А. П. МЕРКИН, д-р техн. наук, проф. (МИСИ); А. Д. ЦЫРЕМПИЛОВ, канд техн. наук, А. Ж. ЧИМИТОВ, инж. (Восточно-Сибирский технологический ин-т), Гидромеханическая активация процесса твердения вяжущих
Известно, что активация вяжущих (механоактивация, гидроактивация, механохимическая активация и др.) позволяет снизить энергетические затраты на процессы синтеза силикатного камня и повысить производительность предприятий по выпуску искусственных строительных материалов 11, 2].
Одним из способов эффективной механохимической активации вяжущих является способ гидромеханической активации цемента, разрабатываемый ВСТИ и МИСИ. Сущность данного способа заключается в активации части вяжущего в водощелочиой среде. Процесс гидромеханической активации осуществляли по технологической схеме рис. 1.
В исследованиях использовали портландцемент марки 400 Тимлюйского цементного завода, полевошпатовый песок с Мк=2,1, гранитный щебень фракции 5...20 мм и щелочную добавку в виде отхода Селенгинского целлюлозно-картон- ного комбината — черного щелока. Добавка включает (масс. %): карбонат натрия — 15...18. абистат натрия— 15...17, метанол 1.7, растворимый лигнин— 15...20, нерастворимый лигнин — 12... 15, сульфаты — остальное.
Заданную часть цемента, добавку и всю воду для приготовления бетонной смеси подавали в первичный смеситель-накопитель, откуда полученная суспензия поступала в активатор, где происходило эффективное диспергирование, оводнение и начальная гидратация вяжущего. После гидромеханической активации цементная суспензия по замкнутой системе возвращалась в накопитель. После 2 мин активации цементную суспензию направляли в бетоносмеситель для окончательного приготовления смеси.
Расход цемента и номинальный состав бетонной смеси в работе был принят постоянным и составлял 250 кг/м3 при соотношении цемент : песок : щебень = 1 : 2,4 : 4,2 и В/Ц=0,42. Режим пропаривания бетонных образцов во всех сериях был постоянным: 2-fl2-|-2 ч при температуре изотермии 85+2 °С. Образцы бетона испытывали по ГОСТ 10180 «Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение». Из результатов испытаний (рис. 2) следует, что гидромеханическая активация части вяжущего в присутствии щелочесодержащей добавки приводит к росту прочности бетона во все сроки твердения по сравнению с бетоном на неактивированном цементе. Наибольшей прочностью характеризуются бетоны, содержащие 33 % активированной части цемента, г оптимальная дозировка щелочесидержащей добавки составляет 0,2 % расхода цемента.
Оптимальная доля активированной части цемента непостоянна н зависит от временного режима активаций и технических данных активатора.
Проведенный комплекс физикохимических исследований активированного цемента показывает, что при оптимальном сочетании добавки и доли активируемого цемента достигается наиболее эффективная активация цемента. Это выражается в высокой степени диспергации частиц цемента — остаток на сите N005 — 0,5...0,51 масс.% за 2 мин активации, тогда как у остальных составов — 0,58...0,6 масс.%. Путем гидромеханической активации удается снизить В/Ц до 0,38...0,4. Кроме того, наблюдается глубокая модификация микроструктуры цементного камня на основе активированного цемента (рис 3).
По данным рентгенофазового анализа, структорообразование в твердеющем цементном камне обусловлено образованием гидросиликатов C2SH (А) (1,92; 2,87: 3,07; 3.27) и постепенной трансформацией их в CSH (В) (1,81; 2,80; 2,97; 3,03: 4,26) в присутствии щелочных добавок обнаруживается дополнительное наличие смешанных Na, Са — гидросиликатов (2,62; 4.76; 5,41) группы пектолита. При этом наиболее интенсивно формирование этих новообразований наблюдается в составах с 0,2 % добавки.
Интенсификация структурообразоваиия, а также уплотнение поровой структуры камня объясняется пониженным водосодержанием активированной цементной суспензии и твердофазной диспергацией частиц цемента в доиндукционный период — период отсутствия на частицах цемента гелевых оболочек из продуктов гидратации.
Кроме того, наличие щелочного активатора вызывает интенсивное гидролитическое дезагрегирование частиц цемента с одновременной их гидратацией.
Установленное оптимальное содержание активируемой части цемента в составе вяжущего (33 масс.%), состав цементной суспензии, включающей 0,15...0,2 % черного щелока, а также предложенный способ активации были положены в основу технологии гидромеханической активации цемента.
Данная технология внедрена на линии изготовления стеновых конструкций 135 серии на заводе КПД 1 ПСО Бурятгражданстрой и позволяет сократить производственный цикл изготовления железобетонных изделий путем сокращения режимов тепловлажностной обработки в 1,5 раза (с 2+12+ +2 до 2+6+2 ч) или снизить расход цемента на 20...25 % при том же классе отпускаемого бетона.
Бетон и железобетон, 1992