CC BY
13УДК 691.263.5
БЕЗОБЖИГОВЫЕ ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ
Глотов Е.Ю., студент группы 16Стр(мп)РЭСТ, Оренбургский государственный университет, Оренбург е-mail: glotovEY@gmail.com
Научный руководитель: Турчанинов В.И., канд. техн. наук, доцент кафедры автомобильных дорог и строительных материалов, Оренбургский государственный университет, Оренбург
В России складывается критическое положение с обеспечением гипсового производства качественным природным сырьем. Не каждый регион располагает месторождениями гипсового камня, пригодного для производства гипсовых вяжущих и изделий на их основе, что вынуждает привозить сырье или готовое вяжущее из других областей, а это связано с большими транспортными затратами. Целью исследования является поиск технологий, позволяющих расширить сырьевую базу гипсовых вяжущих и снизить затраты на их производство. Работа направлена на разработку технологии производства безобжиговых гипсовых вяжущих веществ из местного сырья и влияния добавок на свойства вяжущих.
Ключевые слова: двуводный гипс, гипсоангидритовый камень, активаторы твердения, влажность, формование образцов.
Материалы на основе гипсовых вяжущих многие годы находят широкое применение в строительстве. Но поскольку сырьевая база для производства вяжущих постепенно исчерпывается, то в производственный процесс вовлекается все большее количество промышленных отходов и некондиционного сырья [1].
В этом плане определенный интерес представляют промышленные отходы, содержащие двуводный гипс, либо ангидрит. К материалам, содержащим двуводный гипс, прежде всего следует отнести отслужившие свой срок гипсовые изделия и брак при производстве подобных изделий. Также представляют определенный интерес так называемый химический гипс, образующийся при очистке дымовых газов от серного ангидрида и содержащий значительное количество двуводного гипса.
На первом этапе работ в качестве вяжущего был использован двуводный гипс, образовавшийся после испытания контрольных образцов строительного гипса. Установлено, что твердение гипса может протекать как по гидратационной схеме, так и по негидратационной [2].
При использовании двуводного гипса твердение протекает по негидратационной схеме, сущность которой сводится к тому, что тонкодисперсный увлажненный двуводный гипс частично растворяется в воде, а затем при удалении влаги (сушка в естественных, либо искусственных условиях) выкристаллизовывается, связывая между собой разрозненные частицы гипса в монолит. Таким образом, можно получать гипсовые изделия из дисперсного двуводного гипса, минуя стадию обжига. Но подобная технология возможна при получении изделий простой геометрической формы способом прессования.
Как ранее отмечалось, в качестве вяжущего на первом этапе эксперимента использовались переработанные гипсовые балочки. Предварительно проводили измельчение гипсовых балочек в лабораторной шаровой мельнице, затем их увлажнение и формование при давлении 20 МПа. Образцы изготовляли цилиндрической формы высотой и диаметром, равными 50 мм. В первом составе увлажнение составляло 12 % по массе, во втором - 14 %. Затем образцы подвергали сушке в естественных условиях до постоянной массы. Результаты эксперимента представлены в таблицах ниже.
Таблица 1 - Результаты рассеивания
Остатки № сита (размер ячейки, в мм.)
5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,08 <0,08
Частные, г. 0 0,6 5,2 19,3 51,2 63,3 15,136 144,86
Частные, % 0 0,2 1,7 6,4 17 21,1 5,04 48,56
Полный, % 0 0,2 1,9 8,3 25,3 46,4 51,44 100
Таблица 2 - Физико-механические свойства гипса
№ образца 1 состав - влажность 12% 2 состав - влажность 14%
Масса, г Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии, кг/см2 Масса, г Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии, кг/см2
1 156,03 1,74 108,70 149,70 1,76 103,90
2 157,67 1,76 121,20 154,50 1,77 117,50
3 154,50 1,76 102,50 154,50 1,76 117,50
Среднее значение 156,4 1,75 110,81 152,9 1,76 112,90
Как следует из результатов, представленных в таблице 2, прочностные характеристики и плотность гипсового камня при влажности формовочной смеси в пределах 12-14 % практически одинаковы.
Ряд месторождений гипсового сырья представлены не только чистым гипсовым камнем либо ангидритом, но их смесью, т.е. гипсоангидритовым камнем, поэтому представляет интерес возможность получения вяжущих негидратационного твердения на основе гипсоангидрита [3]. Поэтому для ускорения процесса гидратации ангидрита и ускорения набора прочности гипсовым камнем в состав вяжущего вводят добавки -активаторы твердения. Принцип действия активаторов основывается на их способности повышать скорость растворения ангидрита при затворении его водой. Процесс гидратации ангидрита в значительной мере зависит от вида активатора. Наиболее распространенные способы активации твердения можно разделить по химическому составу вводимых добавок:
- сульфатная активация (с помощью сульфатов щелочных металлов, сульфатов тяжелых металлов, кислых сульфатов);
- щелочная активация (Са(ОН)2, NaOH);
- смешанная активация (щелочной компонент и добавка сульфата).
Известно, что сульфатные активаторы повышают прочность, а щелочные придают материалу постоянство объема [4]. Следовательно, ангидриту для создания на его основе материала с комплексом заданных свойств, требуется определенная комбинация, подходящих ему активаторов твердения. Нами была изучена возможность получения гипсового вяжущего негидратационного твердения на основе гипсоангидритового камня, поставляемого ООО «Волма» на цементные заводы г. Новотроицка.
Таблица 3 - Состав гипсоангидритового камня
Наименование Содержание, %
Серный ангидрит, SOз 41,38
Двуводный гипс, СaSO4•2H2O 88,97
На втором этапе работ в роли вяжущего выступал гипсоангидритовый камень. В первом опыте измельченный дигидрат затворялся водой без применения добавок. Во втором в качестве щелочного активатора ангидрита применялась гашеная известь Ca(OH)2, в третьем
- сульфатный активатор (сульфат натрия Na2SO4). Гидроксид кальция предварительно смешивался с гипсоангидритом, сульфатный активатор вводился в смесь с водой затворения. В первом опыте в качестве вяжущего выступал гипсоангидритовый камень. После помола производилось увлажнение гипса до влажности 12 % (1 состав) и 14 % (2 состав) по массе. Смеси выдерживали в течение 3 суток в герметичной емкости для равномерного распределения влаги при нормальном атмосферном давлении и одинаковой температуре 20°С Затем из каждого состава формовались по три образца цилиндрической формы высотой и диаметром, равными 50 мм при давлении 20 Мпа и образцы выдерживали в естественных условиях до достижения равновесной влажности.
После этого определяли среднюю плотность образцов и предел прочности при сжатии. Для определения влажности образцов, бюксы с навесками помещали в сушильный шкаф и выдерживали при температуре 55 ^ до постоянной массы. Абсолютная влажность образцов без применения добавок составила 0,59 %. Результаты эксперимента сведены в таблицу.
Таблица 4 - Результаты первого эксперимента
№ образца 1 состав - влажность 12% 2 состав - влажность 14%
Масса, г Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии, кг/см2 Масса, г Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии, кг/см2
1 184,08 1,93 71,33 178,99 1,90 69,22
2 179,54 1,91 83,56 179,03 1,84 98,75
3 184,52 1,85 89,01 157,21 1,86 89,01
Сред. знач. 182,71 1,90 81,30 171,74 1,87 85,66
Во втором опыте использовался гипсоангидритовый камень с применением щелочного активатора - гашеной извести Са(ОН)2. В первом составе гидроксид кальция вводился в количестве 5 % от массы ангидрита, во втором - 10 %. Абсолютная влажность образцов после твердения составила 0,28 %. Результаты эксперимента сведены в таблицу:
В заключительном опыте применялся гипсоангидритовый камень с применением сульфатного активатора - сульфата натрия Na2SO4. В первом составе сульфат натрия вводился в пропорции 1 % от массы ангидрита, во втором - 3 %. Абсолютная влажность образцов после твердения - 0,04 %. Результаты эксперимента сведены в таблицу.
Таблица 5 - Результаты второго эксперимента
№ образца 1 состав 2 состав
Масса, г Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии, кг/см2 Масса, г Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии, кг/см2
1 184,06 1,98 116,50 183,61 1,98 124,78
2 184,37 1,96 110,44 183,82 1,97 146,02
3 184,70 1,97 126,33 183,57 1,98 129,45
Сред. знач. 184,37 1,97 117,76 183,66 1,98 133,42
Таблица 6 - Результаты третьего эксперимента
№ образца 1 состав 2 состав
Масса, г Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии, кг/см2 Масса, г Плотность, г/см3 Предел прочности при сжатии, кг/см2
1 183,15 1,92 62,01 186,47 1,87 51,36
2 182,39 1,91 56,50 187,60 1,87 51,36
3 182,94 1,88 51,36 189,55 1,86 71,91
Сред. знач. 182,81 1,90 56,62 187,87 1,87 58,21
Таким образом, проведенный эксперимент наглядно показал, что:
1. Лучшие результаты по пределу прочности при сжатии достигаются при щелочной активации.
2. Добавка сульфатного активатора не приводит к повышению предела прочности при сжатии, а даже несколько снижает его.
3. Отходы переработки гипсоангидритового камня могут быть использованы для производства гипсовых вяжущих негидратационного твердения.
Резюмируя вышеизложенное, можно сделать вывод о возможности использования отходов двуводного гипса и гипсоангидрита для производства гипсовых изделий методом прессования по технологии негидратационного твердения, что решило бы не только проблему экономии топливно-энергетических ресурсов, но и экологическую составляющую этого вопроса.
Литература
1. Белов, В.В. Современные эффективные гипсовые вяжущие, материалы и изделия / В.В. Белов, А.Ф. Бурьянов, В.Б. Петропавловская; под общ. ред. А.Ф. Бурьянова //научно-справочное издание. - Тверь: ТГТУ, - 2007. - 132 с.
2. Бурьянов, А.Ф. Технология гипсовых и ангидритовых стяжек полов: дис. ...канд. тех. наук: 05.23.05/ А.Ф. Бурьянов - Красково, 1989. - 151 с.
3. Клименко, В.Г. Ускоренный подбор активирующих добавок к ангидриту / В.Г. Клименко, Л.Н. Балятинская, А.Н. Володченко // Строительные материалы. - М.: - 1990. - № 3. - С 22-23.
4. Петропавловская, В.Б. Использование техногенных гипсосодержащих отходов в безобжиговых прессованных композитах: дис. .канд. тех. наук: Л459.2,0 / В.Б. Петропавловская. - Красково. - 2005. - 24 с.
