Splavmetal.ru

Сплав Металл
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Повышение прочности цементных материалов путем введения добавок электролитов

Повышение прочности цементных материалов путем введения добавок электролитов

Показано значительное повышение прочности цементного камня, а также восстановление активности длительно (4 и 12 месяцев) хранившегося портландцемента введением добавок электролитов с многозарядными катионами и анионами. Установлено существенное изменение структуры клинкерных минералов (C3S, -C2S, C3A и C4AF) в результате взаимодействия с растворами солей, содержащих катионы с зарядом «+3».

Применение цемента как наиболее распространенного вяжущего вещества обусловило широкое исследование его состава и свойств, а также процессов, происходящих при взаимодействии с водой.

Сложность рассматриваемых вопросов во многом определяется самим объектом исследования — цементом. Он является многофазным полиминеральным материалом. При этом наряду с колебаниями его химического, минералогического и вещественного состава значительно изменяются и другие свойства, например, удельная поверхность [1, 2]. При взаимодействии с водой реакционная способность цемента зависит от состояния поверхности его частиц, дефектности структуры клинкерных минералов и других параметров. Свойства цементного клинкера во многом определяются условиями его получения и зависят от сырья и условий хранения.

В ряде случаев цемент вынуждено подвергается длительному хранению. Это особенно актуально для отдаленных районов Сибири, Севера и Дальнего Востока, где отсутствуют цементные заводы; доставка цемента производится пре-имущественно речным транспортом в течение краткосрочной навигации («северный завоз»). Воздействие окружающей среды приводит к частичной гидратации и карбонизации цемента. Это обусловливает снижение его активности при гидратационном твердении, уменьшение прочности образцов при сжатии и изгибе. В этом случае актуальной задачей является повышение гидратационной активности цемента.

Взаимодействие цемента и продуктов его гидратации с водными растворами электролитов представляет интерес как с точки зрения выбора оптимальных добавок для интенсификации твердения бетона и повышения его свойств (механической прочности, морозостойкости), так и с точки зрения коррозии цементного камня под действием воды, которая неизбежно содержит растворенные электролиты.

Повышение активности цемента, в том числе длительно хранившегося, введением добавок электролитов
В данной работе исследован в основном портландцемент производства ООО «Искитимцемент» (Новосибирская область) марки ПЦ 400 Д-20.
Минеральный состав цемента, % мас.:
С3S — 50–55, C2S — 18–22, C3A — 7–11, C4AF — 12–15.
Удельная поверхность — 320 м2/кг.
Химический состав цемента, % мас:
SiO2 — 20,7, Al2O3 — 6,9, Fe2O3 — 4,6, CaO — 65,4, MgO — 1,3, SO3 — 0,4, п.п.п. — 0,5.

Исследовано влияние добавок электролитов, имеющих заряд катионов +1 (Na+, K+) и +3 (Al 3+, Fe 3+) и анионов с зарядом –1 (Cl-, NO3-) и –2 (SO4 2-). Были использованы следующие добавки: КCl, NаCl, FeCl3, AlCl3, KNO3, NaNO3, Fe(NO3)3, Al(NO3)3, K2SO4, Na2SO4, Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3.

Исследовано влияние указанных выше электролитов на прочность цементного камня, изготовленного из портландцемента, хранившегося в течение 7 суток при нормальных условиях (температура — 20 ± 2 °С, влажность — не более 60%) — контрольное значение прочности, а также хранившегося в течение 4 и 12 месяцев в среде с влажностью около 80% при температуре 20 ± 2 °С и после 4 месяцев хранения в такой же среде и дополнительного искусственного «состаривания» (влажность — более 90%, температура — 70–80 °С) в течение 48 часов.

Табл. 1. Влияние растворов электролитов (1% от массы цемента) на прочность при сжатии образцов, изготовленных из длительно хранившегося портландцемента, твердевших 28 суток в нормальных условиях

Влияние растворов электролитов

Исследования проводились на образцах цементного камня с размерами 20х20х20 мм, полученных в результате твердения теста нормальной густоты при нормальных условиях (табл. 1) и после тепловлажностной обработки по следующему режиму: подъем температуры в течение 3 часов, выдержка при температуре 85 °С в течение 6 часов и снижение температуры в течение 2 часов (табл. 2).

Табл. 2. Влияние растворов электролитов (1% от массы цемента) на прочность при сжатии образцов, изготовленных из длительно хранившегося портландцемента, твердевших при тепловлажностной обработке

Влияние растворов электролитов (1% от массы цемента) на прочность при сжатии

Содержание электролитов изменялось от 0,5% до 1,5% от массы вяжущего.
Добавки растворяли в воде при температуре 20 ± 2 °С, а затем вводили в цемент вместе с водой затворения.
Оптимальная добавка электролита, как показывают результаты экспериментов, составляла 1% от массы цемента (табл. 1, 2).
Коэффициент вариации при определении прочности при сжатии цементного камня составлял не более 4,1%.
Анализ полученных результатов показывает, что длительное хранение цемента в условиях с повышенной влажностью приводит к существенному снижению прочности образцов.

Читайте так же:
Смеси песчано цементные гост 28013

После 28 суток твердения при нормальных условиях это снижение составило: в случае 4 месяцев хранения — 30%, после 12 месяцев хранения — 63%, после 4 месяцев хранения и дополнительного «состаривания» — 70% (табл. 1). Образцы с добавкой 1% Al2(SO4)3 после 4 месяцев хранения цемента во влажных условиях имеют такую же прочность, как и образцы без добавок в исходном состоянии. После 12 месяцев хранения цемента во влажных условиях прочность образцов с добавкой 1% мас. Al2(SO4)3 такая же, как и у образцов исходного цемента после хранения его в тех же условиях в течение 4 месяцев.
Таким образом, использование добавок электролитов с многозарядными катионами (Al3+, Fe3+) и двухзарядным анионом (SO42-) обеспечивает повышение активности цемента как свежеприготовленного, так и длительно хранившегося во влажной среде.

Эффект действия электролитов может быть обусловлен их влиянием на заряд поверхности частиц цемента. В целом, электрокинетический потенциал поверхности частиц цемента отрицательный. Многозарядные катионы могут существенно изменять этот заряд. Значительную роль может играть и ионный обмен между раствором соли и частицами цемента.

Результаты, полученные при тепловлажностной обработке образцов, изготовленных из длительно хранившегося портландцемента, аналогичны тем, которые получены в случае твердения образцов при нормальных условиях (табл. 2). Значения прочности образцов в случае тепловлажностной обработки ниже, чем в случае твердения при нормальных условиях. Особенно это проявляется при хранении цемента во влажных условиях и дополнительном его «состаривании». Образцы с добавкой 1% Al2(SO4)3 имеют после 4 месяцев хранения во влажных условиях такое же значение прочности, как и у исходного цемента. После 12 месяцев хранения цемента во влажных условиях прочность образцов после тепловлажностной обработки близка к прочности образцов без добавок, полученных из цемента, хранившегося в течение 4 месяцев в такой же среде.

Таким образом, введение добавок электролитов с многозарядными катионами и анионами (1% Al2(SO4)3 или Fe2(SO4)3) обеспечивает повышение прочности цементных образцов на 20–30% в случае исходного цемента и на 50–70% в случае длительно хранившегося цемента.

Это обусловливает восстановление свойств цемента после его длительного хранения.

Табл. 3. Влияние растворов электролитов на прочность (МПа) цементно-песчаного раствора, изготовленного из портландцемента, хранившегося в различных условиях

Влияние растворов электролитов на прочность (МПа) цементно-песчаного раствора

В табл. 3 приведены значения прочностных показателей цементно-песчаного раствора (отношение цемент/песок = 1:3) в зависимости от концентрации электролитов с многозарядными катионами и анионами (Al2(SO4)3 или Fe2(SO4)3).

Коэффициент вариации при определении прочности при изгибе цементно-песчаного раствора составлял не более 3,5% и определении прочности при сжатии — 4,2%.
Оптимальная концентрация электролита составляет 1% мас. Более эффективное влияние оказывает добавка Al2(SO4)3.
Повышение прочности при сжатии растворных образцов, твердевших в нормальных условиях, составляет:
– при изготовлении раствора на исходном портландцементе — 30–45%;
– при изготовлении раствора на портландцементе, хранившемся в течение 4 месяцев во влажных условиях, — 37–49%;
– при изготовлении раствора на портландцементе, хранившемся в течение 12 месяцев во влажных условиях, — 35–52%.

Прочность при сжатии цементно-песчаного раствора, твердевшего в условиях тепловлажностной обработки (ТВО), увеличивается при использовании портландцемента:
– при изготовлении раствора на исходном портландцементе — на 10–47%;
– при изготовлении раствора на портландцементе, хранившемся 4 месяца во влажных условиях, — на 17–24%;
– при изготовлении раствора на портландцементе, хранившемся 12 месяца во влажных условиях, — на 42–48%.

Аналогичное действие добавок электролитов установлено и для образцов тяжелого бетона [3, 4]. Такое действие электролитов обусловлено их влиянием на нейтрализацию поверхностных зарядов частиц цемента и на процессы коагуляции в твердеющем цементном тесте, а также является следствием возможного ионного обмена между частицами цемента и раствором электролитов в соответствии с диагональными рядами Ферсмана [5–7].

Наиболее эффективно введение электролитов, содержащих многозарядные катионы и анионы, например, сульфатов алюминия или железа.
Для выявления особенностей действия электролитов исследовано их влияние на гидратацию отдельно синтезированных клинкерных минералов и цемента в целом.

Читайте так же:
Цемент для цементирования скважин

Литература
1. Горчаков Г. И., Баженов Ю. М. «Строительные материалы». — М.: «Стройиздат», 1986 г.
2. Кузнецова Т. В., Кудряшов И. В., Тимашев В. В. «Физическая химия вяжущих материалов». — М.: Высшая школа, 1989 г.
3. Бердов Г. И., Ильина Л. В. «Восстановление активности цемента, хранившегося длительное время, действием добавок электролитов». // «Цемент и его применение», № 2, 2011 г.
4. Ильина Л. В., Бердов Г. И., Машкин Н. А., Сухаренко В. А. «Повышение прочности бетона при использовании длительно хранившегося цемента». // «Бетон и железобетон», № 5, 2011 г.
5. Соболев В.С. «Введение в минералогию силикатов». — Львов: Изд-во Львовского университета, 1949 г.
6. Ферсман А. Е. «Геохимия». Т. I. — Л.: «Госхимтех-издат», 1933 г.
7. Ферсман А. Е. «Геохимия». Т. III. — Л.: «ОНТИХимтеорет», 1937 г.
8. Бердов Г. И. и др. «Взаимодействие керамики с растворами солей». // «Стекло и керамика», № 10, 1987 г.

Полная или частичная перепечатка материалов — только с письменного разрешения редакции!

Добавки в бетон для повышения прочности

Добавки в бетон для повышения прочности

Прочный бетон является залогом длительной службы зданий и сооружений, которые строят с использованием этого материала. По этой причине большинство строителей задается вопросом, как увеличить прочность цементного раствора. В настоящее время с целью увеличения механической прочности бетонной смеси используют армирование с помощью металлических элементов и специальных добавок. В первом случае необходимо закупить большое количество дорогостоящих компонентов, а специальные добавки характеризуются низкими затратами времени и денег. Добавки в бетон для повышения прочности являются отменным способом увеличить не только прочность, но и влагостойкость, коррозионную стойкость и морозостойкость, устойчивость к сжатию и изгибу.

Добавки в бетон для повышения прочности заливка бетонадобавки в бетон

Основные преимущества добавок в бетон

Главные достоинства добавок в бетон, перед альтернативными вариантами увеличения прочности бетонного раствора:

  1. Значительная экономия цемента при сохранении всех эксплуатационных параметров готовых изделий.
  2. Увеличение подвижности бетона способствует улучшению качества работ по заливке бетоном армированных конструкций.
  3. Повышение характеристик морозостойкости и устойчивости к образованию трещин.
  4. Снижение величины усадки твердеющего бетона позволяет снизить расход раствора.
  5. Повышение уровня адгезии (сцепления) металлической и пластиковой арматуры с бетонной смесью.
  6. Повышение механической прочности бетона при низких дополнительных финансовых затратах.
  7. Возможность отказаться от процедуры использования вибратора, что сокращает трудоемкость выполняемых работ.

Сфера использования

Большинство профессиональных строителей добавляют в бетон для прочности специальные добавки. Это необходимо при строительстве особо ответственных объектов, а также нестандартной технологии производства бетонной смеси:

    , которые будут эксплуатироваться в сложных условиях.
  • Изготовление бетонной смеси с нестандартным заполнителем (гранотсев, мелкозернистый песок и др.).
  • Обустройство конструкций из тяжелого монолитного бетона класса М200 и более.
  • Изготовление железобетонных изделий из мелкоячеистого неавтоклавного бетона. на объектах с повышенными требованиями к прочности поверхности (автомобильные или мусоросжигательные заводы, торговые предприятия и пр.)

Сфера использования добавок в бетон с каждым годом расширяется за счет положительного опыта их использования на протяжении многих лет.

наливной бетонный пол монолитная конструкциямонолитная конструкция

Что добавляют в бетон для прочности

В зависимости от основного принципа действия и химического состава, все упрочняющие добавки разделяют на несколько типов:

  • Пластификаторы. Это специальные сыпучие или жидкие составы, которые используют для увеличения подвижности бетонного раствора. Конечно, дополнительная вода способна сделать смесь более подвижной, но при этом, ухудшается качество бетона и его внешний вид (трещины, сколы и пр.). Пластификатор для бетона позволяет существенно снизить пористость готового изделия, что положительно сказывается на механической прочности, влагостойкости и коррозийной стойкости. При использовании пластификаторов экономится цемент.
  • Ускорители и замедлители набора прочности. Эта разновидность химических веществ, предназначенных для ускорения или замедления твердения бетонной смеси, улучшения его прочности, стойкости к изгибу и сжатию. Наличие ускорителей набора прочности позволяет снизить продолжительность термической обработки, что сокращает технологический цикл производства железобетонных изделий. Вместо ускорителей можно применять электроподогрев смеси, но это дорого и сложно. Замедлители набора прочности используют при длительной транспортировке смеси, а также при заливке больших или достаточно протяженных конструкций. В противном случае, при неравномерном затвердевании возможны образования стыков, которые ослабят конструкцию.
  • Фиброволокно. Представляет собой строительное волокно из микрочастиц термопластичного полипропилена. Добавка этого типа увеличивает стойкость к истиранию, ударам и раскалыванию. Фиброволокно позволяет изготавливать бетонные изделия самой различной формы, что делает его незаменимым в архитектурном строительстве. . Гидрофобизатор является смесью на основе акрила или кремнийорганических веществ. Поверхностный способ нанесения добавок этого типа позволяет использовать их для уже готовых бетонных изделий. Глубина пропитки бетона гидрофобизатором составляет вплоть до нескольких сантиметров. Благодаря обработке этим составом, поверхность бетона приобретает водоотталкивающие свойства, механическая прочность и стойкость к растрескиванию.
Читайте так же:
Сухая цементная смесь рецепт

гидроизоляция бетона

  • Противоморозные добавки. Они позволяют производить качественный бетонный раствор, который имеет высокую стойкость к воздействию отрицательных температур. Благодаря этому появляется возможность эксплуатировать железобетонные изделия во всех климатических районах. Кроме этого противоморозные добавки обеспечивают быстрые темпы набора прочности и снижают содержание влаги в бетоне. Следует отметить, что многие ускорители прочности также оказывают на бетонную смесь противоморозное действие.
  • Комплексные добавки. К данной категории веществ относят химические добавки, которые включают комплекс из нескольких составляющих различного предназначения. Добавки этого типа не только увеличивают прочность бетона, но и повышают его влагостойкость, морозостойкость и износостойкость.

Важный момент: бетонная смесь изначально должна быть хорошего качества, в противном случае, никакие добавки не помогут. Ну и не забываем о тестировании бетона. Его проводят не только на заводе-изготовителе бетонной смеси, но и на строительной площадке (делается пробный замес, заливаются кубики и после затвердевания их испытывают на прессе).

Наше предложение

Группа компаний СМК выполняет комплексное строительство объектов с использованием бетонного раствора, укрепленного с помощью специальных добавок. Наши специалисты знают, как сделать крепкий цементный раствор для обустройства самых сложных и нестандартных конструкций:

    (ленточный, плитный и др.)
  • Цокольные этажи
  • Стяжка пола
  • Монолитные стены
  • Плиты перекрытия
  • Ступени/лестницы
  • Несущие колонны

При необходимости увеличить стойкость к внешним негативным факторам влияния мы используем полиуретановое защитное покрытие, которое позволяет существенно улучшить защиту бетонных изделий от влаги, мороза и механических ударов. В своей деятельности мы используем только качественные расходные материалы и строго придерживаемся требований к выполнению технологических операций. Благодаря этому все наши объекты характеризуются отменными эксплуатационными параметрами. Для заказа строительных работ, следует позвонить или написать нам, что позволит нашему менеджеру грамотно проконсультировать по всем интересующим вопросам.

На видео устройство упрочненных бетонных полов с топпингом силами нашей компании:

Лучшие добавки в цемент для повышения прочности бетона

Бетон, приготовленный на основе качественного цемента и качественных наполнителей, имеет достаточную прочность без внесения добавок. Тем не менее, существует ряд факторов, когда по условиям эксплуатации требуется упрочнение бетона с помощью внесения специальных присадок.

лучшая добавка в цемент для бетона

Для чего нужны добавки?

Для увеличения прочности высоконагруженных и специальных бетонных конструкций, используются специальные присадки, которые добавляются непосредственно в готовящийся цементно-песчаный или бетонный раствор.

После схватывания и полного твердения, смеси в которые были добавлены упрочнительные добавки приобретают дополнительные эксплуатационные свойства: водонепроницаемость, коррозионную стойкость, морозостойкость и существенно большую прочность на сжатие и изгиб.

Учитывая относительно высокую стоимость бетона и цементного раствора с добавками, их применение экономически целесообразно в следующих случаях:

  • Повышенные требования по морозостойкости и водостойкости бетонных конструкций;
  • Использование в качестве заполнителя нестандартных материалов. К примеру, очень мелкий песок;
  • Изготовление высоконагруженных ЖБИ. К примеру, производство тротуарной плитки, фундаментных блоков и т.п.;
  • Приготовление мелкозернистого бетона;
  • Строительство монолитных зданий и сооружений, в которых используются расширяющие присадки.

Виды упрочняющих добавок для цемента

Пластификатор. На данный момент времени, лучшая добавка в цемент для прочности, повышающая прочность конструкции в среднем на 125-140%. При этом основная задача пластификатора – увеличить подвижность раствора.

Также применение добавки этого вида позволяет увеличить морозостойкость бетона на 1,5 марки, водонепроницаемость до 4 марок и сократить расход связующего на 25%. Популярный «народный» пластификатор – обычное жидкое мыло или стиральный порошок.

пластификатор для цемента и бетона

Ускоритель набора прочности. Задача присадки этого вида – увеличение скорости схватывания и твердения бетона и соответственное повышение его марочной прочности на изгиб и сжатие.

Читайте так же:
Расчет фундаментов цементных силосов

Самым популярным и самым недорогим ускорителем набора прочности является обычный хлористый кальций. Используется в производстве: тротуарной плитки, пенобетонных блоков, стеновых и фундаментных блоков, полистиролбетона и пр. Благодаря применению ускорителей твердение значительно сокращается время его экспозиции в форме. Соответственно повышается производительность, увеличивается выход годного, а также происходит увеличение прочности ЖБИ на несколько процентов.

ускоритель твердения для бетона

Противоморозные добавки. В соответствии с названием, назначение противоморозной добавки – дать возможность проводить бетонные работы в условиях низких температур (до минус 25 градусов Цельсия).

Параллельно с этим, происходит увеличение прочности бетона, увеличение водонепроницаемости, уменьшение расслаиваемости готового бетона при транспортировке, а также улучшение удобоукладываемости. Самая популярная противоморозная добавка – нейтрализованная смола в смеси с гидрофобизатором Софексил-гель или Типром-С.

противоморозная добавка для бетона

Комплексные присадки. Ускоряют твердение, увеличивают прочность, значительно уменьшают пылеотделение, увеличивают морозостойкость. В частности за счет использования комплексной присадки можно достигнуть: увеличения прочности бетона на 70-110%, при одинаковой подвижности, снижения усадки на 60-70% и двух-троекратного увеличения водопроницаемости. Одним из самых популярных видов отечественной комплексной присадки для бетона является добавка «Эластобетон»: А, Б или С (в зависимости от назначения ЖБИ или сооружения).

Тонкости применения

Все виды добавок в бетон следует разводить или растворять в теплой воде. Если добавка смешивается с цементно-песчаным раствором в жидком агрегатном состоянии, она начинает работать сразу после добавления.

Сухая присадка начнет «работать» только после полного растворения и тщательного перемешивания. Дозировка добавок зависит от конкретного материала, конкретных задач и требований инструкции предприятия изготовителя. В общем случае, количество добавок не должно превышать 1% по весу связующего (цемента).

Повышение прочности тампонажного камня минеральными добавками​

Современные требования к надежности и прочности конструкции скважины обуславливают необходимость развития технологий и материалов для ее строительства.

Современные требования к надежности и прочности конструкции скважины обуславливают необходимость развития технологий и материалов для ее строительства. Не малую роль в надежности конструкции скважины играет цементное кольцо, расположенное за обсадной колонной.

В процессе заключительных работ по сооружению скважины и ее эксплуатации крепь воспринимает значительные нагрузки, носящие постоянный, периодичный и кратковременный характер. Состояние цементного кольца за обсадной колонной напрямую влияет на герметичность разобщения продуктивных и водоносных горизонтов между собой и изоляцию обсадных колонн от негативного влияния пластовых флюидов.

Соответственно разрушение тампонажного камня приводит к возникновению межколонных давлений, появлению грифонов, межпластовым перетокам и преждевременному обводнению пласта.

На проницаемость и прочностные параметры тампонажного камня влияют как характеристики самого цемента (минералогический состав клинкера, гранулометрический состав портландцемента), так и условия, в которых происходит гидратация и твердение образцов. Наиболее перспективным направлением повышения прочности цементного камня, удовлетворяющим условиям и технологиям цементирования нефтяных и газовых скважин является ввод в тампонажную смесь ультрадисперсных минеральных добавок.

Тонкомолотые минеральные добавки-уплотнители могут активно участвовать в процессах структурообразования и заполнять пространство между частицами цемента, уплотняя тем самым его структуру. Кроме добавок-уплотнителей по гранулометрическому составу выделяют добавки-разбавители и добавки-наполнители [1].

Рис.1. Приближенная модель структуры, получаемой из цемента с добавками уплотнителями (а), разбавителями (б) и наполнителями (в)

Из этой модели видно, что наибольшее число уплотняющих контактов формируется при добавке-уплотнителе.

При использовании более крупных добавок число упрочняющих контактов резко снижается, что соответственно снижает эффект повышения прочности цементного камня.

Были исследованы следующие минеральные добавки:

— кварцевая мука (ОАО ТД «Кварц»);

— диабазовая мука (ООО «Диабаз»);

— микрокремнезем неуплотненный МК-85;

— испытания проводились на цементе марки ПЦТ-I-G-CC-1 (ОАО «Сухоложскцемент»).

Химический состав цементного порошка:

— 3-кальциевый силикат — 52%;

— 3-кальциевый алюминат — 2,4%;

— 4-кальциевый алюмоферрит — 14,9%.

В качестве базовой рецептуры использовался цементный раствор с В/Ц=0,49, в который кроме цементного порошка входили гидроксиэтилцеллюлоза (0,2% от массы вяжущего) и пеногаситель (0,03% от массы вяжущего).

При данном водоцементном отношении плотность раствора составила 1,87 г/см 3 , растекаемость — 210 мм. Минеральные добавки вводились в сухую смесь в количестве 1, 1,5, 2, 3, 5, 7, 10% от массы цементного порошка.

Читайте так же:
Чем обработать цемент от грибка

Исследование прочности тампонажного камня на изгиб проводилось на образцах-призмах размером 20х20х80 мм, выдерживаемых при температурах 24 и 70ºС в ванне с пресной водой.

Прочностные показатели камня определялись по результатам испытаний на изгиб как среднее арифметическое 3 х наибольших результатов из 4 х . Испытания проводились через 24, 48 и 72 ч твердения.

По данным проведенных исследований выявили, что оптимальный объем добавки кварцевой муки составляет 1% для температуры 24ºС и 2% для температуры 70ºС. Прирост прочности на изгиб относительно базовой рецептуры составил 31% и 95% для температур 24ºС и 70ºС соответственно (рис. 2, рис. 3).

Значительное повышение прочности цементного камня при повышенной температуре объясняется увеличением активности кварца (кварц становится активной добавкой при температурах выше 60ºС) и соответственно его участием в структурообразовании, то есть происходит сцепление кристаллов портландцемента с частицами кварца. Кроме того, размер частиц кварца примерно соответствует частицам цемента, то есть кварцевая мука в данном случае является разбавителем, что не снижает плотность структуры камня.

Рис. 2. Прочность на изгиб при 24ºС через 72 ч

Рис. 3. Прочность на изгиб при 70ºС через 72 ч

Оптимальное содержание диабазовой муки в тампонажном растворе составило 1% для 70ºС и 1,5% для 24ºС.

Повышение прочности составило 20% и 75% соответственно для 24ºС и 70ºС (рис. 2, рис. 3). Увеличение прочностных параметров можно объяснить родственным химическим составом диабазовой муки и портландцемента. В химический состав диабаза входит 76% оксида кремния (SiO 2 ), 12,3% оксида алюминия Al 2 O 3 ), 4% оксида кальция (CaO) и 3,7% оксида железа (FeO+Fe 2 O 3 ). Как и в случае с кварцевым песком рост прочности при повышенных температурах обусловлен увеличением активности добавки.

По тонкости помола диабазовая мука уступает цементному порошку, соответственно уплотнения структуры камня не происходит, то есть добавка диабаза выступает в роли наполнителя. Этим объясняет снижение прироста прочности по отношению к добавке кварцевой муки.

Наибольшие прочностные показатели на изгиб с добавкой метакаолина получили при его содержании в смеси 1% и 3% соответственно для «горячих» и «холодных» условий.

Получили прирост прочности на изгиб в размере 79% и 33% для 70ºС и 24ºС соответственно (Рис.2, Рис.3).

По химическому составу метакаолин представляет аморфный силикат алюминия (Al 2 O 3 •SiO 2 ), что обуславливает его участие в формировании структуры камня. По результатам исследования прочностных показателей цемента с добавкой ФАМ наибольший эффект получили при вводе 1% добавки.

Прирост прочности составил 18% и 61% для «холодных» и «горячих» условий соответственно (Рис.2, Рис.3). Весьма эффективно повышает прочность тампонажного камня добавка микрокремнезема марки МК-85. Наилучшие показатели достигнуты при его содержании в тампонажной смеси в количестве 3% и 10% для 70ºС и 24ºС соответственно. Повышение прочности составило 72% для «горячих» и 33% «холодных» условий (рис. 2, рис. 3).

Ввиду высокой дисперсности МК-85 он обладает значительной водопоглащающей способностью. Для сохранения необходимой подвижности тампонажного раствора при содержании МК более 5% дополнительно вводили поликарбоксилатный пластификатор в количестве 0,08% от массы цемента.

Основным компонентом микрокремнезема является диоксид кремния аморфной модификации. Рост прочности камня объясняется мелким гранулометрическим составом и весьма высокой пуццолановой активностью микрокремнезема, что способствует его взаимодействию с гидроксидом кальция, образующимся при затворении цемента, и значительному уплотнению структуры камня. По результатам исследований выявлено влияние минеральных добавок на прочностные показатели цементного камня. Для условий низких температур (24ºС) наилучшими прочностными показателями обладает тампонажный цемент с добавкой неуплотненного микрокремнезема марки МК-85 в размере 10% (рис. 2), для условий умеренных температур (70ºС) наилучшими прочностными показателями обладает тампонажный цемент с добавкой кварцевой муки в размере 2% (рис. 3). Данные минеральные добавки участвуют в процессах структурообразования и способствуют формированию мелкопористой структуры, что существенно повышает прочность тампонажного камня.

1. Курочка П.Н. Экспериментально-теоретические предпосылки повышения прочности цементного камня тонкодисперсными минеральными добавками и добавкой, содержащей фуллерены, П.Н. Курочка, А.В. Гаврилов; Вестник РГУПС. 2013. №1. С. 97‒102.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector