Диссертация (1141519), страница 3
Текст из файла (страница 3)
П.П. Будниковым, А.С. Пантелеевым, В.М. Колбасовым [9] было установлено, что образование карбоалюмината кальция на поверхности карбонатных заполнителей способствует интенсификации процесса твердения за счет алюмосодержащих клинкерных минералов, при этом с поверхностью карбонатных зерен образуется прочный кристаллический конгломерат с гексагональными кристаллами карбоалюмината кальция. Авторы отмечают определяющую роль адсорбционных, или активных центров на поверхности твердой фазы в адсорбции и гидратации вяжущих.Так, в [10] отмечается, что кислотные центры адсорбции определяют диссоциативную адсорбцию воды и являются активаторами процесса гидратации.Существует мнение о поверхностном процессе адгезии, обусловленным взаимодействием сил Ван-дер-Ваальса. Б.В. Дерягин, Н.А.
Кротова, А.Н. Плугин, В.И.Бабушкин [11] и др., объясняют адгезию наличием сил электрического взаимодействия между ионами, молекулами на границах раздела фаз. Эти силы реализуются за счет потенциалопределяющих ионов (ПОИ) или активных центров (АЦ).Если представить АЦ в виде локализованных электростатических зарядов со-16ответствующих знаков на поверхности дисперсной фазы, определяющих ее электроповерхностные свойства, т.е. ПОИ, то наличие АЦ с противоположными знаками зарядов обусловливает способность к образованию электрических гетерогенных контактов между дисперсными частицами системы.
Показано, что в цементном камне и растворе для обеспечения наибольшей структурной прочностидолжен быть соблюден баланс между положительно и отрицательно заряженнымиповерхностями дисперсных частиц [7]. В работах С.П. Сивкова и В.И. Калашникова [12,14] исследовались процессы адсорбции – десорбции гидрофобизирующих добавок ПМСК и ПЭГС, суперпластификаторов на тонкодисперсных минеральных носителях, обладающих различными кислотно-основнымисвойствами поверхности. Установлено, что по способности адсорбировать ПМСК(полиметилсиликонат) и ПЭГС (полиэтилгидроксилоксан) рассматриваемые добавки можно расположить в следующий ряд: «Тальк» < «Микрокремнезем» <«Опока» < «Микрокальцит».
При этом наибольшая величина адсорбции гидрофобизирующих добавок наблюдается при использовании микрокальцита, что объясняется возможным протеканием химических реакций на поверхности частиц иобразованием поверхностного химического соединения полиметилсиликонатакальция. Модифицирование гидрофобизирующих добавок путем их адсорбции наповерхности соответствующего минерального носителя и капсулирования добавки в оболочку из органического вещества полимерной природы, способствующегоснижению скорости десорбции гидрофобизатора, позволяет регулировать скорость и время поступления гидрофобизатора в структуру твердеющего цементадля получения высокого значения объемной гидрофобизации капиллярнопористой структуры материала [12,13,14].Причиной химической активности карбонатных пород, как указано в статье М.А.
Михеенкова [15], что обуславливает их применение в качестве именнодобавок, является образование в системе «карбонат-цемент» гидрокарбоалюминатакальцияСа(ОН)2·Н203CaO·Al203·СаС03·11Н20,игидрокарбонатагидросульфокарбосиликатакальциякальция-СаС03-(таумасит)17CaO·Si02·CaS04·CaC03·15Н20. В силу нерастворимости карбоната кальция, данныесоединения могут образовываться преимущественно на поверхности минералатвердых магматических пород (гранит, мрамор и др.). Карбонатные породы на основе метаморфических и осадочных горных пород имеют по сравнению с традиционными заполнителями бетонов на основе магматических горных пород меньшую механическую прочность, тем не менее, обладают существенным преимуществом, выражающимся в их повышенной химической активности и влиянии напроцесс гидратации и кристаллизации.
На эту особенность карбонатных наполнителейбетоновуказываетрядработизвестныхавторов[16,17,18,19,20,21,23]. Основа современного бетона, предопределяющая свойствасмеси и конечного продукта - это связующее: цементное тесто и цементный камень. Исходное сырье связующего - порошки вяжущего (цемент и др.), тонкомолотых добавок (активных и минеральных), отходов производства (микрокремнезем и др.), нанопорошков (фуллерен и др.).
В работах [24,25,26,27,28,29 ] приводится описание типов нанодобавок и указывается на расширение их применения.Многие жидкие добавки (ЛСТ, КМЦ и др.) готовят на базе сухих порошков. Дажевода затворения по своим характеристикам (избирательная смачиваемость, распадна ионы и т.п.) частично проявляет свойства дискретности (жидкого «порошка»).В статье В.В. Строковой [24] приводится использование наноструктурированногоминерального компонента в качестве модификатора вяжущего. Практическисмесь порошковых вяжущих с порошками специальных добавок, затворенных водой, определяет современный уровень бетона - материала, занимающего в мировом масштабе по объему потребления второе место после воды [37,38,39,40].
Использование порошковой технологии в производстве мелкозернистых бетонов суказанием необходимости подбора сродных по структуре компонентов, с применением техногенного сырья исследуется Лесовиком В.С. в работах [37,38,]. Порошковой технологию бетона можно назвать и потому, что весь путь превращения его в камень связан с порошком геля и новообразований. Последние, например, C3S2H3, есть ни что иное, как смесь порошков оксидов в определенном коли-18честве [35].
Причем каждый из них в отдельности характеризуется одним качеством, а в группе - совсем другим, и хорошо, если лучшим.По сути, МЗКБ - монолит, камень, но это и смесь порошков – минералов игидроминералов, которые, в свою очередь, представляют собой смесь порошковоксидов. Таким образом, бетон - монолит из порошков, который, корродируя вовремени, рано или поздно вновь превратится в порошок отдельных оксидов. Поэтому технологам надо учиться работать с порошками и уметь их превращать вкамень-бетон.Известно два пути создания прочного твердого тела [35]. Первый, это – создать исключительно плотное, из отдельных бездефектных мономеров исходноесырье, и тогда высокое качество его породит высокое качество конечного продукта (бетона).
В бетоноведении это пока экономически не выгодно. Второй – создать столько дефектов (порошок), что еще один-десять не приведут к заметнойпотере прочности. Это оптимальный и экономически выгодный путь работы спорошками, когда дробление и помол уничтожают все слабые в них связи и мыимеем дело с максимально прочными и энергетически сильными более-менее однородными микрочастицами. У технологов остается только одна задача – довестимаксимально прочные микрозерна до размеров ультратонких и наночастиц и связать их в единое целое, такое же прочное.
Современные данные [41] свидетельствуют о том, что C-S-H-гель имеет удельную поверхность зерен в пределах 250450 м2/г. Используя метод системно-технологического моделирования процессовв технологии бетона, рассматривается система «цементный порошок – вода затворения» и на нано-уровне рассчитывается изменение параметров ее во времени,вплоть до синтеза твердых частиц друг с другом [35]. Результаты сегодняшнегоуровня свидетельствуют о том, что в таком геле расстояние между соседними частицами (2,5-4,5 нм) сравнительно с атомарным взаимодействием (<0,5 нм) стольвелико (почти в 10 раз), что синтеза их не произойдет, при отсутствии каких-либовнешних механических воздействий (виброуплотнения, механоактивации, химической активации и др.). К тому же, если сблизить частицы до уровня атомарного19взаимодействия, то излишней оказалось бы порядка 61 -75 % воды затворения.Возникают вопросы: что же происходит в такой системе и как трансформируетсяво времени цементный порошок в ней.
Известно [41], что из какого бы материалани был получен порошок, чем мельче зерна, тем они прочнее и энергетическиактивнее. Однако гранулы клинкера цемента (сотни мкм) не растворяются в воде,а зерна порошка цемента (десятки мкм) со значительно более высокой прочностью относительно быстро растворяются в воде. Раскрывшиеся поверхности воспримут на себя максимум воды затворения. В порошковой технологии бетонаважнее химического (всегда энергетически более затратного и дорогого) физический процесс дальнейшего превращения микропорошка в ультратонкий и нанопорошок под действием воды затворения, а именно в тот порошок, который дастмаксимальную удельную поверхность зерен цемента [41].
Принцип интеграциикарбонатного компонента в связующее композита изображен на рисунке 1.3.КрупныйВозЦеНаполнизаполниВодаТонкий заполнительдухмент тельтель> 75ммКрупныйТонкийВозЦеНаполни- МикрозаполниВодазаполнидухмент тельдобавкитель> 75тельммКрупныйIIIУльтратон- ТонкийВозЦеНаполнизаполниМикродобавВодакий поро- заполнидухмент тельтель> 75ки – порошокшоктельммРисунок 1.3 – Принцип интеграции карбонатного компонента в структуруIБезмикродобавокIIМикродобавки - заполнительбетонаСхема отражает функциональную роль известнякового компонента в бетоне(рисунок 1.3).
В Тверском техническом университете изучалось влияние тонкодисперсных компонентов от уровня наполнителя до уровня наномодификаторафизико-механические, реологические, технологические и эксплуатационныесвойства бетонов. Проведена большая работа, результаты которой отражены вомножестве публикаций (например, [42]). В работах Уруева В.М. [43,44] даны ана-20лиз генезиса использования карбонатных пород в виде отходов предприятий попереработке известняков и мела и перспективы использования известняка в качестве компонента мелкозернистых бетонов МЗКБ.1.2. Преимущества и недостатки карбонатных пород как минеральногокомпонента бетона и способы формирования оптимальных структур исвойств мелкозернистого карбонатного бетонаПреимущества карбонатных пород вытекают из поведения карбонатногокомпонента в структуре бетона и влияния его на прочностные и эксплуатационнореологические и технологические характеристики бетонов.
Известно [45], чтовлияние известнякового микронаполнителя на свойства композиционного вяжущего обусловлено:1. кристаллохимической природой и дисперсностью. При среднеобъемномразмере зерен порядка 10 мкм и менее (типичном для известняковой муки), оптимальная концентрация наполнителя снижается до 40 масс.%;2. воздействием на процесс гидратационного твердения цемента;3. микроармированием образующегося искусственного карбонатного композита;4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
