Диссертация (1141513), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Рецептура смесей приведена втаблице 3.5.Таблица 3.5 – Рецептура составов для определения влияния различныхсульфатов на свойства вяжущих при варьировании концентрации К 2SO4 иВода [мл]K2SO4 [%]Ca(OH)2 [%]363738394041424344Природныйангидрит [г]НомерсоставаСа(ОН)21001001001001001001001001003838383838383838384444411110,30,30,30,30,30,30,30,30,3Сульфатные активаторыВидKAl(SO4)2·12H2ONa2SO4(NH4)2SO4CuSO4FeSO4·7H2OKAl(SO4)2·12H2ONa2SO4(NH4)2SO4CuSO4Количество[%]1,01,01,01,01,01,01,01,01,073Продолжение таблицы 3.5451003810,3FeSO4·7H2O1,0461003810,3MgSO4·7H2O1,0471003810,3ZnSO4·7H2O1,0481003810,3NaHSO4·H2O1,0491003810,3KHSO41,0501003820,6KAl(SO4)2·12H2O1,0511003820,6CuSO41,0521003820,6ZnSO4·H2O1,0531003820,6ZnSO4·H2O3,0541003820,6NaHSO4·H2O1,0551003820,6FeSO4·7H2O1,0На этих составах определяли прочность при сжатии и изгибе и степеньгидратации.Таблица 3.6 – Свойства ангидритовых вяжущих при добавке в базовую смесьНомерсоставасульфатов36373839404142434445464748495051525354553дRсжRизг[МПа]7д[МПа]7д28д3дСтепень гидратациичерез28д1д3д7д28д12,0 14,4 15,0 4,45,05,80,590,710,760,7911,0 14,2 20,8 3,03,54,90,350,490,550,6510,9 18,5 27,6 4,56,68,70,350,430,550,64-**-**-**-**-**-**0,57-**-**-**-**-**-**-**-**-**0,50-**-**-**16,7 19,2 19,9 6,16,56,70,590,720,770,7918,4 20,8 25,0 4,55,76,60,310,480,520,6510,9 21,2 28,2 4,86,66,80,330,450,570,6434,0 36,9 38,2 7,79,29,40,560,690,700,7230,1 32,4 32,8 6,68,99,20,510,680,730,7614,0 18,4 20,9 1,93,54,60,280,430,490,5329,1 34,1 37,5 7,07,68,00,590,720,790,8322,7 25,8 28,5 4,85,46,20,420,610,630,6814,0 17,1 21,0 3,74,55,60,320,480,510,559,1 14,8 20,1 3,14,65,60,260,350,450,545,1 10,1 15,7 1,62,93,90,220,300,410,468,8 13,7 19,0 2,83,94,80,300,350,420,4936,2 39,0 42,3 5,48,28,60,650,770,870,9614,7 18,3 26,9 4,46,27,20,280,430,510,5914,6 21,4 23,8 3,25,76,40,290,500,610,63*-Образцы не изготавливали из-за очень быстрого схватывания теста74Из таблицы 3.6.
следует, что наилучшие результаты достигаются тогда,когда ангидритовое тесто имеет кислую среду (pH=4..7). В кислой средеповышается растворимость в химическую активность ангидрита, а в основнойпреобладает образование кристаллических сростков.Результаты - на графиках рисунки 3.4, 3.5, 3.6, 3.7Рисунок 3.4– Зависимость времени схватывания от содержания добавкиKAl(SO4)2·12H2OРисунок 3.5 – Зависимость времени схватывания от содержания добавки CuSO475Рисунок 3.6 – Зависимость времени схватывания от содержания добавкиNa2SO4Рисунок 3.7 – Зависимость времени схватывания от содержания добавки(NH4)2SO4Добавка сульфата натрия ускоряет процесс схватывания (рисунок 3.6)Добавка (NH4)2SO4 замедляют процессы схватывания (рисунок 3.7)Как и следовало ожидать прочность при сжатии и изгибе ангидритовыхобразцов имеют одинаковый характер зависимостей (рисунки 3.8 и 3.9).76Рисунок 3.8– Результаты испытаний прочности на сжатие при различныхдозировках KAl(SO4)2·12H2OРисунок 3.9– Результаты испытаний прочности на изгиб при различныхдозировках KAl(SO4)2·12H2OПутем добавки сульфатов в базовую смесь можно повысить прочностьангидрита, как существенно (рисунки 3.10 и 3.11), так и незначительно(рисунок 3.12).В целом установлено, что для большинства сульфатов можно достичьсущественного увеличения прочности уже при малых расходах (0,3%).77Рисунок 3.10 – Зависимость прочности при сжатии от содержанияKAl(SO4)2·12H2OРисунок 3.11 – Зависимость прочности при сжатии от содержания CuSO4Проведенные исследования показали, что изменение концентрацииK2SO4 и Ca(OH)2 в смесях влияли незначительно на прочность ангидритовыхвяжущих.
Только составы с Fe2SO4· 7H2O и ZnSO4· H2O показали болеевысокие значения при расходах K2SO4 более 1,0% Повышение расхода Ca(OH)278более 0,3% уменьшает кислотность смесей с различными сульфатами, что ведетк снижению прочности.Рисунок 3.12 – Зависимость прочности при сжатии от содержанияMgSO4·7H2OСравнение кривых Rсж и Rизг с графиком степени гидратации показываетих идентичность (рисунок 3.13).Рисунок 3.13 – Зависимость степени гидратации от содержанияKAl(SO4)2·12H2O79Максимальное значение степени гидратации так же, как и Rсж отмеченочерез 28 сут. гидратации в смесях с 3% ZnSO4· H2O, 1% и 3% CuSO4 , 1%KAl(SO4)2·12H2O, 3% FeSO4 · 7H2O (рисунок 3.15, 3.16).
Другие сульфатывлияют на степень гидратации незначительно (рисунок 3.16).Рисунок 3.14 – Зависимость степени гидратации от содержанияKAl(SO4)2·12H2OРисунок 3.15 – Зависимость степени гидратации от содержания ZnSO4·H2O,CuSO4 , FeSO4 ·7H2O80Отмечено прекращение (или почти) гидратации через 7 сут. твердения. Впервые 24часа ангидрит гидратируется на 50-80%.Рисунок 3.16 – Зависимость степени гидратации от содержания MgSO4·7H2O,NaHSO4·H2O, KHSO4Установлена взаимосвязь между изменением прочности и степенигидратации (рисунок 3.17). Почти во всех случаях отмечаются отличиязависимостей, обусловленные различиями пористости или характера поровогопространства.Рисунок 3.17 – Взаимосвязь между изменением прочности и степенигидратации81Линейные деформации базовых смесей исследовали в интервале до 48часов.
Конечно, имело место прерывистость наблюдений, т.к. в интервалемежду 3 и 10 часами имело место падение объемных изменений. Длянекоторых солей (NaHSO4· H2O, Na2SO4) это снижение вело к сокращению(рисунок 3.18), а для MgSO4· 7H2O к удлинению сроков схватывания.Рисунок 3.18 – Изменение линейных размеров в течении времени придобавлении NaHSO4·H2O, Na2SO4Рисунок 3.19 – Изменение линейных размеров в течении времени придобавлении KSO4·12H2O82Для KSO4·12H2O и CuSO4 отмечено более отчетливо увеличение объемасодержания солей (рисунки 3.19, 3.20)Рисунок 3.20 – Изменение линейных размеров в течении времени придобавлении CuSO4ZnSO4· H2O при малых концентрациях приводит к усадке, а при среднихи больших дозировках к расширению (объемному) ангидритовых смесей(рисунок 3.21).Рисунок 3.21 – Изменение линейных размеров в течении времени придобавлении ZnSO4·H2O83Таким образом установлено, что отдельные сульфаты (частично и взависимости от дозировки) очень дифференцированно влияют на процессыдеформации.Максимальнойвершинылинейныедеформациидостигаютпримаксимальной концентрации сульфатов в смесях.Самые большие увеличения объема были получены в смесях, величинаpH которых находилась в пределах 4,5...7 и прочность которых (аследовательно, и процесс гидратации) были самыми большими.
Максимальныеудлинения образцов через 48 часов гидратации отмечены при добавке 1%KAl(SO4)2·12H2O, 3% CuSO4, 3% ZnSO4· H2O, 1% ZnSO4· H2O, 1% FeSO4· 7H2O.Добавка 0,5% KAl(SO4)2·12H2O, 0,3% CuSO4, 1% FeSO4· 7H2O, 0,3%ZnSO4· H2O, 1% KHSO4 привела к усадке ангидритового вяжущего. Этисоставы имели низкую прочность, степень гидратации, более длительные срокисхватывания и pH=9...12,5.В заключение было установлено, что сульфатный активатор можетоказывать влияние на подвижность (текучесть) ангидритового теста. Добавка0,3-3,0% (NH4)2SO4 и 1...3% ZnSO4·H2O разжижает ангидритовое тесто иповышает пластичность смеси. KAl(SO4)2·12H2O сжижает седиментациюангидритового вяжущего после затворения.Некоторые сульфаты (Na2SO4, FeSO4·7H2O, MgSO4·7H2O) в высокихконцентрациях могут устранять высолы на ангидритовых пробах.3.3 Оптимизация комплекса активаторов методом математическогопланирования эксперимента.Цельюдальнейшихисследованийбылоустановлениевлияниякомплексных добавок-активаторов на базе различных сульфатов на свойствабазовых смесей.
На основе этих исследований оптимизировались составыангидритовых вяжущих.84Наосновематематическийпредварительныхпланэксперимента,исследованийвыбраныбылкритерииразработаноптимизации,установлены факторы эксперимента и коэффициент вариации.В качестве факторов были выбраны 3 сульфатные(KAl(SO4)2.12 H2O,активаторыCuSO4, ZnSO4.H2O), которые в наибольшей степенивлияют на свойства вяжущих. В качестве критериев оптимизации принятыпрочность при сжатии, степень гидратации, время схватывания, пористость,насыпная масса и удельный вес, а также размер пор.
Факторы и уровниварьирования приведены в таблице 3.7.Таблица 3.7 – Факторы и уровни варьированияФакторыНатуральныеУровни [M.-%]Кодированные-1+1Интервалыварьирования[M.-%]0,5000,8000,8000,1750,2750,2750KAl(SO4)2·H2Ox10,1500,325CuSO4x20,2500,525ZnSO4·H2Ox30,2500,525Окончательный выбор сделан в таблице 3.8.Таблица 3.8 – Данные для выбора оптимального соотношения сульфатов,влияющего на свойства молотого природного ангидрита1-1-111-1-1001-11-12-11-1000ZnSO4·H2O11CuSO4X31111-1-1-1-11-10KAl(SO4)2·12H2OX35657585960616263646566X1Номер составаСодержание0,5000,5000,5000,5000,1500,1500,1500,1500,5000,1500,3250,8000,8000,2500,2500,8000,8000,2500,2500,5250,5250,8000,8000,2500,8000,2500,8000,2500,8000,2500,5250,5250,52585676869707172После000000расчетПродолжение таблицы 3.80,3250,2500,5250,3250,5250,8000,3250,5250,2500,3250,5250,5250,3250,5250,5250,3250,5250,525регрессии составлены уравнения,-1001-10000000коэффициентовсвязывающие свойства вяжущих (прочность, степень гидратации и др.) с однойстороны и факторы эксперимента (x1, x2, x3) - с другой:γ = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b11x12 + b22x22 - b33x32 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 ,где b0...b23 - коэффициенты регрессии.Результаты оптимизации обобщены в таблице 3.9.Таблица 3.9 − Оптимизация комбинации активаторов методомматематического планирования эксперимента.Степень гидратациичерез3д7д28д1д3д7д28дЛинейныедеформации[мм/м]48 ч70чКонецсхватывания[мин][г/см3]через28дНачалосхватывания[мин][%]через28дНомерсоставаRсж56425633,139,139,50,670,830,910,942,362,8727,61,6957495735,839,742,90,700,820,890,912,162,5427,81,6858385036,139,742,10,650,800,870,891,621,8029,31,6559404531,233,334,00,620,750,770,801,211,3433,81,6260627229,534,334,70,630,760,840,881,451,6530,21,6861586931,834,635,30,620,750,790,811,361,5131,51,5762596933,836,737,00,600,720,810,830,810,8930,21,6663758227,629,129,50,570,660,700,710,690,6940,71,5564667231,234,133,70,660,810,880,901,541,7530,41,6365789232,335,336,40,600,720,800,811,031,1432,21,6166809629,436,438,70,660,790,840,901,802,1327,71,67[МПа]86Продолжение таблицы 3.967677734,737,839,50,620,730,820,821,571,6532,31,6268748934,338,841,30,650,770,870,891,301,4029,11,6669717933,336,737,50,630,750,800,831,231,3130,61,6670728235,539,041,50,630,770,840,851,441,5430,01,6471708033,137,640,40,630,770,850,871,331,4330,21,6572687934,538,641,00,640,770,860,861,291,3930,11,64Получено уравнение в общей форме:γ = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b11x12 + b22x22 - b33x32 + b12x1x2 + b13x1x3 +b23x2x3, где x1, x2, x3 - концентрация KAl(SO4)2·12H2O; CuSO4 и ZnSO4·H2O вкодированный форме (-1, 0 +1)b0 ...b23 - коэффициенты регрессии.Полученные коэффициенты показаны в таблице 3.10.На основании этих уравнений были построены соответствующиедиаграммы (рисунок 3.22...3.33)Величина pH исследованных составов лежит в области 4...8 (от кислой донейтральной) и зависит от концентрации сульфатов.Как видно на рисунке3.22, 3.23 сроки схватывания сокращаются,однако, не смотря на то, что каждый компонент в отдельности хорошоактивизирует ангидритовое вяжущее, их влияние в различных сочетанияхотличается определенными особенностями.Так лучше всего ускоряют процессы твердения ангидритовых смесейKAl(SO4)2·12H2O, что особенно заметно при малых и средних концентрацияхдругих солей (рисунок 3.24).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
