CC BY
234
УДК 691.3
Зинин Е.В., Сычева Л.И.
ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ НА ОСНОВЕ СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА И АНГИДРИТА
Зинин Евгений Владимирович, магистрант факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: laer1994@mail.ru;
Сычева Людмила Ивановна, к.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Рассмотрено влияние различных гипсовых вяжущих и активных минеральных добавок на состав и физико-механические свойства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих. Подобраны составы гипсоцементно-пуццолановых и ангидритоцементно-пуццолановых вяжущих с исследуемыми добавками, и изучены их характеристики.
Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, водостойкость, минеральные добавки, гипс, ангидрит.
GYPSUM CEMENT-POZZOLANIC BINDERS BASED ON BUILDING GYPSUM AND ANHYDRITE
Zinin E.V., Sycheva L.I.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The influence of various gypsum binders and active mineral additives on the composition and physico-mechanical properties of gypsum cement-pozzolanic binders is considered. The compositions of gypsum-cement-pozzolanic and anhydrite-cement-pozzolanic binders with the investigated additives are selected, and their characteristics are studied.
Keywords: gypsum-cement-pozzolanic binder, water resistance, mineral additives, gypsum, anhydrite.
Изделия и материалы на основе гипсовых вяжущих широко применяются для отделки помещений. Причиной ограниченного
использования гипсового вяжущего и материалов на его основе является их низкая водостойкость, которая сопровождается такими отрицательными явлениями, как увеличение ползучести и значительное снижение прочности изделий при их увлажнении.
В настоящее время существует много различных способов повышения водостойкости гипсовых изделий. Они основаны на уменьшении растворимости гипса, уплотнении гипсовой (гипсобетонной) массы, пропитке веществами, которые препятствуют прониканию влаги в изделие, применении наружной защитной обмазки.
Одной из попыток повысить водостойкость гипсового вяжущего явилось его смешение с портландцементом. В первые пару месяцев твердения, такая композиция обладала высокой прочностью и водостойкостью, однако в последующем композиция подвергалась
разрушению. Для выяснения причин такого поведения материала и создания долговечной композиции были изучены физико-химические процессы, происходящие при ее твердении. Установлено, что причиной разрушения затвердевшего материала явилось образование эттрингита на поздних сроках гидратации. А.В. Волжеский с соавторами [1] предложили
использовать в качестве третьего компонента -активную минеральную добавку, которая обеспечивала регулировку состава жидкой фазы твердеющей композиции и предохраняла ее от разрушения. Так появилось гипсоцементно-пуццолановое вяжущее.
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ), является наиболее эффективным и экономически целесообразным способом повышения
водостойкости гипсового вяжущего. Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее - это гидравлическое вяжущее, которое представляет собой смесь гипсового вяжущего, портландцемента и активной минеральной добавки. Это вяжущее, которое сочетает в себе положительные свойства гипсового вяжущего (короткие сроки схватывания) и цемента (высокая водостойкость).
Целью данной работы является исследование влияния различных видов гипсового вяжущего на свойства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих.
Для приготовления гипсоцементно-
пуццолановых вяжущих использовались
портландцемент, строительный гипс, ангидрид (полученный обжигом фосфогипса при 950 °С), активные минеральные добавки метакаолин и микрокремнезем.
Важнейшим компонентом гипсоцементно-пуццоланового вяжущего является активная минеральная добавка (АМД), которая, регулирует состав продуктов гидратации ГЦПВ, обеспечивая
его долговечность. Определение активности минеральных добавок производили методом поглащения добавкой извести из известкового раствора [2]. Наибольшую активность имела добавка метакаолина - 326 мг СаО/г, активность микрокремнезема составила 248 мг СаО/г добавки.
Необходимое количество минеральной добавки в составе ГЦПВ подбирается по концентрации оксида кальция, содержащегося в суспензиях, приготовленных из полуводного гипса, портландцемента и активной минеральной добавки
[3].
Были определены 4 состава гипсоцементно-пуццолановых вяжущих с изучаемыми минеральными добавками и различными видами гипсовых вяжущих (таблица 1).
Таблица 1. Составы гипсоцементно-пуццолановых
Составы вяжущих АМД Компоненты, %
ГВ АВ ПЦ АМД
1 Метакаолин 55 - 34 11
2 Микрокрем. 52 - 32 16
3 Метакаолин - 55 34 12
4 Микрокрем. - 52 32 16
Таким образом, чем выше активность минеральной добавки, тем меньшее её количество требуется для приготовления гипсоцементно-пуццоланового вяжущего.
Нормальная густота составов со строительным гипсом и различными добавками лежит в пределах 41-42%. Сроки схватывания состава ГЦПВ с добавкой микрокремнезёма чуть длиннее (начало - 7 мин., конец - 10 мин.), чем у ГЦПВ с добавкой метакаолина (начало - 6 мин., конец - 9 мин.).
Условия хранения образцов из ГЦПВ были комбинированными, первые сутки образцы твердели на воздухе, далее были помещены в воздушно-влажные условия.
Прочностные характеристики ГЦПВ с добавкой метакаолина к 14 суткам твердения достигли 6,7 и 26,1 МПа на изгиб и сжатие соответственно. На 28 сутки прочность образцов увеличилась, но не существенно, что может говорить о том, что гидратация ГЦПВ с добавкой метакаолина заканчивается к 14 суткам твердения. У состава ГЦПВ с добавкой микрокремнезема прочностные характеристики ниже и к 14 суткам твердения достигли 4,8 и 16,2 МПа на изгиб и сжатие соответственно. На 28 сутки твердения прочность составила 5,2 и 20,7 МПа на изгиб и сжатие соответственно, что говорит о том, что состав продолжает гидратироваться на протяжении 28 суток (рис. 1).
Такое различие в наборе прочности можно объяснить исходя из состава продуктов гидратации обоих вяжущих. Процессы гидратации, присущие ГЦПВ с разными активными минеральными добавками протекают по разному. Добавка микрокремнезема, состоящая из аморфного SiO2,
при гидратации связывается с гидроксидом кальция Са(ОН)2, образующийся при гидратации портландцементной составляющей, при этом уменьшая его концентрацию, что приводит к образованию нерастворимых соединений -гидросиликатов кальция (CSH) и как следствие повышению водостойкости материала.
В случае с добавкой метакаолина, в состав которой входят SiO2 и А12О, происходят те же процессы, что и с добавкой микрокремнезема, но кроме гидросиликатов кальция при гидратации образуются гидрогранаты, гидросиликоалюминаты и ряд твердых растворов между ними, что приводит к формированию более плотного и прочного камня.
Рисунок 1 -
Прочность гипсоцементно-пуццолановых вяжущих
Нормальная густота составов с ангидритовым вяжущим и различными добавками лежит в пределах 35-36%. Сроки схватывания состава ангидритоцементно-пуццоланового вяжущего
(АЦПВ) с добавкой микрокремнезёма длиннее (начало - 55 мин., конец - 116 мин.), чем у АЦПВ с добавкой метакаолина (начало - 50 мин., конец - 94 мин.). Различия сроков схватывания у составов ГЦПВ и АЦПВ объясняется различными гипсовыми составляющими, в случае составов ГЦПВ, гипсовая составляющая - строительный гипс, быстросхватывающееся вяжущее, а в составах АЦПВ используется ангидритовое вяжущее, которое является медленносхватывающимся вяжущим.
Прочностные характеристики АЦПВ с различными минеральными добавками, существенно отличаются от составов ГЦПВ. Прочность образцов из АЦПВ с добавкой метакаолина к 14 суткам твердения достигла 2,9 МПа и 14,7 МПа на изгиб и сжатие соответственно. На 28 сутки прочность образцов увеличилась до 4,5 МПа и 25 МПа на изгиб и сжатие соответственно. У образцов из АЦПВ с добавкой микрокремнезема прочностные характеристики ниже и к 14 суткам твердения достигли 2 МПа и 10 МПа на изгиб и сжатие соответственно. На 28 сутки твердения прочность составила 5,1 и 18,7 МПа на изгиб и сжатие соответственно (рис. 2).
Различные значения прочностей образцов из ГЦПВ и АЦПВ могут быть обусловлены следующим. При гидратации составов на основе
ГЦПВ, гипсовая составляющая представлена быстросхватывающимся и быстротвердеющим строительным гипсом, при затворении вяжущего с водой начинают одновременно взаимодействовать гипс и алюминаты кальция портландцемента, что приводит к образованию эттрингита и как следствие быстрому схватыванию и твердению вяжущего.
В составах на основе АЦПВ ангидрит гидратируется значительно медленнее, чем строительный гипс и как следствие вяжущее имеет длинные сроки схватывания и медленный набор прочности. Таким образом, для ускорения гидратации и повышения прочности вяжущего в составы АЦПВ следует вводить добавки ускорители твердения.
■ ЦПВсметакаолнном ДПВ с микрокремнеземом
1 7 14 28
Вреля ТЕердаия. сутки
Рисунок 2 - Прочность ангидритоцементно-пуццолановых вяжущих
В ходе работы были получены гипсоцементно-пуццолановые и ангидритоцементно-пуццолановые вяжущие на основе строительного гипса, ангидрита и портландцемента с активными минеральными добавками метакаолином и микрокремнеземом и исследованы их свойства.
Установлено, что добавка метакаолина эффективнее влияет на свойства вяжущего, что объясняется её природой и большей активностью по сравнению с добавкой микрокремнезема.
Изучено влияние различных видов гипсовых вяжущих на гипсоцементно-пуццолановые вяжущие и установлено, что составы на основе строительного гипса являются быстросхватывающимися и быстротвердеющими, в то время как составы на основе ангидрита, обладают меньшими прочностными характеристиками и большими сроками схватывания.
Литература
1. Волженский А.В. Гипсоцементнопуццолановые вяжущие, бетоны и изделия / А.В. Волженский, В.И. Стамбулко, А.В. Ферронская. - Москва: Стройиздат, 1971. - 318 с.
2. Бутт, Ю.М. Практикум по технологии вяжущих материалов / Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев. -Москва: Высшая школа, - 1973. - 504 с.
3. ТУ 21-31-62-89. Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество. Технические условия. -Москва: Издательство стандартов, 1989. - 19 с.
