загрузка...

4.1.2. Изучение влияния расширяющейся композиции на свойства твердеющего цемента

Дальнейшие исследования относятся к разработке новых составов расширяющихся цементов. В главе 4 в результате опытов с доломитами показана способность составов с добавкой №2СОз - 3 % после обжига при температуре 950°С приобретать свойства расширяющейся композиции (РК). Эти данные послужили основанием для синтеза РК.

Присутствие расширяющихся веществ в цементе вызывает набухание раствора, препятствует образованию трещин усадки в первые часы твердения. Чрезмерно высокое содержание извести, свободной магнезии, гипса может вызывать серьезные дефекты.

В последние годы в промышленное производство в ряде стран быстро внедряются расширяющиеся цементы двух типов, способные либо компенсировать гидравлическую усадку таким же набуханием (безусадочные цементы), либо стимулировать расширение в начале схватывания таким образом, чтобы остаточное расширение достигло достаточно высокого значения для сохранения арматуры железобетона в состоянии натяжения. Отсюда появились так называемые напрягающие цементы.

Расширяющееся композиционное вещество получали обжигом при 950°С, выдержка 60 мин. Липецкого доломита с добавкой Na2C03 - 3 %. Продукт обжига размалывали до полного прохождения через сито №008. Смешивание РК с цементом осуществляли в колбе с резиновыми пробками.

Интенсивность гидратации магнезиальной извести повышается с увеличением температуры среды, т.е. в условиях тепловлажностной обработки.

Поэтому влияние режима твердения на прочностные показатели изучали при трех режимах твердения: автоклавном, пропаривании и водном при температуре 20 ± 2°С.

Для определения влияния РК как добавки к цементу на его прочностные показатели образцы 10 х 10 х 60 мм твердели в условиях повышенной температуры и давления. Готовили составы: 1- цемент; 2, 3, 4 - цемент с добавкой

РК - 3, 10, и 15 % (В/Ц = 0,5). Образцы, освобожденные от форм через сутки, автоклавировали в лабораторном автоклаве, по режиму: подъем температуры до 170°С составил 120 мин, выдержка при этой температуре и давлении 0,8 МПа - 240 мин, после чего автоклав отключили (рис.4.26.). й 1

§0.8

« 0.6 s

S 0.4

I 0-2

п о у 7- — — —?— ч 1

7 8 Время,1 Рис. 4.26. Режим запарки. Прочностные показатели при сжатии и изгибе после автоклавирования, испытаний образцов на расширение приведены в табл. 4.2. Таблица 4.2. № Составы Прочность после Линейное автоклавирования, МПа расширение, сжатие изгиб % 1 Цемент 32 16 0,01 2 Цемент с РК-3% 42 16 0,20 3 Цемент с РК - 10% 0,2 4 6,40 4 Цемент с РК - 15% разрушились разрушились разрушение Влияние добавки РК на прочность цементного камня

Как следует из результатов физико-механических испытаний образцов, добавка РК является эффективной при введении в цемент в количестве 3 %, повышается прочность на сжатие. Введение 15 % добавки разрушает образцы (рис. 4.27.).

Рис. 4.28.0пределение линейного расширения образцов.

Рис.4.27. Влияние РК на прочность цементного камня после гидротермальной обработки. 1- цемент; 2, 3, 4 - цемент с добавкой РК - 3, 10, и 15 %

составы

ев

С 2

Для измерения линейного расширения образцов использовали индикатор линейного расширения часового типа (рис. 4.28.). Линейное расширение рассчитывали как отношение изменения длины балочки к ее первоначальной длине после расформовки (ДЬ = L2-L\ / Li • 100%).

Величина линейного расширения цемента составила при добавлении добавки (3 %) - 0,20 %, такое расширение является безопасным для прочности цементного камня.

Избыточное введение РК сопровождается сильным расширением цементного камня и снижением его прочности. При избытке РК (15 %) наблюдается сильная деструкция цементного камня, которая заканчивается разрушением образца (рис. 4.29.).

Состав расширяющегося цемента необходимо выбрать таким образом, чтобы расширение было ограничено во времени и не проявлялось ни слишком рано, ни слишком поздно. Если весь расширяющий компонент образуется еще до схватывания, расширения вообще не произойдет, и наоборот, если этот компонент образуется в период, когда бетон наберет высокую прочность, могут развиваться внутренние трещины, сильно снижающие долговечность конструкции.

Цементы, содержащие различное количество расширяющейся добавки, значительно отличаются по последовательности развития и величине линейных деформаций.

Анализируя полученные данные, можно заключить, что влияние расширяющихся добавок на цементный камень сводится к изменению скорости кристаллизации расширяющейся фазы и, как результат этого, прекращению усадки и последующему развитию деформаций расширения.

Рис. 4.29. Цементные образцы после автоклавирования: 1 - без добавок, 2-е добавкой, %: с РК 3,

3-сРК 10, 4 - с РК 15.

Регулируя дозировку РК в составе вяжущего, при автоклавной обработке

можно получить цементный камень с желаемым расширением в определенных пределах.

При твердении цементов с добавкой РК одновременно с набором прочности цементного камня параллельно возникают внутренние напряжения, вызванные увеличением объема расширяющегося компонента, что при избытке добавки ведет к развитию трещин и нарушению структурной целостности.

Для получения оптимальных значений расширения цементного камня и последующего роста его механической прочности интенсивность указанных процессов должны быть взаимосогласованы.

Можно было ожидать, что фазовый состав гидратных новообразований при твердении всех исследованных составов не будет качественно отличаться от состава продуктов гидратации цементов без добавки РК (MgO и СаО).

Действительно, по данным РФА продукты гидратации цементов представлены гидросиликатом кальция примерного состава C2SH2 и гидроксида, количество которого в исследуемых образцах с добавкой РК значительно больше, чем в бездобавочном цементном камне.

Для определения влияния РК как добавки к цементу при пропаривании на прочностные показатели готовили составы: 1- цемент; 2- цемент с добавкой РК (1 %); 3 - цемент с добавкой РК (3 %). Смешивание РК с цементом осуществляли в колбе с резиновыми пробками. Из приготовленных составов формовали балочки 10 х 10 х 60 мм без песка из расчета три балочки «близнеца» на одно испытание. Через сутки расформованные образцы пропаривали на водяной "бане" при температуре 75°С с выдержкой 8 ч.

Прочностные показатели представлены на рис. 4.30.

Рис. 4.30. Влияние добавления расширяющейся композиции на прочность цементного камня после 8 ч гидротермальной обработки. 1- цемент; 2- цемент с добавкой РК (1 %); 3 - цемент с добавкой РК (3 %).

Пропаривание приводит к ускорению химических реакций между цементом и водой и тем самым влияет на кинетику гидратации цемента. Вместе с тем пропаривание не вносит существенных изменений в фазовый состав продуктов гидратации цемента по сравнению с твердением при обычной температуре.

Расширение исследуемых составов представлено в таблице. 4.3.

Таблица 4.3. Линейное расширение Содержание РК 0 1 3 А1, % -0,17 0,60 1,33 Влияние РК на расширение цементного камня

Как следует из результатов физико-механических испытаний образцов, введение РК эффективным при содержании 1 - 3 % от массы портландцемента.

Для определения влияния РК как добавки к цементу на его прочностные показатели готовили составы: 1- цемент; 2 - цемент с добавкой РК (3 %). Смешивание РК с цементом осуществляли в колбе с резиновыми пробками. Из приготовленных составов формовали 3 балочки без песка (В/Т = 0,5) на одно испытание. Образцы 10 х 10 х 60 мм твердели в воде при нормальных условиях комнатной температуре 20 ± 2°С.

Прочностные показатели цементов, твердевших при 20°С в воде, после 2, 7, 28 суточного твердения представлены в табл. 4.4.

Таблица.4.4.

Характеристики цементов, твердевших при 20°С в воде. № Портландцемент БЦЗ, % РК, % Прочность при сжатии/изгибе, МПа Относительное удлинение, % Зозраст, сут. 2 7 28 2 7 28 1 100 0 6,5/2,7 18,9/6,2 40,8/9,8 0,06 0,12 0,00 2 97 3 5,9/2,9 17,2/5,8 38,6/8,2 0,08 0,23 0,40 Представленные в таблице 4.4. результаты показывают, что при изменении температуры гидратации (20, 80, 170°С) расширяющегося цемента, меняется линейное расширение цементного камня (соответственно 0,40; 1,33; 0,20 %). Известно, что тепло активизирует химические реакции гидратации вяжущих.

Следовательно, расширение цементного камня можно регулировать не только подбором содержания и состава расширяющего компонента, но и

изменением температурных условий формирования основной структуры твердения.

Все факторы, способствующие ускорению реакции гидратации расширяющего компонента, вызывают снижение величины окончательного значения расширения, так как кристаллизация расширяющейся составляющей происходит в этом случае слишком рано, в еще незатвердевшем цементном камне.

При использовании расширяющегося цемента ограничение деформаций расширения создает самонапряжение цементного камня. Так, при пропаривании и автоклавной обработке исследованы бездобавочный цемент (1) и цемент с добавкой РК-1 % (2). Цементное тесто заключено (В/Т= 0,5) в кольце-формы (0= 28 мм.) и подвергнуто автоклавированию и пропарке. После автоклавирования в образце 1 появились трещины по окружности между цементом и кольцом (0,6мм), поверхность образца 2 плотная, без трещин. Введение в цемент РК позволяет уменьшить трещинообразование цемента в кольце.

Проблема устранения усадки цементного камня существенно осложняется при воздействии повышенных и высоких температур.

К наиболее важным факторам, определяющим выбор тампонажных материалов, особенно для глубоких и сверхглубоких скважин, следует отнести температуру и давление. В результате возникла необходимость в разработке цемента, обладающего нормальными для процесса тампонирования сроками схватывания и заданной прочностью, для цементации скважин с температурой на забое до 200°С.

Наиболее рациональный путь предотвращения смятия труб и повышения герметизации затрубного пространства, в том числе при различных воздействиях внутри колонны, - применение цементов с большой величиной расширения.

Изучено влияние высоких температур при автоклавировании на гидратацию цемента (1:0). Усадка цементного камня примерно в три раза выше, чем нормального раствора состава 1 : 3, и в шесть раз выше, чем бетона с крупностью заполнителя до 20 мм [7].

Для определения влияния РК на прочностные показатели цемента, твердеющего при высоких температурах, готовили составы, представленные в табл. 4.5.

Таблица 4.5.

Исходные составы Компонент Содержание, % по массе, в составах 1 2 3 4 5 6 Цемент % 100 97 90 85 80 75 РК% 0 3 10 15 20 25 Расширяющая композиция получена из Ковровского доломита с добавкой Na2C03 - 3 %, обжигом при температуре 950°С, выдержка 60 мин. Продукт обжига размалывали до полного прохождения через сито №008. Смешивание РК с цементом осуществляли в колбе с резиновыми пробками. Цементное тесто (В/Т = 0,5) заливали в металлическую форму и сразу после формования помещали в автоклав. Температуру в автоклаве поднимали 120 мин

л

до 170°С (давление 8 кгс/см ). Эти условия выдерживали 120 мин. После охлаждения автоклава форму с образцами вынимали (рис. 4.32.), а образцы испытывали на изгиб. Результаты испытаний представлены на рис. 4.31. Составы 4-6 разрушились.

Для получения высокой конечной прочности не рекомендуется сразу нагревать бетон ввиду определенных структурных нарушений, которые могут возникнуть в результате объемных деформаций, расширения воздуха и воды, и температурных перепадов[7].

МПа Я + 1- 1 ? 1 | I | 1 1

1 2 3 4 5 6

№ состава

Рис. 4.31. Влияние добавки РК на прочность цементного камня при изгибе. 1- цемент; 2, 3, 4, 5, 6 - цемент с добавкой РК - 3, 10, 15, 20, 25 %. В результате автоклавной обработки образцов установлено благоприятное влияние на прочность добавки РК - 3 %, остальные добавки вызвали значительное уменьшение прочности цемента.

Рис. 4.32. Образцы после автоклавирования

Определены ориентировочно технологические условия получения тампонажного расширяющегося цемента для холодных и горячих скважин на основе портландцемента.

Основная часть расширяющейся фазы Са(ОН)2 и Mg(OH)2 должна образовываться после достижения цементным камнем определенной прочности, т.е. в полужесткой структуре.

Избыточное введение РК сопровождается сильной деструкцией цементного камня и снижением его прочности. При избытке РК более 10 %, наблюдается сильное расширение цементного камня с разрушением образца.

<< | >>
Источник: Черкасов, Андрей Викторович. Малоэнергоемкая технология вяжущих композиций с управляемым расширением на основе магнийсодержащих материалов / Дис. канд. техн. Наук / Белгород. 2006

Еще по теме 4.1.2. Изучение влияния расширяющейся композиции на свойства твердеющего цемента:

  1. 4.1. Синтез расширяющейся композиции на основе доломитов 4.1.1. Изучение влияния температуры и добавок на возможность регулирования расширения композиции
  2. 4.2.2. Изучение влияния количества вводимой добавки на свойства цемента нормированного расширения
  3. 1.1 Особенности процесса гидратации и твердения расширяющихся цементов.
  4. 4.2. Синтез расширяющейся магнезиальной добавки на основе брусита 4.2.1. Изучение влияния температуры и фракционного состава брусита на возможность регулирования расширения магнезиальной добавкой
  5. 5.3. Исследование свойств промышленных партий цемента с компенсированной усадкой
  6. Физико-химические свойства энерговыделяющих композиций
  7. 1.3 Влияние старения на эксплуатационные свойства трубных сталей (прочностные свойства, трещиностойкость, сопротивление хрупкому разрушению, коррозионная стойкость, водородное охрупчивание)
  8. Анализ композиции Общее понятие композиции
  9. Г. Видоизменение образовательного процесса под влиянием личных свойств образуемых
  10. Нормативные свойства христианского логоса: влияние на общество и экономику
  11. В. Видоизменения образовательного процесса под влиянием национальных свойств народов
  12. Сорок восьмая лекция Основные свойства положительного метода при рациональном изучении социальных явлений
  13. 5.2. Изучение влияния измельчения глинистоїч) материала на его активность
  14. 5.2.2 Изучение влияния реагентов-модификаторов на поверхность измельченного каолинита
  15. 3.5. Изучение радиационно-химического процесса полимеризации элементного фосфора в органических растворителях в присутствии ионных жидкостей 3.5.1. Диэлектрические свойства исходных растворов
  16. 5.3. Разработка режима снижения сорбционной способности глинистых минералов 5.3.1. Изучение влияния вывода глинистой фракции из операции измельчения на технологические показатели флотации
  17. ИНТЕРВЕНЦИЯ РАСШИРЯЕТСЯ
  18. Модели расширяющейся экономики
  19. СКЛАДЫ ЦЕМЕНТА И ИНЕРТНЫХ МАТЕРИАЛОВ