Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

Abstract The effect of silica, obtained in the process of magnesium-ferriferous slag leaching, on the properties of fine-grained concrete has been investigated. Optimal time for ultrasound dispersion of silica powder has been determined. It has been shown that silica powders are effective in accelerating the cement hydration and hardening. Gaining in strength is the greatest when using dispersed silica together with Glenium®АСЕ 430 polycarboxylate superplasticizer and diminishing the water-cement ratio. The compressive strength of cement stone at the initial curing stage increases by 56-80%; bending strength - by 15-55%. Keywords: silica, ultrasound dispersion, polycarboxylate superplasticizer, cement stone, strength. Современные тенденции развития строительного материаловедения связаны с необходимостью разработки новых ресурсосберегающих технологий получения композиционных материалов, в том числе цементных бетонов с повышенными эксплуатационными характеристиками и долговечностью. Использование мезопористых материалов, имеющих размер пор в интервале 2-50 нм и обладающих высокой удельной поверхностьюот 50 до 1000 м 2 /г, дает возможность получения новых улучшенных характеристик строительных материалов и способов эффективного влияния на эти способы. Большинство работ, направленных на улучшение характеристик бетона, связано с применением ультрадисперсных кремнеземсодержащих добавок. Наиболее доступными и дешевыми материалами для получения кремнеземсодержащих добавок могут служить промышленные отходы. В ИХТРЭМС в лабораторных условиях при выщелачивании отвальных магнезиально-железистых шлаков комбината «Печенганикель» АО «Кольская ГМК» растворами соляной и серной кислот были получены порошки аморфного кремнезема с высокой удельной поверхностью 193-750 м 2 /г, диаметром пор 3.65-15.22 нм и глубиной пор - 3.77-10.97 нм. Частицы SiO 2 имеют сильно разрыхленную поверхность, слипаются в конгломераты размерами от 3 до 300 мкм [1]. Выполненные ранее эксперименты показали, что введение порошков кремнезема в систему портландцемент - песок - вода приводит к повышению прочности при сжатии на 12-24% при массовом содержание добавки начиная с тысячных долей процента по отношению к цементу. Однако зависимость прочностных свойств вяжущего от массового содержания добавки носит немонотонный характер, что, по- видимому, связано с неравномерным распределением частиц кремнезема по объему бетона [2]. Вместе с тем известно, что для устранения агломерации и максимального разделения частиц в среде-носителе часто используют ультразвуковую обработку, длительность которой не превышает 20-30 мин [3, 4]. В данной работе изучено влияние диспергированных порошков кремнезема, полученных при выщелачивании отвальных магнезиально-железистых шлаков на свойства мелкозернистого бетона. Свойства порошков кремнезема, используемых в работе, приведены в табл. 1 . Таблица 1. Физико-химические показатели кремнеземсодержащих добавок Показатель Вид добавки после сернокислотного выщелачивания шлака после солянокислотного выщелачивания шлака Внешний вид Белый порошок Серый порошок Структура Аморфная Аморфная Содержание SiO2, мас. % 78.8 78.3 Н2О (по данным ДТА) 8.36 8.91 Ш1П (по данным ДТА) 16.4 13.9 Удельная поверхность, м2/г 502 276 Объем пор, см3/г 0.278 0.717 Средний диаметр пор, нм 3.15 1 2 . 2 0 Средняя глубина пор, нм 2.97 7.93 Для устранения агломерации и максимального разделения частиц SiO 2 порошки кремнезема были подвергнуты ультразвуковому диспергированию (УЗД) при помощи ультрозвукового диспергатора УЗД2-0.1/22 с рабочей частотой 22 кГц. Для определения оптимального времени ультразвукового диспергирования использовали водный раствор порошка кремнезема с концентрацией 0 . 1 % в пересчете на сухое вещество, время УЗД составляло 5-20 мин с интервалом в 5 мин. Эффективность диспергированных порошков кремнезема была оценена в составе мелкозернистого бетона при соотношении цемента к песку 1:3. В работе использовали портландцемент СЕМ II/А-Ѵ 42.5R (Норвегия) и кварцевый песок с модулем крупности 2.54. При приготовлении образцов размерами 40x40x160 мм порошки диоксида кремния вводили в воду, подвергали УЗД и затем вводили в цементно-песчаную смесь, водоцементное отношение составляло 0.50, образцы твердели в воде. В соответствии с полученными результатами оптимальное время диспергирования, при котором цементный камень через 28 сут твердения имеет максимальную прочность при сжатии, для порошка 585