Марущак Уляна Дмитрівна. Пластифіковані портландцементи з високою міцністю в ранньому віці

brief description

Марущак Уляна Дмитрівна. Пластифіковані портландцементи з високою міцністю в ранньому віці: дисертація канд. техн. наук: 05.17.11 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2003

Марущак У.Д. Пластифіковані портландцементи з високою міцністю в ранньому віці. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Національний університет Львівська політехніка”, Львів, 2003.
Дисертаційна робота присвячена питанням розробки теоретичних основ одержання пластифікованих портландцементів з високою міцністю в ранньому віці шляхом модифікування комплексними хімічними додатками поліфункціональної дії на основі ПАР та високорозчинних електролітів - натрію тіосульфату і роданіду, встановленню закономірностей їх структуроутворення та тверднення, в тому числі в умовах понижених додатніх та від’ємних температур. Досліджено фізико-хімічні особливості гідратації та тверднення портландцементних систем у присутності додатків-модифікаторів, що вирішує проблему одержання пластифікованих портландцементів з високою міцністю в ранньому віці завдяки направленому формуванню мікроструктури цементного каменю. Встановлено оптимальні склади модифікованих портландцементів з покращеними експлуатаційними властивостями, показана ефективність їх використання при монолітному бетонуванні, в тому числі в різних температурних умовах.

1. Теоретично обгрунтовано і експериментально підтверджено можливість одержання пластифікованих портландцементів з високою міцністю в ранньому віці шляхом модифікування портландцементів комплексними хімічними додатками поліфункціональної дії на основі ПАР (ЛСТ, ВПБ та ін.) та високорозчинних електролітів - натрію тіосульфату і роданіду, які забезпечують направлене керування кінетикою структуроутворення в’яжучих, інтенсифікацію початкових стадій їх тверднення, що дозволяє одержати портландцементи з підвищеною рухливістю та оптимальними будівельно-технічними властивостями, в тому числі в умовах понижених додатніх та від’ємних температур.
2. З метою уніфікації та гармонізації властивостей портландцементів за методами випробувань згідно ГОСТ 310.4 та європейського стандарту EN 196 встановлено взаємозв’язок між рухливістю цементно-піщаного розчину та основними фізико-механічними показниками портландцементу. Показано, що в умовах підвищеної рухливості при заданому В/Ц=0,4 спостерігається спад ранньої міцності та активності портландцементних систем. Зростання водоцементного відношення до В/Ц=0,5 для забезпечення підвищення рухливості в’яжучого спричиняє погіршення ряду експлуатаційних характеристик цементного каменю, що зумовлено втратою вологовмісту системи на 36% в початковий період, збільшенням пористості в 1,7 рази, деформацій зсідання в 1,9 рази, перекристалізацією голчастих кристалів етрингіту в гексагональні AFm-фази з часом тверднення. З використанням методів математичного планування експерименту встановлено вплив питомої поверхні в’яжучого та водоцементного відношення на міцність і рухливість цементно-піщаного розчину. Ефективність забезпечення високої ранньої та марочної міцності в умовах підвищеної рухливості цементно-піщаного розчину досягається портландцементами з питомою поверхнею не менше 400 м2/кг.
3. Показано, що раннє структуроутворення портландцементу з високорозчинними додатками-модифікаторами на основі натрію тіосульфату та роданіду супроводжується підвищенням пересичення рідкої фази іонами кальцію, що сприяє рівномірному розподілу гідратів у об’ємі міжзернового простору. Комплексом методів фізико-хімічного аналізу виявлені особливості процесів гідратації та тверднення клінкерних мінералів С3S та С3А, модифікованих додатками на основі натрію тіосульфату та роданіду. При гідратаційному твердненні С3S з додатками Na2S2O3таNaСNS відбувається зростання ступеня гідратації на 10-30% та приріст міцності алітового каменю в ранній період на 30-50%. Показано, що в присутності натрію тіосульфату та роданіду проходить модифікування продуктів гідратації С3А з утворенням та стабілізацією гексагональних АFmфаз, які є структурно-активними компонентами цементного каменю.
4. Встановлено принципи композиційної побудови портландцементів з підвищеними значеннями пластичності та ранньої міцності, в основу яких покладена можливість синергічної дії поліфункціонального комплексного хімічного додатку на основі ПАР типу ЛСТ, ВПБ та електролітів - натрію тіосульфату і роданіду, що виявляє підвищену пластифікуючу дію, а також є інтенсифікатором процесів механоактивації та тверднення портландцементних систем. Внаслідок підвищеної водоутримуючої здатності додатки натрію тіосульфату та роданіду забезпечують більш повне проходження процесів гідратації пластифікованих портландцементів у повітряно-сухих умовах тверднення.
5. Проведено оптимізацію складів пластифікованих портландцементів з високою міцністю в ранньому віці з комплексними додатками на основі ПАР, натрію тіосульфату та роданіду. При їх випробуванні згідно ГОСТ 310.1-4 встановлено, що розроблений портландцемент відповідає вимогам ДСТУ Б В.2.7-46-96 щодо пластифікованих, а також характеризується високою міцністю в ранньому віці і відповідає типу ПЦ І-500Р-ПЛ, а згідно EN 196 класу 42,5R. Показано, що максимум на диференційній кривій розподілу частинок за розмірами одержаного портландцементу знаходиться в межах 8-30 мкм (вміст зерен D50,D90і D97- 12,7; 45,9 і 64,1 мкм). При калориметричному вивченні гідратації модифікованих портландцементів визначено, що вони характеризуються підвищеним тепловиділенням у ранній період.
6. Вивчено особливості фазового складу та мікроструктури каменю на основі пластифікованого портландцементу з високою міцністю в ранньому віці. Методами рентгенофазового і диференційно-термічного аналізів встановлено, що модифікування сприяє прискоренню процесів гідролізу алітової фази і дозволяє підвищити ступінь гідратації портландцементу через 1 добу в 1,3 рази, забезпечує зростання ранньої міцності на 20-40% та ущільнення мікроструктури каменю модифікованого портландцементу. Контакт між зернами забезпечується в значній мірі за рахунок пластинчастих гексагональних кристалів AFm-фаз.
7. На основі кристалохімічного підходу розвинуто механізм протиморозної дії натрію тіосульфату та роданіду, які внаслідок підвищеної активності забезпечують наявність рідкої фази для протікання процесів гідратації та інтенсифікацію тверднення в’яжучих в умовах від’ємних температур. Введення додатків-модифікаторів на основі натрію тіосульфату та роданіду призводить до зменшення енергії активації реакції гідратації в 1,3-2 рази, що на ранніх стадіях взаємодії портландцементу з водою зумовлює швидше утворення гідратних фаз, які формують структуру і міцність цементного каменю.
Методом низькотемпературної дилатометрії встановлено, що портландцементи, модифіковані комплексними хімічними додатками на основі Na2S2O3та NaСNS, характеризуються температурою початку льодоутворення -8...-12С, що забезпечує наявність рідкої фази для протікання процесів гідратації портландцементу при від’ємних температурах; деформації розширення при цьому зменшуються на 10-40%. Використання модифікованих портландцементів дозволяє в 1,5-2,0 рази скоротити час досягнення критичної міцності бетону на морозі.
8. Дослідженнями будівельно-технічних властивостей встановлено, що легкоукладальність бетонних сумішей на основі розроблених портландцементів ПЦ І-500Р-ПЛ зростає від Р1 до Р3, а бетони характеризуються підвищеними ранньою та марочною міцностями. Водопоглинання бетонів на розроблених модифікованих портландцементах зменшується в 2 рази порівняно з бетоном на звичайному портландцементі, крім того такі бетони характеризуються підвищеною морозостійкістю (F300) та корозійною стійкістю (КС6=0,92). Показано ефективність використання пластифікованих портландцементів з високою міцністю в ранньому віці для бетонів, що тверднуть при понижених додатніх та від’ємних (до -10С) температурах.
9. Проведено промисловий випуск пластифікованих портландцементів з високою міцністю в ранньому віці на ВАТ ”Івано-Франківськцемент”. Одержані модифіковані портландцементи використані при монолітному бетонуванні ВАТ ”Івано-Франківськцемент” та ЗАТ „Карпаткурортбуд”, в тому числі при знакозмінних температурах (+10...-5С) та в сухих жарких умовах (до +30..+35С). При використанні пластифікованих портландцементів з високою міцністю в ранньому віці вартість 1 м3бетону зменшується на 5-10 грн у залежності від виду конструкції та умов тверднення.