Влияния условий твердения на формирование микроструктуры цементного камня с наполнителем из золы-уноса Хабаровской ТЭЦ

А.Ф. Серенко к.т.н. доцент, Е.А. Строителева, И.А.Павлюков

http://www.jdpsmt.ru/docs/2-2/2-2.php

  ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЯ

Хабаровск, Россия

Данная статья посвящена модифицированию структуры цементного камня за счет использования наполнителя из золы-уноса Хабаровской ТЭЦ-3. Изучалось влияние золы на структуру цементного камня при  твердении в нормально-влажностных условиях (НВУ) и термовлажностной обработки (ТВО). Для выявления происходящих процессов модифицирования структуры производились дополнительные исследования с использованием дифференциально-термического анализа (ДТА) и электронного микроскопа.

Для Дальневосточного региона особенно актуально является то, что все добавки, используемые сегодня в современных технологиях, являются привозными. Исходя из этого, необходимо, модифицировать составы бетона с целью уменьшения расходов на материалы, с заменой на местные материалы или вторичными продуктами промышленности, что должно позволить помимо основной задачи, решить еще и вопросы экологии региона.

Являясь кислыми и обладая высокой водопотребностью, Хабаровские золы при замене даже 10% цемента уже приводят к снижению деформативно-механических свойств искусственного камня.

В исследованиях ставилась задача подобрать оптимальную дозировку золы для замены части песка.  Установить механизм влияния золы-уноса как наполнителя песка. Изучить влияние условий твердения на структуру и свойства цементного камня с наполнителем золы-уноса.

Для определения плотности песка с золой и без золы, применялась методика стандартного уплотнения грунтов на приборе Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов.

Из исследований  было выявлено, что максимальная плотность зольно-песчаной смеси достигается при замене 10% песка золой. Увеличение расхода золы с 10 до 20% уменьшает плотность зольно-песчаной смеси, но обеспечивает плотность выше, чем у ненаполненного песка (рис. 1).

Результаты исследований пластичности зольно-песчаной смеси подтверждает выдвинутое предположение, что зола-уноса является эффективным микронаполнителем при замене части песка.

Рисунок 1 – Зависимость изменения пластичности от замены части песка золой-унос

Для выявления происходящих процессов модифицирования структуры производились исследования с использованием дифференциально-термического анализа (ДТА).

Для изучения влияния условий твердения на микроструктуру цементного камня с наполнителем из золы-уноса ТЭЦ-3 г. Хабаровска готовились образцы 3х3х3 см, твердевшие при нормально-влажностных условиях (НВУ) и с использованием термовлажностной обработки (ТВО). 

Приведенный качественный  анализ ДТА-термограмм це­ментного камня, представлен­ на рисунке 2.

1 - контрольный состав в возрасте 28 суток при нормальном твердении,

2 - контрольный состав в возрасте 28 суток при ТВО,

3 – состав с золой (В/Ц=const) в возрасте 28 суток при нормальном твердении,

4 - состав с золой (В/Ц=const) в возрасте 28 суток при ТВО,

5 - состав с золой с постоянной пластичностью в возрасте 28 суток при нормальном твердении,

6 - состав с золой  с постоянной пластичностью в возрасте 28 суток при ТВО

Рис. 2 ДТА – термограммы цементного камня  на 28 сутки

Пробы цементного камня с содержанием золы (3-6) характеризуются повышением количества адсорбционно-связанной воды, поскольку происходит смеще­ние эндотермических пиков с 110 оС на 130-140 оС.

На пробах цементного камня без содержания золы явно прослеживается эндотермический эффект, присущий наличию Са(ОН)2, а в образцах, содержащих золу этот эффект не наблюдается. Данное обстоятельство указывает на гидравлическую активность зол, выраженную в связывании свободной извести в низкоосновные гидросиликаты кальция (диапазоне 700-800 0С).

В составах 3 и 4 отсутствуют указанные эффекты, возможно это вызвано некоторым наложением эндотермических и экзотермических пиков, соответствующих Са(ОН)2 и невыгоревшим органическим остаткам, ввиду схожих температурных диапазонов их проявления.

Максимальный эффект отмечен при использовании ТВО.  Это можно объяснить тем, что при пропаривании большее количество продуктов гидратации вступает в реакцию с золой.

Для окончательной проверки сделанных выводов о гидравлической активности золы-уноса были рассмотрены под электронным микроскопом сколы образцов цементного камня с наполнителем и без.

№1.                                          №2.                                                №3.

    1 – НВУ, зола 0%; 2 – НВУ, зола 30% (В/Ц=const); 3 – НВУ, зола 30%(В/Ц≠const)

Рисунок 3- Микроструктура цементного камня и камня с содержанием наполнителя из золы-уноса при твердении в нормально-влажностных условиях, увеличение х10000

Анализ свежего скола цементного камня и камня, содержащего наполнитель из золы-уноса в количестве 30% от массы цемента, показывает особенности развития микроструктуры в зависимости от условий твердения. При нормально-влажностных условиях твердения в образцах с постоянным водоцементным отношением (№2) наблюдаются трещины, а образцы с постоянной пластичностью (№3) практически не имеют трещин, как и образцы цементного камня без содержания золы (№1) (рис.3). При использовании термовлажностной обработки (ТВО) у образцов с постоянным водоцементным отношением (№5)  и с постоянной пластичностью (№6) видны новообразования низкоосновных гидросиликатов, когда у цементного камня (№4) их нет (рис.4).

№4.                                              №5.                                        №6.

4 – ТВО, зола 0%; 5 – ТВО, зола 30%(В/Ц=const); 6 – ТВО, зола 30%(В/Ц≠const)

Рисунок 4- Микроструктура цементного камня и камня с содержанием наполнителя из золы-уноса при термовлажностной обработки, увеличение х10000

У образцов под №5 (жесткая смесь) при использовании ТВО новообразования не имеют правильной формы, тогда как у образцов под №6 (подвижная смесь) наблюдается кристаллы правильной формы, которые образуются на поверхности золы-уноса,что хорошо видно при увеличении х10000 (рис. 4).

Из результатов исследований можно сделать вывод, что зола-уноса Хабаровской ТЭЦ является эффективным микронаполнителем, которая обладает гидравлической активностью, особенно при увеличении расхода воды. Применение ТВО повышает эффективность золы так, как способствуют дополнительному формированию низкоосновных гидросиликатов кальция.

Библиографический список:

1. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов/ А.В. Волженский, И.А. Иванов, Б.Н. Виноградов. – М.: Стройиздат, 1984. – 255 с.

2. Долгорев А.В. Вторичные сырьевые ресурсы в производстве строительных материалов. Справочное пособие. М. Стройиздат. 1990, 446 стр.

3. Ступаченко П.П. Строительные материалы из отходов промышленности Дальнего Востока.  Владивосток 1988г.        

4.Parcer D. Microsilica concrete. Part 1. The material. – Concrete, 1985. – v.19. – N10. – p.21-22.

Контактная информация:

Тел.: 64-73-20

адрес: 680021, Россия, г. Хабаровск, Серышева, 47

Е-mail: upd@festu.khv.ru