Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительства. Рудаков О.Б., Перцев В.Т
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
Экспериментальная часть. Синтезировали комплексные нанодобавки (КД) с содержанием SiO2 0,01 % от массы цемента и различными СП.Для этого использовали силикат натрия (Na2SiO3·5H2O) марки ХЧ (ГОСТ 50418–992), соляную кислоту марки ХЧ (ГОСТ 3118), дистиллированную воду (ГОСТ 6709), Sika® ViscoCrete® 20HE (система 1) на основе поликарбоксилатных эфиров и Sikament – FF (система 2) на основе меламин сульфаната.
На первом этапе КД получали методом обратного титрования исходного раствора силиката натрия соляной кислотой. При постоянном перемешивании коллоидные агрегаты SiO2 стабилизировали раствором СП (система 1 – Sika® ViscoCrete® 20 HE; система 2 – Sikament – FF). Содержание СП составляло 0,2 % от массы цемента. Золь синтезировали при постоянной температуре 25 °С (более подробно методика изложена в работе [7]). Затем полученный золь оставляли созревать в течение 7 суток в термостате.
На втором этапе изучали кинетику гидратации и микроструктуру модифицированного цементного камня в сравнении с эталонной цементной системой без добавок (для ее изготовления использовали техническую воду). Модифицированные цементные системы получали путем тщательного перемешивания из портландцемента ЦЕМ I 42,5 (ГОСТ 311082003) и воды затворения с различными комплексными добавками; водоцементное соотношение составляло 0,33.
Кинетику гидратации и фазовый состав модифицированного цементного камня контролировали рентгенодифрактометрическим методом (CuKα-излучение, λ= 1,541788 Å).
Степень гидратации модифицированных систем рассчитывали по содержанию 3СаО SiO2
(C3S) путем сравнения их дифрактограмм с дифрактограммами образца из цементного клинкера [8]:
СГ(C3S) (1 Iмод )100% .
I0
Для оценки морфологии структуры цементного камня использовали сканирующий зондовый микроскоп JEOL JSM-7001F.
Обсуждение результатов. Согласно данным рентгенофазового анализа для всех модифицированных цементных систем характерна ускоренная гидратация (табл.). При этом для системы 1 уже через 3 суток достигается максимальная степень гидратации цемента, которая оказывается в три раза выше, чем в эталонной системе в аналогичный период твердения. В системе 2, по сравнению с эталоном (системой 0), зафиксировано повышение степени гидратации цемента через 3 сут твердения на 40 %, а через 28 сут – на 10 %.
|
|
|
|
|
|
Таблица |
|
|
Результаты зависимости степени гидратации от времени и |
|
|
||||
|
вводимой комплексной добавки НРЧ – СП – В (В/Ц = 0,33) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Прекурсоры системы, |
Степень гидратации, % (по C3S) |
|||||
системы |
суперластификатор |
|
|
|
|
|
|
1 сут |
3 сут |
7 сут |
14 сут |
28 сут |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
Н2О |
21 |
35 |
65 |
58 |
75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Na2SiO3·5H2O, HCl, |
76 |
90 |
92 |
93 |
94 |
|
Sika® ViscoCrete® 20HE |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Na2SiO3·5H2O, HCl, Sikament – FF |
41 |
58 |
75 |
79 |
85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
81 |
|
|
|
|
|
|
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Таким образом, при введении комплексных модификаторов процесс гидратации может быть ускорен в 5-7 раз, при этом существенное влияние на кинетику процесса оказывает вид СП в составе модификатора. Наибольшее ускорение процесса наблюдается при использовании суперпластификатора на основе поликарбоксилатных эфиров (Sika® ViscoCrete® 20HE).
По данным СЭМ установлено, что на микроуровне (рис.1) структура эталонной и модифицированных систем практически не отличается. При этом в модифицированных системах отмечается уменьшение содержания остаточных зерен цемента, что соответствует значениям степени гидратации цемента в данных системах.
На ультрамикроуровне структуры (рис.2) данные СЭМ позволяют заключить, что морфология частиц немодифицированного цементного камня (рис. 2а) и модифицированной системы 1 (рис.2б) является подобной. В сформировавшейся структуре цементного камня систем 0 (эталон) и 1 (СП - Sika® ViscoCrete® 20HE) содержится преимущественно гидросиликатный гель аморфно-кристаллической и дендритоподобной морфологии пластинчатые кристаллы, портландита Са(ОH)2 не фиксируются. В модифицированной системе 2 (СП - Sikament – FF), напротив, наблюдается присутствие значительного количества портландита (рис. 2в).
На наноуровне структуры (рис.3) наблюдается аналогичное предыдущим структурным уровням подобие структур в эталонной системе и модифицированной системе 1 по форме и размеру гелевидных агломератов и, соответственно, по размеру гелевых пор. При этом в системе 1 также отмечается формирование отдельных сростков волокнистоигольчатых кристаллов. В системе 2 гидросиликатных гель характеризуется отсутствием выраженных агломератов и кристаллических сростков.
Заключение.
1.Модифицирование структуры цементного камня комплексными добавками на основе наноразмерных частиц кремнезема, стабилизированных суперпластификаторами с различными структурными фрагментами полимерной цепи, позволяет ускорить процесс гидратации в 5-7 раз.
2.С точки зрения влияния на кинетику процесса и структуру цементного камня наилучший положительный эффект достигается при использовании в составе модификатора суперпластификатора на основе поликарбоксилатных эфиров. При его применении через 3 суток степень гидратации цемента оказывается в три раза выше, чем в немодифицированной системе, при применении СП на основе меламин сульфаната повышение степени гидратации цемента через 3 суток твердения составляет 40 %. Использование СП на основе меламин сульфаната также приводит к негативному эффекту образования значительного количества портландита, который является наименее прочным и коррозионностойким минералом цементного камня.
82
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
а) система 0 |
б) система 1 |
в) система 2
Рис. 1. Типичные фрагменты структуры цементных систем по данным сканирующей электронной микроскопии ( 500)
83
Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
а) система 0 |
б) система 1 |
в) система 2
Рис. 2. Типичные фрагменты структуры цементных систем по данным сканирующей электронной микроскопии ( 10000)
84
Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015
а) система 0 |
б) система 1 |
в) система 2
Рис. 3. Типичные фрагменты структуры цементных систем по данным сканирующей электронной микроскопии ( 90 000)
85