Влияние минеральных добавок на свойства портландцемента

В статье авторы рассматривают влияние минеральных добавок, а именно метокаолина и известняка, на свойства портландцемента.

Ключевые слова: портландцемент, минеральная добавка, метокаолин, известняк.

Цементные бетоны являются самым распространенным материалом в современном строительстве. Они занимают лидирующую позицию на рынке строительных материалов, и их стоимость напрямую зависит от стоимости компонентов, самым дорогим из которых является цемент.

Производство цемента существенно выросло в течение последних десятилетий и на сегодняшний день является третьим по величине источником выбросов углекислого газа в мире. Снижение удельного количества выбросов парниковых газов и удешевление конечной продукции — это приоритетные задачи для технологов цементной промышленности.

Одним из путей выполнения этих задач является уменьшение содержания клинкера в цементе путем использования минеральных добавок. Это позволяет как уменьшить количество выбросов парниковых газов в атмосферу, так и снизить конечную стоимость цемента для потребителей.

Минеральная добавка — это дисперсный неорганический материал природного или техногенного происхождения, вводимый в бетонную или растворную смесь в процессе их приготовления в целях направленного регулирования их технологических свойств и/или строительно-технических свойств бетонов и/или придания им новых свойств. Минеральные добавки могут быть как техногенного, так и природного происхождения.

Основными эксплуатационными свойствами цемента и изделий на его основе являются: водопотребность, тонкость помола, тепловыделение, прочность, пористость и морозостойкость.

Для регулирования и улучшения свойств цементных бетонов, а также удешевления, используют различные минеральные добавки.

Одним из минеральных наполнителей, обладающих высокой реакционной способностью, является метакаолин — продукт дегидратации обогащенных природных каолинов. Известно, что метакаолин рекомендуется как добавка для получения высокопрочных бетонов, улучшающая структуру цементного камня и позволяющая получить повышенную прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона. Несмотря на то, что эффективность метакаолина как минеральной добавки с высокой активностью подтверждается рядом исследователей, использование его в производстве бетона остается ограниченным. Причиной такой ситуации является недостаточная информированность производителей бетона об основных преимуществах этой добавки, а также изученность технологических условий эффективного ее применения.

Его химический состав цементов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав цемента

В качестве минеральных добавок был выбран известняк производства ООО «ХайдельбергЦемент Рус», месторождения п. Новогуровский, а также метакаолин ВМК-45 производства ООО «СИНЕРГО», месторождения Челябинская обл.

Известняк представляет малоактивную минеральную добавку, которая действует в основном как наполнитель. Метакаолин же представляет собой каолин, обожженный при температуре 700 °С и является пуццолановой добавкой, принимающей активное участие в процессах гидратации цемента.

Из портландцемента и минеральных добавок были приготовлены следующие составы, представленные в таблице 2.

Таблица 2

Состав исследуемых смесей

Нормальная густота и сроки схватывания цементного теста определяются на малом приборе Вика согласно ГОСТ 310.3–76.

Полученные экспериментальные данные представлены на рисунке 1 и 2.

Рис. 1. Нормальная густота исследуемых составов

05101520300510152030

Содержание, %Содержание, %

Рис. 2. Сроки схватывания исследуемых составов

Выводы: Исходя из полученных данных, тип минеральной добавки существенно влияет на водопотребность составов. При относительном содержании известняка в 5 % водопотребность понизилась на 1 %, однако последующее увеличение доли известняка в составе не повлекло за собой изменения водопотребности.

При введении метакаолина наблюдается равномерное увеличение водопотребности. Добавление 15 % метакаолина увеличивает водопотребность с 29 % до 34,5 %. Это обусловлено большой удельной поверхностью метакаолина, на поверхности частиц которого адсорбируются молекулы воды, что увеличивает количество воды, необходимое для достижения достаточно пластичного теста.

Присутствие известняка в составе удлиняется время начала схватывания, однако время конца схватывания остается неизменным при вводе до 10 % известняка, и сокращается со 190 до 175 минут при введении 30 % известняка.

При введении в состав метакаолина существенно повышается водопотребность и удлиняются сроки схватывания. С увеличением содержания метакаолина равномерно удлиняются сроки схватывания, (начало схватывания увеличивается с 60 до 150 минут, а конец — до 295 минут).

1. Бутт Ю. М., Сычев М. М., Тимашев В. В. Химическая технология вяжущих материалов. — М.: Высшая школа, 1980. — 471 с.

2. Тимашев В. В. Избранные труды. Синтез и гидратация вяжущих материалов. — М.: Наука, 1986. — 424 с.

3. ГОСТ 30515–2013 Цементы. Общие технические условия (Переиздание с поправкой)

4. Шейкин А. Е. Олейникова И. И. Влияние тепловлажностной обработки и тонкости помола цемента на структуру и свойства цементного камня. — 1964.

5. ГОСТ 31108–2016 Цементы общестроительные. Технические условия.

6. Добавки в бетоны и растворы. Н. Ф. Анафасьев. М. К. Целуйко. — К: Будивэльнык, 1989. — 128 с.