Метакаолинит как добавка к бетону

Добавка к бетону представляет собой мелкозернистый неорганический материал, используемый для улучшения определенных свойств бетона или достижения особых свойств.

Есть дополнения:

  • тип I — это практически инертные добавки, в их состав входят минеральные наполнители и краситель,
  • тип II — это добавки, проявляющие пуклановую активность и, среди прочего, кремнеземная пыль, летучая зола, измельченный гранулированный доменный шлак и метакаолинит.

Метакаолинит как добавка к бетону

Задача добавок — значительно улучшить выбранные свойства бетона , дополнительно они экономят деньги за счет устранения части цемента. Они также являются добавкой к пыльным фракциям заполнителя, улучшая удобоукладываемость бетонной смеси.

На цементные заводы приходится около 5% мировых выбросов CO 2 . Производство около одной тонны цемента вызывает выбросы около 0,8 тонны CO 2 в атмосферу , из которых около 0,5 тонны CO 2 возникает при разложении известняка, а остальное — при сжигании топлива [3]. Для нейтрализации этого негативного воздействия на окружающую среду используются минеральные добавки. Основным методом повышения экологической эффективности цементов является использование минеральных добавок в качестве заменителей клинкера.

Метакаолинит — ценная добавка к бетону. Его высокая активность пуццолана означает, что он может успешно действовать как заменитель цемента и использоваться как дополнительный компонент бетона, улучшающий его герметичность.

Структура и свойства метакаолинита

Метакаолинит — эффективный материал с пуццолановой активностью, он может заменить часть цемента в растворах и бетоне. Это минерал, образующийся в процессе обжига при 700-900 ° С природного каолинита.

Каолинит относится к глинистым минералам с двухслойной пакетной структурой. Кристаллическая формула пакета каолинита — Al4 [Si4O10] (OH) 8, а структурный элемент каолинита состоит из кремний-кислородного тетраэдрического слоя и алюминиево-кислородно-гидроксиоктаэдрического слоя.

Дегидроксилирование каолинита происходит при температуре 550 ° C, и этот процесс можно описать уравнением:

при температуре ~ 500 ° C

Al203 · 2SiO2 · 2H2O → Al203 · 2SiO2 · 2H2O [5]

каолинит метакаолинит

Производство метакаолинита — гораздо менее энергоемкий процесс, чем производство цемента, потому что и температура, и время обжига ниже. Производство одной тонны метаколинита требует примерно на 80% меньше энергии, чем производство цемента.

Метакаолинит и продукты гидратации портландцемента

Основными вяжущими минералами портландцемента являются алит (3CaO · SiO2) и белит (2CaO · SiO2), которые образуют гидратированные силикаты кальция с участием воды и протекающих реакций. В результате реакций алита и белита, происходящих в портландцементе, выделяются значительные количества гидроксида кальция Ca (OH) 2. Метакаолинит, содержащий активные формы оксидов алюминия и кремния, реагирует с гидроксидом кальция в присутствии воды, в результате чего образуются продукты, близкие по структуре и химическому составу к продуктам гидратации портландцемента.

Гидроксид кальция необходим для возможной пуццолановой реакции метакаолинита. При более высоких количествах метакаолинита весь СН может быть израсходован. Костуч и др. сообщили, что для полного связывания гидроксида, присутствующего в бетоне, в течение 28 дней требуется 20% замена цемента на метакаолинит. Вильд и Хатиб продемонстрировали сложность реакции метакаолина в присутствии воды с продуктами гидратации портландцемента. При исследовании растворов и растворов они отметили, что после 14 дней схватывания содержание CH остается минимальным. Уменьшение содержания гидроксида кальция свидетельствует об интенсивности образовавшихся в то время реакций.

Влияние добавки метакаолинита на прочность на сжатие, прочность на изгиб и вязкость разрушения цементно-матричных композитов

Многочисленные исследования по развитию прочности бетонов и строительных растворов, содержащих добавку метакаолина, показывают, что при соответствующем дозировании этой добавки можно получить улучшение механических свойств, особенно в ранние периоды твердения. Увеличение прочности на сжатие и изгиб в первые дни созревания затвердевших растворов, строительных растворов и бетонов зависит от типа и содержания метакаолина.

Whild, Khatib и Jones обнаружили, что увеличение прочности бетона на сжатие в результате использования метакаолинита, частично заменяющего цемент, происходит за счет трех эффектов:

  • эффект наполнения ,
  • эффект ускорения гидратации портландцемента (уже в первые 24 часа)
  • и эффект пуццолановой реакции метакаолинита с CH , максимум между 7 и 14 днями отверждения. Они показали, что оптимальная пропорция добавки может зависеть от возраста бетона. Через 90 дней соотношение метакаолина 20% по отношению к массе цемента оказалось оптимальным.

Пун и др. также показали, что метакаолинит положительно влияет на прочность на сжатие из-за герметизирующего эффекта микроструктуры бетона (более низкая пористость бетона). В своем исследовании Ponn et al. сообщили, что наиболее благоприятная доля добавки метакаолинита с точки зрения прочности на сжатие составляет 10% от ее доли, что было подтверждено испытаниями бетона с a / s = 0,3 и 0,5.

Куиан и Ли обнаружили, что прочность бетона на сжатие, изгиб и растяжение увеличивается с увеличением содержания метакаолинита. Они показали, что увеличение прочности на сжатие с увеличением доли метакаолинита сопровождается меньшим увеличением прочности на изгиб и растяжение, что доказывает, что хрупкость этих бетонов увеличивается с увеличением доли матакаолинита.

Конкол и Пира представили результаты испытаний бетона, модифицированного различной долей метакаолинита, произведенного в Европе. Они подтвердили, что замена цемента 5% метакаолина увеличивает прочность на сжатие и водонепроницаемость бетона. Гораздо больший эффект дает увеличение количества метакаолинита на 10% и 15%. Дозирование 15% метакаолина в качестве заменителя цемента по сравнению с эталонным бетоном привело к увеличению прочности на сжатие более чем на 23%, снижению водопоглощения на 42,5% и снижению глубины проникновения воды под давлением почти на 78%.

Павликова и др показали, что частичная замена цемента метакаолинитом улучшает прочность на сжатие на 10% и предел прочности при изгибе на 50%. Кроме того, влияние метакаолинита во всех случаях более благоприятно в отношении прочности на разрыв, что имеет большое значение, особенно в дорожном строительстве. Замена 10-15% цемента на метакаолинит кажется оптимальной, в то время как растворы, в которых было заменено 10% цемента. показал лучшие свойства.

С точки зрения улучшения механических свойств бетона Конкол показал, что добавка метакаолинита может использоваться в качестве заменителя цемента и в этой области может рассматриваться как ценная добавка, как хорошо известная кремнеземная пыль. Конкол также показал, что бетоны с добавлением до 17,5% метакаолина по отношению к массе цемента, используемого в качестве частичного заменителя цемента, характеризуются не только более высокой прочностью на сжатие, но и большей устойчивостью к растрескиванию по сравнению с бетоны без добавления метакаолинита. С возрастом этих бетонов прочность на сжатие и трещиностойкость возрастают.

Другие положительные эффекты от использования добавок метакаолина к бетонам и строительным растворам

Усадка и ползучесть

Явление усадки может быть неблагоприятным как для всей конструкции, так и для бетона. Опасным явлением для бетона также является ползучесть, которая связана с длительным нагружением элемента, вызывающего деформацию. Брукс и Мегат Джохари показали положительный эффект добавления метакаолина на усадку и ползучесть бетона. Они обнаружили, что более 10% метакаолинита снижает общую усадку и ползучесть бетона.

Устойчивость к высоким температурам

Испытания на стойкость строительных растворов и бетонов с добавлением метакаолина к воздействию высоких температур были проведены, среди прочего, Морси и др. [19], которые в результате замены цемента на 10 и 15% нанометакаолинита также на При температуре выше 600 ° C достигается повышение прочности на сжатие и изгиб строительных растворов и бетонов.

Сорбционные свойства бетона, модифицированного метакаолином

Ramezanianpour и Jovein на основе результатов коэффициента сорбции обнаружили, что добавление метакаолинита в количестве 10% дает лучшие результаты по сравнению с другими уровнями конверсии, независимо от соотношения вода / вяжущее и возраста бетона и контрольные бетоны. Было получено увеличение коэффициента сорбции для некоторых бетонов с содержанием метакаолинита 15% по сравнению с коэффициентом сорбции контрольного бетона.

Водопроницаемость

Веймелкова провели исследование водонепроницаемости самоуплотняющегося бетона, модифицированного метакаолином. Добавка метакаолинита использовалась в количестве 2/3 части цемента. Максимальная глубина проникновения под давлением воды через 28 дней была более чем на 40% ниже, чем в бетоне без метакаолина. Однако через 90 дней явление изменилось, и бетон без метакаолина оказался лучше. Худшие результаты, которые были получены для модифицированного бетона, могут быть связаны с более низким соотношением вода/вяжущее в немодифицированном бетоне по сравнению с бетоном, содержащим добавку метакаолина, и использованием различных типов цементов.

Пористость

На свойства и долговечность бетонной конструкции большое влияние оказывают распределение пор по размеру и общая пористость. Хатиб и Вильд провели обширные исследования пористости цементных растворов. Они проанализировали пористость раствора с переменной долей метакаолинита 5%, 10%, 15% от массы цемента. Они показали, что доля более крупных пор с радиусом> 0,02 мм в шламе уменьшилась из-за большей доли метакаолинита и времени твердения.

Конкол показал, что добавка метакаолинита в количестве до 17,5% от массы цемента, вводимого в качестве частичного заменителя цемента в бетон, снижает общую пористость в бетоне. Увеличение объема пор в бетоне с радиусом 0,8-2 нм вызвано добавкой метакаолинита, а при доле метакаолинита в бетоне 17,5% от массы цемента также пор с радиусом 2-10 нм.

Добавление метакаолинита в бетон в случае пор с большим радиусом уменьшает размер этих пор. Наблюдаемое увеличение объема пор диаметром до 2 нм не сказывается отрицательно на свойствах, связанных с транспортировкой агрессивных веществ и морозостойкостью бетонов с добавкой метакаолина.

Устойчивость к хлоридной коррозии

Хлориды — одна из опасностей, вызывающих коррозию бетона и арматурной стали. Результаты исследований подтверждают положительный эффект метакаолинита как ингибитора диффузии хлоридов в строительных растворах. Эти авторы показали, что оптимальная доля метакаолина составляет от 10 до 15% в ступке. Время, необходимое для начала переноса ионов CL- через образец, определялось в днях. Перенос происходил в строительном растворе с добавлением 15% метакаолинита через 203 дня, при добавлении 20% метакаолинита через год не было обнаружено начала переноса ионов CL-, в то время как в строительном растворе без добавки перенос происходил через 13 дней. дней.

Устойчивость к сульфатной коррозии

При проектировании бетона необходимо учитывать риск коррозии. Примером добавки, улучшающей стойкость к сульфатной коррозии, является метакаолинит. Используя в строительных растворах метакаолинит в количестве 20% и 30% от массы цемента, подтвердил, что добавление метакаолинита увеличивает стойкость строительных растворов к коррозионному воздействию сульфатов, особенно MgSO4.

Использование матакаолинита

Глиняные материалы широко используются в производстве строительных материалов и керамики. Их можно использовать в производстве фарфора, керамической плитки, керамики [7, 24], а также в бумажной, резиновой, лакокрасочной, пищевой, электронной, мыловаренной, санитарной и пластмассовой промышленности. Их также можно использовать для реабилитации территорий, загрязненных тяжелыми металлами или нефтепродуктами [7, 25]. Обжаренный каолин используется при производстве легких бетонов [26], для ремонта памятников [27] и, прежде всего, как ценная добавка II типа к бетонам.

Согласно [28], добавка метакаолина широко используется в строительной индустрии при наземном и подземном строительстве. Его можно использовать в бетонных смесях, изготовленных на строительной площадке, а также в товарном бетоне, сборных бетонах, различных классах строительных растворов и т. Д. Добавку метакаолинита можно использовать в качестве добавки к обычным и цветным штукатуркам и растворам, поскольку он предотвращает образование известковых высолов.

Выводы

Текущее направление исследований и их применения — это стремление использовать в технологии производства бетонов и строительных растворов не только переработанные материалы, но и экологически чистые материалы. Использование метакаолинита в качестве замены цементной части в бетоне имеет большое значение для обеспечения устойчивого развития и защиты окружающей среды в отношении строительных конструкций.

Анализ преимуществ использования метакаолинита обязательно приведет к увеличению спроса со стороны компаний, производящих бетонные смеси, растворы для этого материала. В последнее время были проведены многочисленные исследования по оценке влияния метакаолинита как частичной замены цемента на технические параметры цементно-матричных композитов. Указанные источники подтверждают, что метакаолинит может быть использован в строительной индустрии как эффективная добавка с высокой пуццолановой активностью.

Оцените статью
Строительство фундаментов и все про них
Добавить комментарий