РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Характеристика материалов, применяемых в исследованиях
При проведении исследований применялись следующие исходные материалы. В
качестве вяжущего был использован портландцемент Криворожского цементно-горного
комбината, портландцемент Балаклеевского цементного завода и
шлакопортландцемент Днепродзержинского цементного завода.
Физико-механическая характеристика цементов, их химический и минералогический
состав клинкеров представлен в таблицах 2.1 и 2.2.
Таблица 2.1
Физико-механическая характеристика цементов
Завод изготовитель цемента
Нормальная густота, %
Сроки схватывания, мин.
Предел прочности в 28 сут., МПа
Объемная насыпная масса, г/см3
начало
конец
при изгибе
при сжатии
Криворожский
27,5
200
260
6,8
42,2
1,11
Балаклеевский
26,0
190
250
6,6
42,0
1,12
Днепродзержинский
25,5
150
280
5,5
30,1
1,12
В качестве заполнителей для бетона использован Днепровский речной кварцевый
песок с модулем крупности 1,45 и гранитный щебень Рыбальского карьера фракцией
3-10 мм и 5-20 мм, свойства которых приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.2
Химически и минералогический состав клинкеров
Завод–изготовитель
цемента
Химический состав
Минералогический состав
Содержание, %
Содержание, %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
C3S
C2S
C3A
C4AF
Криворожский
25,42
8,14
3,12
57,12
2,50
55,0
20,0
6,5
11,7
Балаклеевский
22,32
5,33
4,28
65,74
0,73
56,8
21,2
6,8
12,1
Днепродзержинский
21,58
4,70
2,74
64,28
4,25
57,0
19,0
8,0
9,0
Таблица 2.3
Характеристика заполнителей для бетона
Вид заполнителей
Гранулометрический состав (частные остатки, % на ситах с размерами отверстий,
мм)
Средняя
насыпная плотность
Объем межзерновых пустот, %
Модуль крупности
20
10
2,5
1,25
0,63
0,315
0,14
прошло через сито 0,14
Песок кварцевый речной
0,9
3,4
43,5
44,6
7,6
1570
1,45
Гранитный щебень
2,5
83,0
14,1
0,1
0,2
0,1
1340
44,1
Гранитный щебень
8,0
80,1
9,9
1,5
0,5
1320
44,5
При исследовании были использованы химические добавки, удовлетворяющие
следующим условиям и стандартам:
* плав дикарбоновых кислот (ПДК) – ТУ 113-03-5761673-70;
* лигносульфонаты технические (ЛСТ) – ТУ 13-0281036-05;
* суперпластификатор С–3 –ТУ 6–14–10–205–78;
* гидрат окиси кальция (Са(ОН)2) – ГОСТ 9179–77;
* едкий натрий ((NaOH) – ГОСТ 4328–77;
* едкий калий (КОН) – ГОСТ 10690.
2.2. Особенности модифицирования в исследуемых системах
Плав дикарбоновых кислот (ПДК), как было отмечено выше, представляет собой
кубовые остатки испарителя «Самбей» для производства адипиновой кислоты
Северодонецкого и Ривненского производственных объединений «Азот».
В состав ПДК входят дикарбоновые кислоты общей формулы
О О
\\ //
C—(СН2)n—С
/ \
HO ОН
где n = 2, 3, 4
при n = 2 – янтарная кислота; n = 3 – глутаровая кислота; n = 4 – адипиновая
кислота.
В работе [6] исследовалось влияние ПДК, его кальциевых солей на свойства
тяжелых бетонов, приготовленных на шлакосодержащих вяжущих низкой активности
(М300 и ниже). Показано влияние добавок на прочностные свойства бетонов, их
морозостойкость, водонепроницаемость, коррозионную стойкость.
Химические свойства дикарбоновых кислот во многом сходны с монокарбоновыми. Они
также легко образуют соли со щелочноземельными металлами, их гидроокисями или
углекислыми солями. Однако, в отличие от монокарбоновых, они могут образовывать
молекулы с частичным замещением кислоты щелочным металлом, т.е. образовывать
кислые соли.
При взаимодействии ПДК с натриевыми или калиевыми гидроокисями реакция
протекает по схеме
О О О О
\\ // \\ //
С—(СН2)n—С + 2 МеОН —— С—(СН2)n—С
/ \ –2 Н2О / \
Н–О ОН О О
/ \
Ме Me
где Ме = – Na, – K.
В результате этого взаимодействия образуются соли (Na или K) дикарбоновых
кислот (соли сильного основания и слабой кислоты), которые в щелочной бетонной
среде легко диссоциируют на исходные составляющие
О О О
\\ // Н+ОН //
С—(СН2)n—С —— + 2 Ме + + 2ОН– + (СН2)n— С + 2Н+
/ \ —— \
Ме–О О–Ме О–
Далее в результате адсорбции происходит образование двойного электрического
слоя. Ионы органической составляющей адсорбируются на поверхности частиц,
создавая избыточный отрицательный заряд, ионы же Na+ либо К+ создают избыточный
положительный заряд в близлежащем слое. Органические ионы адсорбируются на
поверхности, неорганические противоионы формируют двойной электрический слой со
стороны водной фазы, так как сильнее с ней взаимодействуют.
Возникновение двойного электрического слоя на межфазных поверхностях является
результатом взаимодействия фаз благодаря избыточной поверхностной энергии.
Стремление гетерогенной системы к уменьшению поверхностной энергии вызывает
определенную ориентацию ионов в поверхностном слое, вследствие чего фазы
приобретают заряды противоположного знака, но равной величины. В результате на
поверхности возникает двойной электрический слой.
Увеличение межфазного взаимодействия при возникновении двойного электрического
слоя благодаря взаимному отталкиванию одноименных зарядов, концентрирующихся на
поверхности каждой фазы способствует снижению поверхностного натяжения и
затрудняет коагуляцию частиц, в результате чего система становится более
устойчивой.
Одним из главных факторов, определяющих структурно-механические свойства
цементных систем, является характер и свойства контактов между заполнителем и
цементным камнем. Наличие в молекулах дикарбоновых ки