КОРРОЗИЯ ЦЕМЕНТОВ С ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ДОБАВКОЙ

АННОТАЦИЯ

В настоящем исследовании приведены результаты исследований по поиску эффективной добавки для разработки сульфатных и сульфатно-магнезиальных портландцементов, устойчивых к коррозионным условиям, часто встречающихся под воздействием агрессивных вод и влияния обожженного туффита на свойства гидравлической добавки. Цементы с добавкой туффита, обожженные в агрессивных жидкостях, показали прочность по сравнению с цементами без добавок. Результаты показали, что наиболее важное значение для сульфатостойкости портландцементов имеет содержание в них С₃А, по мере увеличения содержания которого сульфатостойкость портландцементов резко снижается. Введение в портландцементы различного минералогического состава гидравлических добавок повышает их сульфатостойкость, особенно в тех случаях, когда последние имеют повышенное содержание С₃А, в таких цементах с гидравлическими добавками сульфатостойкость может быть несколько повышена.

ABSTRACT

This study presents the results of research on finding an effective additive for developing sulfate and sulfate-magnesium Portland cements resistant to corrosive conditions, which frequently occur under the influence of aggressive waters, and the effect of calcined tuffite on the properties of hydraulic additives. Cements with the addition of tuffite, when exposed to aggressive liquids, demonstrated higher strength compared to cements without additives. The results showed that the most crucial factor for the sulfate resistance of Portland cements is their C₃A content; as the C₃A content increases, the sulfate resistance of Portland cements sharply decreases. The introduction of hydraulic additives into Portland cements of various mineralogical compositions increases their sulfate resistance, especially in cases where the cements have an elevated C3A content. In such cements with hydraulic additives, sulfate resistance can be somewhat improved.

Ключевые слова: клинкер, портландцемент, пуццолана портландцемент гидравлическая добавка, туффит, обжаренный туффит, агрессивный раствор, механическая прочность, сульфатостойкость, коэффициент устойчивости.

Keywords: clinker, Portland cement, pozzolana Portland cement hydraulic additive, tuffite, roasted tuffite, aggressive solution, mechanical durability, steadiness to sulfate, coefficient of steadiness.

Введение. В настоящее время в цементной промышленности крайне важным является вопрос повышения экономической эффективности производства. Для этого существуют несколько возможных пути решения: можно снизить себестоимость получаемой продукции за счет использования новых технологий или отходов различных производств либо улучшить качество выпускаемой продукции с минимальным количеством издержек. Одной из возможностей получения строительных материалов с оптимальными прочностными и стоимостными характеристиками являются композиционные портландцементы [1-5].

Целью данной работы является оценка возможности получения композиционных цементов на основе портландцементного клинкера и обожженного туффита и изучения свойств получаемых материалов.

Постановка проблемы. Наше исследование было посвящено, главным образом, изысканию эффективной гидравлической добавки, обеспечивающей стойкость портландцемента в условиях сульфатной и сульфатно-магнезиальной коррозии, наиболее часто встречающейся в нашей стране при воздействии агрессивных вод.

Объекты и методика исследования. При проведении исследований в качестве исходных материалов использованы портландцементные клинкеры цементного завода «Кизилкумцемент», туффиты Карманинского месторождения, обожженный туффит и агрессивные растворы – 5% Na₂SO₄, 3% MgSO₄. Исследование сульфатостойкости производилось по методу изменения механической прочности при погружении образцов в агрессивные растворы [2, 3].

Результаты и их обсуждение. Для исследования механической прочности цементы изготовлялись из цементного раствора 1:3, призмы 1х1х3 см и кубики 1,41х1,41х1,41 см с площадью грани в 2 см². Давление при прессовании 40 МПа, хранение образцов водное. Результаты испытаний прочности портландцемента в малых образцах приводится в таблице 1.

Таблица 1.

Прочность портландцемента, МПа

Из данных таблицы видно, что прочность цементов увеличивается с увеличением содержание в них алита и понижением содержания белита. В первые сроки твердения цементы с большим содержанием алита резко отличаются по прочности от белитовых портландцементов (с содержанием белита 20% и 25%), а в более длительные сроки прочности всех цементов приближаются друг к другу. В отношении содержания С₃А и С₄АF наилучшие результаты показывают цементы с одинаковым 10%-ным количеством обоих минералов. Наилучшую прочность с добавками дает алитовый цемент (№1), наиболее близки к нему по прочности обычные цементы (№2 и №3). К 28 дням прочность пуццолановых цементов приближается к прочности чистых портландцементов, однако это снижение гораздо меньше процента введенной добавки. Прочность в дальние сроки цементов с 30% туффита превышает прочности с 20% туффита.

Исследование сульфатостойкости производилось по методу изменения механической прочности при погружении образцов в агрессивные растворы. Для этого из раствора с песком 1:3 изготовлялись призмы 1х1х3 см, как более чувствительные к разрушающему действию агрессоров, чем кубики, вследствие меньшего поперечного сечения. Песок взяли для испытания механической прочности, прошедший сито 144 отв/см² и оставшийся на сите 256 отв/см². Образцы изготовлялись из чистых цементов, из цементов с 20 и 30% туффита, обожженного при 600°С. Образцы прессовались под давлением 400 кг/см² и после изготовления хранились 28 суток во влажной среде, после чего погружались в растворы солей и в воду. Хранение производилось в эксикаторах, количество раствора на один образец брали по 100 мл, смену растворов производили каждые 2 месяца. В качестве агрессивных растворов применялись: 5%-ный раствор Na₂SO₄, 3%-ный раствор MgSO₄ и водопроводная вода.

Таблица 2.

Коэффициент стойкости цементов с 20% туффита при хранении в агрессивных растворах

Таблица 3.

Коэффициент стойкости цементов с 30% туффита МПа при хранении в агрессивных растворах

На основании данных, приведенных в таблицах 2-3 отмечается следующее: цементы с 30% туффита дают лучшую прочность, чем с 20% туффита, наименее агрессивным для пуццолановых портландцементов являются 5%-ный раствор Na₂SO₄, наиболее агрессивным 3%-ный раствор MgSO₄, в котором цементы с гидравлическими добавками оказались более стойкими, чем чистые портландцементы, что вполне согласуется с данными других исследователей, для сульфатостойких пуццолановых портландцементов максимальное содержание С₃А в исходном портландцементе может быть повышено до 8%.

Заключение. В результате проведенных исследований установлена, что наиболее важное значение для сульфатостойкости портландцементов имеет содержание в них С₃А, по мере увеличения содержания которого сульфатостойкость портландцементов резко снижается. Введение в портландцементы различного минералогического состава гидравлических добавок повышает их сульфатостойкость, особенно в тех случаях, когда последние имеют повышенное содержание С₃А, в таких цементах с гидравлическими добавками сульфатостойкость может быть несколько повышена.

Список литературы:

1. Рахимбаев Ш.М. Некоторые вопросы снижения энерго- и материалоемкости, повышения качества строительных материалов / Ш.М. Рахимбаев, Т.В. Аниканова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2007 – № 1. – С. 23–25.
2. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов. -М.: Высшая школа.  1973.  -504 с.
3. Кузнецова Т. Новое испытание для цемента. Журнал «Технологии строительства» 2(64). – М.: 2009. C.64.
4. Sharofat Masharipova1, Maxsud Jumaniyazov, Mayra Turkmenbaeva and Lola Kabulova. Study of physicochemical properties of hydrophobic calcite based on sugar factory defecates / E3S Web of Conferences 633, 01003 (2025) GASES 2025.
   https://doi.org/10.1051/e3sconf/202563301003
5. Lola Kabulova, Gulistan Orazimbetova. Research of frost resistance of tuffcontaining portland cement. E3S Web of Conferences 491, 02003 (2024) ICECS'24. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202449102003