Исследование модифицирующего действия минерального наполнителя (AL2O3) с положительным электроповерхностным ζ-потенциалом

1.

Исследование модифицирующего действия минерального
наполнителя (AL2O3) с положительным электроповерхностным
ζ-потенциалом на свойства цементных систем

2.

Актуальность :для повышения разжижения бетонной смеси с
помощью анионных СП и ГП, особенно, при низких расходах
цемента (150–250 кг/м3) целесообразно использовать заполнитель
и наполнитель, содержащий на поверхности положительно
заряженные активные центры. Поскольку, используемые в
технологии многокомпонентных высокофункциональных бетонов
наполнители из тонкодисперсного кварца имеют
преимущественно отрицательный заряд, то целесообразно его
применять в комбинации с наполнителем, имеющим
противоположный знак заряда – положительный. Очевидно, что
минеральные компоненты с положительным
электроповерхностным зарядом будут играть существенную роль
в процессах адсорбции ПАВ на наполнителе и оказывать
значительное влияние на эффективность разжижения бетонных
смесей анионактивными разжижителями и структурообразование
цементной матрицы.
Проверке данной гипотезы посвящены данные исследования.
2

3.

Характеристика применяемых материалов
- Кварцевый песок ООО «Формматериалы»
ГОСТ 8736-2014,
- Суперпластификаторы:
Полипласт ПК тип S ТУ 5745-098-58042865-2016
Реопласт ПКЭ ТУ 5745-002-25842763-2014
Рентгенограмма использованного цемента
ЦЕМ 1 42,5 Н
Усеченный мини-конус
Химический состав песка
Химический состав цемента ЦЕМ 1 42,5 Н
Заводпроизводитель
SiO2
Al2O3
Химический состав, масс. %
Fe2O3 CaO MgO SO3 R2O
ЗАО
22,49
«Осколцемент»
4,77
4,40
67,22
0,44
2,00
0,62
CaOсв ппп
0,35
0,23
SiO2
92,4
Al2O3
2,36
Химический состав песка, масс. %
Fe2O3 CaO MgO
SO3
R2O
0,77
1,88
0,2
0,05
0,39
ппп
1,95
сумма
100
3

4.

Характеристика применяемых материалов
Рентгенограмма Аl2O3
4

5.

Характеристика применяемых материалов
Рентгенограмма Аl2O3 :
Глинозем (ГОСТ 30558-98) марки Г-00
5

6.

Тонкодисперсный кварц, измельченный с оксидом алюминия (а, б) и в чистом виде (в, г)
Добавление Аl2O3 к
кварцевому песку в
количестве 1, 3, 5 %
сокращает время помола ≈ на
20 % (Sуд =6000 см2/г)
6

7.

Элементный состав в местах зондирования
Спектр 1
Спектр 2
Спектр 3
Название
спектра
1
2
3
6
C
20.17
5.69
14.46
6.98
Ат., %
O
Al
54.62
0.72
54.00
36.16
56.85
15.54
60.53
32.49
Спектр 6
Si
24.50
4.16
13.16
C
13.28
3.38
9.28
4.35
Вес. , %
O
Al
47.92
1.06
42.67
48.19
48.59
22.39
50.20
45.45
Si
37.73
5.77
19.74
7

8.

Свойства модифицированных Аl2O3
цементов
№
ПЦ%
Al2O3,%
СП,%
НГ,%
Sуд α-Al2O3 = 2200 см2/г
-
Время схватывания (мин)
начало
конец
интервал
26,7
182
345
163
1
100
-
2
99,5
0,5
-
26,7
180
330
150
3
99
1
-
26,7
167
260
93
4
98,5
1,5
-
27,0
166
258
92
5
98
2
-
27,0
161
255
94
6
99,5
0,5
27,5
151
215
64
7
99
1
-
27,5
137
206
69
8
98,5
1,5
-
27,0
166
198
32
9
98
2
-
27,0
125
187
62
10
100
-
Sуд α-Al2O3= 2200 см2/г
0,7
22,5
183
240
57
11
99,5
0,5
0,7
22,5
179
245
66
12
99
1
0,7
22,3
150
245
95
13
98,5
1,5
0,7
22,5
142
250
108
14
98
2
0,7
22,5
140
250
110
15
100
-
-
145
300
155
16
99
1
-
26,25
109
306
197
17
98
2
-
26,25
110
295
185
18
100
-
0,7
72
213
141
19
99
1
0,7
22,5
54
230
176
20
98
2
0,7
22,5
51
211
160
Sуд α-Al2O3= 16000 см2/г
-
Sуд γ-Al2O3 = 2200 см2/г
26,25
Sуд γ-Al2O3 = 2200 см2/г
22,5
8

9.

Влияние добавки Аl2O3 на водопотребность
кварцевой суспензии
В/Ц
0,4
0,35
0,33
0,38
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
2
3
4
9

10.

Влияние добавки оксида алюминия на эффективность
разжижения кварцевых суспензий
320
240
280
200
240
160
200
РК,мм
РК,мм
280
120
80
160
120
80
40
40
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
СП,%
СП,%
■ –SiO2 ; ▲– SiO2 +1% Аl2O3 ; ⯁ – SiO2 +3% Аl2O3 ; ● –SiO2 +5% Аl2O3
Разжижение кварцевых суспензий различного состава суперпластификатором Полипласт ПК тип S: а)
через 5 мин после затворения; б) через 1 час после затворения.
10

11.

Увеличение текучести кварцевой суспензии с
СП в зависимости от дозировки Аl2O3
240
200
120
60%
50%
21%
18%
0%
0,4.%
0,6.%
40
20%
0
0%
0,8.%
а) 1 %;
35%
24%
80
15%
6%
0,2.%
160
37%
40%
40%
80%
240
200
120
РК,%
РК,%
160
60%
240
280
200
РК,мм
РК,%
80%
20%
80%
100%
РК,мм
100%
280
60%
40%
37%
40%
43%
47%
120
80
80
20%
40
40
0
0,2.%
0,4.%
б) 3 %;
0,6.%
0,8.%
160
РК,мм
100%
0%
0
0,2.%
0,4.%
0,6.%
0,8.%
в) 5 %.
11

12.

.
280
280
240
240
200
200
160
160
РК,мм
РК,мм
Влияние бикомпонентного дисперсного наполнителя на
разжижение цементных суспензий
120
120
80
80
40
40
0
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
СП,%
1
СП,%
■ –SiO2 ; ▲– SiO2 +1% Аl2O3 ; ⯁ – SiO2 +3% Аl2O3 ; ● –SiO2 +5% Аl2O3
12

13.

Влияние тонкодисперсного кварца, модифицированного Al2O3
на водоредуцирующее действие СП Полипласт ПК тип R
№
ПЦ,
SiO2 ,
SiO2+3%
СП, %
В/Ц
∆В, %
%
%
1
50
50
-
0
0,6
-
2
50
50
-
0,2
0,42
30
3
50
50
-
0,6
0,38
36
4
50
-
50
0
0,6
-
5
50
-
50
0,2
0,42
30
6
50
-
50
0,6
0,41
32
13

14.

Кинетика твердения цементного камня с кварцевым наполнителем, модифицированным Al2O3
№
ПЦ,
Кв.
Кв.
Al2O3,
%
нап-ль,
нап-ль,
%
%
5%
В/В
2 сут
Rизг, МПа
7 сут
Rсж,
Rизг, МПа
МПа
28 сут
Rсж,
Rизг, МПа
МПа
90 сут
Rсж,
Rизг,
Rсж,
МПа
МПа
МПа
Al2O3,
1
70
30
-
2
70
-
30
1,5
0,28
4,2
100
28,4
100
4,23
100
40,88
100
6,19
100
66,5
100
14,48
100
69,81
100
0,27
4,38
+4,3
38,5
+35,6
6,07
+43,5
44,26
+8,3
10,77
+73,9
75,4
+13,4
15,46
+6,8
73,13
+4,8
0,29
3,65
41,45
5,96
64,26
14,9
70,02
15,2
75,21
100
100
100
100
100
100
100
100
4,4
40,7
6,23
60,57
14,2
69,91
15,8
73,05
+20,5
-1,8
+4,5
-5,7
-4,6
-0,3
+3,9
-2,9
4,35
42,75
5,32
69,45
13,27
73,95
14,89
75,23
100
100
100
100
100
100
100
100
3,0
49,58
4,83
62,53
13,93
74,63
14,50
75,69
-31,0
+15,9
-9,39
2,14
3
4
80
80
20
-
-
20
1
0,29
1,25
5
6
90
90
10
-
-
10
0,29
0,5
0,29
0,55
14

15.

Влияние модифицированного Al2O3 кварцевого наполнителя на
кинетику твердения образцов цементного камня 3х3х3 см с СП
РеопластПКЭ
№
ПЦ,
SiO2 ,
SiO2+3
СП,
%
%
%
%
В/Ц
В/В
Al2O3,
7 сут
28 сут
Rсж,
Rсж,
МПа
МПа
47,52
47,3
100
5
%
1
70
30
-
0,6
0,27
0,18
100
2
3
4
70
50
50
-
50
-
30
-
50
0,6
0,6
0,6
0,27
0,36
0,36
0,18
0,18
0,18
63,37
69,29
+32,6
+46,33
26,64
42,21
100
100
33,91
46,09
+27,28
+10,2
15

16.

Ренгенограммы цементной матрицы через 7 сут твердения
а) чистый цементный камень; б) 1 % Al2O3; в) 2 % Al2O3.
16

17.

Выводы
• Эффективность разжижения суспензий на основе минеральных порошков при помощи
анионактивных суперпластификаторов зависит от электроповерхностных свойств частиц.
Наибольший разжижающий эффект наблюдается в суспензиях с положительно заряженными
частицами. Если преобладающий знак заряда поверхности частиц порошка отрицательный, то
есть совпадает со знаком заряда функциональной группы суперпластификатора, то это приводит
к снижению разжижения.
• Разжижение суспензии на основе смеси, полученной при совместном помоле кварца с добавкой
карбоната кальция (5%) под влиянием анионных модификаторов, существенно возрастает на 4068 % по сравнению с кварцевой. Увеличение расплыва смешанной суспензии вызвано тем, что
производится ликвидация отрицательно-заряженных активных центров кварцевого песка или
других порошков кислого состава путем совместного помола с добавкой карбоната кальция, либо
других солей, содержащих щелочеземельные или щелочные компоненты.
• Электроповерхностные свойства наполнителя оказывают меньшее влияние на разжижение
цементного теста с наполнителем состава 1:1, так как здесь сказывается преобладающее влияние
гидроалюминатных частиц портландцемента, имеющих положительный заряд поверхности.
Электроповерхностные свойств наполнителя в большей степени влияют на стабильность
разжижающей способности во времени из-за возможных реакций гетерокоагуляции с
заряженными частицами гидратных фаз.
17