В процессе гидратации цементной пасты зерна цемента вступают в реакцию с водой, образуются продукты гидратации, и ее степень непрерывно возрастает. Конечная степень гидратации в основном зависит от водоцементного отношения (в/ц), и ее можно рассчитать по формуле, предложенной Миллзом. Однако ситуация становится более сложной, когда цемент частично замещен доменным шлаком, поскольку реакции гидратации обоих компонентов оказывают взаимное влияние друг на друга. К тому же степень гидратации шлака в цементной пасте трудно оценить теоретически, поскольку она зависит от способахранения, возраста образцов, отношения в/ц и цемент/шлак, а также от реакционной способности шлака.
Цементы с повышенной экзотермией целесообразно применять в холодное время года, так как при этом требуется затрачивать меньше теплоты на поддержание благоприятных условий твердения бетона при низких положительных (выше нуля) температурах.
Методология.Тепловыделение гидратированного и негидратированного цемента определяется прямым методом исследования в обыкновенном калориметре. Теплоту растворения (Q1) определяют по формуле:
кал/г,
(1)
где ∆t— истинное (с поправкой) повышение температуры, град; c - теплоемкость калориметра, кал/град; g— навеска цемента, г; ω - потеря при прокаливании, %; Ө0 — температура помещения, град; Ө— температура конца главного периода, град; 0,2 — удельная теплоемкость негидратированного цемента, кал/г-град.
Значение теплоты растворения (Q2) вычисляют по формуле:
кал/г, (2)
где 0,4 - теплоемкость гидратированного цемента, кал/г·град.
Из разности показателей теплоты растворения негидратированного и гидратированного цементов находят теплоту гидратации (q) цемента при 21 °С:
q=|Q1-Q2 | кал/г. (3)
Определение предела прочности при сжатии в малых образцах Предел прочности при сжатии каждого образца определяется как частное от деления величины разрушающего груза (кгс) на площадь грани образца (см2). Величина разрушающего груза определяется умножением показания манометра по шкале на цену деления соответствующего интервала шкале по формуле(1), [5].
Р=
, кгс/см2 (4)
где Р - предел прочности на сжатие образцы, кгс/см2, Пм - показатель манометра,Цм – цена деления манометра (указанная на прессе),S – площадь образца, см2.
Основная часть.В работе были использованы сырьевые материалы ЗАО «Старооскольский цементный завод» - клинкер, шлак.
Кн=0,93; n=2,3; p=1,4.
Химический состав клинкера.
Таблица 1.
|
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
R2O |
Прочие |
|
Клинкер |
21,25 |
5,39 |
3,85 |
65,56 |
0,61 |
0,12 |
1,10 |
2,13 |
|
Шлак |
23,22 |
3,7 |
20,67 |
34,89 |
- |
- |
- |
- |
Минералогический состав клинкера.
Таблица 2.
|
|
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
|
Клинкер |
62,86 |
13,5 |
7,74 |
11,7 |
Перед испытаниями необходимо приготовить 200 г. цемента каждого вида.
Таблица 3.
|
|
Клинкер, г |
Гипс, г |
Шлак, г |
|
Б/Д |
186 |
14 |
- |
|
5% шлака |
176 |
14 |
10 |
|
30% шлака |
126 |
14 |
60 |
|
60% шлака |
66 |
14 |
120 |
Температура калориметра при испытании 4 видов негидратированного цемента сводятся в таблицу 4.
Таблица 4
|
Время, мин |
Температура калориметра по Бекману, °С |
|||
|
Б/Д |
5 % шлака |
30 % шлака |
60 % шлака |
|
|
0 |
-0,29 |
0,22 |
-0,24 |
-0,28 |
|
1 |
-0,30 |
0,21 |
-0,20 |
-0,28 |
|
4 |
2,18 |
0,19 |
1,70 |
-0,29 |
|
5 |
2,91 |
2,65 |
2,55 |
2,66 |
|
6 |
3,20 |
3,20 |
2,57 |
2,79 |
|
7 |
3,34 |
3,66 |
2,81 |
2,82 |
|
8 |
3,41 |
3,74 |
2,87 |
2,83 |
|
9 |
3,46 |
3,82 |
3,02 |
2,83 |
|
12 |
3,52 |
3,88 |
3,17 |
|
|
14 |
3,53 |
3,90 |
3,18 |
|
|
15 |
3,52 |
3,89 |
3,17 |
|
Расчет тепловыделения 4 видов не гидратированного цемента:
кал/г,
кал/г,
кал/г,
кал/г,
Температура калориметра при испытании 4 видов гидратированного цемента в возрасте 7 суток сводятся в таблицу 5.
Таблица 5
|
Время, мин |
Температура калориметра по Бекману, °С |
|||
|
Б/Д |
5 % шлака |
30 % шлака |
60 % шлака |
|
|
0 |
0,23 |
0,15 |
0,04 |
1,06 |
|
1 |
0,22 |
0,16 |
0,03 |
1,06 |
|
2 |
0,21 |
0,15 |
0,02 |
1,07 |
|
3 |
0,21 |
0,15 |
0,01 |
1,07 |
|
4 |
2,6 |
1,88 |
0,01 |
1,07 |
|
5 |
3,21 |
2,45 |
2,30 |
2,89 |
|
6 |
3,23 |
2,94 |
2,41 |
3,08 |
|
7 |
3,22 |
3,13 |
2,39 |
3,20 |
|
8 |
3,21 |
3,16 |
2,38 |
3,35 |
|
9 |
|
3,17 |
2,38 |
3,37 |
|
10 |
|
3,17 |
|
3,38 |
Расчет тепловыделения 4 видов гидратированного цемента в возрасте 7 суток:
кал/г,
кал/г,
кал/г,
кал/г,
Расчет теплоты гидратации 4 видов цемента в возрасте 7 суток:
q=|Q1-Q2|, кал/г.
qб/д=|587,2-784,53|=197,33 кал/г.
q5%=|551,2-767,3|=216,1 кал/г.
q30%=|533,91-646,86|=112,95 кал/г.
q60%=|538,1-669,68|=131,58 кал/г.
Теплоты гидратации 4 видов цемента в возрасте 7 суток сводятся в таблицу 6.
Таблица 6
|
Вид цемента |
q, кал/г |
|
Б/Д |
197,33 |
|
5% шлака |
216,1 |
|
30% шлака |
112,95 |
|
60% шлака |
131,58 |
Температура калориметра при испытании 4 видов гидратированного цемента в возрасте 28 суток сводятся в таблицу 6.
Таблица 6
|
Время, мин |
Температура калориметра по Бекману, °С |
|||
|
Б/Д |
5 % шлака |
30 % шлака |
60 % шлака |
|
|
0 |
-0,19 |
0,07 |
0,15 |
-0,18 |
|
1 |
-0,18 |
0,04 |
0,15 |
-0,19 |
|
2 |
-0,17 |
0,00 |
0,15 |
-0,19 |
|
3 |
-0,17 |
-0,03 |
0,14 |
-0,20 |
|
4 |
-0,17 |
-0,05 |
0,14 |
-0,20 |
|
5 |
1,6 |
-0,06 |
1,89 |
1,00 |
|
6 |
2,35 |
-0,07 |
2,56 |
1,90 |
|
7 |
2,52 |
2,01 |
2,74 |
2,10 |
|
8 |
2,57 |
2,56 |
2,78 |
2,15 |
|
9 |
2,58 |
2,57 |
2,79 |
2,17 |
|
10 |
2,57 |
2,57 |
2,79 |
2,17 |
Расчет тепловыделения 4 видов гидратированного цемента в возрасте 28 суток:
кал/г,
кал/г,
кал/г,
кал/г,
Расчет теплоты гидратации 4 видов цемента в возрасте 28 суток:
q=|Q1-Q2 |кал/г.
qб/д=|587,2-755,11|=167,91 кал/г.
q5%=|551,2-736,92|=185,72 кал/г.
q30%=|533,91-736,58|=202,67 кал/г.
q60%=|538,1-679,23|=141,13 кал/г.
Теплоты гидратации 4 видов цемента в возрасте 28 суток сводятся в таблицу 7.
Таблица 7
|
Вид цемента |
q, кал/г |
|
Б/Д |
167,91 |
|
5% шлака |
185,72 |
|
30% шлака |
202,67 |
|
60% шлака |
141,13 |
Испытания проводились в 3-х, 7-ми, 28-ми суточном возрасте образцов кубиков. Полученные данные свели в таблицу 8.
Таблица 8.
|
Вид цемента |
Предел прочности на сжатие, МПа |
||
|
3 суток |
7 суток |
28 суток |
|
|
Б/Д |
55 |
64 |
73 |
|
5% шлака |
58 |
56 |
68 |
|
30% шлака |
38 |
51 |
57 |
|
60% шлака |
21 |
18 |
29 |
Вывод: В результате научно – исследовательской работы было установлено, что шлак снижает тепловыделение цемента при его гидратации, и его содержание отрицательно влияет на прочностные свойства цемента.