Влияние универсального замедлителя твердения на свойства и состав цементного камня
На предприятиях Главмоспромстройматериалов внедряется разработанная в КТБ Мосоргстройматериалы технология изготовления наружных стеновых панелей с камневидной фактурой, в которых для обнажения крупного заполнителя используют новый универсальный замедлитель твердения УЗБ-1
Было изучено влияние различных объемов УЗБ-1 на прочность, объемную массу, степень гидратации цементного камня, полученного из теста нормальной густоты различных минеральных вяжущих. При подборе составов особое внимание уделяли выявлению характерных особенностей действия, оказываемого замедлителем твердения с портландцементами различной алюмииатности и марки. Исследовались среднеалюминатный (7% С3А) портландцемент завода «Гигант» марки М400; среднеалюминатиый (7,5% С3А) Здолбуновского завода марки М 600; высокоалюминатное вяжущее на основе портландцемента Здолбуновского завода марки М 600 с добавкой до 15% чистого мономинерального вяжущего СаА в смеси.
Для однородного распределения в цементном тесте замедлитель твердения УЗБ-1 вводился с водой затворения.
Из теста нормальной густоты на различных минеральных вяжущих формовали образцы-кубики с ребром 3 см. Их пропаривали по режиму 4+3+6+ + 1 ч, а затем вынимали из формы и хранили на воздухе в течение 1 сут. Определяли объемную массу и прочность на сжатие, параллельно отбирали пробы для определения степени гидратации вяжущего (рис. 1).
Как видно из рис. 1, введение в цементное тесто свыше 0,5% УЗБ-1 резко изменяет свойства цементного; камня, причем для портландцементов разных марок завода «Гигант» М 400 и Здолбуновского завода М 600 характер изменения прочности с увеличенном содержания замедлителя в тесте меняется одинаково.
При повышении алюмииатности портландцемента прочность резко уменьшается при меньшем содержании замедлителя. Это смещение, видимо, объясняется тем, что замедлитель твердения фактически оказывает очень мало влияния на процесс гидратации алюминатной составляющей портландцемента, в то время как гидратация силикатной составляющей, вызывающей интенсивное твердение цементного камня, интенсивно подавляется замедлителем УЗБ-1.
Отсюда как следствие вытекает тот факт, что для достижения одинакового сброса прочности при относительно меньшем содержании в портландцементе силикатной составляющей (т. е. при повышении алюминатности) требуется меньшее количество замедлителя твердения.
Объемная масса образцов также зависит от различного содержания замедлителя. С увеличением его содержания объемная масса образцов уменьшается, а значение концентрации введенного замедлителя, при котором начинается значительное уменьшение объемной массы, совпадает с аналогичным значением, при котором начинается интенсивный сброс прочности при сжатии. Эта закономерность, на наш взгляд, объясняется тем. что при увеличении количества замедлителя происходит подавление процесса гидратации вяжущего, за счет чего резко увеличивается общая пористость материала.
Таким образом, корреляция значений объемной массы и прочности при сжатии цементного камня позволяет однозначно охарактеризовать влияние замедлителя твердения УЗБ-1 на свойства цементого камня. При введении замедлителя твердения до определенного предела свойства цементного камня (прочность при сжатии, объемная масса и т. д.) не меняются по сравнению с бездобавочным. После достижения определенной концентрации замедлителя, которая в основном зависит от алюминатности цемента (для среднеалюминатного портландцемента эта величина равна 0,5% замедлителя от массы цемента, а для высокоалюминатного — 0,25%). при дальнейшем увеличении содержания добавки свойства цементного камня резко изменяются. Прочность при сжатии и объемная масса образцов начинают резко падать.
Параллельно на тех же образцах методом рентгенографического анализа по C3S определяли степень гидратации вяжушего. Полученные результаты убедительно подтвердили наши выводы о протекании процесса гидратации в присутствии замедлителя твердения. При применении среднеалюминатного портландцемента степень гидратации вяжущего резко падает с введением в цементное тесто более 0,5% замедлителя, а при введении замедлителя 0,75% и выше она крайне незначительна, что свидетельствует о фактическом отсутствии процесса гидратации силикатной составляющей портландцемента (C3S) при данной концентрации замедлителя. Аналогичная картина наблюдается и с высокоалюминатным протландцементом; только резкое уменьшение степени гидратации здесь отмечается после введения 0,25% замедлителя.
Таким образом, ход изменения степени гидратации портландцемента полностью соответствует характеру изменения свойств цементного камня, которые определяются тем, насколько прогидратировалась силикатсодержащая часть портландцемента (C3S, QS) при прочих равных условиях.
Для изучения фазового состава цементного камия в зависмости от различного количества вводимого в цементное тесто замедлителя твердения нами были применены рентгенографический и электронно-микроскопический методы физико-химического анализа.
Образцы цементого камня с различным содержанием добавки замедлителя исследовались с помощью дифрактометра ДРОН-2. По порошкограммам изучали фазовый состав цементного камня (рис. 2). Съемку проводили на медном излучении (ЛСи, Ка) с использованием никелевого фильтра.
На полученных рентгенограммах отражение, соответствующее гидросиликатам кальция, наблюдается только в цементном камне, на свойствах которого влияние замедлителя твердения не сказывается (до 0,5% замедлителя твердения УЗБ-1 от массы цемента). В тех образцах, где добавка замедлителя начинает резко ухудшать прочностные свойства цементного камня, характерное для гидросиликатов кальция отражение отсутствует.
Анализ относительного содержания в цементном камне портландита по интенсивностн пиков отражения с (1=4,88 А и 3-10 А также показывает уменьшение относительного содержания Са (ОН)г в цементном камне с увеличением количества вводимой добавки, причем в образце, содержащем 1,25% замедлителя от массы. цемента, оно крайне мало.
Изучая процессы гидратации алюмосодержащих фаз портландцемента, следует отметить, что в образце с 1,25% замедлителя твердения содержится эттрингит (отражения с d = 3,73 А; 5,54 А; 3,88 А), содержание которого уменьшается с уменьшением вводимого количества УЗБ-1. iB образце, содержащем 1,25% замедлителя, появляется отражение с d= 7,6 А, характерное для гидрокарбоалюмината кальция (ЗСаО А1203 СаСО; 12Н20). ЭТО явление объясняется, по нашему мнению, процессом карбонизации в следствие высокой пористости структуры образцов.
Таким образом, изучение фазового состава цеметного камня методом рентгенографического анализа подтверждает, что процесс гидратации силикатов кальция при введении определенного количества замедлителя твердения фактически отсутствует, и прочность цементного камня определяют продукты частичной гидратации алюмосодержа- щнх фаз портландцемента, представленных в основном высокосульфатной формой гидросульфоалюмината кальция — эттрингнтом,
Морфология цементного камня изучалась с помощью электронного микроскопа просвечивающего типа ЭВМ-100 методом одноступенчатых платино- угольных реплик, которые наносили на поверхность свежего скола цементного камня и отделяли химическим растворением последнего. Характер морфологии цементного камня подтверждает выводы относительно влияния УЗБ-1 на физико-химические процессы, происходящие при гидратации портландцемента.
Электронно-микроскопические исследования показали в бездобавочном образце наличие плотных пластинчато — чешуйчатых новообразований гидросиликатов кальция, плотно упакованных пластинчатых кристаллов портландита с хорошо просматривающимися плоскостями спайности. Волокнистых кристаллов эттриигита не обнаружено, наблюдается незначительное количество кристаллов низкосульфатной формы моносульфоалюмината кальция, на некоторых участках цементного камня обнаружилось скопление сравнительно крупных кубических и гексагональных кристаллов, относящихся, по всей видимости, к гидроалюминатам кальция и гидрогранатам. Общую структуру микрорельефа можно охарактеризовать как плотную, без каких-либо заметных крупных пор и трещин.
Микроструктура и фазовый состав цементного камня с добавкой 0,5% замедлителя твердения практически не отличается от того, что наблюдалось в бездобавочном образце. Следует отметить, что отдельные кристаллы гидраты ых новообразований несколько меньше по своему габитусу.
Иная картина в цементном камне, содержащем 1,25% замедлителя твердения. Кристаллов портландита не обнаружено, как и участков цементного камня, сформированных из новообразований гидросиликатов кальция. Наблюдалось некоторое количество длинных волокнистых кристаллов эттриигита, поросших в порах цементного камня, и крупных четко разделенных между собой кристаллов, по всей видимости, гидроалюминатов, гидроферритов или их твердых растворов. Кроме того, обращают на себя внимание крупные зерна непрореагировавших частиц цементного клинкера, размытость их границ, что, несомненно, говорит об образовании вокруг них пленок замедлителя твердения, которые подавляют процесс гидратации. Выводы
Универсальный замедлитель твердения УЗБ-1 является эффективной добавкой для предотвращения процессов твердения высоко- и ннзкоалюминатных портландцементов.
В присутствии УЗБ-1 в цементном тесте в точно определенных и зависящих от алюмннатности портландцемента количествах практически полностью предотвращаются процессы гидратация силикатсодержащих составляющих клинкера (C3S, C2S), результатом чего является отсутствие в цементном камне гидросиликатных новообразований и кристаллов портландита.