CC BY
252
УДК 691.54
Д.Н. Сегодник, Е. Н. Потапова*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1, стр. 4 * e-mail: cement@rctu.ru
ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ С АКТИВНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКОЙ МЕТАКАОЛИН
Изучены свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, в котором в качестве активной минеральной добавки применялся метакаолин. Показано, что при использовании метакаолина в сочетании с комплексом модифицирующих полимерных добавок, прочность гипсовых вяжущих увеличивается на 20-23%, пористость снижается в 1,5 раза, а коэффициент водостойкости возрастает на 10-15%.
Ключевые слова: метакаолин; гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, водостойкость.
Гипсовые материалы и изделия относятся к прогрессивным строительным материалам благодаря своей простоте, экономичности и малой энергоемкости производства гипсовых вяжущих. Достаточный запас природного гипсового камня обеспечивает выгодное производство гипсовых вяжущих материалов.
Изделия на основе гипсовых вяжущих отличаются относительно низкими тепло- и звукопроводностью, небольшой массой, а также экологической чистотой. Гипсовые материалы огнестойки, обладают хорошими показателями паро- и воздухопроницаемости, способностью поглащать лишнюю влагу из воздуха и отдавать ее при снижении влажности, что в свою очередь способствует благоприятному микроклимату в помещении [1].
Однако, гипсовым вяжущим и материалам из них характерны такие отрицательные качества, как высокая водопотребность и низкая водостойкость. Кроме того, гипсовым бетонам присуща ограниченная прочность, малая морозостойкость и необходимость длительной сушки изделий при их производстве.
Низкая водостойкость гипсовых вяжущих обусловлена высокой растворимостью двугидрата сульфата кальция, его высокой проницаемостью и расклинивающим действием молекул воды, проникающей в межкристаллические полости.
В настоящее время ряд существенных недостатков гипсового вяжущего удалось устранить созданием гипсоцементно-
пуццоланового вяжущего (ГЦПВ), которое достаточно широко используется при производстве санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков, стеновых камней, панелей оснований под полы, растворных и шпаклевочных смесей.
ГЦПВ - это композиция, которая представляет собой смесь гипсового вяжущего, портландцемента и активной минеральной добавки [2]. В качестве добавки могут быть
различные минералы, содержащие в своем составе активный микрокремнезем: трепел, опока, диатомит, кислые шлаки и золы, и т.п.
В последние годы в качестве высокоэффективной пуццолановой добавки все большую популярность в мире получает метакаолин (аморфный силикат алюминия) -активная пуццолановая добавка, способная вступать в реакцию с известью. Однако, в ГЦПВ, метакаолин до настоящего времени не использовался.
Метакаолин - это искусственный, экологически чистый минерал, специально производимый из чистых каолинитов. В зависимости от используемого сырья метакаолин представляет собой порошок от белого до серовато-бежевого или розового цветов со средним размером частиц от 5 до 15 мкм.
Метакаолин получают путем термической обработки каолинита в заданном режиме. Он применяется в качестве пуццолановой добавки для модификации цементных материалов с целью повышения их прочности, морозостойкости, непроницаемости, химической стойкости, защиты практически от всех видов коррозии бетона и для предотвращения высолообразования на поверхности бетонных изделий [3].
Цель данной работы - исследование влияния метакаолина на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, а также получение высокопрочного, влагостойкого гипсового материала и изделия на его основе.
Для определения состава ГЦПВ с метакаолином была приготовлена серия образцов с различными концентрациями гипсового вяжущего, портландцемента и метакаолина. Лабораторные исследования позволили выбрать состав, характеризующийся повышенными значениями по прочности и водостойкости: гипсовое вяжущее (ООО «КНАУФ гипс» - 60, портландцемент ( ОАО «Подольскцемент») - 24 и метакаолин ( ООО «МетаРус») - 16 %.
Нормальная густота полученного
гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
составила 53 %, сроки схватывания: начало 2 мин., конец 3 мин.
Хранение образцов осуществляли в воздушно-влажных условиях в течении 28 сут с измерением прочности на 3, 7 и 28 сут.
На первые сутки вяжущее набирает характерную прочность. Со временем прочность растет, к 7 сут прочность при сжатии составляет 12 МПа, а к 28 сут - 29 МПа. Коэффициент водостойкости на 28 сутки составил 0,75.
Важно отметить, что при твердении ГЦПВ образуется принципиально новая структура, которая отлична от структуры затвердевшего гипсового вяжущего.
Твердение ГЦПВ - результат сложных физико-химических процессов, в результате которых образуются новые гидратные вещества (по сравнению с гипсовым вяжущим), обуславливающие основные свойства вяжущих и приближающие их к портландцементу.
При затворении водой ГЦПВ происходит гидратация полуводного гипсового вяжущего и последующее его схватывание, при этом выделяющиеся кристаллы двугидрата сульфата кальция образуют каркас структуры. В это время начинается гидратация портландцемента, сопровождающаяся выделением гидроксида кальция.
Метакаолин снижает концентрацию гидроксида кальция в водной суспензии гипсовое вяжущее + портландцемент + активная минеральная добавка до такого уровня, при котором нарушается условие стабильного существования высокоалюминатных гидроксидов кальция (4Са0АШз-13Н20 и ЗСаОАЪОз'бШО) и создаются предпосылки к переходу их в более устойчивые низкоосновные гидроалюминаты кальция. Это способствует быстрому связыванию глинозема в скрытокристаллический
гидросульфоалюминат трехсульфатной формы. В дальнейшем происходит разложение
трехсульфатного гидросульфоалюмината
кальция, неустойчивого в средах с низкой концентрацией Са(0Н)2. Дальнейшее твердение ГЦПВ связано, с одной стороны, нестабильностью эттрингита, с другой, - образованием дополнительного количества низкоосновных гидросиликатов типа СБН(Б).
Силикаты кальция портландцемента, гидратируясь, дают гелевидные гидросиликаты кальция (Са0 8Ю2-пН20). Такие же гидросиликаты кальция возникают в результате взаимодействия гидроксида кальция с активной минеральной добавкой. Образующиеся новообразования являются связкой,
цементирующей крупные кристаллы дигидрата, которые образуются на первой стадии твердения, и защищающей их от взаимодействия с водой.
Таким образом водостойкость ГЦПВ выше водостойкости гипсового вяжущего [4].
Современный опыт применения ГЦПВ в строительстве, а также лабораторные исследования показали удовлетворительную стойкость в различных климатических и температурно-влажностных условиях. В то же время, существует ряд недостатков. Для их устранения необходимо прибегать к модифицированию ГЦПВ различными химическими добавками.
В качестве добавок применяют гиперпластификаторы (ГП), редиспергирующие (РПП) полимерные порошки и эфиры целлюлозы (ЭЦ).
Гиперпластификатор позволяет обеспечивать значительное повышение подвижности бетонных и растворных смесей без снижения прочности затвердевших композиций. Действие
гиперпластификаторов ввиду особенностей структуры используемых полимеров, в основном базируется на стерическом эффекте, благодаря которому снижается трение компонентов суспензии строительного раствора.
РПП способствуют повышению эласичности растворов и адгезии к основанию, морозостойкости, а в некоторых случаях улучшению сопротивления истеранию. Добавки РПП повышают адгезию растворов, улучшают их трещиностойкость за счет повышения прочности на растяжение и износоустойчивость.
ЭЦ позволяет эффективно регулировать консистенцию и реологические свойства смесей, устраняют расслоение и седиментацию, повышает стабильность к температурным колебаниям.
Таким образом, была проведена серия опытов с ГЦПВ, в которое вводился комплекс добавок ГП (0,1-0,3%), ЭЦ (0,1 - 1%) и РПП (0,1 - 1%). Методом планирования эксперимента было получено восемь различных составов ГЦПВ с метакаолином. Испытание образцов на прочность, водостойкость и пористость позволили выбрать состав, который характеризуется наилучшими свойствами, по сравнению с бездобавочным составом ГЦПВ.
Таким образом, в гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вводили комплекс добавок: гиперпластификатор МеШих 5581 Б в количестве 0,3%; редиспергируемый полимерный порошок Утпара8 4023 N - 0,1%, эфир целлюлозы МеееПове БМС 22501 (ЭЦ) - 0,1%.
Так, при добавлении комплекса в гипсоцементно-пуццолановое вяжущее с метакаолином, наблюдается повышение прочности при сжатии на 7 сутки 18 МПа, на 28 сутки 35 МПа (рис.1).
На 28 сутки твердения повышается коэффициент водостойкости, который составляет 0,9, а также наблюдается падение пористости с 15 до 10%. Положительная динамика изменения свойств ГЦПВ приведена в таблице 2.
Таблица 2
s s -
es £ и
S a p es м
■a H u s
о S V
о а В
В ре мя TBI ерд \ен ия , су т
Рис. 1. Прочность образцов ГЦПВс метакаолином: 1 - бездобавочный; 2 - с комплексом добавок
Свойства ГЦПВ Без добавок С комплексной добавкой
Прочность, МПа 29 35
Коэфф. водостойкости, % 0,8 0,9
Пористость, % 15 10
Таким образом, метакаолин является перспективной активной минеральной добавкой в ГЦПВ. Применение метакаолина, как пуццолановой добавки, эффективно влияет на свойства гипсовых вяжущих, улучшая их свойства. Это сказывается как на прочностных показаниях, так и на водостойкости.
Сегодник Дарья Николаевна студент кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Потапова Екатерина Николаевна д.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. под общей ред. А.В.Ферронский. - М.: Издательство АСВ. - 488 с.
2. Коровяков В.Ф. Повышение водостойкости гипсовых вяжущих веществ и расширение областей их применения// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - № 3 - 2005.
3. Захаров С. А., Калачик Б. С. Высокоактивный метакаолин (ВМК) как инновационное решение для бетонов и сухих строительных смесей: Доклад - Москва, 2009.
4. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе: учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 2000 - 303 с.
Segodnik Darya Nikolaevna, Potapova Ekaterina Nikolaevna *
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: cement@rctu.ru
GYPSUM CEMENT - POZZOLANIC BINDER WITH ACTIVE MINERAL ADDITIVES METAKAOLIN
Abstract
The work presents the results on studying the properties gypsum cement-pozzolanic binder, which as active mineral additives used metakaolin. It is shown that the use of metakaolin in combination with a complex modifier polymer additives, strength gypsum binding materials increased by 20-23%, porosity reduced 1.5 times, while the coefficient of resistance increases by 10-15%.
Keywords: metakaolin; gypsum cement-pozzolanic binder, water resistance
