Повышение прочности и коррозионностойкости цементсодержащих композиций с экстрагируемыми веществами состава стеблей хлопчатника

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2016, том 59, №5-6_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 666.972.162

А.Шарифов, А.А.Акрамов, Я.Г.Назиров, А.К.Муминов

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ И КОРРОЗИОННОСТОЙКОСТИ ЦЕМЕНТСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИЦИЙ С ЭКСТРАГИРУЕМЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ СОСТАВА СТЕБЛЕЙ ХЛОПЧАТНИКА

Таджикский технический университет им. академика М.С.Осими

В статье обобщены результаты действия химической добавки из экстрактивных веществ из стеблей хлопчатника на свойства цементсодержащих смесей и охарактеризованы механизмы её влияния на ускорение процесса гидратации, образование плотной структуры, повышения прочности и коррозионностойкости цементного камня.

Ключевые слова: экстрагируемых веществ из стеблей хлопчатника, гидратация, цемент, бетон, прочность, коррозионностойкость, структура цементного камня.

При эксплуатации бетонных и железобетонных изделий и конструкций на них влияют разные природные факторы: изменение влажности и температуры, агрессивные вещества, особенно растворённые в грунтовых водах различные неорганические соли и органические вещества, замораживание воды в порах цементного камня при отрицательных температурах и другие факторы. Если структура камня, образующегося из цементсодержащих композиций, проницаема и непрочна, то под влиянием указанных факторов она разрушается, что приводит к потере прочности и долговечности строительных изделий и конструкций. Разрушение цементного камня под влиянием агрессивных веществ называется коррозией бетона,и ежегодный ущерб от коррозии бетона строительных конструкции и изделий исчисляется огромными числами в масштабах любой страны. Поэтому повышение прочности и коррозионностойкости бетонных материалов является актуальной проблемой сохранения строительных объектов и увеличения их долговечности.

Наиболее технологичным методом повышения прочности цементного камня и предотвращения коррозии бетона в строительных сооружениях является модифицирование цемента химическими добавками, веществами, способными снижать водопотребность вяжущего при одновременном улучшении технологических свойств цементсодержащих композиций для повышения непроницаемости образующего камня из них. Эти добавки - модификаторы свойств вяжущих материалов, вводятся в состав последних в десятых или даже сотых долях их массы, однако они способны существенно изменять качества бетона. При выборе добавок к вяжущим материалам важным является их доступность и возможность получения из местных видов сырья, оптимальное содержание в составе вяжущего для эффективного модифицирования его свойств, отсутствие побочного отрицательного влияния на отдельные свойства бетона. В работе [1] одним из авторов был разработан способ получения до-

Адрес для корреспонденции: Акрамов Авазжон Абдуллаевич. 734042, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. акад. Раджабовых, 10а, Таджикский технический университет. E-mail: akramov.avaz@mail.ru

бавки к вяжущим веществам из экстрагируемых в растворе щелочи компонентов состава стеблей хлопчатника. Состав данной добавки является многокомпонентным и состоит из крахмала, пектинов, неорганических солей, полисахаридов, циклических спиртов, красителей, таннидов, гемицеллюлозы, урановых кислот и некоторых фракций целлюлозы.

В данной работе приводятся экспериментальные результаты влияния полученной добавки из экстрактивных веществ стеблей хлопчатника на свойства цементсодержащих композиций для повышения прочности и коррозионностойкости бетонных изделий в различных агрессивных средах.

С использованием цемента М 400 минералогического состава (масс. %): С^ - 57.6; C2S -16.1; С3А - 6.0 и С4АБ - 14.6 был изготовлен бетон при соотношении компонентов 1: 1.7: 3.45: 0.45 (цемент: песок: щебень: вода). Добавку вводили в состав бетонной смеси с водой затворения в количествах 0.05 - 0.5% от массы цемента.

На рис.1 приведены кинетические зависимости набора прочности бетона состава 1: 1.79: 3.3: 0.45 (цемент: песок: щебень: вода) от содержания добавки в разные сроки нормального твердения. Скорость твердения образцов с добавкой в начальные сроки высокая, значения прочности образцов 14 сут возраста составляют 88 - 92% показателя в 28 сут возрасте. Низкие дозировки добавки до 0.1% являются более эффективными для повышения прочности бетона.

60

£ 50 К

се 40 к

о н ш

V 30

>4 Н и

Я 20

¡г

о а

к 10

0

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Содержание добавки, % от массы цемента

1 - 1 сут

2 - 3 сут

3 - 7 сут

4 - 14 сут

5 - 28 сут

Рис.1. Кинетические зависимости прочности бетона состава 1: 1.79: 3.3: 0.45 от содержания добавки в портландцементе при твердении образцов в нормальных условиях.

Коррозионностойкость цементного камня с добавкой экстрагируемых веществ из стеблей хлопчатника исследовали путём хранения образцов бетона состава 1: 1.51: 2.57: 0.4 (цемент: песок: щебень: вода), твердевших 28 сут в нормальных условиях, в дистиллированной воде и в растворе 0.25 моль/л Н^04 при удельном расходе агрессивной среды 1.7 л на один образец в течение до 180 сут.

Отработанную воду и раствор кислоты меняли на свежие порции через каждые 20 суток нахождения образцов в них.

Применяемые вещества в качестве среды воздействия на цементный камень являются сильноагрессивными не только по количеству ионов состава раствора Н2804 и большой растворяющей способности дистиллированной воды, но и по интенсивности напора воздействия этих ионов на единицу поверхности образца. Так, за 180 сут нахождения образцов бетона в растворе 0.25 моль/л И2804 при регулярной смене отработанного раствора на свежий, концентрация кислоты возрастает до 2.25 моль/л, а при удельном расходе кислоты на один образец 1.7 л, за этот срок на образец бетона воздействует 3.825 моль/л кислоты или 187.5 г-экв И2804. Кроме того, при замене отработанного раствора на свежий происходит циклическое воздействие агрессивной среды на цементный камень. В начале, при воздействии свежего раствора, степень влияния агрессивных ионов на компоненты цементного камня является сильной, затем, по мере нейтрализации кислоты в результате взаимодействия с щелочными соединениями, в основном Са(ОН)2, она снижается и в среде отработанного раствора бетон может быть даже защищён от дальнейшего разрушения продуктами коррозии цементного камня.

Выбор дистиллированной воды и раствора И2804 в качестве агрессивных веществ для цементного камня мотивирован тем, что вода, выщелачивая Са(ОН)2, выводит её из структуры бетона, а кислота сначала взаимодействует с Са(ОН)2 с образованием гипса Са8042И20, затем вступает в реакцию с остальными минералами - продуктами процессов гидратации и твердении клинкёра состава цементного камня. В результате образуются аморфные по структуре вещества, приводящие к снижению прочности цементного камня. По степени воздействия на цементный камень применяемые среды являются сильноагрессивными [2].

Коррозионностойкость бетона оценивали по величине коэффициента стойкости Кс, вычисленного как отношение прочности образца, находившегося в агрессивной среде, к прочности эквивалентного образца, твердевшего параллельно в нормальных условиях [2]. На рис.2 приведены зависимости прочности и коэффициента стойкости образцов бетона 1: 1.51: 2.57: 0.4 (цемент: песок: щебень: вода) в названных агрессивных средах при разных содержаниях добавки в цементе. Как видно, при всех расходах добавки, стойкость бетона с добавкой экстрагируемых веществ из стеблей хлопчатника значительно выше стойкости образцов бетона без добавки. В дистиллированной воде происходит не разрушение образцов, а возрастание их прочности и стойкости. Коэффициент стойкости бетона возрастает от 0.88 до 1.07.

Разрушение образцов бетона происходит в растворе И2804, однако при этом прочность и коэффициент стойкости образцов с добавкой при всех её содержаниях в составе цемента значительно больше аналогичных показателей свойств бетона без добавки. Даже после 180 сут нахождения образцов в растворе И2804 коэффициент стойкости бетона с добавкой выше 0.6.

Содержание добавки, % от массы цемента

Рис.2. Зависимость прочности (а) и коэффициента стойкости (б) бетона состава 1: 1.51: 2.57: 0.4 от содержания добавки в портландцементе при нахождении образцов в дистиллированной воде (1,2) и растворе 0.25 моль/л Н^04 (3,4) в течение 1,3 - 30 и 2,4 - 180 сут.

Возрастание коррозионностойкости цементного камня с добавкой связано с упрочнением его структуры. Образующаяся плотная структура цементного камня в бетоне препятствует проникновению агрессивных растворов вглубь образца. Разрушение образцов при воздействии Н^04 происходит только с поверхности в виде отделения тонких слоев цементного камня и мелкого заполнителя, смешанного со слоями гипса и другими продуктами коррозии, при сохранении целостности их внутренних слоев [3].

Таким образом, применение экстрагируемых веществ из стеблей хлопчатника в составе цементов способствует ускорению скорости их твердения и повышению прочности и непроницаемости цементного камня, приводящих к возрастанию коррозионностойкости бетона в строительных изделиях и конструкциях. Эффективность применения экстрагируемых веществ из стеблей хлопчатника выражается не только в улучшении показателей свойств цементов для повышения качества бетонных материалов, но и в том, что их получают из ежегодно возобновляемого растительного сырья по простой технологии, и такая добавка к цементам и бетонам будет доступна для всех регионов Таджикистана.

Поступило 18.02.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Авторское свидетельство 1590464 СССР, МКИ С 04 В 28/02, 24/10. Способ получения добавки для бетонной смеси / автор Шарифов А.

2. Москвин М.М., Алексеев С.Н., Иванов Ф.М. и др. Коррозия бетона и железобетона. Методы защиты. - М.:Стройиздат, 1980, 536 с.

3. 3. Шарифов А., Акрамов А.А. Хокиев М.К. Умаров У.Х. Комплексные химические добавки для цементных бетонов. - Вестник Таджикского технического университета, серия 3(11), Душанбе, 2010, с. 69-72.

А.Шарифов, А.А.Акрамов, Я.Г.Назиров, А.К.Муминов

ЗИЁДШАВИИ МУСТАВКАМИ ВА БА ЗАНГЗАНЙ ТОБОВАРИИ КОМПОЗИТСИЯ^ОИ СЕМЕНТЙ БО МОДДА^ОИ АЗ ТАРКИБИ ГУЗАПОЯ

^УДО КАРДА ШУДА

Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М.С.Осими

Дар макола натичадои тадкикоти таъсири иловаи химиявии аз таркиби гузапоя чудо кардашуда ба хосиятдои омехтаи сементй оварда шуда, механизми таъсири он ба тезшавии раванддои обнокшавй, пайдошавии сохти зич, зиёдшавии мустадкамй ва ба зангзани тобоварии санги сементй маънидод шудааст.

Калима^ои калиди: моддауои аз гузапоя цудо карда шуда, обнокшавй, семент, бетон, мустаукамй, ба зангзани тобоварй, сохти санги сементй.

A.Sharifov, A.A.Akramov, Y.G.Nazirov, A.K.Muminov HIGH STRENGTH AND CORROSION-RESISTANT CEMENTITIOUS COMPOSITION WITH EXTRACTABLES COMPOSITION COTTON STALKS

M.Osimi Tajik Technical University

In the paper the results of the action of chemical additives from extractives of cotton stems on the properties of cementitious mixtures is summarized and the mechanism of its effect on the acceleration of hydration, the formation of a dense structure, increase strength and corrosion resistance of cement stone is characterized.

Key words: extractables cotton stalks, hydration, cement, concrete, strength, corrosion resistance, structure of cement stone.