Корозійна стійкість цементних сухих сумішей з карбонатними і органічними добавками
Вантажиться...
Дата
2022
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 хімічні технології та інженерія. - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Хіміко-технологічний факультет, Київ, 2022.
Дисертація присвячена вивченню впливу на властивості сухих будівельних сумішей модифікуючих добавок та карбонатних наповнювачів. Було досліджено стійкість цементної матриці, з відповідними добавками, в агресивних середовищах. Вперше, з використанням камери сольового туману, проводилося випробування впливу агресивного середовища безпосередньо на стійкість модифікованої цементної матриці карбонатними наповнювачами, водоутримуючими реагентами та різними видами полімерних порошків. Встановлено, що ефіри целюлози різних в’язкостей та інші полімерні редисперговані порошки, по різному впливають на стійкість будівельних розчинів до впливу агресивного середовища.
Визначено основні реологічні та фізико-механічні показники впливу карбонатних наповнювачів, хімічних та полімерних редиспергованих порошків на цементну матрицю.
При вивченні вихідних параметрів сумішей з використанням карбонатів, виявлено, що при низькому вмісті вапняку, збільшується міцність цементів на 28 добу, в той час як при використанні крейди марочна міцність сумішей є меншою. Рентгенографічним аналізом підтверджено подібність крейди та вапняку, що викреслює імовірність впливу додаткових включень до хімічного складу сировини у показниках міцності. Таким чином, отримана різниця у показниках залежить від вихідних характеристик добавки, котра додається до суміші, а саме: тонини помолу, вологість, форма часток, тощо.
За характером дії метил гідроксиетил целюлози, міцність сумішей на стиск зменшується при збільшені як вмісту їх у сумішах так і в’язкості самих ефірів целюлози. Ефіри низької та середньої в’язкості зменшуються міцність при вмісті 0,75 мас. % добавки, що складає 40 %, в той час як максимальне зменшення міцності для ефірів високої в’язкості становить - 60 %. Ефіри високої в’язкості збільшують водопоглинання сумішей при збільшені їх вмісту у системі від 2 % до 6 %. Такий характер дії водоутримуючою добавки призводить до значної втрати як ранньої, так і марочної міцності сумішей. Ефіри середньої та низької в’язкості мають менший вплив на міцність, що, у свою чергу, показує їх більшу ефективність при застосуванні у цементних сумішах.
Форміат кальцію та редисперговані порошки при низькому вмісті низькому вмісті у будівельних сумішах зменшують міцність сумішей на 9 - 15 %% в порівнянні до контрольних складів. При цьому значення міцності для отриманих сумішей залишається в межах цементних сумішей марки 500 (42,5 - 50 МПа на стиск). При цьому, вже більші концентрації (від 3 до 5 мас. % добавки у сухих суміщах) знижують міцність сумішей до значень марки 400. Через що, можна стверджувати, що при подальшому твердненні сумішей марочна міцність лишатиметься в межах значень, що були отримані на 28 добу тверднення за умови, що не відбуватиметься деструкційного впливу на вироби.
При дії агресивного середовища, за допомогою камери сольового туману «КСТ-1», на зразки розчинів будівельних сумішей, визначено вплив карбонатних наповнювачів, хімічних та полімерних редиспергованих порошків на стійкість та довговічність цементної матриці.
Визначено, що карбонатні наповнювачі та полімерні редисперговані порошки мають різний вплив на стійкість будівельних розчинів під впливом агресивного середовища.
При впливі агресивних середовищ на суміші з карбонатним наповнювачем, визначено, що найбільшу агресивність має розчин морської води, який містить в собі, як сульфати так і іони магнію. Даний набір сполук призводить до значної втрати міцності цементів від 20 і аж до 50 % у порівнянні із зразками, які зберігалися у водопровідній воді. Показовий вплив на стійкість зразків з цементно- вапняковою сумішами можливо побачити у зразках з вмістом карбонатного компоненту доЗО - 40 %. Втрата міцності в порівнянні до контрольних зразків у даному середовищі морської води 6 - 10 %. В цілому використання крейди призводить до утворення більш, щільних структур каменю, що у свою чергу перешкоджає проникненню та вимиванню сполук при діїї агресивних розчинів.
Встановлено, що ефіри целюлози низької в’язкості за низьких концентрацій проявляють здатність до зменшення руйнуючого впливу сульфат-іонних середовищ на стійкість цементних сумішей у віці зразків 196 діб (з яких, 168 діб зразки перебували у агресивному середовищі). Це передбачено відносною інертністю утворених полімерних плівок у матриці цементної суміші. За низької концентрацій (0,25 мас. %) етил гідроксиметил целюлози, відбувається сповільнення процесів руйнації та відбувається збільшення відносної довговічності цементної суміші при дії руйнуючого середовища на 5 - 10 %. При використанні 0,5 мас. % і більше добавки, відбувається сильне згущення суміші. Це призводить до утворення пустот, тим самим збільшуючи проникність агресивного середовища і відповідно сильніше зменшуючи стійкість сумішей.
Форміат кальцію (РогтіаІеСа), так само як і вініл-ацетату/версатату (ПеоНіІі 4400), можуть виступати у якості антикорозійних добавок за рахунок низьких втрат у міцності зразків та, відповідно, відсутності характерних деформацій на зразках. Добавка №о1іі1і 6700 проявляє значну стабільність до 5 мас. % добавки у суміші на 168 добу витримки у агресивних середовищах. При цьому використання вініл ацетату/версатату (ПеоНіІі 4400) має більш позитивний характер дії на суміш при впливі агресивного середовища. Так, при тривалому перебуванні у кальцій- сульфатному середовищі, при вмісті у суміші 1 % та 5 % вініл-ацетату/версатату, втрата міцності складає 4-10 МПа, в той час як в розчині натрій сульфату відбувався приріст міцності на 2 - 6 МПа в порівнянні до контрольного чистого цементного розчину.
При дослідженні загального характеру впливу добавок визначенно неоднорідність характеру зміни міцності по всьому періоду дослідження дії агресивних середовищ на стійкість сумішей. В періоді початкового впливу сульфатіонних середовищ спостерігалося значне падіння міцності. Дане падіння
міцності є характерним явищем вимивання малорозчинних сполук з товщі каменю та утворенням пустот, що призводять до зменшення механічної міцності. Про те, вже у другій половинні дослідження, в деяких сумішах відбувався прирість міцності, що може бути аргументоване як впливом дії добавок. У випадку прирісту міцності сумішей з вініл-ацетату/версатату (№о1Ші 4400), це пояснюється відносною гідрофобністю та стійкістю версататної групи.
Методом електронної мікроскопії визначено структуру після тверднення сумішей при нормальних умовах на 28 добу та 196 добу після дії агресивних середовищ на модифіковані суміші.
Методом ІЧ-спектроскопії вивчено вплив та визначено поведінку полімерних добавок при безпосередній дії лужного середовища.
При визначенні структури цементної матриці до та після дії агресивного середовища, та аналізуючи данні отримані з ІЧ-спектрів, підтверджена відносна інертність для ефірів целюлози до дії як агресивного середовища так і до лужного. При цьому, версатат та вініл-акриловий сополімер з лужним середовищем взаємодіють. Це видно з наявних характерних піків коливань, що відповідають утворенням піків коливань відповідних зв’язків отриманих при знятті ІЧ-спектрів.
На основі отриманих даних спроектовано рецептуру комплексної добавки «АїчГГІССЖ ІУаг» та досліджено її вплив з порівнянням до однієї з типових протикорозійних добавок, що застосовується у виробництві будівельних сумішей - А12(504)3. Ефективність розробленої добавки полягає у сповільнені процесів втрати міцності при довготривалому перебуванні цементних виробів у агресивних середовищах, аналогічно до впливу А12(504)3.
Доведено, що застосування комбінації добавок з наповнювачем призводить до зменшення впливу агресивного середовища у пізні експлуатаційні строки. При цьому, при подальшій експлуатації виробів з цементних в’яжучих, або зменшення дії агресивного середовища на розчини, відбувається часткове відновлення міцності розчинів. На основі отриманих результатів розроблено комбіновану добавку та розроблено проект технологічного регламенту.
Опис
Ключові слова
портландцемент, сухі будівельні суміші, корозійна стійкість, сульфатостійкість, карбонат кальцію, модифікуючі полімерні добавки, органо- мінеральний композит
Бібліографічний опис
Коваленко, Ю. О. Корозійна стійкість цементних сухих сумішей з карбонатними і органічними добавками : дис. … д-ра філософії : 161 хімічні технології та інженерія / Коваленко Юрій Олексійович. – Київ, 2022. – 162 с.