×

Вы используете устаревший браузер Internet Explorer. Некоторые функции сайта им не поддерживаются.

Рекомендуем установить один из следующих браузеров: Firefox, Opera или Chrome.

Контактная информация

+7-863-218-40-00 доб.200-80
ivdon@ivdon.ru

Применение метода рентгенофазового анализа для изучения свойств модифицированного шлакощелочного вяжущего

Аннотация

Е.А. Шляхова, А.Ф. Акопян, В.Ф. Акопян

В статье представлены результаты исследований влияния добавок интенсификаторов помола на процессы структурообразования шлакощелочных вяжущих веществ. Исследования проводились посредством рентгенографического анализа образцов составов с применяемыми добавками.

Ключевые слова: шлакощелочные вяжущие, интенсификаторы помола, рентгенографический анализ, рентгенограмма, интерференционный максимум

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Метод рентгенофазового анализа уже достаточно давно применяется в самых разнообразных направлениях научного исследования, в аналитических лабораториях и инженерной практике самого широкого профиля. Рентгенофазовый анализ применяется также в металловедении, техническом материаловедении, минералогии. Это универсальный и быстрый метод анализа.

Основным признаком кристаллического состояния вещества является упорядоченное расположение образующих его элементов во всем объеме тела. В отличие от кристаллических, в аморфных телах упорядоченное расположение составляющих элементов распространяется только на ближайшее окружение.

Шлакощелочные вяжущие вещества, как и большинство остальных гидравлических вяжущих, состоят из аморфных и кристаллических фаз. Причем их вещественный и минералогический составы весьма разнообразны, что значительно усложняет проведение анализа. Однако, несмотря на сложности, рентгенофазовый анализ позволяет с определенной точностью судить о протекании тех или иных процессов в вяжущих веществах и присутствии тех или иных кристаллических фаз. [1]

Рентгенографический анализ производился с целью обоснования данных, полученных в результате разработки эффективных интенсификаторов помола, и подтверждения идеи о возможности влияния ими на процессы структурообразования шлакощелочных вяжущих.

Исследованиям подвергали 7 образцов составов. Полученные рентгенограммы представлены на рис.1 и рис.2. Все образцы были изготовлены на основе мариупольского доменного гранулированного шлака. Образцы 3, 4 и 5 исследовали в негидратированном состоянии. Они представляют собой молотые доменные гранулированные шлаки. Образец 4 не содержит интенсификатора помола (контрольный), во 3-м образце в качестве интенсификатора использована электродная пыль, образец 5 содержит в качестве интенсификатора помола сахарозу.

Образцы 1, 2, 6, и 7 затворяли растворами щелочных компонентов и подвергали тепловлажностной обработке (режим: 2 часа предварительной выдержки при температуре +20°С, 3 часа подъем температуры до 85°С и 6 часов изотермической выдержки при температуре 85°С). Затворение образцов 1 и 2 производили раствором кальцинированной соды плотностью ρ=1,20 г/см3 при температуре t=20°С, затворение образцов 6 и 7 производили раствором метасиликата натрия плотностью ρ=1,185 г/см3 при температуре t=20°С. В качестве интенсификатора помола в образце 1 была использована электродная пыль, в образце 6 – сахароза. Образцы 2 и 7 не содержат интенсификаторов помола.

Для выполнения рентгенографического анализа проводили подготовку проб. прогидратировавшие образцы измельчали в порошкообразное состояние в лабораторной фарфоровой ступе, после чего просеивали через сито №008.

Анализ данных рентгенофазового анализа сопоставлялись с данными американской картотеки минералов программы PDF [2].

Дифрактограмма образца 4 представлена на рис.1. Присутствие на данной дифрактограмме малого количества пиков невысокой интенсивности свидетельствует о том, что образец 4 представлен в основном тонкодисперсной порошкообразной фазой с сильнодеформированной активной стекловидной структурой. Однако на данной рентгенограмме все же присутствуют интерференционные максимумы с межплоскостными расстояниями d= 2,74; 2,67 и 5,84 Ǻ, которые свидетельствуют о возможности присутствия в составе данной пробы шлака цеолитоподобных минералов. Кроме того здесь прослеживаются максимумы фаз, которые возможно относятся к пикам фаз воластонита 1А – 3,30; 3,04 и 2,87 Ǻ, Na2Ca3Si2O8 – 2,87; 2,74; 2,67 Ǻ и кальцита (содержание последнего невелико, о чем свидетельствует слабая интенсивность характерных для него пиков 3,04; 2,30 Ǻ) [2]

Присутствие в доменных гранулированных шлаках достаточно большого количества активной аморфной стекловидной фазы, объясняется тем, что в процессе грануляции происходит резкое охлаждение шлакового расплава водой. Расплавленные шлаки при резком охлаждении, не успевая закристаллизоваться, переходят в стекловидную форму. [1]

Дифрактограмма образца 3 представлена на рис.1. Сравнение дифрактограмм образцов 4 и 3, показывает, что общая картина минералогического состава практически не изменилась. Однако, на дифрактограмме появился дифракционный максимум характерный для графита 3,36 Ǻ. Присутствие лишь одного наиболее характерного пика графита может свидетельствовать о том, что он находится чрезвычайно тонкодисперсном и деформированном состоянии. Таким образом, графит способен интенсифицировать процесс помола за счет возможности проникновения в микродефекты частиц шлака, что и способствует их разрушению.

При гидратации активной стеклофазы молотых шлаков, затворенных растворами кальцинированной соды, (образец 2) происходит образование кристаллической фазы, которая, скорее всего, относится к кальциту с характерными для него межплоскостными расстояниями d= 3,04; 2,29; 1,91; 1,87 Ǻ (рис. 1). Здесь также достаточно многочисленны наиболее интенсивные рефлексы, характерные для минералов группы цеолитов d= 3,85; 3,04; 2,86 Ǻ, лавсонита d= 3,25; 2,74;2,67 Ǻ, магнезита d= 2,74; 2,09; 1,91 Ǻ, жадеита d= 2,86; 2,50; 3,04 Ǻ и Na2Ca3Si2O8 d= 2,86; 2,84; 2,67; 1,91 Ǻ. [2] Однако интенсивность этих пиков значительно ниже интенсивности наиболее яркого интерференционного максимума кальцита, что свидетельствует о протекании реакции гидратации шлакощелочного вяжущего.

При сравнении дифрактограмм образцов 2 и 1 (рис. 1) установлено, что практически все максимумы дифрактограммы образца 2 повторились на дифрактограмме образца 1, причем их интенсивность  практически не изменилась. Это согласуется с ранее полученными данными, согласно которым, при проведении физико-механических исследований данных составов изменение активности вяжущего незначительно, и находится в пределах 5-10% прироста прочности.

Наличие на дифрактограмме образца 3 пика характерного для графита, повторяющегося на дифрактограмме образца 1, свидетельствует о том, что графит, как химически инертный компонент, не взаимодействует с минералами шлакощелочного вяжущего.

На рис. 2 представлена рентгенограмма образца 5. Отсутствие дифракционных рефлексов на малых углах отражения свидетельствует о значительном присутствии стеклофазы, определяющей высокую активность вяжущего.

Сравнение рентгенограмм образцов 6 и 7 показывает, что наряду с пиками кальцита и магнезита на дифрактограммах интенсивны пики вероятно высокоосновных цеолитовых минералов, воластонита, лавсонита и Na2Ca3Si2O8. Причем интенсивность пиков образца 6 с добавкой сахарозы выше, чем у бездобавочного образца 7.

Появление на дифрактограмме образца 6 новых пиков возможно свидетельствует об образовании в гидратированной системе соединений типа сахаратов кальция, что приводит к росту активности вяжущего содержащего в составе в качестве интенсификатора помола сахарозу, по сравнению с контрольным образцом.

Рис. 1. Дифрактограммы образцов 1, 2, 3 и 4        Рис. 2. Дифрактограммы образцов 5, 6 и 7

Таким образом, при абсолютно равных прочих условиях, введение добавки сахарозы в качестве интенсификатора помола способствует увеличению количества закристаллизованных фаз высокоосновных гидроалюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов, с развитыми пластинчатыми каркасами. Связывание катионов Ca+2  в устойчивые в сильнощелочной среде сахараты кальция, вероятно способствует образованию более упорядоченной структуры образующих минералов, за счет уменьшения скорости гидратации.

Литература

1. Глуховский В.Д. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях. /В.Д. Глуховский // Учебн. пособие. - Киев: Вища школа, 1981.- С. 223.

2. Американская картотека минералов программы PDF