Структурообразование гидравлической извести в присутствии пуццолановой добавки
Бесплатный доступ
Приведены сведения о прочности образцов на основе гидравлической извести в присутствии пуццолановой добавки диатомита. Установлено, что замена гидравлической извести диатомитом приводит к повышению прочности при сжатии в возрасте 28 суток твердения в воздушно-сухих условиях. При замене 20 % гидравлической извести диатомитом прочность при сжатии составляет 35 кгс/см2, а при замене 10 % диатомитом – 30 кгс/см2. Индекс пуццолановой прочности составляет 1,07–1,25 в зависимости от содержания диатомита. Методом дифференциально-термического анализа выявлено меньшее содержание портландита, кальцита и большее содержание гидросиликата кальция в структуре образцов с добавкой диатомита. Реакция карбонизации образцов на основе гидравлической извести NHL5 имеет более высокую скорость на ранней стадии затвердевания по сравнению с образцами с применением диатомита.
Известь, пуццолановые добавки, прочность, структурообразование
Короткий адрес: https://sciup.org/147251442
IDR: 147251442 | УДК: 691.5 | DOI: 10.14529/build250205
Structure formation of hydraulic lime in the presence of a pozzolanic additive
The article presents data on the strength of samples based on hydraulic lime in the presence of the pozzolanic diatomite additive. It establishes that the replacement of hydraulic lime with diatomite increases the compressive strength at the age of 28 days of hardening in air-dry conditions. When 20% of hydraulic lime are replaced with diatomite, the compressive strength is 35 kgf/cm2, and when 10% are replaced with diatomite, this value is 30 kgf/cm2. The pozzolanic strength index is 1.07–1.25 depending on the diatomite content. The differential thermal analysis method revealed a lower content of portlandite and calcite and a higher content of calcium hydrosilicate in the structure of samples with the addition of diatomite. The carbonation reaction of the samples based on NHL5 hydraulic lime has a higher rate at an early stage of hardening compared to the samples with the addition of diatomite.
Текст научной статьи Структурообразование гидравлической извести в присутствии пуццолановой добавки
Для реставрации зданий исторической застройки широкое применение находят известковые составы. Однако отделочные покрытия на основе известковых составов обладают недостаточной стойкостью к воздействию окружающей внешней среды. Для повышения срока службы в рецептуру известковых составов вводят различные модифицирующие добавки [1–5].
В качестве альтернативы воздушной извести, применяемой в растворах и штукатурках как в новом строительстве, так и при ремонте и обслуживании исторических зданий, служит гидравлическая известь NHL [6–9]. Растворы на основе гидравлической извести сочетают некоторые преимущества раствора на основе цемента (время схватывания и набор прочности) с преимуществами растворов на основе воздушной извести. Гидравлическая известь обладает как гидравлическими свойствами, так и свойствами твердения на воздухе.
Гидравлическая известь (NHL) является одним из вяжущих, применяемых в отделочных композициях для защиты зданий и сооружений исторической застройки [10]. Растворы на основе гидравлической извести обладают высокой совместимостью с древними зданиями по физическим, химическим и механическим свойствам. Однако относительно низкая устойчивость к окружающей среде (особенно устойчивость к кислотной эрозии, щелочестойкость и сульфатостойкость) растворов на основе гидравлической извести NHL сдерживает широкое распространение таких отделочных составов в реставрации.
Реакция гидратации NHL может быть улучшена путем использования пуццоланового материала, так как некарбонизированный портландит Ca(OH) 2 в структуре известкового камня, взаимодействуя с пуццолановой добавкой, способствует образованию компактной структуры с C-S(A)-H, что способствует повышению устойчивости к окружающей среде [11–16].
Целью данной работы является исследование структурообразования композитов на основе гидравлической извести в присутствии пуццолановых добавок.
Материалы и методы исследования
В качестве гидравлической извести применяли гидравлическую известь «Тамасли» NHL5. Гидравлический модуль извести составляет М = 2,69.
Учитывая, что гидравлическая известь образует менее пластичный раствор по сравнению с воздушной известью, целесообразно совместить вяжущие с тем, чтобы смешанное вяжущее сочетало в себе достоинство обоих материалов. В качестве добавки к гидравлической извести применяли гашеную известь (пушонка) истинной плотностью 2230 кг/м3, насыпной плотностью 280 кг/м3, актив- ностью 83 %, с удельной поверхностью Sуд 559 м2/кг.
В качестве пуццолановой добавки в работе применяли диатомит марки NDP-D-230. Технические характеристики диатомита приведены в табл. 1.
Таблица 1
Технические характеристики диатомита NDP-D-230
|
Наименование показателей |
Значения |
|
Цвет |
бежевый |
|
Влажность, % |
2,5–3 |
|
Истинная плотность, кг/м3 |
2060 |
|
Средняя плотность, кг/м3 |
200–230 |
|
Пористость, % |
89,1 |
|
Удельная поверхность, см2/г, определяемая на приборе ПСХ-10 |
30 000–33 000 |
Гидравлическая известь была заменена диатомитом по весу (10 и 20 %). Кроме того, были изготовлены образцы на основе гидравлической извести, при этом 25 % гидравлической извести было заменено на воздушную известь и 5 % диатомита. Составы изготавливались с водоизвестковым отношением В/И, равным 1,2. Образцы твердели в воздушно сухих условиях.
Прочность при сжатии образцов устанавливали с помощью испытательной машины типа ИР 5057–50 и определяли по формуле
R cж
P
F ,
где P – разрушающая сила, Н; F – площадь поперечного сечения образца до испытания, м2.
Коэффициент удельной прочности, R, определялся как вклад в прочность композита от единицы минеральной добавки:
R = R еж, p
где R сж – прочность композита на сжатие; p – процент минеральной добавки в композите.
Индекс пуццолановой прочности, K, определяли как отношение прочности образца на основе гидравлической извести с добавкой диатомита ( R сж.m ) к прочности при сжатии образцов на основе гидравлической извести ( R сж ):
R сж.m
K = R. '
cж
где R сж.m прочность образца на основе гидравлической извести с добавкой диатомита.
Процентное значение вклада пуццоланового эффекта Р в прочность определяли по формуле
R
P = —p- . (4)
R cж. m
Вклад пуццоланового эффекта в прочность на сжатие из-за минеральной добавки R P определяли по формуле
R =R -R
Rp л еж.т R сж .
Результаты исследований
На рис. 1 приведены результаты оценки прочности известкового камня на основе гидравлической извести. Установлено, что прочность при сжатии образцов на основе 100%-ной гидравлической извести в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения составляет 2,8 МПа. Замена гидравлической извести диатомитом приводит к повышению прочности при сжатии. Так, при замене 20 % гидравлической извести диатомитом прочность при сжатии в возрасте 28 суток составляет 3,5 МПа, а при замене 10 % диатомитом – 3,0 МПа.
Замена гидравлической извести воздушной известью в количестве 25 % приводит к снижению прочности при сжатии, составляющей 1,4 МПа. Однако совместное введение с воздушной изве- стью диатомита в количестве 10 % способствует увеличению прочности при сжатии до 2,2 МПа.
Результаты исследования, приведенные в табл. 2, свидетельствуют, что наличие диатомита в составе способствует пуццолановой реакции, что приводит к повышению прочности при сжатии. Индекс пуццолановой прочности K составляет 1,07–1,25 в зависимости от содержания диатомита. Так как пуццолановая реакция идет медленнее по сравнению с гидравлической реакцией, то в более позднем возрасте будет наблюдаться больший эффект от введения диатомита. Также при наличии доступной воды эффект будет проявляться в большей степени. Следовательно, следует ожидать увеличения числового значения индекса пуц-цолановой прочности K у составов с применением воздушной извести в более позднем возрасте.
Рис. 1. Изменение прочности при сжатии образцов гидравлической извести в зависимости от условий твердения: 1 – на основе гидравлической извести;
2 – замена 20 % гидравлической извести диатомитом; 3 – замена
10 % гидравлической извести диатомитом; 4 – замена 25 % гидравлической извести воздушной известью и 10 % – диатомитом
Прочность при сжатии образцов на основе гидравлической извести
Таблица 2
|
Состав |
Прочность образца на основе гидравлической извести, МПа |
Индекс пуццо-лановой прочности, K |
Вклад пуццола-нового эффекта в прочность на сжатие раствора из-за минеральной добавки Rp, МПа |
Процентное значение вклада пуццоланового эффекта Р в прочность |
|
На основе гидравлической извести |
2,8 |
– |
– |
– |
|
Замена гидравлической извести диатомитом (20 %) |
3,5 |
1,25 |
0,7 |
0,2 |
|
Замена гидравлической извести диатомитом (10 %) |
3,0 |
1,07 |
0,2 |
0,066 |
|
Замена гидравлической извести воздушной известью (25 %) и диатомитом (10 %) |
2,2 |
0,785 |
–0,6 |
–0,027 |
Рис. 2. Кривые дифференциально-термического анализа образцов на основе гидравлической извести в возрасте 28 суток твердения
Рис. 3. Кривые дифференциально-термического анализа образцов на основе гидравлической извести с добавкой диатомита в возрасте 28 суток твердения
Методом ДТА образца композита на основе гидравлической извести выявлено, что эндотермический эффект при температуре 93–173 °С (рис. 2), составляющий 33,45 Дж/г, связан с удалением адсорбированной воды, а также частичным обезвоживанием гидроалюминатов кальция, которое сопровождается потерей массы в образце, составляющей 0,03 г (9,36 %). Экзоэффект, составляющий 1,589 Дж/г (см. рис. 2), вызван наличием выделившейся в процессе гидратации гелеобразной массы.
Интенсивный эндоэффект на термограмме в интервале 486,4–576,1 С связан с дегидратацией портландита, а также удалением первоначально химически связанной воды. Эндоэффект в интервале температур 820,5–963 °С (см. рис. 2) обусловлен диссоциацией кальцита и составляет 129,88 Дж/г, потеря массы составляет 0,04 г (12,49 %).
При сравнении термограмм образцов на основе гидравлической извести и на основе гидравлической извести с применением диатомита установлено, что эндотермический эффект при температуре 705,5–982,7 °С у образцов с применением диа томита больше и составляет 151,39 Дж/г (рис. 3).
Более высокое значение эндотермического эффекта, на наш взгляд, обусловлено большим количеством гидросиликатов кальция вследствие взаимодействия портландита с диатомитом. Диоксид углерода расщепляет гидратированный силикат кальция на карбонат кальция, увеличивая его содержание. Об этом свидетельствуют данные потери массы, составляющие 0,09 г (47,54 %).
Реакция карбонизации образцов на основе гидравлической извести NHL5 имеет более высокую скорость на ранней стадии затвердевания (до 28 суток) по сравнению с образцами с применением диатомита, что очевидно обусловлено более плотной структурой образцов с применением диатомита вследствие протекания пуццолановой реакции и образования дополнительного количества гидрата силиката кальция (C-S-H).
Выводы
Установлено, что введение в рецептуру составов на основе гидравлической извести пуццолано-вой добавки диатомита способствует повышению прочности образцов за счет формирования более плотной структуры вследствие образования дополнительного количества гидрата силиката кальция. Вклад пуццоланового эффекта наблюдается при замене гидравлической извести диатомитом в количестве 20 %. Сравнительный дифференциально-термический анализ выявил большее содержание гидросиликата кальция в структуре образцов с добавкой диатомита.
