Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Высокоэффективный мелкозернистый бетон с добавкой углерод-кремнеземистого наномодификатора

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Диссертационная работа выполнена в рамках: фундаментальной НИР по заданию Министерства образования и науки РФ 7.1429.2011 «Развитие теории синтеза и модифицирования наноструктурированных строительных композиционных материалов с разработкой методов оптимизации несущих и ограждающих конструкций на их основе» — мероприятия 1.4.1 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России… Читать ещё >

Высокоэффективный мелкозернистый бетон с добавкой углерод-кремнеземистого наномодификатора (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. Состояние вопроса
    • 1. 1. Углеродные и кремнеземсодержащие микро- и нанодисперсные модификаторы цементных композиций
      • 1. 1. 1. Анализ способов получения углеродных наноматериалов
      • 1. 1. 2. Механизмы влияния углеродных наномодификаторов на процессы структурообразования и свойства цементных композиций
      • 1. 1. 3. Микро- и нанодисперсные кремнеземсодержащие материалы и способы их получения
      • 1. 1. 4. Роль микро- и нанодисперсных кремнеземов в регулировании свойств цементных композиций
    • 1. 2. Наноструктурные шунгитосодержащие породы и их применение в строительном материаловедении
      • 1. 2. 1. Особенности структуры, классификация и физико-химические свойства шунгитосодержащих пород
      • 1. 2. 2. Анализ применения шунгитосодержащих пород в технологии строительных материалов
    • 1. 3. Теоретические предпосылки исследований
    • 1. 4. Выводы
  • 2. Применяемые материалы и методы исследований
    • 2. 1. Характеристика применяемых материалов
    • 2. 2. Характеристика приборов, оборудования и методов исследований
      • 2. 2. 1. Методы минерального и химического анализов
      • 2. 2. 2. Методы исследования дисперсности порошковых материалов и твердых фаз суспензионных систем
      • 2. 2. 3. Методы исследования структуры и пористости материалов
      • 2. 2. 4. Метод трехфакторного планирования эксперимента
      • 2. 2. 5. Методы исследования свойств цементов, бетонных смесей и мелкозернистых бетонов
    • 2. 3. Статистическая обработка результатов исследований
    • 2. 4. Выводы
  • 3. Получение и свойства углерод-кремнеземистого наномодификатора
    • 3. 1. Исследование влияния параметров помола на гранулометрию и морфологию шунгитосодержащих пород III вида
    • 3. 2. Исследование влияния ультразвукового диспергирования на размер, устойчивость, морфологию и состав шунгитосодержащих частиц в воде
    • 3. 3. Выводы
  • 4. Свойства мелкозернистого бетона с добавкой углерод-кремнеземистого наномодификатора
    • 4. 1. Исследование влияния УКНМ на нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста, прочность цементного камня
    • 4. 2. Оптимизация состава и прочностных характеристик мелкозернистого бетона с добавкой УКНМ
    • 4. 3. Анализ влияния УКНМ на физико-технические свойства и коррозионную стойкость мелкозернистого бетона
    • 4. 4. Выводы
  • 5. Структура мелкозернистого бетона с добавкой углерод-кремнеземистого наномодификатора
    • 5. 1. Исследование влияния УКНМ на процессы структурообразования цементного камня
    • 5. 2. Анализ структуры мелкозернистого бетона с добавкой УКНМ
    • 5. 3. Выводы
  • 6. Технико-экономическое обоснование и внедрение результатов исследований
    • 6. 1. Технология производства мелкоштучных изделий из мелкозернистого бетона с добавкой УКНМ
    • 6. 2. Оценка экономической эффективности использования УКНМ в технологии получения мелкозернистого бетона
    • 6. 3. Внедрение результатов исследований
    • 6. 4. Выводы

Актуальность темы

исследования. Современные тенденции развития строительного материаловедения связаны с необходимостью разработки новых ресурсои энергосберегающих технологий получения мелкозернистых и других видов бетонов гидратационного твердения с повышенными эксплуатационными характеристиками и долговечностью. Одним из решений данной проблемы может быть оптимизация свойств бетонных композитов путем управления процессами их структурообразования на микрои наноуровнях за счет высокоактивных модификаторов, в том числе на основе наночастиц углерода и кремнезема.

К наиболее распространенным способам синтеза нанодисперсных добавок, в частности углеродных и кремнеземсодержащих, предлагаемых в настоящее время, относятся технологии, для которых характерно применение дорогостоящего и энергоемкого оборудования, повышенных давлений и температур, плазмы и дугового разряда, а также токсичных реактивов с многостадийной химической очисткойчто приводит к значительному увеличению стоимости данной нанотех-нологической продукции и препятствует ее широкомасштабному внедрению в строительную отрасль.

В этой связи, актуальным и перспективным научно-техническим направлением является изыскание доступных и экологически безопасных способов получения эффективных наномодификаторов структуры и свойств композиционных материалов.

Диссертационная работа выполнена в рамках: фундаментальной НИР по заданию Министерства образования и науки РФ 7.1429.2011 «Развитие теории синтеза и модифицирования наноструктурированных строительных композиционных материалов с разработкой методов оптимизации несущих и ограждающих конструкций на их основе" — мероприятия 1.4.1 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009;2013 гг. по направлению «Энергоэффективные и ресурсосберегающие строительные технологии, материалы и конструкции" — Президентской программы подготовки управленческих кадров по направлению «Менеджмент в сфере инноваций" — программы «У.М.Н.И.К.-2010» при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Степень научной разработанности темы. Значительный вклад в развитие научных и технологических основ формирования структуры и свойств композиционных материалов на основе цементных вяжущих, в том числе мелкозернистых бетонов, с использованием углеродных и кремнеземистых наномодификато-ров внесли: Ю. М. Баженов, П. Г. Комохов, С. С. Каприелов, B.C. Лесовик, Ш. М. Рахимбаев, Е. В. Королев, Е. М. Чернышев, В. Р. Фаликман, Ю. В. Пухаренко, В. И. Логанина, Г. И. Яковлев, В. В. Строкова, А. Н. Пономарев, Д. Н. Коротких, Р.Т. Ка-малиев, Й. Штарк, Т. Ковальд, L. Senff, A. Cwirzen и другие.

Обзорный анализ ранее выполненных исследований показывает, что эффективным решением вопроса по снижению себестоимости производства нанодис-персных добавок является разработка способов активации природного и техногенного сырья, уже содержащего наноструктурную составляющую. В данной области исследований большой научно-практический интерес представляют отсевы дробления шунгитосодержащих пород, частицы которых отличаются особенной двухкаркасной структурой, состоящей из минеральных кристаллических частиц с преобладанием кварца и фуллереноподобных глобул аморфного углерода.

Цель работы. Повышение эффективности мелкозернистого бетона (МЗБ) за счет применения углерод-кремнеземистого наномодификатора (УКНМ), получаемого ультразвуковым диспергированием продукта совместного помола отсевов дробления шунгитосодержащих пород и анионного поверхностно-активного вещества нафталинформальдегидного типа (а-ПАВ НФТ).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

— изучение состава, свойств и микроструктуры отсевов дробления шунгитосодержащих пород для их использования в качестве основного компонента УКНМ;

— разработка оптимальных параметров синтеза углерод-кремнеземистого наномодификатора, исследование дисперсности, устойчивости, морфологии и состава его частиц;

— изучение влияния УКНМ на физико-механические показатели цементов с последующей оптимизацией состава и исследованием структурообразования и свойств мелкозернистого бетонатехнико-экономическое обоснование применения наномодификатора в технологии производства мелкозернистого бетона и изделий на его основе;

— подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследованийпромышленная апробация результатов исследований.

Научная новизна. Предложены принципы повышения эффективности мелкозернистого бетона для мелкоштучных изделий, заключающиеся в использовании углерод-кремнеземистого наномодификатора, полученного способом ультразвукового диспергирования в водной среде продукта совместного помола отсевов дробления шунгитосодержащих пород и анионного ПАВ нафталинформальдегид-ного типа. Разработанный наномодификатор оказывает направленное воздействие на формирование структуры бетона за счет дополнительного образования в цементной матрице низкоосновных гидросиликатокальциевых фаз, способствующих перераспределению пористости бетона в сторону уменьшения объемной доли макропор размером от ОД до 100 мкм и увеличения объема гелевых и переходных микропор размером от 0,001 до 0,1 мкм при снижении среднего диаметра пор от 0,39 до 0,19 мкм, т. е. в 2 раза, что приводит к существенному повышению физико-механических характеристик МЗБ.

Предложен механизм влияния УКНМ на процессы структурообразования цементного камня, заключающийся в ускорении гидратации клинкерных минералов при интенсивном выделении портландита в ранний гидратационный период, что сопровождается сокращением сроков схватывания цементного теста. В последующие стадии твердения концентрация Са (ОН)2 снижается за счет связывания его активным нанокремнеземистым компонентом добавки в дополнительное количество низкоосновных гидросиликатов кальция.

Установлены оптимальные параметры ультразвукового диспергирования шунгитосодержащих микрочастиц, способствующего разделению их наноугле-родной и кремнеземистой составляющих в водной среде в присутствии а-ПАВ НФТ. Кремнеземистая фаза, отделенная от углеродной, под воздействием ультразвука подвергается эрозии с образованием наноразмерных частиц с аморфизиро-ванным поверхностным слоем толщиной 15−20 нм. В свою очередь молекулы а-ПАВ НФТ, адсорбируясь своей неполярной частью на активных центрах высвобождаемых углеродных наноструктур, ориентированы к отрицательно заряженным наночастицам БЮг одноименным зарядом, что препятствует обратной агрегации разделенных фаз.

Показан характер зависимости физико-технических характеристик мелкозернистого бетона от возраста наномодификатора и водоцементного отношения. Доказано, что введение УКНМ в возрасте от 1 до 90 суток приводит к ускорению набора прочности бетона в ранние (1−3 суток) и поздние сроки твердения, увеличению модуля упругости, снижению усадки, истираемости и водопоглощения, повышению морозостойкости, коррозионной стойкости в агрессивных кислых средах.

Теоретическая значимость работы заключается:

— в доказательстве возможности повышения технико-эксплуатационной эффективности мелкозернистого бетона за счет модификации его структуры впервые синтезированной нанодисперсной добавкой в виде водной суспензии с нано-частицами углерода и кремнезема, стабилизированными анионами ПАВ НФТ и полученными способом ультразвуковой активации тонкоизмельченного нетрадиционного сырья — отсевов дробления шунгитосодержащих породв получении новых эмпирических данных для общего развития теории синтеза наноструктурированных и наномодифицированных строительных композиционных материалов на основе цементных вяжущих, формирования методологических принципов оптимизации их структуры и свойств.

Практическая значимость работы. Разработан углерод-кремнеземистый наномодификатор, позволяющий при оптимальном содержании ускорить набор прочности мелкозернистого бетона в ранние сроки твердения (1−3 суток) и повысить его прочностные показатели в проектном возрасте: на сжатие в 1,7−2 раза, изгиб в 1,8−3,7 разаувеличить призменную прочность и модуль упругости бетона как при статическом, так и динамическом видах нагруженияснизить усадку на 30−50%, истираемость на 50−70% и водопоглощение в 1,4−2,1 разаповысить марку по морозостойкости более чем в 2 разаснизить расход цемента на 10−20% без потери прочностисократить продолжительность тепловлажностной обработки или уменьшить температуру изотермической выдержки до 40−60 °С при обеспечении прочности, достигающей 50−70% от 28-суточной.

Предложен оптимальный состав мелкозернистого бетона с содержанием добавки УКНМ, позволяющий получать изделия с проектной прочностью на сжатие 46−57 МПа, изгиб 4,5−8,8 МПаистираемостью 0,08−0,14 г/см2- водопоглощением 1,8−2,3%- морозостойкостью более F200. Разработана технология изготовления мелкоштучных вибропрессованных изделий из мелкозернистого бетона с УКНМ на линии типа «Компакта» (комплекса современного автоматизированного оборудования для выпуска тротуарной и облицовочной плитки, бордюрного камня, стеновых блоков).

Методология и методы исследования. Методология диссертации основана на системном подходе, при котором состав, структура, свойства и технология получения мелкозернистого бетона, модифицируемого разработанной добавкой, исследованы во взаимосвязанном виде. При выполнении работы применялись следующие методы: рентгенофазовый анализ (дифрактометр ARL X’TRA), термический анализ (дифференциальная сканирующая калориметрия и термогравиметрия, дериватограф NETZSCH STA 449F1), рентгенофлуоресцентная спектроскопия (спектрометр ARL 9900 ХР), лазерная гранулометрия (анализатор MicroSizer 201С), фотонно-корреляционная спектроскопия (анализатор ZetaPlus с системой 90Plus/Bi-MAS), электронная микроскопия (микроскоп Quanta 3D FEG), азотная и ртутная порометрия (порозиметры ASAP 2020, AutoPore IV 9500), метод трех-факторного планирования эксперимента (программные обеспечения UROFRY, MS Exel и Sigma Plot), стандартные методы испытаний цементов, бетонных смесей и мелкозернистых бетонов.

Положения, выносимые на защиту: результаты экспериментально-теоретических исследований получения углерод-кремнеземистого наномодификатора для мелкозернистого бетона из отсевов дробления шунгитосодержащих пород и а-ПАВ нафталинформальдегидного типахарактер влияния УКНМ и его отдельных компонентов на физико-механические показатели цементных вяжущихоптимизация состава мелкозернистого бетона с содержанием УКНМ и зависимость физико-технических свойств бетона от возраста наномодификатора и водоцементного отношения;

— механизм влияния УКНМ на процессы структурообразования цементного камня и мелкозернистого бетона;

— технология изготовления мелкоштучных изделий из мелкозернистого бетона с использованием разработанного наномодификатора;

— технико-экономическое обоснование и внедрение результатов.

Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность научных результатов и выводов, полученных в диссертационной работе, обеспечена: корректностью постановки задач и принятых допущений, соответствующих общим положениям строительного материаловеденияпроведением исследований в аккредитованных научно-исследовательских лабораториях с использованием современных высокоточных приборов, в том числе входящих в государственный реестр средств измерений, и стандартного поверенного оборудования и приспособленийуправлением работой приборов, регистрацией и обработкой информации современными компьютерными программамидостаточным количеством опытных данных, обеспечивающих адекватность и воспроизводимость экспериментовстатистической обработкой полученных результатов на персональной электронно-вычислительной машине.

Основные положения диссертации представлены и обсуждены: на V Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград,.

2009) — 67-й Всероссийской научно-технической конференции (Самара, 2010) — Международной научно-практической конференции «Научные исследования, на-носистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (Белгород, 2010) — Международной научно-практической конференции «Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании» (Брянск, 2010) — Международном семинаре-конкурсе молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (Москва, 2010) — Международной научно-практической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2011) — VII Международной научно-практической конференции «Новости передовой науки» (Болгария, 2011) — XII Международной научно-практической конференции «Экологически безопасные нанотехнологии в промышленности» (Казань, 2011).

Разработанный наномодификатор и образцы бетона на его основе экспонированы на выставках: «Перспективы развития и сотрудничества» в рамках второго славянского международного экономического форума (Брянск, 2010) — «Дни научно-технического и инновационного сотрудничества приграничных регионов республики Беларусь и Российской Федерации» (Могилев, 2011) — «RusnanotechExpo» (Москва, ЦБК «Экспоцентр», 2011) — «Open Innovations Expo» в рамках Московского международного форума инновационного развития (Москва, ЦВК «Экспоцентр», 2012).

Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлена на предприятиях ООО «Стройдеталь и К» (Брянск), ООО «Фокинский завод ЖБИ» (Фокино, Брянская обл.), ООО «МИП «Нанокомпозит-БГИТА» (Брянск). Из бетонов с применением разработанного наномодификатора выпущены опытно-промышленные партии тротуарной плитки, бордюрного камня, колонн и ригелей на ООО «Стройдеталь и К». На ООО «Фокинский завод ЖБИ» выпущена опытно-промышленная партия стеновых блоков с УКНМ.

Для широкомасштабного внедрения результатов исследований разработаны следующие нормативные документы: ТУ 5745−002−65 808 240−2012 «Углеродкремнеземистый наномодификатор для бетонов" — ТУ 5741−003−14 339 618−2010 «Изделия стеновые из бетонов, модифицированных нанодисперсными добавками. Камни и плитка облицовочная».

Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по направлению 270 800 «Строительство» профилям: «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», «Городское строительство и хозяйство», «Промышленное и гражданское строительство».

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 20 научных публикациях, в том числе в восьми статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на полезную модель «Энергоэффективная технологическая линия производства нанодисперсной добавки для бетонов», который отмечен золотой медалью 64-й Международной выставки «Идеи — Изобретения — Новые Продукты» ШИА (1−4 ноября 2012 г., Нюрнберг, Германия). На способ получения добавки подана заявка на изобретение (№ 2 012 111 843, приоритет от 27.03.2012).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 186 источников и 6 приложений. Работа изложена на 191 странице машинописного текста, включающего 36 таблиц, 48 рисунков и фотографии.

4.4 Выводы.

1. Установлен характер влияния разработанного углерод-кремнеземистого наномодификатора УКНМ на свойства цементов, заключающийся в снижении нормальной густоты и ускорении схватывания цементного теста, повышении прочности цементного камня как в ранние, так и поздние сроки твердения за счет синергетического эффекта, достигаемого при комплексном использовании активных компонентов модификатора: наночастиц углерода и кремнезема, стабилизированных анионами а-ПАВ нафталинформальдегидно-го типа.

2. Получены математические модели зависимости подвижности и прочностных показателей мелкозернистого бетона от соотношения цемента и песка, В/Ц и содержания добавки УКНМ. Разработан оптимальный состав бетонной смеси, включающей цемент и песок в соотношении 1:3, воду при В/Ц не более 0,39 и наномодификатор в количестве 10% от массы вяжущего и отличающейся ускоренными темпами твердения в ранние сроки.

3. Предложен сокращенный режим тепловлажностной обработки мелкозернистого бетона с добавкой УКНМ, который обеспечивает получение бетона с прочностью, достигающей 52−70% от 28-суточной, при уменьшении температуры изотермической выдержки до 40−60 °С.

4. Выявлен характер зависимости показателей физико-технических свойств мелкозернистого бетона от «возраста» разработанного наномодифи-катора и водоцементного отношения. Доказано, что введение добавки в возрасте от 1 до 90 суток позволяет ускорить набор прочности бетона через 1 сутки твердения: на сжатие в 1,5−2 раза, на изгиб в 1,6−4 разаувеличить плотность и прочность в 28-суточном возрастеснизить водопоглощение в 1,4−2,1 раза, усадку на 30−50% и истираемость на 50−70%- повысить марку по морозостойкости более чем в 2 разаснизить расход цемента на 10−20% без потери прочности.

Экспериментально подтверждено, что увеличение В/Ц от 0,39 до 0,43 приводит к значительному снижению качественных показателей модифицированного бетона.

5. Исследовано влияние добавки УКНМ на деформативные характеристики мелкозернистого бетона. Установлено, что она способствует повышению призменной прочности и модуля упругости бетона как при статическом, так и динамическом видах нагружения.

6. Выявлено, что разработанный наномодификатор позволяет увеличить коррозионную стойкость мелкозернистого бетона к воздействию агрессивных кислых сред и повысить его защитные свойства, снижающие скорость коррозионных процессов в стальной арматуре.

5 Структура мелкозернистого бетона с добавкой углерод-кремнеземистого наномодификатора.

5.1 Исследование влияния УКНМ на процессы структурообразования цементного камня.

Влияние углерод-кремнеземистого наномодификатора на фазовый состав и структурообразование цементного камня (ЦК) исследовалось на образцах, полученных из цемента марки ЦЕМ I 42,5Н ОАО «Белорусский цементный завод» при В/Ц = 0,24 и 10% добавки УКНМ, вводимой через 1 сутки хранения. В качестве контрольных использовались образцы, изготовленные из того же цемента при В/Ц = 0,26.

По результатам качественного рентгенофазового анализа установлено, что модифицированный цементный камень в возрасте 1 суток характеризуется высокой величиной суммарной интенсивности отражения портландита СН (d, нм: 0,493−0,496- 0,261−0,264- 0,194- 0,193- 0,180−0,183), превышающей значение контрольного ЦК от 203 до 850 имп./с, т. е. в 4,2 раза (рисунок 5.1).

При этом суммарная интенсивность дифракционных максимумов элита C3S (d, нм: 0,305- 0,304- 0,276- 0,275- 0,177) в ЦК с содержанием наномодификатора через 1 сутки твердения снижается от 587 до 461 имп./с, т. е. на 21%- белита ?-C2S (d, нм: 0,279- 0,278- 0,219) — от 735 до 652 имп./с, т. е. на 15%, что говорит об ускоренном процессе гидратации данных цементных фаз.

Для более точной оценки влияния УКНМ на степень гидратации минерала C3S был проведен количественный полнопрофильный рентгенофазо-вый анализ (по методу Ритвельда) проб алита триклинной низкотемпературной модификации, гидратируемого в течение 1 суток без добавки и в ее присутствии.

Рисунок 5.1. Рентгенограммы цементного камня через 1 сут твердения: а — контрольный состав, бс добавкой УКНМ.

Из полученных результатов (рисунок 5.2) следует, что через 1 сутки концентрация непрогидратированного алита в пробе Сз8 без наномодифика-тора составляет около 64 вес. %, а с УКНМ — 59 вес. %.

Концентрация, вес. % С3Б СН Са (а (е.

63,5 8,8 10,0.

Концентрация, вес. % C3S СН Calcite.

59,2 11,6 16,3.

AvA s-A'-uJ.

LrL i W 4 и u i.

6 0 te t2 T4 те те 20 22 2″ A Л 30 Э2 34 * 38 «0 <2 44 «4» 50 42 $ 4 «.

Рисунок 5.2. Рентгенограммы гидратированного алита в возрасте I сут: а — контрольная проба, б — с добавкой УКНМ.

При этом концентрация образующегося портландита к 1-м суткам гидратации C3S с добавкой превышает количество СН в контрольной пробе алита от 8,8 до 11,6 вес. %, т. е. в 1,3 раза, а кальцита (продукта частичной карбонизации СН) — от 10 до 16,3 вес. %, т. е. в 1,6 раза.

По данным качественного РФА в цементном камне с наномодифика-тором через 3 суток твердения зафиксировано снижение суммарной интенсивности отражения портландита от 850 до 525 имп./с, т. е. на 38%, по сравнению с модифицированным ЦК односуточного возраста и от 695 до 525 имп./с, т. е. на 24%, по отношению с контрольным ЦК в возрасте 3 суток (рисунок 5.3).

Суммарная интенсивность дифракционных максимумов алита в цементном камне с содержанием добавки через 3 суток твердения уменьшается от 473 до 302 имп./с, т. е. на 36%- белита — от 648 до 540 имп./с, т. е. на 17%, что свидетельствует об ускоренной гидратации клинкерных минералов C3S и ?-C2S в возрасте 3 суток.

3-^5.

Рисунок 5.3. Рентгенограммы цементного камня через 3 сут твердения: а — контрольный состав, б — с добавкой УКНМ.

На 7-е сутки суммарная интенсивность отражения портландита в цементном камне с УКНМ снижается от 525 до 426 имп./с, т. е. на 19%, по сравнению с модифицированным ЦК трехсуточного возраста и от 592 до 426 имп./с, т. е. на 28%, по отношению с контрольным ЦК через 7 суток твердения (рисунок 5.4).

В присутствии наномодификатора суммарная интенсивность дифракционных максимумов алита в цементном камне 7-суточного возраста уменьшается от 346 до 224 имп./с, т. е. на 35%- белита — от 498 до 465 имп./с, т. е. на 7%, по сравнению с ЦК контрольного состава, что подтверждает ускорение гидратации С38 и (3-С28 на 7-е сутки.

По данным качественного РФА в цементном камне с добавкой УКНМ через 28 суток твердения зафиксировано снижение суммарной интенсивности отражения портландита от 426 до 213 имп./с, т. е. на 50%, по отношению с модифицированным ЦК семисуточного возраста и от 332 до 213 имп./с, т. е. на 36%, по сравнению с контрольным ЦК в возрасте 28 суток (рисунок 5.5).

При этом суммарная интенсивность дифракционных максимумов алита в ЦК с содержанием наномодификатора уменьшается от 206 до 157 имп./с, т. е. на 24%- белита — от 396 до 214 имп./с, т. е. на 46%, что позволяет утверждать о сохранении эффекта ускоренной гидратации минералов СзБ и Р^Б. з-с^.

Рисунок 5.4. Рентгенограммы цементного камня через 7 суг твердения: а — контрольный состав, б-с добавкой У КНМ.

Рисунок 5.5. Рентгенограммы цементного камня через 28 сут твердения: а — контрольный состав, бс добавкой УКНМ.

Методом растровой электронной микроскопии установлено, что структура цементного камня с добавкой УКНМ в возрасте 28 суток отличается от контрольного ЦК наличием в трещинах и порах дополнительного количества новообразований в виде плотных скоплений волокнистых кристаллов длиной от 0,5 до 10 мкм, шириной от 0,3 до 1,5 мкм (рисунок 5.6), морфология которых идентична гидросиликатам кальция типа СБН (В) [128, 165, 166].

Из полученных результатов следует, что бездобавочный цементный камень характеризуется достаточно неоднородной и дефектной структурой с менее закристаллизованным поровым пространством, что, как очевидно, обусловлено неравномерным распределением и ростом продуктов гидратации в объеме цементной матрицы.

Рисунок 5.6. Микроструктура цементного камня в возрасте 28 сут: а — трещины в поре контрольного ЦК, * 40 000- б — новообразования в трещине ЦК с добавкой УКНМ, ><40 000- в, д — морфология новообразований на границе (х 10 000) и внутри (х20 000) поры контрольного ЦКг, е — то же, ЦК с добавкой УКНМ.

Повышенное содержание гидросиликатокальциевых фаз в цементном камне с углерод-кремнеземистым наномодификатором подтверждается данными термического анализа, проведенного совместно методами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрии (ТГ).

На кривой ДСК термограммы модифицированного цементного камня по сравнению с контрольным ЦК (рисунок 5.7) зафиксировано увеличение глубины эндотермических эффектов, соответствующих удалению межслоевой и адсорбированной воды гелевидного цементирующего вещества при температуре 123 (122) °С и дегидратации низкоосновных гидросиликатов кальция типа СБН (В) при 677 (631−664) °С, а также отмечено увеличение площади экзотермического эффекта при 928 (926) °С, идентичного обезвоживанию гидросиликатов кальция с отношением СаОгБЮг = 0,8−1,25 [128]. а — контрольный состав, бс добавкой УКНМ.

О возрастании количества СБН-фаз в структуре цементного камня с наномодификатором можно судить и по большей потере массы при соответствующих температурах их дегидратации (первая, третья и четвертая ступени на кривой ТГ), общая величина которой достигает 21,2%, а в контрольном образце — 16,6%.

При этом в модифицированном ЦК, по сравнению с бездобавочным, зафиксировано уменьшение глубины эндотермического эффекта при температуре 441 °C, идентичного обезвоживанию портландита. За счет дегидратации Са (ОН)2, потеря массы в образце ЦК с добавкой составляет 1,8%, а без нее — 2,2% (вторая ступень на кривой ТГ).

Методом азотной порометрии установлено, что наномодификатор приводит к перераспределению пор цементного камня по размеру в сторону его уменьшения, о чем свидетельствует повышение общей площади поверхности пор от 11 200 до 14 700 см /г при снижении их среднего диаметра от 0,0153 до 0,0096 мкм, т. е. в 1,6 раза, по сравнению с контрольным ЦК (таблица 5.1).

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой