Научная статья на тему 'Модификация свойств строительного гипса'

Модификация свойств строительного гипса Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
3532
422
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИПС / ЭКОЛОГИЯ / СТРОЙИНДУСТРИЯ / ИЗОЛЯЦИЯ / ГИПСОВЫЕ СМЕСИ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Нечаева Е. Ю., Тугушев Р. А., Уруев В. М.

Рассмотрены способы улучшения различных свойств строительного гипса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Нечаева Е. Ю., Тугушев Р. А., Уруев В. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Модификация свойств строительного гипса»

что дисперсное армирование волокнами увеличивает прочность на сжатие и изгиб. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что дисперсное армирование волокнами позволяет получить полимербетонные материалы с более долговечными эксплуатационными показателями.

Список литературы

1. С вето прозрачные дисперсно-армированные полимербетоны / Е.Н. Прудков [и др.] // Актуальные проблемы строительства и строительных индустрии. Тула : ИПП «Тульский полиграфист», 2005. С. 47.

2. Светопрозрачные дисперсно-армированные полимербетоны для ремонта и отделки помещений / Е.Н. Прудков [и др.] // Стройпрофиль. 2006. № 1 (47). С. 94 -95.

3. ГОСТ 24544-81 Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести.

E. Prudkov, S. Kuzmina

Durability prediction of polymer concrete composites

Development of methods of forecasting durability of polymer composers infectious materials (SDAP) is determined by the linear shrinkage, as well as determine the effect of dispersed reinforcement on the mechanical properties ofSDAP.

Получено 19.01.09

УДК 691.263.5

Е.Ю. Нечаева, асп., (4872) 35-54-58, taa@uic.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Р.А. Тугушев, асп., (4872) 35-54-58, taa@uic.tula.ru (Росси, Тула, ТулГУ),

В.М. Уруев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-54-58, taa@uic.tula.ru (Росси, Тула, ТулГУ)

МОДИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА

Рассмотрены способы улучшения различных свойств строительною гипса. Ключевые слова: гипс, экология, стройиндустрия, изоляция, гипсовые смеси.

Одна из главных задач предприятий стройиндустрии - улучшение потребительских качеств и функциональных свойств продукции: прочности, легкости, тепло-, звуко-, водонепроницаемости. Особенно актуальны сейчас покаатели экологичности материалов и удельного энергопотребления, все серьезно влияющие на экономику.

В этих условиях обращает на себя внимание определенная недооценка возможности более широкого применения в строительном комплексе России гипсовых вяжущих веществ: строительного и высокопрочного гипса, а также других видов и широкой номенклатуры изделий на их основе, смешанных вяжущих веществ - гипсоцементно-пуццолановых (ГЦПВ), расширяющегося и безусадочного цементов.

Любые материалы и изделия на основе гипса - сухие гипсовые смеси для выполнения штукатурных или облицовочных смесей, самовыравни-вающиеся стяжки под покрытия для полов, индустриальные гапсокартон-ные листы, панели гипсопрокатных перегородок, пазогребневые плиты — отличаются экономическими и технологическими преимуществами. Так, по сравнению с цементом или известью на изготовление гипсовых вяжущих расходуется в 3-5 раз меньше теплоэнергаи. Кроме того, сейчас резко возросли цены на цемент, что может негативно отразиться на всей строительной отрасли и заставит ученых и проектировщиков искать ему альтернативу.

Но не только с точки зрени экономики гипс может конкурировать в ряде направлений с цементом и бетоном. Гипсовые покрытая из сухих или штукатурных смесей используются, хотя и недостаточно широко, для отделки поверхностей и декорирования зданий. Гипс при затвердевании регулирует влажность в помещении, создавая в ни благопритный микроклимат. Это свойство положительно влияет на эксплуатацию самих гипсовых покрытий, стен и зданий в целом и, естественно, на самочувствие пребывающих в них людей.

Особенно это ощущается при посещении объектов старой постройки, дворцовых и музейных комплексов и особняков, стены и колонны которых зачастую облицовывались искусственным мрамором. Его основа — традиционное гипсовое сырье, такое же, как и для изготовлений строительного гипса, только температура и скорость обжиа были иными [1].

Уверенность в дальнейшем расширении области применени гипсовых вяжущих предполагает огромное количество сырьевого материала для ж производства.

Мировые разведанные запасы гипса составляют более 7500 млн т Российская Федераци располагает уникальной по мировым масштабам минерально-сырьевой базой производства гипса, разведанные запасы которой составляют около половины мировых разведанных запасов.

Распределение месторождений и запасов гипсового сырья по федеральным округам РФ приведено в таблице.

При современном уровне добычи этих запасов хватит более чем на 100 лет [2].

Соответственно гипс на сегодня является одним из наиболее перспективных строительных материалов. Задача ученых - решить проблему с

негативными свойствами гипса - низкой водо- и морозостойкостью, а также улучшить положительные свойства.

Распределение месторождений и запасов гипсового сырья ____________ по федеральным округам ^___________________

Федеральный округ Количество месторождений, шгук Запасы

всего экс плу атиру емые млн т дол от запасов Росси, %

Центральный 6 1 1850,7 56,5

Северо-Западный 3 - 47,1 1,4

Южный 20 6 308,6 9,4

Приволжский 38 12 851,8 26,0

Уральский 4 1 35,3 1,1

Сибирский 11 3 163,4 5,0

Даль не восточный 4 1 19,0 0,6

Всего 86 24 3275,9 100

Первоочередной является проблема низкой водостойкости, решив которую, можно добиться улучшения и других свойств гипсовых вяжущих.

Анализ работ по повышению водостойкости строительного гипса позволяет определить следующие направлени по решению этой проблемы:

- повышение плотности изделий за счет их изготовления методом трамбования и вибропрессования из малопластичных смесей;

- достижение объемной гидрофобизации;

- применение пластифицирующих добавок;

- уметшение растворимости в воде сульфата кальци и создание условий образовани нерастворимых соединений, защищающих диидрат сульфата кальци, сочетанием ГВ с гидравлическими компонентами (известью, портландцементом, активными минеральными добавками).

Трамбование и вибропрессование способствуют уменьшению пористости, что, в свою очередь, увеличивает прочность и водостойкость строительного гипса, но приводит к увеличению теплопроводности [3].

Гидрофобизаци - резкое снижение способности изделий и мате-рилов смачиваться водой и водными растворами. В производстве строительных материалов и изделий на основе гипса важное значение имеет объемная гадрофобизаци. На стадии производства строительного материла гидрофобизатор вводится вместе с водой «затворени» в количестве, как правило, 0.1 - 0.3 % активного вещества от массы вяжущего.

В качестве гидрофобизаторов применяют соли жирных кислот, некоторых металлов (медь, алюминий, цирконий и т.л.), катионоактивные поверхностно-активные вещества (ПАВ), а также низко- и высокомолекулярные кремнийорганические соединения [4].

Применение гидрофобизаторов приводит к резкому снижению во-допоглощения гипсовых вяжущих, увеличению водостойкости и прочности.

Применение пластифицирующих добавок не только снижает водопроницаемость, но и способствует повышению прочности и водостойкости. Для снижения водопотребности можно использовать добавки поверхностно-активных веществ ЛСТ, СНВ, ВРП-1, а также

суперпластификаторы.

В настоящее время доказано, что одним из наиболее эффективных способов повышения водостойкости строительного гипса является введение в него веществ, вступающих в химическое взаимодействие между собой и гипсовым вяжущим, с образованием водостойких и твердеющих в воде продуктов. Такими веществами являются портландцемент, молотые гранулированные доменные шлаки, известь в сочетании с активными минеральными добавками [3].

Наиболее устойчива композиция, состоящая из гипсового вяжущего (полугадрата сульфата кальция), портландцемента и надлежащего количества активных минеральных добавок, которая получила название гапсоце-ментно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ).

В настоящее время наибольшее применение получили ГЦПВ примерно следующего состава, по массе: гипсовое вяжущее 75 - 50 %, портландцемент 15 - 25 %, активная минеральная добавка (АМД) 10 - 25 %. В качестве АМД в нашей стране обычно используют трепел, диатомит, опоки, активные золы, кислые гранулированные доменные шлаки и т.д. В других странах для этих целей применяют золу-унос, образующуюся при сгорании бурых углей.

Опыт применения в строительстве изделий из бетонов на основе ГЦПВ и результаты длительных натурных и лабораторных исследований показали их удовлетворительную эксплуатационную стойкость в разных климатических районах и температурно-влажностных условиях [5].

Российскими учеными были разработаны гидравлические композиционные гипсовые вяжущие нового поколения, названные КГВ. Их получают путем модификации исходного гипсового вяжущего актированными комплексными добавками портландцемена, кремнеземистых добавок из местного сырья и отходов различных производств, характеризующихся различной гидравлической активностью, в сочетании с пластифицирующими и другими химическими добавками.

Была разработана научная концепция, согласно которой КГВ должно представлять собой гомогенную смесь дисперсных компонентов, один

из которых должен выполнеть функцию регулируемого раннего схватывания и быстрого набора прочности (это может быть одна или сочетание модификаций гипсовых вяжущих), другой или другие - обеспечивать гвдрав-личность вяжущего и дальнейший рост прочности путем формирования нового типа структуры, способствуя повышению долговечности и других свойств образующегося камня (в их качестве могут использоваться активированный портландцемент или известь совместно с кремнеземистыми минеральными компонентами оптимальной дисперсности). Третьи - модифицирующие добавки - предназначены для резкого снижения водопо-требности вяжущего и диспергирования образующихся флоккул зерен вяжущего, способствуя его более полной и быстрой гидратации, обеспечения сближения дислокаций, увеличивая тем самым количество контактов между частицами, регулирование других свойств в нужном направлении (для этого могут использоваться пластифицирующие добавки, рeгyлдoры схватывания).

Значительного повышения эффективности гипсовых вяжущих можно достичь созданием гидравлических КГВ смешиванием в оптимальных соотношениях исходных гипсовых вяжущих с органоминеральным модификатором (ОММ), получаемым совместной механохимической активацией портландцемента, кремнеземистых и химических добавок, пи твердении которых образуются стабильные, водонерастворимые, цементирующие гвдратные новообразования, которые формируют новый тип структуры, обеспечивающий высокие показатели свойств в начальный и последующий периоды твердения вяжущего.

Механохимическая активация (МХА) ОММ способствует повышению реакционной способности трехкальциевого алюмината и других минералов, благодаря чему образование основного количества эттрингита происходит в начальный период твердения КГВ. В дальнейшем устраняются условия его образования и накопления за счет ускоренной гидратации портландцемента, что обуславливает повышение прочности и долговечности сформировавшейся структуры затвердевших вяжущих и бетонов на их основе.

Использование МХА компонентов КГВ обусловлено следующими положениями:

- МХА приводит к механической деструкции компонентов и элементов их структуры;

- МХА частично диспергирует зерна цемента и кремнезема по слабым связям.

В свою очередь, механическая деструкция способствует существенному увеличению количества активных центров в единице объема материала. При этом высвобождается значительное количество энергии, которая способствует повышению активности минералов цементного клинкера, особенно трехкальциевого алюмината, и поверхностной активации зерен

кремнезема и адсорбции молекул органического пластификатора на их поверхности. Все это готовит поверхность твердой дисперсной фазы к взаимодействию с жидкой дисперсной средой, т.е. с водой [6].

Для получения КГВ могут использоваться любые модификации гипсовых вяжущих; кремнеземистая добавка, в качестве которой можно использовать золу-унос, керамическую пыль, отходы производства кирпича и других керамических изделий, стеклянный бой, молотый кварцевый песок, микрокремнезем, кремне гель, отработанный силикагель и т.п. материалы; портландцемент любой разновидности, в том числе сульфатостойкий; сухая пластифицирующая добавка (суперпластификатор С-3, лингно-сульфанаты технические и др.). Кроме того, для регулирования сроков схватывания можно вводить винную дли виннокаменную кислоты, цитаты некоторых солей и другие замедлители схватывания.

Вяжущие, получаемые по данной технологии, и бетоны на их основе характеризуются новым уровнем технологических и технических свойств по сравнению с ранее известными водостойкими гипсовыми вяжущими и бетонами и отличаются улучшенными эксплуатационными свойствами.

КГВ на основе строительного гипса имеют прочность при сжатии после 28 суток твердения во влажных условиях от 15 до 35 МПа, коэффициент размячения - от 0,74 до 0,87, водопотребность вяжущего -

0,33...0,38, в зависимости от вида компонентов состава [3].

Решение проблемы водостойкости позволяет увеличить морозостойкость и долговечность гипса, при этом могут повысить прочностные характеристики материала.

Важным свойством гипса является скорость схватывания. В большинстве случаев быстрое схватывание является положительным свойством гипсовых вяжущих, однако иногда оно нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в гипс при затворении вводя различные добавки. Поверхностно-активные добавки замедляют твердение строительного гипса, а электролиты ускоряют процесс твердения. Также на скорость твердения влияют тонкость помола и температура твердения [5].

В большинстве случаев модификация строительного гипса возможна благодаря применению современных химических добавок, которые в достаточном количестве представлены на рынке. Их использование не требует больших капитальных вложений в переоборудование существующих технологических линий. На данный момент рынок строительства России нуждается в отделочных материалах из гипсовых вяжущих, таких, как гип-сокартон, гипсоволокнистые плиты, а также в сухих строительных смесях.

Поэтому перспективные ГЦПВ и КГВ пока не находят широкого применения в строительстве.

В ходе исследовательской работы было изучено влияние химических добавок на свойства строительного гипса. Применялись пластифицирующие и гидрофобизирующие добавки. Как и ожидалось, при использовании суперпластификатора водопотребность гипсового теста

уменьшается. Регулируются начало и конец схватывания, плотность, прочностные характеристики и водостойкость.

При использовании гидрофобизирующей жидкости водопотребность возросла на 2 - 3 %, но прочность при изгибе увеличилась на 50 %, а при сжатии - на 60 %. Водопоглощение уменьшилось в 8 ра. Коэффициент рамягчения повысился на 12 %.

Это докаывает, что применение химических добавок способно модифицировать различные свойства гипсовых вяжущих и их применение вполне обосновано при производстве гипсокартонных листов, гипсоволокнистых пит и других изделий на основе строительного гипса.

Список литературы

1. Потенциал применения гипса в промышленности строительных материалов/ В.Б. Тросницкий [и др.] // Промышленное и гражданское строительство. 2005. № 7. С. 25-28.

2. Ферронская А.В. Гипсовые материмы и изделия (производство и применение): справочник. М. : Изд-во АСВ, 2004. 488 с.

3. Коровяков В.Ф. Повышение водостойкости гипсовых вяжущих веществ и расширение областей их применения // Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века. 2005. № 3 С. 28-31.

4. Сураев В.Г. Гидрофобизация. Теория и практика // Технология строительства. 2002. №2 1. С. 120-121.

5. Волженский А.В. Минераьные вяжущие вещества. М. : Строй-издат, 1986. 464с.

6. Теоретическое обоснование повышения водостойкости гипсовых вяжущих веществ / В.М. Уруев [и др.] // Изв. ТулГУ. Сер. Строительные материалы, конструкции и сооружения. Тула : Изд-во ТулГУ, 2004. Вып. 7. 162 с.

E. Nechaeva, R Tugushev, V. Uruev

Modification of properties of the building gypsum

Possibility of improving various properties of the building gypsum is discussed.

Получено 19.01.09

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.