента (Ксж =54,0 МПа) и малопрочного натрийсиликатного цемента (R =2,0 МПа) в количестве от 20 до 80%.
Прочность смешанных щелочесиликатных цементов, в которых калийсиликатный цемент (RC K = 54,0 МПа) содержится в количестве 65-80 %, достигает очень высоких значений равных 86-106 МПа, что в 1,5-2 раза выше прочности исходного калийсиликатного цемента. В то же время оказалось, что введение добавки 20 % высокопрочного калийсиликатного цемента (Rc-A-"l = 54,0 МПа) в базовый натрийсиликатный цемент (RC K =2,0 МПа) обеспечивает получение смешанных щелочесиликатных цементов прочностью до 46,0 МПа, что превышает прочность базового цемента в 20 раз.
При применении в качестве базового - натрийсиликатного цемента (ROK28-52,0 МПа) характер зависимости остается прежним. Однако установлено, что при введении 20 % калийсиликатного цемента (RC.M =54,0 МПа) величина прочности при сжатии составляет 70,0 МПа, против 40,0 МПа для натрийсиликатного цемента (ROK =2,0 МПа), но в этом случае прирост прочности от базового составляет всего в 1,75 раза, против 20 раз в предыдущем случае. Далее, для смешанных щелочесиликатных цементов, на базе натрийсиликатного цемента (11сж = 52,0 МПа), при введении 70-80 % высокопрочного калийсиликатного цемента (R =54,0 МПа) величина механической прочности осталась прежней и составила 90,0-102,0 МПа. Т. е. для получения высокопрочных щелочесиликатных цементов, при содержании в составе смеси высокопрочного калийсиликатного цемента в количестве 70-80 %, прочность базового натрийсиликатного цемента значительной роли не играет. Таким образом, главная роль в формировании высокой механической прочности принадлежит высокопрочному калийсиликатному цементу. Однако, при использовании высокопрочного натрийсиликатного цемента (RCVK =52,0 МПа) и при снижении содержания калийсиликатного цемента (RC/K =54,0 МПа) с 80 до 20 % наблюдается меньший перепад прочностных характеристик (всего на 30,0 МПа), чем при применении в составе смеси базового натрийсиликатного цемента (ЯсЖ =2,0 МПа), когда снижение прочности составляет 60,0 МПа, (см. рис. 55а,б).
Из приведенных данных следует, что на прочность смешанных щелочесиликатных цементов в значительно большей степени оказывает влияние изменение прочности используемого калийсиликатного цемента, чем натрийсиликатного.
Если содержание калийсиликатного цемента будет составлять 80 % (Ксж28= 10,0-54,0 МПа), то прочность смешанных цементов (независимо от вида натрийсиликатного цемента) будет изменяться от 16,0 МПа до 102,0 МПа, т. е. при повышении прочности исходного калийсиликатного цемента в 5 раз, прочность при сжатии смешанных цементов будет повышаться в 10 раз.
Если в составе смешанных цементов содержится 20 % калийсиликатного цемента и прочность при сжатии КСЦ изменяется в том же интервале, то и прочность при сжатии будет зависеть от вида применяемого натрийсиликатного цемента. Для натрийсиликатного цемента с Re 28 = 2,0 МПа повышение прочности произойдет в 3 раза (от 14,0 до 42,0 МПа), а при натрийсиликатном цементе с Ксж =52,0 МПа повышение прочности произойдет V% в 1,75 раза (от 42,0 до 70,0 МПа).
Изучение изолиний показало, что формирование высокой механической прочности у смешанных цементов происходит вследствие проявления синергического эффекта. Если в смеси с калийсиликатным цементом находится какой-либо наполнитель, например, тонкомолотый кварцевый песок в щ количестве до 30 %, то синергический эффект не наблюдается. В работе [3] отмечено лишь отсутствие потери прочности при сжатии калийсиликатного цемента, т.е. прироста механической прочности, при введении 30 % тонкомолотого кварцевого песка не обнаружено, что подтверждает, высказанное выше положение, о том, что только синергический эффект от с взаимодействия двух щелочесиликатных цементов является причиной повышения механической прочности смешанных цементов. Следует отметить, что зависимости, полученные для прочности при сжатии смешанных цементов в 28 суток твердения присущи и цементам в 7-ми суточном возрасте. На рис. 54, 55 приведены графики, показывающие возможность определения состава смешанных цементов при заданной величине их механической прочности в возрасте 7 и 28 суток воздушного твердения, и в зависимости от прочности, имеющихся для этого, исходных калийсиликатного и натрийсиликатного цементов. Полученные выше уравнения регрессии позволяют решать Щ экстраполяционные задачи, т. е. прогнозировать прочность и состав смешанных щелочесиликатных цементов при применении в составе смеси калийсиликатных цементов прочностью при сжатии 80,0-100,0 МПа.
