CC BY
160
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ВОДОСТОЙКИХ И ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ
ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
Самигов Нигматджан Абдурахимович
д-р техн. наук, заведующий кафедрой строительных материалов и химии, профессор Ташкентского архитектурно-строительного института,
100011, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Наваи, дом 13
E-mail: sam igov@mail.ru
Атакузиев Темур Азимович
д-р хим. наук, профессор кафедры технологии силикатных материалов Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент, Навои проспект, дом 32
E-mail: Atakuziyev@mail. ru
Асаматдинов Марат Оринбаевич
магистрант кафедры технологий композиционных материалов и прикладной химии Московского государственного строительного университета, 129337,Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26 E-mail: marat. asamatdinov@mail. ru
Ахунджанова Сайёра Руфатовна
преподаватель кафедры строительных материалов и химии Ташкентского архитектурно-строительного института, 100011, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Наваи, дом 13
E-mail: asias1878@mail.ru
Физико-химическая структура и свойства водостойких и высокопрочных композиционных гипсовых вяжущих // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Самигов Н.А. [и др.]. 2015. № 10 (21) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/2675
PHYSICAL AND CHEMICAL STRUCTURE AND CHARACTERISTICS OF WATER —RESISTANT AND HIGH-STGENGTH COMPOSITE
GYPSUM BINDERS
Nigmatdzhan Samigov
Doctor of Technical Sciences, Head of Construction Materials and Chemistry Chair, Professor of Tashkent Architecture Construction Institute,
100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoi Str, 13
Temur Atakuziev
Doctor of Chemical Sciences, Professor of Technology of Silicate Materials
Chair, Tashkent Chemical-Engineering Institute, 100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoiy str., 32
Marat Asamatdinov
Master’s Degree Student, Technologies of Composite Materials and Applied Chemistry, Moscow State University of Civil Engineering, 129337, Russia, Moscow, Yaroslavskoye Shosse, 26
Sayyora Ahundzhanova
Lecturer of Construction Materials and Chemistry Chair, Tashkent Architecture Construction Institute, 100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoi Str, 13
АННОТАЦИЯ
Разработаны и исследованы физико-химическими методами водостойкие композиционные гипсовые вяжущие с суперпластификатором С-3.
Установлены, что водостойкость их зависит от микропористости гипсового вяжущего, а введение в состав С-3 значительно увеличивает водостойкость последнего.
Низкая водостойкость гипсовых изделий обусловлена растворимостью двуводного сульфата кальция в воде. При этом в первую очередь двуводный сульфат кальция растворяется в местах контактов кристаллических сростков вследствие повышенной растворимости последних по сравнению с правильно сформированными напряженными кристаллами.
В ДТА образцов из гипсового вяжущего низкой водопотребности (ГВНВ) соотношение между площадями и температурой максимумов экзоэффектов суперпластификатора С-3 изменяется.
Взаимодействие молекул полиметилен-нафталинсульфаната (активного вещества С-3) с гипсовым вяжущим происходит на поверхности материала, при котором параметры кристаллической решетки полугидрата сульфата кальция не изменяются, о чем свидетельствует рентгенограммы образцов и данные инфракрасной спектроскопии.
Данные, полученные с применением электронной спектроскопии диффузного отражения ультрафиолетовых волн от поверхности материала, позволяют подтвердить достоверность ранее сделанных выводов относительно конечных результатов взаимодействия С-3 с гипсовым вяжущим в процессе их совместного измельчения.
О факте химического взаимодействия ПАВ с гипсовым вяжущим можно судить по перераспределению полос поглощения при длине ультрафиолетовых волн 275 и 310 нм на образцах ГВНВ с 2 % С-3. Так, при длине волны 275 нм интенсивность поглощения возрастает, а при Х= 310 нм, наоборот, интенсивность поглощения на кривой практически не просматривается.
ABSTRACT
Water-resistant composite gypsum binders with superplasticizing admix С-3 are developed and researched by physicochemical methods.
It is found that their water resistance depends on the microporosity of gypsum binders and allotment of C-3 increases water resistance of the latest one significantly.
Low water resistance of gypsum products is due to the solubility of calcium sulphate dihydrate in water. In the first instance calcium sulphate dihydrate dissolve in the crystalline regions of contact adhesions due to increased solubility as compared with the last correctly formed strained crystals.
The correlation between squares and temperature of exo-effect maximums of superplasticizing admixes C-3 changes in DTA of samples from the gypsum binder of low water demand.
Interaction of naphthalene-graciloplasty polymethylene molecules (active agent C-3) with a gypsum binder occurs at the surface of the material in which crystal
lattice parameters of hemihydrate of calcium sulfate do not change as evidenced by X-ray samples and IR spectroscopy data.
Data obtained by using electron spectroscopy of diffuse reflectance of ultraviolet waves from the surface of the material allows verifying the accuracy of previous findings regarding the interaction of C-3 with a gypsum binder in the process of their co-milling.
It is possible to judge about the fact of SAA chemical interaction with a gypsum binder according to rearrangement of absorption bands in length of ultraviolet waves 275 and 310 nanometers per samples of gypsum binder of low water demand with 2 % С-3. Thus, the absorption intensity increases at a wavelength of 275 nanometers and, vice versa, absorption intensity on the curve is not almost visible at a wavelength of X= 310 nanometers.
Ключевые слова: гипс, гипсовый композит, суперпластификатор С-3, водостойкость, прочность, дифференциальный термоанализ, рентгенофазовый анализ, электронная спектроскопия.
Keywords: gypsum; gypsum composite; superplasticizing admix С-3; water resistance; strength; differential thermal analysis; X-ray phase analysis; electronic spectroscopy.
Актуальность. Применение гипсовых материалов в строительстве не соответствует их потенциальным возможностям. Это обусловлено рядом присущих им отрицательных свойств: высокой формовочной влажностью при использовании гипсового вяжущего P-модификации и, как следствие, низкой водостойкостью, значительной ползучестью при увлажнении, малой морозостойкостью и др.
Имеющиеся в настоящее время методы повышения водостойкости и других свойств гипсовых вяжущих не в полной мере устраняют эти недостатки, что снижает их эффективность и препятствует широкому применению в строительстве.
Разработка качественно новых модифицированных и композиционных гипсовых вяжущих с активными кремнеземистыми добавками, обеспечивающими получение изделий широкой номенклатуры с высокими физико-механическими, эксплуатационными и технико-экономическими показателями, является актуальной задачей.
Низкая водостойкость гипсовых изделий обусловлена растворимостью двуводного сульфата кальция в воде. При этом в первую очередь двуводный сульфат кальция растворяется в местах контактов кристаллических сростков вследствие повышенной растворимости последних по сравнению с правильно сформированными напряженными кристаллами.
С позиции законов термодинамики, кристаллизационные контакты, вследствие формированной кристаллической решетки, обладают избытком свободной энергии, следовательно, и повышенной растворимостью. Вместе с тем интерес представляют данные, показывающие, что падение прочности гипсового камня при его увлажнении на 65—75 % объясняется
расклинивающим действием воды и только 12—15 % прочности теряется в процессе растворения кристаллов двуводного сульфата кальция в воде [2].
Исходя из этих данных, можно сделать вывод, что на водостойкость гипсового камня значительное влияние оказывает объем его пористости и характеристика размеров пор. Так, природный гипсовый камень, который характеризуется плотной структурой (водопоглощение не более 3 —4 %), считается достаточно водостойким материалом, поскольку его коэффициент размягчения превышает 0,6.
Снижение В/Г при приготовлении гипсовой смеси приводит к образованию структуры с меньшей пористостью и, соответственно, большей водостойкостью. По данным работы [3], образцы, полученные при В/Г = 0,5 после 12 ч испытания на водоразмываемость, теряли в массе 52,4 %, а изготовленные при В/Г = 0,7 — полностью размывались.
Таким образом, признавая определенную роль в низкой водостойкости гипсовых материалов высокую растворимость двуводного сульфата кальция
в воде, нельзя не отметить факта заметного влияния порового пространства гипсового камня [1].
Результаты исследований. В ДТА образцов из гипсового вяжущего низкой водопотребности (ГВНВ) соотношение между площадями и температурой максимумов экзоэффектов суперпластификатора С-3 изменяется (рис. 1).
3
1
Рисунок 1. ДТА суперпластификатора С - 3 (1) гипсового вяжущего (2), их механической смеси в соотношении 2:100 (3) и ГВНВ (4)
Взаимодействие молекул полиметилен-нафталинсульфаната (активного вещества С-3) с гипсовым вяжущим происходит на поверхности материала, при котором параметры кристаллической решетки полугидрата сульфата кальция не изменяются, о чем свидетельствует рентгенограммы образцов (рис. 2) и данные инфракрасной спектроскопии (рис. 3).
1
2
3
Рис. 2. Рентгенограммы гипсового вяжущего а-модификации (1), ГВНВ с 1 % (2) и 2 % (3) суперпластификатора С-3 по массе
Полимерная фракция соответствует соединениям со среднечисловой молекулярной массой п> 2300, средняя — с п = 1200—2100, легкая фракция включает соединения с п от 230 до 900 Дальтон.
Данные, полученные с применением электронной спектроскопии диффузного отражения ультрафиолетовых волн от поверхности материала (рис. 4), позволяют подтвердить достоверность ранее сделанных выводов относительно конечных результатов взаимодействия С-3 с гипсовым вяжущим
в процессе их совместного измельчения, в частности, о деструкции молекул ПАВ и их химическом взаимодействии с вяжущими, а также предположить возможную схему расположения молекул ПАВ (при введении их в количестве до 2 %) на частицах вяжущего. О деструкции молекул ПАВ может свидетельствовать увеличение разрешения спектра образцов ГВНВ с 2 % С-3, что наблюдается на модельном образце ГВНВ с 8 % добавкой.
1
2
3
Рисунок 3. Инфракрасные спектры суперпластификатора С-3 (1), гипсового вяжущего а-модификации (2), ГВНВ с 2 (3) и 8 % С - 3 (4) по массе
О факте химического взаимодействия ПАВ с гипсовым вяжущим можно судить по перераспределению полос поглощения при длине ультрафиолетовых волн 275 и 310 нм на образцах ГВНВ с 2 % С-3. Так, при длине волны 275 нм интенсивность поглощения возрастает, а при Х= 310 нм, наоборот, интенсивность поглощения на кривой практически не просматривается.
Рисунок 4. Электронная спектроскопия диффузного отражения ультрафиолетовых волн от поверхности для суперпластификатора С-3 (1), гипсового вяжущего (2), ГВНВ с 2 (3) и 8 % С — 3 (4) по массе
Таким образом, по характеру полос поглощения, представленных на рис. 2, можно сделать следующее заключение: поверхность частиц ГВНВ с 8 %
добавкой покрыта плотным сплошным полимолекулярным слоем молекул
ПНС, в то время как характер распределения последнего на поверхности ГВНВ
с 2 % С-3 носит прерывистый характер. Это свидетельствует о том,
что значительная часть добавки диффундировалась во внутрь вяжущего [4].
Список литературы:
1. Коровяков В.Ф., Сергеев В.К. Новые технологии в производстве стеновых изделий из водостойких гипсовых бетонов / Материалы II Всероссийского семинара с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий». — М.: Изд-во «ЛМ-Принт», 2004.
2. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов. — М.: Стройиздат, 1988. — 304 с.
3. Ферронская А.В. Развитие теории и практики в области гипсовых вяжущих веществ // Сб. матер, академ. чтений: Развитие теории и технологии в области силикатных и гипсовых материалов. 4.1. — М.: МГСУ, 2000. — С. 47—56.
4. Samigov N.A., Atakuziev T.T., Asamatdinov M.O. et al. The high-strength composite plaster knitting. Ibausil 18. Internationale Baustofftagung. 12—15 september 2012. F.A. Finger-Institut fur Baustoffkunde. Bauhaus-Universitat, Weimar, Bundesrepublik Deutschland. Tagungbericht — Band 1. P. 958—963.
References:
1. Korovjakov V.F., Sergeev V.K. New technologies in production of wall items made from water-resistant gypsum concrete. Materialy II Vserossijskogo seminara s mezhdunarodnym uchastiem «Povyshenie jeffektivnosti proizvodstva i primenenija gipsovyh materialov i izdelij», [Materials of II All-Russian Seminar with international participation “Productivity enhancement and appliance of gypsum materials and articles”]. Мoscow. LM-Print Rubl., 2004. (In Russian).
2. Mchedlov-Petrosjan O.P. Chemistry of nonorganic construction materials. Moscow, Strojizdat Publ., 1988. 304 p. (In Russian).
3. Ferronskaja A.V. Development of theory and practice in the sphere of gypsum binder agents. Razvitie teorii i tehnologii v oblasti silikatnyh i gipsovyh materialov. 4.1., [Development of theory and technology in the sphere of silicate and gypsum materials. 4.1.], Moscow, MSUCE Publ., 2000. pp. 47—56 (In Russian).
4. Samigov N.A., Atakuziev T.T., Asamatdinov M.O. et al. The high-strength composite plaster knitting. Ibausil 18. Internationale Baustofftagung. 12—15 september 2012. F.A. Finger-Institut fur Baustoffkunde. Bauhaus-Universitat, Weimar, Bundesrepublik Deutschland. Tagungbericht — Band 1. pp. 958—963.
