РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Основные этапы и блок-схема исследований
Анализ сложных систем с определением основных элементов и взаимосвязей между
ними необходимо применять не только к изучаемому объекту, но и к самому
процессу исследования. Это позволяет обеспечить необходимую логику
исследования, обосновать его процедуру, выделить как существенные моменты,
требующие значительного интеллектуального напряжения от исследователя, а также
стандартные этапы.
Известно, что научное исследование проводится по циклической схеме [34, 35],
причём каждый новый её цикл в силу накопления новой научно-технической
информации и появления новых идей проходит на более высоком качественном
уровне. Поэтому проведение научных изысканий было разбито на пять основных
этапов (рис.2.1).
На первом этапе был проведен обзор литературных источников по вопросам
использования доменных шлаков как минеральной добавки к портландцементу,
управления структурообразованием композиционных строительных материалов.
Проанализированы возможности интенсификации структурообразования КСМ на основе
минеральных вяжущих. В результате анализа априорной информации, приведенной в
первой главе, были сформулированы цели и задачи исследований.
На втором этапе выбраны оптимальные режимы приготовления активированных
цементошлаковых суспензий на минеральных вяжущих в скоростном смесителе
(трибоактиваторе). Были определены зависимости реологических характеристик
цементошлаковых суспензий от вида и количества пластифицирующих добавок,
концентрации и дисперсности
молотого шлака, режима смешения суспензий (количество оборотов ротора, время
смешения). Критерием оценки эффективности скоростного смешения была выбрана
степень разрушения начальной структуры, определяемая эффективной вязкостью
суспензии. Установлены оптимальные режимы обработки высококонцентрированных
суспензий в скоростном смесителе-активаторе.
На третьем этапе исследовалось влияние механохимической активации на кинетику
твердения цементошлаковых суспензий. В частности было определено влияние
скоростного смешения на изменение таких характеристик твердеющих суспензий, как
сроки схватывания, тепловыделение при твердении, содержание химически связанной
воды и кинетику набора пластической прочности композитов.
На четвертом и пятом этапах в качестве основного объекта исследований были
выбраны тяжелые бетоны. На четвертом этапе определялось влияние механоактивации
на свойства бетонов на цементошлаковом вяжущем, твердевших как в условиях
тепловлажностной обработки, так и в нормальных условиях.
На пятом этапе была проведена оптимизация составов бетона и осуществлено
опытно-промышленное внедрение результатов исследований в производство.
2.2. Характеристика материалов, применяемых в экспериментах
В исследованиях использовались следующие материалы: клинкер, природный гипсовый
камень, молотый доменный шлак, кварцевый песок, гранитный щебень, ПАВ.
Для получения цемента использовался клинкер выпускаемый согласно ДСТУ
Б.В.2.7.–46–96, производства Одесского цементного завода ОАО «Югцемент». Для
регулирования сроков схватывания в цементный клинкер вводилась добавка
природного гипсового камня (месторождение г.Степанакерт, Азейбарджан) в
количестве 3%. Совместное тонкое измельчение клинкера и гипса происходило в
двухкамерной лабораторной шаровой мельнице с объемом камер 50 дм3.
Использовалась крупка клинкера с максимальной крупностью 10 мм.
Химический состав клинкера приведен в табл.2.1., минералогический – в
табл.2.2.
Химический состав двуводного гипса показан в табл. 2.3.
Плотность гипсового камня составляет 2,3 г/см3. Природный гипс является мягким
минералом. Его твердость по шкале Мооса равна 2. Минерал CaSO4Ч2H2O отличается
высокой спайностью в одном направлении и легко расщепляется на тонкие
пластинки. Содержание воды в гипсовом камне определяется его физическими
свойствами, относительной влажностью воздуха и условиями хранения.
Растворимость в воде двуводного гипса составляет 2.05 г в 1 литре воды при
температуре 20°С, в пересчете на CaSO4.
Таблица 2.1
Химический состав клинкера
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Сумма
п.п.п.
20,08 – 22,04
5,05 – 5,79
3,52 – 4,95
58,8 – 61,60
2,01 – 3,03
2,05 – 2,66
1,91 – 3,74
Таблица 2.2
Минералогический состав клинкера
Материалы
C3S
C2S
C3A
C4AF
Pн
Среднее значение, %
53
22
15
0,87
2,12
1,06
Таблица 2.3
Химический состав природного гипсового камня
Условное название
Содержание основных и примесных оксидов, %
CaSO4Ч2H2O
H2Oкрист.
CaO
SO3
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Гипс
98
20,82
32,5
46,2
0,42
0,14
0,18
В качестве наполнителя в высококонцентрированных цементных суспензиях
использовался гранулированный доменный шлак.
Шлак просушивали в сушильном шкафу при Т=373°К, j=95%, а затем мололи в
лабораторной шаровой мельнице до трех удельных поверхностей Sуд1 = 100 м2/кг,
Sуд2 = 300 м2/кг, Sуд3 =500 м2/кг. Удельную поверхность шлака контролировали с
помощью прибора ПСХ-4.
Химический состав гранулированного доменного шлака Криворожского
металлургического комбината (ГОСТ 9760-85 «Песок и щебень пористые
металлургических шлаков») приведен в табл.2.4. Шлаки содержат в основном те же
окислы, что и портландцемент, но в другом количественном соотношении.
Таблица 2.4.
Химический состав шлака (% по массе)
Al2O3
Fe2O3
FeO
CaO
MgO
MnO
SiO2
Модуль основности
5,6
1,1
1,3
44
3,8
2.4
41,6
1,2
1,01
Нормальная густота полученного цементного теста по ДСТУ Б.В.2.7. – 46–96 равн