РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИННИХ МАТЕРІАЛІВ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1 Сировинні матеріали
Об'єктом дослідження були малоклінкерні золоцементні в'яжучі композиції, модифіковані сульфатними та кремнеземистими добавками. Для отримання малоклінкерних золоцементних в'яжучих речовин як сировинні матеріали застосовано: портландцемент Кам'янець-Подільського заводу марки М500 (ДСТУ Б.В.2.7-46-96), золу гідровидалення Трипільської ДРЕС (ГОСТ 25592), гіпсовий камінь Артемівського родовища, дегідратований каолін Глуховецького родовища (ТУ У В.2.7-16403272-005-99) та мікрокремнезем Запоріжського алюмінієвого комбінату - побічний продукт, що утворюється при виробництві металічного кремнію. Хімічний склад сировинних компонентів наведено у таблиці 2.1.
Мінералогічний склад сировинних компонентів оцінено за допомогою рентгенофазоваго аналізу (РФА) (рис. 2.1). Мінералогічний склад портландцементу (рис. 2.1) представлений в основному трикальцієвим силікатом 3СаО?SiO2 (d = 0,294; 0,274; 0,193; 0,177 нм), трикальцієвим алюмінатом 3СаО?Al2O3 (d = 0,332; 0,304; 0,283; 0,155 нм) та двокальцієвим силікатом 2СаО?SiO2 (d = 0,273; 0,260; 0,218; 0,162 нм).
Згідно даним РФА зола Трипільської ДРЕС (рис. 2.1) представлена склоподібною речовиною, що містить деяку кількість в-кварцу (d =0,430; 0,334; 0,213 нм) та силіманіту Al2O3?SiO2 (d = 0,3364; 0,269; 0,253; 0,220 нм).
Таблиця 2.1
Хімічний склад сировинних компонентів
Найменування Вміст оксидів, мас. %в.п.п.SiO2Al2O3Fe2O3+
FeOMgOCaONa2O+
К2ОSO3 зола гідровидалення Трипільської ДРЕС48,219,67,651,362,185,150,1116портландцемент М500215,84,52,255,00,450,580,2гіпсовий камінь0,360,180,180,5332,5-46,119,9метакаолін 52,542,00,80,250,30,10,32,7мікрокремнезем93,60,960,26-1,520,37-2,92
Визначальною характеристикою золи є її пуцоланова активність і тому при однаковому мінералогічному складі зазвичай золи сухого виносу є більш активними ніж золи гідровидалення. Щоб виявити дійсну ефективність застосовуваних модифікуючих добавок як базову композицію було вибрано золоцементну суміш, отриману з використанням найменш активної золи - золи гідровидалення при умові, що у її складі переважає алюмосилікатне скло.
В той же час, імовірно, що застосування золи-винесення замість золи гідровидалення (при подібності їхніх хіміко-мінералогічних складів) у розроблених композиціях забезпечить проявлення значно більшого ефекту від використання сульфатних та кремнеземистих модифікуючих добавок.
Як сульфатну модифікуючу добавку використано гіпс, випалений при різних температурах, а як кремнеземисті добавки - мікрокремнезем та метакаолін.
Гіпсовий камінь артемівського родовища представлений переважно двоводним гіпсом (d =0,756; 0,427; 0,3059; 0,288; 0,2679; 0,1898 нм). Фазовий склад метакаоліну згідно даним РФА представлений реліктами каолініту (піки низької інтенсивності d = 0,712; 0,357; 0,261 нм), ?-кварцем (d = 0,424; 0,334 нм) та рентгеноаморфною речовиною.
Хімічний склад мікрокремнезему наведено в таблиці 2.1. Згідно даних РФА в складі мікрокремнезему фіксується незначна кількість ?-кварцу (d = 0,429; 0,335; 0,283; 0,252; 0,199; 0,182; 0,163; 0,154 нм).
Рис. 2.1Рентгенограми вихідних компонентів: 1 - метакаолін; 2 - мікрокремнезем; 3 - зола Трипільської ДРЕС; 4 - двоводний гіпс; 5 - портландцемент.
Умовні позначення: Q - ?-кварц, S - силіманіт; К - каолініт; С3А-трикальцієвий алюмінат; C3S - трикальцієвий силікат; C2S - беліт; C4AF - чотирикальцієвий алюмоферит; F - гіпс Для виготовлення бетонів на основі золоцементних в'яжучих композицій, модифікованих сульфатними та кремнеземистими добавками, застосовували гранітний щебінь фракції 5-10 мм (ДСТУ Б В. 2.7-75-98), дніпровський кварцовий пісок (ДСТУ Б В.2.7-32-95) з модулем крупності Мкр=1,7. В'яжучі композиції готували сумісним помелом у кульовому млині необхідних компонентів протягом 1,5 год. Питома поверхня отриманої суміші становила 648,6 м2/кг.
Для зниження водопотреби в'яжучих композицій було використано суперпластифікатор С-3 (ТУ 6-14-625) та пластифікатор-прискорювач Dynamon SP-3. Добавки відповідають вимогам [89] і їх згідно з рекомендаціями виробників було використано у кількості 0,5-1,5% від маси в'яжучої речовини.
2.2. Методи досліджень
Приготування в'яжучих речовин здійснювали змішуванням вихідних компонентів у кульовому млині до отримання гомогенної суміші. Ступінь подрібнення перевіряли за величиною питомої поверхні на приладі Блейна.
Ефективність модифікації золоцементних композицій сульфатними та кремнеземистими добавками була визначена з використанням зразків цементного тіста, цементно-піщаного розчину та бетону.
Активність в'яжучих речовин досліджували на зразках-балочках розмірами 4?4?16 см, виготовлених із цементно-піщаного розчину на основі розроблених складів в'яжучих речовин та піску у співвідношенні 1 : 3, змішаних з рідиною замішування, що представлена водою (ГОСТ 23732-79) та суперпластифікатором С-3 (ТУ6-14-625) у кількості 1,5% від маси цементу, до отримання суміші необхідної консистенції (розплив стандартного конуса 135 мм).
Зразки-балочки та зразки-куби розмірами 7,07х7,07х7,07 см та 10х10х10 см готували методом віброформування. Час ущільнення зразків-балочок становив 120 сек, зразків-кубів - 180 сек, частота вібрації - 50 Гц, амплітуда - 0,5 мм.
Кінетика набору міцності модифікованих систем досліджена на зразках цементно-піщаного розчину розміром 4х4х16 см, на зразках-кубах бетону розмірами 10х10х10 см.
Підбір складу бетонних сумішей було здійснено за стандартними методиками [90, 91] з подальшою оптимізацією у ході експериментальних досліджень.
Фізико-механічні властивості зразків-балочок цементно-піщаного розчину та зразків-кубів бетону визначали згідно ГОСТ 310.1.81-310.4.81. Пористість, середню густину та водопоглинання бетонних зразків виз