Применение метода дифференциально-термического анализа для изучения свойств модифицированного шлакощелочного вяжущего

Применение метода дифференциально-термического анализа для изучения свойств модифицированного шлакощелочного вяжущего

Е.А. Шляхова, А.Ф. Акопян, В.Ф. Акопян

Дифференциально-термический анализ достаточно широко применяется как в большинстве прикладных, так и в ряде фундаментальных наук. Причина такой популярности данного метода заключается в том, что он достаточно точен, универсален, быстр, и при этом относительно недорог и прост.

Методом дифференциально-термического анализа возможно установить наличие в системе процессов изменения энтальпии, таких как перекристаллизация, окислительновосстановительные реакции, реакции дегидратации, плавление, испарение, разложение и другие явления подобного рода. [1]

Исследованиям подвергали 7 образцов составов. Полученные дериватограммы представлены на рис.1 и рис.2. Все образцы были изготовлены на основе мариупольского доменного гранулированного шлака. Образцы 3, 4 и 5 исследовали в негидратированном состоянии. Они представляют собой молотые доменные гранулированные шлаки. Образец 4 не содержит интенсификатора помола (контрольный), во 3-м образце в качестве интенсификатора использована электродная пыль, образец 5 содержит в качестве интенсификатора помола сахарозу.

Образцы 1, 2, 6, и 7 затворяли растворами щелочных компонентов и подвергали тепловлажностной обработке (режим: 2 часа предварительной выдержки при температуре +20°С, 3 часа подъем температуры до 85°С и 6 часов изотермической выдержки при температуре 85°С). Затворение образцов 1 и 2 производили раствором кальцинированной соды плотностью р=1,20 г/см3 при температуре 1=20°С, затворение образцов 6 и 7 производили раствором метасиликата натрия плотностью р=1,185 г/см3 при температуре 1=20°С. В качестве интенсификатора помола в образце 1 была использована электродная пыль, в образце 6 - сахароза. Образцы 2 и 7 не содержат интенсификаторов помола.

Деференциально-термический анализ проводили на порошкообразных пробах, просеянных через сито №008. Температурный интервал исследования находился в пределах от 20 до 950°С, скорость подъема температуры в аналитической камере составляла 3°С/мин, а продолжительность единичного эксперимента составляла порядка 5 часов 10 минут.

На дериватограммах всех образцов в интервале температур от 20 до 150 °С наблюдаются эндоэффекты и потеря массы, что свидетельствует о удалении свободной воды. [2] Причем у образцов не прошедших гидратацию потеря массы не превышала 1%-та, в то время как образцы прошедшие гидратацию теряли порядка 3-4 %-тов, что может свидетельствовать о наличии большего количества свободной воды и воды в капиллярно связанном состоянии в последних.

Сравнивали кривые термических изменений образцов 1, 2, 3 и 4 (рис.1) то есть образцов с углеродной пылью в качестве интенсификатора помола и аналогичных бездобавочных образцов. Поведение образцов, содержащих добавку интенсификатор, значительно разнится с поведением бездобавочных образцов. Наиболее явно эти различия наблюдаются в диапазоне температур 600-750°С, где у образцов с добавкой электродной пыли наблюдаются значительные экзотермические эффекты. Связано это с тем, что именно в данном интервале температур происходит окисление графита [3], являющегося основным компонентом добавки. Причем, этот эффект наблюдался как у непрогидратировавших образцов, в которых электродная пыль содержится в чистом виде, так и в образцах прошедших гидратацию. Это еще раз доказывает тот факт, что графит не вступает во взаимодействие с минералами шлакощелочного вяжущего. Он лишь интенсифицирует процесс помола шлака.

ДТГ /

тг /% сіик 893 а "сДск ^мкВ

Рис. 1. Дериватограммы образцов 1, 2, 3 и 4.

Оставшиеся образцы 5, 6 и 7 - также сравнивались между собой (рис.2). Здесь пик эндоэффекта 158,9 °С - на дериватограмме негидратированного образца с добавкой сахарозы - свидительствует о том, что в его составе есть сахароза в чистом виде, так как при данных температурах она оплавляется и переходит в аморфное состояние. Отсутствие данного пика на дериватограмме образца с сахарозой прошедшего гидратацию может свидетельствовать о том, что в данном образце сахарозы в чистом виде не присутствует, то есть она вступила во взаимодействие с минералами шлакощелочного вяжущего, и образовала сахараты кальция.

Рис. 2. Дериватограммы образцов 5, 6 и 7.

Наличие пиков эндоэффектов в диапазоне температур 450-550°С может свидетельствовать о разложении магнезита. Пики эндоэффектов от 600 до 800 °С возможно свидетельствуют о том, что происходит дегидратация высокоосновных гидроалюмосиликатов до более низкоосновных форм соединений, дегидратация гидрат-

нефелиновых составов гидратной фазы, разрушение кристаллической структуры и аморфизация. Эндоэффекты в интервале температур 850-950°С - характерны для образования безводных щелочных алюмосиликатов типа нефелина и эффекты от разложения минерала кальцита [2].

Таким образом, полученные результаты исследований позволили нам представить

общую картину протекающих процессов в исходной системе, и установить влияние

предлагаемых добавок интенсификаторов помола на данные процессы. Так введение

добавки электродной пыли при помоле шлака для производства шлакощелочного

вяжущего способствует интенсификации данного процесса. Однако графит - основной

компонент электродной пыли, не взаимодействует с минералами шлакощелочного

вяжущего. Интенсифицируя помол шлаков, графит не принимает участия в процессе

структурообразования шлакощелочных вяжущих. Введение же в качестве добавки

интенсификатора помола шлаков сахарозы, помимо эффекта интенсификации помола,

оказывает влияние и на процессы структурообразования - и при абсолютно равных прочих

условиях способствует увеличению количества закристаллизованных фаз

высокоосновных гидроалюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов, с

+2

развитыми пластинчатыми каркасами. При связывании катионов Ca в устойчивые в сильнощелочной среде сахараты кальция, вероятно создаются условия для образования менее дефективных каркасов и более равномерному их распределению. Возможно, именно это и является объяснением прироста структурной прочности составов с сахарозой по сравнению с бездобавочными составами.

Литература:

1. Шаталова Т.Б. Методы термического анализа / Т.Б. Шаталова, О.А. Шляхтин, Е.

Веряева // Метод. разработка. - Московский Государственный университет им. М.В.Ломоносова, 2011г. - С. 72.

2. Глуховский В.Д. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях /В.Д. Глуховский // Учебн. пособие. - Киев: Вища школа, 1981.- С. 223.

3. Дядин Ю.А. Графит и его соединения включения / А.Ю. Дядин // Учебн. пособие -Новосибирский государственный университет.- Химия.- 2000г.