Эффективность применения активированного диатомита в сухих строительных смесях

А.П. ПУСТОВГАР, канд. техн. наук, МГСУ

Эффективность применения активированного диатомита в сухих строительных смесях

Диатомиты являются природными активными ми­неральными добавками (АМД) осадочного происхож­дения. В эту группу добавок вместе с ними входят тре­пелы, опоки и глиежи.

Диатомиты представляют собой легкие пористые породы от белого до желтовато-серого цвета. Темные тона диатомитам придают органические соединения. Часто диатомиты перемешаны с глинами, карбонатны­ми породами или песком. Средняя плотность диатоми­тов в сухом состоянии колеблется в пределах 150—600 кг/м3. Диатомиты получили широкое распро­странение в химической, пищевой, пивоваренной и других отраслях промышленности. С применением диатомитов связывают секрет изготовления скрипок Страдивари, а финансовая основа Нобелевских премий сформирована благодаря использованию А.Б. Нобелем диатомита в качестве основы для динамита. По данным Геологической службы США мировая добыча диатоми­тов в 2005 г. составила около 2000 тыс. т (рис. 1).

Наиболее крупной компанией на рынке диатомитов является World Minerals. На месторождениях компании, расположенных в Испании, Исландии, США, Франции, Китае и ряде других стран, добывается около 65% миро­вого потребления диатомитов. В России крупные место­рождения диатомитов расположены в Ульяновской и Пензенской областях, а также на Урале и в Сибири.

Диатомиты относятся к так называемым кислым добавкам. При смешивании их в тонкомолотом виде с воздушной известью они придают ей свойства гид­равлического вяжущего, а в смеси с портландцементом повышают его сульфатостойкость [1]. Диатомиты об­ладают высокой пористостью и являются хорошими инсектицидами. Эти свойства диатомитов широко ис­пользуют при производстве товарного бетона, строи­тельных растворов и сухих строительных смесей раз­личного назначения.

Действие диатомитов как активных минеральных добавок основано на способности содержащегося в них аморфного кремнезема связывать известь в низкоос­новные гидросиликаты кальция по схеме:

SiO2+Ca(OH)2+ n(H2O) = (B) CaOSiO2H2O

Большинство месторождений диатомитов сформи­ровались миллионы лет назад. Диатомовые водоросли, извлекая из воды кремнезем, использовали его для построения своих панцирей, а отмирая образовывали диатомитовые породы. На снимках, сделанных с помо­щью электронного микроскопа, хорошо видна структу­ра диатомитов, сложенных панцирями диатомовых водорослей (рис. 2). Панцирь диатомовой водоросли состоит из аморфного кремнезема, который образовал­ся за счет нестабильностей при диффузионном осажде­нии. Пространственная структура панциря диатомей состоит из отдельных частей размером около 100 нм, что определяет высокую пористость диатомитов.

Способность связывать гидроксид кальция в при­сутствии воды при обычной температуре обусловлена содержанием в диатомитах веществ в химически активной форме, поэтому характер и интенсивность взаимодействия с известью различны. Количество аморфного SiO2 в диатомитах может колебаться от 40 до 100% к общему количеству SiO2. В основном это определяется условиями и водной средой обитания диатомей, в которых происходило формирование пан­циря. Однако увеличения активности диатомита мож­но достичь, производя специальную комбиниро­ванную активацию природного диатомита. Научными работниками МГСУ совместно со специалистами ООО «Диатомовый комбинат» была разработана тех­нология активации природного диатомита Инзенского месторождения.

Для оценки эффективности применения активи­рованного диатомита были проведены сравнительные исследования строительно-технологических характери­стик сухих строительных смесей с различными природ­ными и техногенными АМД.

Использование АМД в составах сухих строительных смесей способствует формированию плотной структу­ры материала, благодаря чему наряду с повышением прочностных характеристик снижается проницаемость, повышается морозостойкость, стойкость к истиранию и эрозии, а также устойчивость материала к различным видам коррозии, что в конечном итоге определяет его высокую долговечность.

При определении активности различных минераль­ных добавок использовался метод, основанный на спо­собности поглощения добавками извести из известко­вого раствора в течение 30 сут (табл. 1).

Поглощение извести активированным диатомитом через 30 сут до 4 раз превышает аналогичный показатель природных АМД и на 60% выше активности микро­кремнезема. Наряду с высоким показателем активности в возрасте 30 сут для активированного диатомита наблю­далось интенсивное поглощение извести в первые 3 сут.

Дальнейшие испытания проводились для составов сухих строительных смесей с различными АМД при за­мещении ими портландцемента в количестве 5, 10, 15 и 20%. Для снижения водопотребности в составы сухих строительных смесей дополнительно вводились супер­пластификаторы различного типа. В рамках данной статьи рассмотрено совместное действие АМД и поликарбоксилатного суперпластификатора «Флюкс 1» при замещении портландцемента на АМД в количестве 10% от массы цемента (табл. 2).

Совместное использование суперпластификатора и большинства АМД положительно влияет на проч­ность затвердевшего раствора в возрасте 28 сут (рис. 3), однако в ранние сроки интенсивный набор прочности наблюдается только при использовании активирован­ного диатомита (рис. 4).

Расход суперпластификатора является одним из важ­нейших показателей при определении эффективности применения АМД. Он определяется как тониной помо­ла АМД, так и наличием в ее составе веществ, обладаю­щих повышенной адсорбционной способностью. Как правило, чтобы на поверхности данных адсорбентов создать насыщенный мономолекулярный слой, необхо­димы повышенные дозировки суперпластификатора (рис. 5). Вместе с тем введение в состав сухих строитель­ных смесей АМД оказывает неоднозначное влияние на

Таблица 1

Характеристики природных и техногенных АМД

Таблица 2

Составы сухих строительных смесей для испытаний

адсорбционную способность портландцементов различ­ного минералогического состава, поэтому увеличение дозировок суперпластификаторов в отдельных случаях может быть связано с влиянием АМД на процессы гид­ратации и структурообразования цементных систем.

Исследования показали, что при твердении на возду­хе при t=20оС и W=50% для составов с микрокремнезе­мом и природным диатомитом усадочные деформации вдвое превышают аналогичные показатели для составов с активированным диатомитом (рис. 6). Следует отметить, что наиболее интенсивное развитие деформаций при использовании природного диатомита и микро­кремнезема наблюдается в первые трое суток твердения.

Для анализа сравнительной эффективности природ­ных АМД различного вида был принят коэффициент эффективности применения Кэп, учитывающий изме­нение прочностных характеристик, расход цемента, суперпластификатора и АМД (рис. 7).

Как видно на рисунке, эффективность применения природных АМД неодинакова и зависит от вида АМД и ее количества в составе сухой строительной смеси. Наиболее эффективным является применение активи­рованных диатомитов в количестве 3—10% от массы цемента, при дальнейшем увеличении дозировки эф­фективность применения активированных диатомитов начинает снижаться. Для сравнения: максимальная эф­фективность применения микрокремнезема и природ­ного диатомита находится в пределах 10—15% от массы цемента, а для природных АМД вулканического проис­хождения этот предел может увеличиваться до 20%.

Результаты сравнительных испытаний активирован­ных диатомитов и АМД различного происхождения показывают, что предлагаемая технология активации природных диатомитов существенно повышает эффек­тивность их применения в сухих строительных смесях. При оптимальной дозировке активированных диатоми­тов, используемых в сочетании с суперпластификатора­ми, благодаря их полифункциональному действию воз­можно получение составов сухих строительных смесей с высокими прочностными характеристиками, низки­ми усадочными деформациями, высокой морозостой­костью и стойкостью к различным видам коррозии.

Литература

1. Ю.М. Бутт. Технология цемента и других вяжущих материалов. М.: Стройиздат. 1976. с. 344