Изучение фазового состава новообразований в системе зольные микросферы — цементная матрица

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Строительство. Архитектура


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© A.A. CArPA^H, r.A. ЗИMAKOВA
asagradyan72@mail. ru
УДК 691. 32
изучение фазового состава новообразований в системе зольные микросферы — цементная матрица
АННОТАЦИЯ. Установлены фазы, образующиеся в системе зольные микросферы — цементная матрица в процессе твердения. Сопоставление формирования фаз во времени от 1,3 и 90 суток и результаты испытания образцов с добавкой зольных микросфер на прочность при сжатии позволяет утверждать, что зольные микросферы обладают гидравлической активностью.
SUMMARY. The phases formed during the process of hardening of fly-ash cenospheres-cement matrix system have been established. The analysis of the products' formation in 1,3 and 90 days age and the results the specimens' compressive strength testing of fly-ash cenospheres-cement paste specimens allow to infer, that fly-ash cenospheres possess pozzolanic activity.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА. Зольные микросферы, цемент, рентгенофазовый анализ, гидравлическая активность.
KEY WORDS. Fly-ash cenospheres, cement, x-ray spectroscopy, pozzolanic activity.
Модификация цементных бетонов наполнителями позволяет решать следующие ключевые задачи технологии бетонов: снижение расхода цемента, управление реологическими свойствами бетонной смеси, повышение физикомеханических характеристик материала [1].
Одним из малоосвоенных промышленностью строительных материалов наполнителей являются зольные микросферы (ЗМС) (рис. 1). ЗМС обладают универсальными техническим характеристиками: насыпной плотностью 300−500 кг/м3, теплопроводностью порядка 0,1 В/м*К, высокой гидростатической прочностью — 20−35 мПа. Основным компонентом ЗМС является стекловидная алюмосиликатная фаза со следующим химическим составом: SiO2 50−65%, Al2O3 — 20−30%, Fe2O3 — 3−8%, CaO — 1−4%, TiO2, MgO —
0. 5−2% [2]. 2 3 2 3 2
Химический состав ЗМС позволяет предположить, что они обладают пуц-цоланической активностью, т. е. способностью вступать в реакцию с продуктами гидратации цемента, в результате чего происходит связывание части Са (ОН)2, образующегося при гидратации цемента в низкоосновные гидросиликаты кальция ((0,8−1,5) СаО-SiO^^O, (1. 5−2) СаО-SiO^^O), которые обладают более высокими прочностными характеристиками, что положительно сказывается на физико-механических характеристиках бетона: согласно данным [3] прочность кристаллов Са (ОН)2 составляет 3.5 мПа, прочность (0,8−1,5) СаО-SiO^^O — 65 мПа.
500 мкм
Рис. 1. Микрофотография ЗМС, получаемых из золы уноса Новосибирской ТЭЦ-5
(увеличение х25)
Данные о фазовом составе новообразований в системе цементная матрица (ЦМ)-ЗМС в известной литературе не представлены, и, таким образом, гипотеза о пуццоланической активности ЗМС требует подтверждения.
Целью данной работы является изучение фазового состава новообразований в системе ЗМС-ЦМ.
Методика эксперимента. Для установления состава образующихся фаз были изучены образцы цементного теста с добавкой ЗМС с соотношением цемент: ЗМС 1: 0,2 по массе, водоцементным соотношением 0,32. Образцы изучены на дифрактометре рентгеновском типа ДРОН-3 методом порошковой дифракции. Характеристики: скорость детектора 2 град/мин, экспозиция 1. 2, максимальное число импульсов 108. С целью определения кинетики формирования новообразований, исследование проводилось на образцах в возрасте 1, 7 и 90 суток. Расшифровка рентгенограмм проводилась на основании данных Горшкова В. С. [4] на основе принципа совпадения основного дифракционного максимума идентифицируемой фазы без противоречий в их относительной интенсивности и порядка 2−5 аналитических линий.
Для определения активности ЗМС по прочности смешанного вяжущего на основе портландцемента и исследуемой добавки были изготовлена серия образцов балочек 40×40×160 мм из раствора при соотношении цемент: ЗМС: песок 1: 0,1:3.
Контрольный образец изготовлен из раствора при соотношении цемент: песок 1:3.1. Образцы выдерживались в течение 7 суток во при влажности не менее 95% при температуре 20 °C, а затем были помещены в воду температурой 50 °C и выдержаны в течение 24 часов. Затем образцы охлаждали на воздухе и испытывали на прочность при сжатии согласно стандартным методикам [5].
Результаты и их обсуждение. Анализ результатов РФА (рис. 2) позволяет выявить схему фазовых превращений в системе ЦМ-ЗМС.
Как известно цемент содержит следующие основные минералы: 3СаО^Ю2, 2СаО^Ю2, 3Са0-Л1203, 4Са0^Л1203Те203 [6].
При гидратации 3СаО^Ю2, 2СаО^Ю2 образуются гидросиликаты кальция (ГСК) типа (0,8−1,5) СаО^Ю^ЦД (1. 5−2) СаО-БЮ. /ЦА 5Са0•6Si02•5H20 и Са (ОН)2. Са (ОН)2 переходит в ГСК типа (0,8−1,5) Са0^Ю220 и (1. 5−2) СаО^Ю^^ к 90 суткам твердения, о чем свидетельствует тот факт, что интенсивные дифракционные максимумы, характерные для Са (ОН)2 ^=4,96, 2,63 А), отмечены только в диаграммах образцов в возрасте 1 и 7 суток.
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 4
• 3 Са0-А1203−6Н20 * 4 Са0А1203 19Н20 ¦ ЗСа0Ре203−6Н, 0
О 5 СаО-6 8Ю2−5Н20 4 СаО АКО, — 13Н20 О 3 Са0А1203×8Ю2(6−2х)Н20
¦ (0. 8−1. 5) Са08Ю2Н20 ^ 3 Са0-А1203−6Н20 # Са (ОН)2
? (1. 5−2) Са08Ю2Н20 3 Са0 А1,0,-ЗСа804−32Н, 0 О 2 Са0-А1203−8Н20
Рис. 2. Рентгенограммы образцов: 1 — в возрасте 90 суток, 2 — возрасте 7 суток,
3 А- возрасте 1 сутки
При гидратации 3СаО-А1203, 4СаО-А1203 • Fe2O3 формируются 3СаО-А1203−3СаБ04- 13Н20, 3СаО-Fe203• 6Н20, 3СаО^А1203^6Н20, 3Са0^Л1203*Н20, 4Са0^А120"а3Н20, 4Са0^А1203а9Н20, 3Са0^А1203^хБЮ2, (6−2х) Н20. Менее стабильные формы гидроалюминатов кальция (ГАК) типа 4Са0-А1203−13Н20 и 3Са0Те20^6Н20 переходят в более стабильные 4СаО-А1203 • 19Н20 и 3СаО-А1203−8Н20 к 90 суткам твердения. 3Са0-А1203−3Са504−3Ш20 образуется на ранних этапах твердения, однако являясь нестабильным соединением в дальнейшем разлагается с образованием СаБ04 и 3Са0-А1203−6Н20 [6]. 3Са0-А1203-хБЮ2- (6−2х) Н20 образуется к 90 суткам твердения и является продуктом замещения у 3 Са0-А1203−6Н20 каждых 2 молекул воды на 1 молекулу оксида кремния [4].
Испытания образцов цементно-песчанного раствора с добавкой ЗМС выявили, что применение ЗМС обеспечивает прирост прочности по сравнению с образцом без добавки в размере 8. 6%.
Анализ полученных экспериментальных данных позволил сделать следующие основные выводы:
1. В системе ЦМ-ЗМС образуются следующие фазы: 3Са0-А1203−3Са504−31Н20, 3Са0^е20^6Н20, 3Са0-А1203−6Н20, 3Са0-А1203−8Н20, 4Са0-А1203−13Н20, 4СаО-А1203^ 19Н20, (0,8−1,5) СаО^Н20, (1. 5−2) СаО-БЮ2• Н20, 5СаО-6БЮ2−5Н20, 3Са0^А120^хБЮ2 (6−2х) Н20, Са (оН)2.
2. ЗМС обладают пуццоланической активностью. Сделать такой вывод позволяет то, что к 90 суткам твердения происходит связывание Са (ОН)2 в фазы типа (0,8−1,5) Са0^Ю2-Н20 и (1. 5−2) Са0^БЮ2^Н20, а также образование 3Са0-А1203-хБЮ2- (6−2х) Н20, что связано с дополнительным количеством кис-
лородсодержащих ионов кремния, образующихся при гидролизе стекловидной фазы ЗМС и вступающих в реакцию с ГАК в зоне контакта ЦМ -ЗМС.
3. Результаты испытания образцов цементно-песчаного раствора с добавкой ЗМС на прочность при сжатии говорят о повышении прочности по сравнению с бездобавочным раствором, что является подтверждением пуццоланической активности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ушеров-Маршак А. В. Современный бетон и его технологии //Бетон и железобетон. 2010. № 9. С. 20−25.
2. Fenelonov, V.B., Mel'-gunov, M.S., Parmon, V.N. The Properties of Cenospheres and the Mechanism of Their Formation During High-Temperature Coal Combustion at Thermal Power Plants // KONA Powder and Particle Journal. № 28. 2010. Р. 189−207.
3. Кузнецова Т. В., Кудряшов И. В., Тимашев В. В. Физическая химия вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1989. 384 с.
4. Горшков В. С., Тимашев В. В., Савельев В. Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1981. 335 с.
5. ГОСТ 28 013–98. Растворы строительные общие технические условия. Введ. 199 707−01. М.: Изд-во стандартов, 1998. 10 с.
6. Тейлор Х. Химия цемента. М: Мир, 1996. 560 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой