Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Дифференциально-термическое и термогравиметрическое исследование цементных камней с противоморозными добавками

Вдовин Е.А., канд. техн. наук, доцент

Дифференциальный термический анализ и дифференциальная термогравиметрия использованы для исследования состава тонкодисперсных гидратных новообразований в цементном камне с противоморозными добавками [1]. Их комплексное применение дало возможность точно определить степень гидратации вяжущих материалов в заданный срок по содержанию в них гидратной воды, а также количество некоторых новообразований по потере массы в пределах соответствующего эффекта.

Для исследований было изготовлено 2 серии образцов из цементного теста нормальной густоты. Первая серия образцов твердела 28 суток при температуре минус 10С. Вторая - 28 суток при температуре минус 10С и дополнительно 28 суток в нормальных температурно-влажностных условиях. Образцы в возрасте 28 и 56 суток испытывали на сжатие, и после препарирования проводили их дифференциальный термический и термогравиметрический анализ.

Исследования образцов осуществлено на венгерском оптическом дериватографе марки 3425-1500-ОД из навесок проб от 400 до 1700 мг, при чувствительности термовесов 100 мг, режимах регистрации ДТА, ДТГ - 1/5, нагревании со скоростью 15 град/мин до 1000єС. В качестве эталона сравнения применен воздух (пустой тигель на Т- спае).

На всех термоаналитических кривых в интервале температур порядка 40-350єС регистрируется эндотермический процесс удаления слабосвязанной, в основном адсорбционной воды.

Регистрируемые термоаналитическими кривыми значения потери массы (ПМ), как в результате удаления слабосвязанной воды, так и ее интегральное значение (20-1000єС) можно рассматривать как прямую характеристику интенсивности процесса гидратации минералов цементного камня. Поэтому степень гидратации цементных камней и количественная характеристика гидратных новообразований определялись по потере массы в пределах соответствующего эффекта.

Таблица 1

Потеря массы образцов цементных камней с различными добавками и температурными режимами

Примечание. ФТП - фильтрат технического пентаэритрита (состав: 23,6% - формиат натрия (HCOONa); 6% - пентаэритрит (С(СН₂ОН)₄); 1% - сахаристые вещества; 1% - твердый остаток); ХК - хлорид кальция (CaCl₂); С-3 - суперпластификатор, продукт поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида

тонкодисперсный цементный камень противоморозный

По данным таблицы 1 построены графики зависимости (рис. 1) прочности цементных камней на сжатие, твердевших в различных условиях, от интегрального значения потери массы (20-1000єС). Усредняющие кривые на графике подтверждают увеличение прочности на сжатие цементных камней с ростом степени гидратации. Подобные зависимости выявлены при рентгенографических исследованиях [2]. В рентгеногра

фических исследованиях при определении степени гидратации не учитывается аморфная составляющая новообразованных фаз. Термический метод исключает этот недостаток, и полученные зависимости прочности от потери массы являются более достоверными.

Кривые нагревания образца цементного камня без добавок регистрируют дегидратацию гидроксида кальция (Са(ОН)₂) в интервале температур 440-500єС.

Эндотермический эффект на термоаналитических кривых с максимумом порядка 720-760єС является следствием наложения двух процессов: дегидратацией новообразованных двухкальциевых гидросиликатов (2CaОSiO₂nH₂O типа С-S-Н (II) или С₂SH₂) и диссоциацией карбоната кальция (СаСО₃), образующегося в результате карбонизации гидроксида кальция.

Характерной термоаналитической особенностью образцов цементного камня с добавками ФТП является появление на кривых ДТА интенсивных экзотермических превращений с максимумами порядка 330-450єС, связанных с выгоранием сложного органического вещества добавки. По сравнению с образцом цементного камня без добавок добавка ФТП обеспечивает значительное усиление процесса его гидратации, что подтверждается ростом интенсивности потери массы на всем исследуемом интервале температур (табл.1).

На кривых ДТА добавка хлорида кальция в исследуемых образцах обусловливает усиление процесса дегидратации портландита (образец №4 в табл.1) и появление дополнительного эндотермического эффекта с максимумом порядка 780єС. Активная роль добавки хлорида кальция в гидратационном преобразовании алита и белита отражается значительной интенсивностью потери массы, особенно в области дегидратации портландита. Дополнительный эффект с максимумом порядка 780єС - результат появления жидкой фазы при плавлении хлористого кальция.

Термоаналитическая кривая цементного камня с двухкомпонентной добавкой ФТП и хлорида кальция показывает результат суммирования термических эффектов, характерных для каждой из добавок. В результате сложения интенсивности воздействия каждой из них регистрируется одно из наибольших значений интегральной потери массы - 20,0%. Этот факт свидетельствует, что каждый компонент в составе такой комплексной добавки в полной мере участвует в процессе ускорения гидратации кристаллических фаз клинкера и их совокупность обеспечивает усиление этого процесса.

Добавка С-3 не повлияла на гидратационные преобразования портландцемента, о чем свидетельствует существенно не изменившийся характер термоаналитических кривых по сравнению с таковым у образца без добавок (кроме конфигурации кривой ДТА в области с максимумом при 410єС, связанной с выгоранием С-3). Поэтому цементный камень с введением добавки С-3 показал даже некоторое ослабление процесса дегидратации. Интегральная потеря массы у него снизилась с 13,5% до 12,0% (табл.1), что обусловлено, очевидно, меньшим водосодержанием при его изготовлении.

При совместном присутствии в цементном камне добавок ФТП и С-3 на термоаналитических кривых регистрируется суммирование термических эффектов каждого компонента. Введение добавки С-3 в комплексе с ФТП не приводит к существенному изменению суммарной потери массы по сравнению с ее отсутствием (табл.1), а, следовательно, не ослабляет процесс гидратации минералов цемента.

Однако при добавлении С-3 совместно с ХК наблюдается уменьшение степени гидратации портландцемента. Поэтому величина интегральной потери массы понижается с 19,3% до 16,2% (табл.1). Значительное уменьшение интенсивности потери массы в интервале температур дегидратации портландита (350-500єС), являющегося продуктом гидратации алита, свидетельствует о торможении процесса гидратации кальциевых силикатов при введении добавки С-3 в данном комплексе.

Для цементного камня с трехкомпонентной добавкой из ФТП, ХК и С-3 отмечается присутствие всех термических эффектов, характерных для каждого компонента, и более глубоко зашедший процесс гидратации. Происходит взаимодополнение положительных эффектов за счет каждого компонента добавки. Это в совокупности привело к максимальной суммарной потере массы 20,5% и достижению наибольшей прочности цементного камня (рис.1).

Таким образом, состав комплексной трехкомпонентной добавки можно рассматривать как наиболее оптимальный с точки зрения достижения высоких интенсивностей протекающих гидратационных процессов, что согласуется с прочностными показателями цементных камней.

Список литературы

1. Ларионова З.М. Методы исследования цементного камня и бетона. М.: Стройиздат, 1970, 159с.

2. Вдовин Е.А. Рентгенографическое исследование портландцемента и цементных камней с противоморозными добавками.// Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов». Часть 1. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004г., с.189-194.

Размещено на Allbest.ru