РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Физико-химические и физико-механические характеристики объектов исследований
В качестве исходных материалов при исследованиях использованы портландцементные клинкеры и цементы промышленного производства различных цементных заводов Украины, а также других стран.
Для определения прочности цементного раствора в моменты начала и конца схватывания использовали бездобавочные портландцементы, подобранные таким образом, чтобы их сроки схватывания охватывали возможно больший диапазон этих показателей. В табл. 2.1 представлен химический состав и расчетный фазовый состав клинкеров, на основе которых получены указанные бездобавочные портландцементы. Эти же цементы затем использовались при исследовании кинетики нарастания прочности. Данные, представленные в табл.2.1 использовались также для определения реального фазового состава клинкеров.
Физико-механические испытания всех цементов, использованных в исследованиях, выполнялись в центральной лаборатории опытного цементного завода "ЮжНИИцемент" при непосредственном участии автора.
Цементы испытывались согласно ГОСТ 310.1 - 76 "Цементы. Методы испытаний. Общие положения" в соответствии с правилами ГОСТ 310.3 -76 "Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема" а также ГОСТ 310.4 -81 "Цементы. Методы определения прочности при изгибе и сжатии". Удельная поверхность цементных порошков определялась на приборе ПСХ-2 по ГОСТ 310-60 "Цементы. Методы физических и механических испытаний. Приложение 2".
Таблица 2.1
Химический состав проб клинкеров, масс,%, использованных для изучения кинетики нарастания прочности
ОксидыБалцемДнепродзе-ржинскийНиколаев-скийИвано-Франко-вскийЗдолбуно-вскийАмвроси-евскийППП3,410,780,862,660,870,24SiO220,7022,0520,6520,6321,0221,34Al2O35,704,805,005,006,314,64Fe2O34,052,123,614,334,213,85CaO61,5964,4764,3464,4961,3266,31CaOcв0,360,100,410,160,280,30MgO2,443,772,600,962,182,07SO30,510,100,680,872,590,05K2O0,880,400,470,350,910,48Na2O0,360,200,270,500,310,21Прочие0,001,211,110,050,000,51
В табл. 2.2 представлены результаты физико-механических испытаний указанных цементов.
Таблица 2.2
Физико-механические характеристики клинкеров
СвойстваБалцемДнепро-дзержинскийНикола-евскийИвано-Франко-вскийЗдолбу-новскийАмвро-сиевскийУдельный вес, г/см33,153,033,183,153,093,15Удельн.поверхн, см2/г372932053275342535503832Норм. густота,%20,7526,2525,5023,2524,2524,50В/Ц отношение0,380,400,400,400,390,40Нач. схватыв., ч/мин2,154,154,002,503,102,30Кон.ц схватыв, ч/мин2,555,454,553,453,353,30Прочность при сжатии, МПа:1 сут11,98,513,713,88,816,12 сут21,417,522,423,618,135,27 сут31,52937,436,233,851,714 сут38,835,642,740,142,462,028 сут45,145,646,247,247,669,3Прочность при изгибе, МПа:1 сут3,442,893,02,562,773,752 сут4,303,184,274,233,995,807 сут4,984,776,135,265,667,1014 сут5,505,636,636,116,507,8028 сут6,586,647,007,107,008,00
Фактический фазовый состав клинкеров (табл.2.2), который определяли с использованием инфракрасных спектров поглощения клинкеров, для удобства изложения приводится ниже, в разделе 4.
Математическая модель, описывающая нарастание прочности твердеющего цемента, испытывалась для группы цементов различных цементных заводов Украины на опытном цементном заводе "ЮжНИИцемента". Химический состав клинкеров, использованных в составе контрольных цементов, приведенный к 100% с учетом корректировки СаОсв связанное в Са(ОН)2 и СаСО3 по величине ППП представлен в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Химический состав клинкеров, использованных для проверки математической модели нарастания прочности, %
ОксидыНаименование клинкеровБалцемДнепродзНиколаевИвано-ФранкЗдолбунАмврос.ППП00,790,870,9200,24SiO221,4222,3220,8821,0121,7221,45Al2O35,904,865,065,096,524,66Fe2O34,192,153,654,414,353,87CaO63,7665,2665,0665,6863,6266,65MgO2,533,822,630,982,252,08SO30,520,100,690,8900,05K2O0,920,400,480,360,940,48Na2O0,380,200,270,510,320,21СаОсв0,370,100,410,160,290,30
В табл.2.4 приведен расчетный фазовый состав клинкера с учетом СаОсв и количества СаО связанного в ангидрите CaSO4.
Поскольку прогнозирование стандартной прочности клинкера важно цементному заводу или помольной установке для определения количества минеральной добавки в цемент, в данной работе выполнялись исследования влияния количества минеральной добавки на нарастание прочности цемента.
Таблица 2.4
Расчетный минеральный состав клинкеров и соотношение
клинкерных минералов
Наимено-
ваниеМинеральный состав, %%C3S
C2SC3A
C4AFС3SC2SC3AC4AFСуммаБалцем49,6323,988,5412,7694,912,06980,6691Днепродз55,9721,769,246,5393,512,57201,4156Николаев60,5314,207,2211,1193,064,26400,6501Ивано-Фр.59,9315,026,0313,4294,403,99010,4496Здолбунов43,9329,139,9113,2496,201,50800,7482Амвросиев68,289,985,8211,7895,856,84100,4935
На базе клинкера завода Балцем в лабораторных условиях с использованием лабораторных мельниц готовились цементы с различным вводом доменного гранулированного шлака. Химический состав клинкера, доменного гранулированного шлака и гипсового камня представлен в табл. 2.5
Таблица 2.5
Состав клинкера, доменного гранулированного шлака и гипсового камня
ОксидыКлинкерШлак ЗапорожскийГипсовый каменьППП0,51-19,13SiO221,4237,46-Al2O35,446,90-Fe2O34,420,40-CaO65,5148,5333,88MgO1,744,54-SO30,552,3445,00K2O0,95--Na2O0,56--CaOcв0,66--
В табл. 2.6 дана информация о технических характеристиках испытанных цементов и нарастании их прочности со временем.
Таблица 2.6
Физико-механические характеристики и вещественный состав цементов лабораторного помола
ХарактеристикиЦемен