Справочник строителя | Минеральные добавки

Виды и механизм действия минеральных добавок

Минеральные добавки, получаемые из природного или техногенного сырья, представляют собой порошки и отличаются от химических модификаторов тем, что они не растворяются в воде, являясь тонкодисперсной составляющей твердой фазы бетона или раствора.

Тонкомолотые минеральные добавки, в зависимости от их состава, химической активности и преобладающего механизма действия, подразделяются на следующие группы:

неактивные — добавки-наполнители, играющие только микронаполняющую роль;

активные, обладающие самостоятельной или скрытой гидравлической активностью или пуццоланическим действием (добавки-наполнители или добавки-заменители части цемента);

пластифицирующие — высокодисперсные минеральные вещества, способные при смешивании с водой образовывать коллоидный клей и физически связывать большое количество воды.

Неактивные (инертные) минеральные добавки-наполнители - это тонкомолотые или тонкодисперсные вещества естественного происхождения или отходы промышленности, состоящие из кристаллического кремнезема, глинозема и других веществ, не обладающих скрытой гидравлической активностью.

Механизм действия таких добавок основан на увеличении удельной поверхности составляющих компонентов цементного теста и, в связи с этим, объема прочно удерживаемой адсорбционной воды (при условии, что их дисперсность будет соизмерима с размерами зерен цемента). Это обусловливает получение необходимого количества цементного теста, обеспечивающего образование достаточной толщины обмазки на поверхности зерен заполнителя и. благодаря этому — получение заданной удобоукладываемости смеси.

К неактивным добавкам-наполнителям естественного происхождения относятся тонкодисперсные материалы и тонкомолотые (до тонкости помола цемента) вещества:

глинистые грунты (тяжелая глина, суглинки, супесь) —горная обломочная порода, связанная глинистой связкой;

лёссы - богатые известью бурые и светло-желтые рыхлые отложения известково-песчаной глины;

маршалит - естественная кварцевая пудра, образовавшаяся в результате выветривания кварцсодержащих горных пород и состоящая, в основном, из мельчайших зерен кристаллического кварца;

глинистые, песчаные, кремнистые и доломитизированные известняки — осадочные горные породы, состоящие из обломков раковин и панцирей различных микроорганизмов, из мелких кристаллических зерен известкового шпата (кальцита) и частично органита;

пески — рыхлая смесь зерен крупностью 0...5 мм, образовавшихся в результате выветривания твердых горных пород и состоящих в основном из кристаллического кварца;

песчаники — осадочная горная порода, состоящая из сцементированных зерен кристаллического кварца;

известняки-ракушечники — крупнопористая осадочная горная порода, образовавшаяся из сцементированных известковых раковин.

Неактивные минеральные добавки-наполнители — отходы промышленного производства:

колошниковая пыль — пылевидные частицы железосодержащей руды, улавливаемые скрубберами из отходящих доменных газов и состоящие из оксидов Fe₃O₃, SiO₂, Al₂O₃;

молотая горелая порода - тонкодисперсный материал, являющийся отходом угледобычи и состоящий в основном из оксидов Fe₃O₃, SiO₂, Al₂O₃, СаО, MgO и других.

Минеральные добавки-наполнители, получаемые из вышеперечисленных сырьевых материалов, должны соответствовать следующим техническим требованиям:

тонкость помола (дисперсность) — не менее 3500 см²/г удельной поверхности или не более 15 % по массе остатка на сите № 008;

добавки должны быть однородными и постоянными по вещественному составу и не содержать примеси, снижающие прочность бетона и его коррозионную стойкость;

содержание органических веществ не должно превышать такого количества, при котором цвет раствора при колориметрической пробе получается не темнее цвета эталона (по ГОСТ 8735).

В общем случае требуемое количество неактивных минеральных добавок в смеси с клинкерным цементом определяется в зависимости от марки цемента из расчета, что замена добавкой 1 % массы цемента приводит к получению композитного (смешанного) вяжущего с активностью меньшей на 1 %, чем без добавочного цемента.

Таким образом, технический эффект введения добавок-наполнителей связан с возможностью «разбавления» цемента до уровня, обеспечивающего получение оптимального соотношения между активностью цемента и прочностью (маркой) бетона или раствора и, как следствие, экономии цемента.

Активные минеральные добавки-наполнители — это вещества естественного происхождения или промышленные отходы, находящиеся в тонкодисперсном состоянии или измельченные до тонкости помола цемента и состоящие в основном из аморфного кремнезема (SiO₂ более 50 %), обладающие гидравлической* активностью или пуццоланическим** действием.

* Гидравлическая активность — способность добавки связывать СаО или известь, выделяющуюся при твердении цемента, с образованием труднорастворимых новообразований.

** Пуццоланическая активность — способность добавки связывать известь в низкоосновные гидросиликаты кальция.

В качестве сырья для получения активных минеральных добавок-наполнителей используются горные породы осадочного и вулканического происхождения, а также некоторые виды промышленных отходов:

горные породы осадочного происхожденния - диатомит, трепел, трепеловидная опока, кремнеземистая опоковидная порода. Указанные разновидности диатомитовой породы при одинаковом химическом составе отличаются лишь своей дисперсностью;

горные породы вулканического происхождения — вулканический пепел, вулканические туфы и пемзы, витроф, трасс, перлит необожженный. Все указанные породы, за исключением вулканического пепла, имеют камневидную структуру, поэтому требуют помола до оптимальной дисперсности;

промышленные отходы - золы и шлаки ТЭС (зола-уноса, золо-шлаки), зола горючих сланцев, гранулированные доменные шлаки, отвальные доменные шлаки, фосфорные шлаки - отходы электротермического производства фосфора, содержащие в своем составе СаО и SiO₂ в сумме до 95 %, нефелиновый шлам — отход глиноземного производства, содержащий до 80 % минерала белита, частично гидратированного, ситроф, красный бокситовый шлам — отходы алюминиевого производства, микрокремнезем (ультрадисперсные отходы ферросплавного производства — пыль газоочистки производства ферросилиция, кристаллического кремния, силикомарганца, ферросиликохрома) .

Механизм действия гидравлически активных добавок в основном. обусловлен их химическим взаимодействием с известью, образующейся в результате гидролиза С₃S при гидратации цемента. При этом, в основном, образуются низкоосновные гидросиликаты кальция типа C-S-H (B), гидроалюминаты и гидроферриты кальция, которые увеличивая гелевую составляющую цементного камня, улучшают прочностные и деформативные свойства бетона.

Пуццоланический эффект действия тонкодисперсных добавок в бетонах проявляется в химическом взаимодействии активного кремнезема с известью по схеме:

SiO₂ + Ca(OH)₂ + n(H₂O) -> (B) CaO • SiO₂ • H₂O.

Наряду с этим, поскольку дисперсность частиц добавки соизмерима с размерами зерен цемента, наблюдается пластифицирующий эффект, проявление которого повышается с увеличением (до оптимального) количества вводимой добавки. Образование гидросиликатов кальция обеспечивает повышение плотности и прочности цементного камня и, соответственно, бетона и раствора за счет вовлечения активной части добавки в формирующуюся структуру цементного камня.

Вместе с этим, уменьшение свободной гидроокиси кальция в структуре цементного камня способствует повышению коррозионной стойкости бетона к коррозии 1-го вида — выщелачиванию и коррозии II -го вида — химической коррозии, так как исключает образование легкорастворимых гидроксидов магния, натрия и других.

Таким образом, введение химически активных минеральных добавок- наполнителей способствует не только сокращению расхода цемента, но и повышению коррозионной стойкости бетона, что свидетельствует о технической и экономической эффективности использования добавок в бетонах и растворах.

Активные минеральные добавки-заменители части цемента — это тонкомолотые минеральные вещества, состоящие из низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция, аморфного кремнезема и других веществ, которые обладают достаточно заметной (самостоятельной) гидравлической и пудцоланической активностью, особенно при твердении бетона в автоклавах или пропарочных камерах.

Механизм действия таких добавок обусловлен процессами гидратационного твердения, как заменителя части цемента, и к тому же, учитывая, что зерновой состав добавок близок к дисперсности цемента, пластифицирующим эффектом. Таким образом, целью применения таких добавок является придание бетонной и растворной смеси требуемой подвижности и замена ими части клинкерного цемента, не приводящая к снижению прочности бетона или раствора.

К добавкам-заменителям части клинкерного цемента можно отнести тонкоизмельченные кремнеземистую опоковидную породу, доменные гранулированные шлаки, доменную муку, золу-уноса и гранулированные шлаки ТЭС.

Технические требования, которым должны удовлетворять такие добавки, аналогичны сырьевым материалам, из которых производятся активные минеральные добавки:

высокая дисперсность — удельная поверхность — 2000...5000 см²/г, размер зерен - менее 0,1 мм;

аморфная, стеклообразная и частично кристаллизованная структура;

обеспечение получения устойчивых в процессе эксплуатации новообразований.

Минеральные добавки для бетонов и растворов считаются активными, если они обеспечивают конец схватывания теста, приготовленного на основе добавки и извести-пушонки, не позднее 7 суток после затворения водой и водостойкость образцов из этого же теста не позднее 3-х суток после конца его схватывания. Кроме того, в добавках получаемых из кремнеземистых пород, введены ограничения по содержанию ангидрида серной кислоты (SO₃ должно быть не более 3 % по массе), а в кремнеземистой опоковидной породе должно быть SiO₂ не менее 75 %, Al₂O₃ не менее 5 %, SO₃ не более 0,3 %, выгорающих частиц не более 7 % и растворимого глинозема не более 2 % по массе.

Химический состав доменных отвальных и гранулированных шлаков, а также доменной муки должны соответствовать ГОСТ 3476.

К добавкам, полученным из золы ТЭС, предъявляются требования по содержанию сульфатов, выгорающих частиц несгоревшего угля, которые регламентируются нормативными документами.

Принципиальное отличие активных добавок от неактивных состоит в том, что для снижения активности цемента до требуемого значения их можно вводить в значительно большем количестве.

Минеральные пластифицирующие добавки - это высокодисперсные минеральные вещества, которые вводят в бетонные и растворные смеси низкомарочных бетонов и растворов с целью обеспечения требуемой удобоукладываемости и водоудерживающей способности смеси при минимальном расходе клинкерного материала.

Механизм действия таких добавок — высокий пластифицирующий эффект - обусловлен их высокой дисперсностью, благодаря чему при смешивании с водой они образуют коллоидный клей и физически связывают большое количество воды.

К минеральным пластифицирующим добавкам естественного происхождения относятся:

умеренно-пластичные и бентонитовые глины, известковое тесто, способные образовывать при затворении водой тонкодисперсное тесто;

тонкомолотые кремнеземистые горные породы, которые при смешивании с водой способны образовывать тонкодисперсное тесто.

Минеральными пластификаторами отходами промышленности являются следующие продукты:

минеральные остатки дистиллерной жидкости ДЖ — отходы содового производства, представляющие собой сметанообразную тонкодисперсную массу, состоящую из мела, гидроксида кальция, хлористого кальция, сернокислого кальция, углекислого магния, хлористого натрия, окиси кремния и других веществ;

шламы химводоочистки ТЭЦ - смеси частиц коллоидно-молекулярного и ионного размера, образованные в результате выпадения осадка из раствора.

Качество минеральных пластифицирующих добавок регламентируется специальными техническими условиями и государственными стандартами по тонкости помола добавок, дисперсности и подвижности теста (для тестообразных добавок).

Жирность глин обыкновенных приближенно определяется по плотности глиняного теста (табл. 1).

Таблица 1. Определение жирности глин обыкновенных

Глина бентонитовая (монтмориллонитовая) должна содержать по массе SiO₂ - 58...63 % и СаО - 1,5...5,8 %, её набухаемость должна находиться в пределах 8...14, а бентонитовое число - 22...25.

Качество извести (сортность) допускается определять по средней плотности известкового теста (табл. 2).

Таблица 2. Определение сортности извести

Минеральные остатки дистеллерной жидкости должны иметь дисперсность не ниже дисперсности известкового теста и быть свободными от примесей, вредно влияющих на цемент (SO₃- не более 3 % по массе), и органических веществ - не выше количества, при котором цвет раствора при колориметрической пробе получается не темнее цвета эталона.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях