CC BY
48УДК 691.322
Макаева А.А.
Доцент кафедры автомобильных дорог и строительных материалов Оренбургский государственный университет (Россия, Оренбург)
Попова А.А.
Студентка
Оренбургский государственный университет (Россия, Оренбург)
ГИДРОФОБИЗАЦИЯ ГИПСА И ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
Аннотация: главным недостатком гипсовых вяжущих и изделий из них является малая водостойкость. Одним из наиболее эффективных способов повышения водостойкости гипсовых вяжущих, в настоящее время, является введение веществ, которые вступают в химическое взаимодействие с гипсовым вяжущим (а также между собой) и образуют водостойкие и твердеющие в воде продукты. Дальнейшие исследования по повышению эффективности гипсовых вяжущих привели к получению водостойких гипсовых вяжущих нового поколения - гидравлические композиционные гипсовые вяжущие.
В Оренбургской области есть условия для использования местной природной сырьевой базы и отходов промышленности для разработки и использования новых гидравлических композиционных вяжущих, которые сохранили положительные свойства ГВ, такие как скорость твердения, отличные формовочные свойства и приобрели гидравлические свойства портландцемента
Ключевые слова: гипс, гипсовые вяжушие, строительный гипс, водостойкость, гидравлические вяжущие, портландцемент, гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.
В отечественном строительстве гипсовые материалы и изделия (гипсовые плиты или панели, штукатурные составы на основе гипса, гипсокартонные листы) применяются, в основном, внутри помещений, относительная влажность в которых менее 60 %. Причина - недостаточная водостойкость гипсовых вяжущих и изделий на их основе.
Например, строительный гипс (основа Р-полугидрат сульфата кальция) имеет высокую водопотребность (50 - 70 %), низкую водостойкость, изделия из строительного гипса имеют большую ползучесть при увлажнении, имеют ограниченную прочность, малую морозостойкость, при производстве данные изделия требуют длительную сушку. Недостаточную водостойкость ГВ и изделий из них разные исследователи объясняют по-разному. П.А Ребиндер и ряд других ученых полагают, что снижение прочности затвердевшего гипсового вяжущего при увлажнении происходит из-за адсорбации влаги микрощелями, при этом вода разрушает кристаллическую структуру. Адсорбационный эффект также усугубляется пористостью гипсовых материалов [2].Другая группа ученых, во главе с П.П. Будниковым считают основной причиной низкой водостойкости гипсовых изделий относительно высокую растворимость гипса, в 1 литре воды при 0°С растворяется 2,256 г, при 15°С - 2,534 г, при 35°С - 2,684 г; при дальнейшем нагревании растворимость опять уменьшается. Ослабевание связей, и как следствие снижение прочности изделия, происходит за счет образования насыщенного раствора сульфата кальция в порах изделия, за счет растворения кристаллов гидрата. Исходя из вышеизложенного, низкую водостойкость гипсовых изделий объясняется одновременным воздействием перечисленных факторов [2].
Исследования направленные на повышение водостойкости гипсовых вяжущих определяют тенденции ряда исследований по усовершенствованию технических свойств гипсовых вяжущих:
- повысить плотность изделия с помощью использования малопластичных смесей, при этом выбирая в качестве метода изготовления трамбование или вибропрессование;
- повысить водостойкость гипсовых изделий с помощью гидрофобизации;
- уменьшить растворимость сульфата кальция в воде и добиться условий необходимых для образования нерастворимых в воде соединений. Полученные Данные защитят СаБ04-2Н20, этого можно добиться за счет сочетания гипсовых вяжущих с гидравлическими компонентами (АМД, известь).
Одним из наиболее эффективных способов повышения водостойкости гипсовых
вяжущих, в настоящее время, является введение веществ, которые вступают в
химическое взаимодействие с гипсовым вяжущим (а также между собой) и образуют
510
водостойкие и твердеющие в воде продукты. Примеры таких веществ: молотые доменные шлаки, известь, портландцемент. Однако вводить портландцемент, известь или доменные шлаки без дополнительных добавок нет никакого смысла. Так при введении 20 - 30 % портландцемента в полуводное гипсовое вяжущее происходит повышение водостойкости изделий. По прошествии 28 - 30 суток изделия разрушались, не смотря на то, что вначале обладали достаточной механической прочностью, за счет образования достаточного количества эттрингита. Цвет этого минерала от практически бесцветного до желтого, кристаллизация происходит в тригональной системе. Призматические кристаллы обычно бесцветные, белеют в местах частичной дегидратации. Чтобы предотвратить данное явление рекомендуется вводить 0,5 - 1 % сульфитно-спиртовой барды. Однако рядом исследований было доказано, что данная добавка лишь увеличивает срок отсутствия трещин, но не предотвращает их появление. Также нельзя забывать, что степень разрушения образцов зависит от ряда факторов: условия твердения, минералогический состав, процентное соотношение примесей и другие[4].
В ходе дальнейших исследований были получены гипсоцементно-пуццолановые вяжущие. Состав ГЦПВ: гипсовое вяжущее, портландцемент и активные минеральные добавки, связывающие гидроксид кальция в нерастворимые соединения.
С появлением гипсоцементно-пуццолановых вяжущих произошло значительное увеличение области применения гипсовых материалов в строительстве в целом, так как появилась возможность использовать их в наружных конструкциях и отделке, а также в помещениях с относительной влажностью воздуха более 60 %.
Твердение гипсоцементно-пуццолановых вяжущих - это сложные физико-химические процессы, в результате которых образуются новые гидратные вещества (в сравнении с гидравлическими вяжущими). При затворении данных веществ водой выделяются кристаллы дигидрата сульфата кальция, создающие каркас первоначальной структуры. В то же время гидратируют и минералы цементного клинкера, реакция сопровождается выделением гидроксида кальция. Необходимо также регулировать щелочность среды с помощью активных минеральных добавок (к примеру шлак).
Наибольшее применение, в настоящее время, получили гипсоцементно-пуццолановые вяжущие состава (в % по массе): ГВ 50 - 75 %, ПЦ 15 - 25 %, активная минеральная добавка 10 - 25 %, в качестве активной минеральной добавки чаще всего применяются доменные шлаки, трепел, золы и другое.
Дальнейшие исследования по повышению эффективности гипсовых вяжущих привели к получению водостойких гипсовых вяжущих нового поколения -гидравлические композиционные гипсовые вяжущие. Достижения в области механо-химической активации материалов стали основой для разработки технологии производства гидравлических композиционных гипсовых вяжущих, которые позволили улучшить свойства материалов.
Новое вяжущее представляет собой однородную активированную смесь из любого гипсового вяжущего и гидравлического компонена, который предварительно получают совместной активацией портландцемента, кремнеземистой добавки и суперпластификатора.
Вяжущие и бетоны на их основе, получаемые по данной технологии , характеризуются принципиально новым уровнем свойств, как технических, так и технологических, в сравнении с ранее известными водостойкими гипсовыми вяжущими и бетонами, также новые гипсовые вяжущие имеют улучшенные эксплуатационные свойства.
Недра Оренбургской области богаты строительными материалами. На территории Оренбургской области месторождения гипсового камня прослеживаются почти по всему разрезу пермских отложений. Промышленные месторождения сосредоточены в основном в пределах Предуральского краевого прогиба и приурочены к кунгурскому сульфатно-галитовому и сульфатно-терригенному комплексам пород. Залегают гипсы линзами или штоками в виде гипсовых шляп. Слудная гора - месторождение гипсов, расположена на водоразделе рек Сакмары и Урала. В небольших объемах гипсовый камень разрабатывается во многих местах Оренбургской области, в основном для местных строительных нужд (месторождения: Белогорское, Кзыл-Адырское и другие). Карьерная промышленная добыча гипса ведется только в Беляевском районе на Дубиновском месторождении. [6].
Именно на этом месторождении в 2015 году был построен завод «Волма» по производству материалов на основе гипса полного цикла. «Волма-Оренбург» предприятие, которое занимается добычей и переработкой сырья, производством и дистрибуцией готовой продукции. Годовой объем производства составляет: 454 тысячи квадратных метров пазогребневых плит,120 тысяч тонн сухих гипсовых строительных смесей и 400 тысяч тонн гипсового камня. Разведанные запасы гипса в Беляевском районе рассчитаны на 50 лет.
С 2017 года в Оренбуржье реализуется проект по целостной переработке отходов, которые получают с предприятий цветной металлургии. В процессе реализации проекта будут разработаны технологии для комплексной переработки лежалых металлургических шлаков. Данная разработка позволит получать концентраты цветных металлов, а также производить щебень, песок и механоактивные минеральные порошки, на основе которых будут изготовливаться бетоны и строительные растворы.
На территории 0ренбургской области есть условия для использования местной природной сырьевой базы и отходов промышленности для разработки и использования новых гидравлических композиционных вяжущих, которые сохранили положительные свойства гипсовых вяжущих, такие как скорость твердения, отличные формовочные свойства и приобрели гидравлические свойства портландцемента. Это изобретение открывает ряд новых возможностей для строителей и в целом для строительной индустрии, по производству и применению эффективных материалов и изделий.
Внедрение новых гидравлических вяжущих на заводе «Волма-Оренбург» поспособствует росту ассортимента выпускаемой продукции, а также увеличению количества потенциальных заказчиков и покупателей. Получение механоактивных порошков посредством переработки шлаков металлургии помимо экономической решит также и экологическую проблему.
Список литературы:
1. Ребиндер П.А. Физико-химические основы водопроницаемости строительных
материалов. - М., Госстройиздат, 1953. - 184 с.
513
2. Будников П.П. Гипс, его исследование и применение. - М.: Стройиздат, 1951. - 418
с.
3. Волженский А.В., Ферронская А.В. Гипсовые вяжущие и изделия. - М.: Стройиздат, 1974.- 328 с.
4. Коровяков В.Ф. Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий - М., ГАСНТИ, 2002.
5.Ферронская А.В., Коровяков В.Ф. Эксплуатационные свойства бетонов на композиционном гипсовом вяжущем // Строительные материалы. 1998, № 6.
6. А.А Чибилев Географический атлас Оренбургской области. - М.: Изд-во «ДИК»; -Оренбург: Оренб. кн. изд-во, 1999. - 95 с.
