CC BY
34УДК 691.55
А.Ю. ПАНФЕРОВА, инженер (morkva.86@mail.ru), М.С. ГАРКАВИ, доктор техн. наук, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Модифицирование гипсовых систем малыми добавками полимеров
Расширение диапазона использования гипсовых строительных материалов и изделий на их основе связано с повышением их физико-механических характеристик. Известным способом улучшения этих свойств является модифицирование гипсовых материалов полимерными добавками, в качестве которых чаще всего применяются редиспергируемые полимерные порошки (РПП). При этом используется их высокая дозировка, как правило не менее 5—15% массы сухих компонентов, так как именно в этом случае образуется непрерывная полимерная фаза. Образование этой фазы и обусловливает повышение физико-механических и эксплуатационных свойств гипсополимерной композиции. Однако РПП являются и наиболее дорогостоящими компонентами композиции, поэтому представляет интерес исследование свойств гипсополимерной композиции с малым содержанием РПП — до 1% от массы гипсового вяжущего. В этом случае основную роль в формировании структуры и свойств получаемого гипсового материала играет минеральный компонент, а полимер выполняет именно модифицирующую функцию.
В качестве вяжущего использовался гипс строительный в-модификации марки Г4 производства Челябинского гипсового завода. Для модификации использованы дисперсионные латексные порошки марок DLP 110 и Dairen 1200 от 0,25 до 1% от массы вяжущего. Редиспергируемый полимерный порошок DLP 110 представляет собой сухой латекс на основе поливинил-ацетата и сополимеров его с этиленом винилверсататом, а Dairen 1200 — это сухой латекс на основе поливинил-ацетата без сополимеров.
Определение физико-механических свойств гипсового камня производилось после сушки до постоянной массы при температуре 60оС на образцах-балочках размером 40x40x160 мм, изготовленных из теста с В/Г=0,48, в которое с водой затворения вводились добавки в вышеуказанных дозировках. Прочностные свойства образцов приведены на рис. 1 и 2.
Из представленных данных следует, что при содержании в композиции полимера до 0,2% имеет место снижение прочностных показателей гипсового камня. Это явление может быть обусловлено несколькими факторами, основными из которых являются условия образования межчастичных контактов.
Как показано в работе [1], процесс образования контактов развивается на активных поверхностных центрах, на которых возникают контактные зародыши. Эти контактные зародыши превращаются в межчастичные контакты различной природы и прочности. Прочность межчастичных контактов и, следовательно, прочность гипсового камня определяется КПД превращения активных центров в контактные зародыши. Величина КПД превращения активных центров в контактные зародыши в значительной степени зависит от скорости этого процесса. При высокой скоро-
сти возникновения контактных зародышей создаются неблагоприятные условия для их превращения в прочные контакты, так как при этом не все контактные зародыши успевают преобразоваться в полноценные контакты. По-видимому, малые дозировки полимера изменяют условия образования контактных зароды-
6
Е=
0
\2_
1 1 1 1 1
0
0,2
1
0,4 0,6 0,8 Содержание полимера, % Рис. 1. Прочность при изгибе гипсового камня в сухом состоянии
1,2
14
12 -
10
6 -
4
2
0
-- \ 2
1 1 1 1 1
0
0,2
1
0,4 0,6 0,8 Содержание полимера, % Рис. 2. Прочность при сжатии гипсового камня в сухом состоянии
§ 4
л" 3,5
I з
I 2,5
с
Б 2
8 15
Т
е 1
сс
¿= 0,5 0
1,2
0
2
4
12
14
6 8 10 Время, мин
Рис. 3. Кинетика роста пластической прочности гипсовой дисперсии
16
научно-технический и производственный журнал ф'ГРОМТ^ J\ilг\i>\*
июнь 2011
5
4
3
2
8
N1 <0,БЮ ЗВ)Щ
Рис. 4. Микроструктура гипсового камня: а - гипс без полимера; б - гипс + DLP 110
шей на активных поверхностных центрах. Изучение процесса структурообразования по кинетике изменения пластической прочности показало, что малые дозировки РПП ускоряют указанный процесс (рис. 3), причем с ростом дозировки полимера ускоряющий эффект снижается.
Следует отметить, что исследование гидратации гипсового вяжущего в присутствии полимера показало, что его малые дозировки не изменяют кинетики этого процесса, то есть действие полимера направлено на развитие структурообразования.
Увеличение дозировки полимера свыше 0,2% приводит к росту прочности гипсового камня, причем при использовании DLP 110 в количестве 0,5% достигается прочность, превышающая показатель бездобавочного камня. При применении Dairen 1200 такого повышения прочности не достигается, что может быть связано с природой данного полимера, который образует в вяжущей системе жесткую полимерную пленку.
Увеличение прочности гипсового камня обусловлено изменением условий образования межчастичных контактов. При твердении гипсовых вяжущих образуются конденсационные точечные контакты, имеющие высокую свободную поверхностную энергию [2]. На этих контактах и происходит адсорбция полимера и образование пленок, что приводит к релаксации напряжений и увеличению прочности контакта.
0,55
□ *
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
-- 2.
3.
-
1 1 1 1 1 4.
0
Рис.
2 - с Dairen
0,2 0,4 0,6 0,8
Содержание полимера, % 5. Деформативные свойства гипсового камня: 1
с DLP;
Кроме того, при этом происходит упорядочение структуры гипсового камня (рис. 4) и увеличение ее термодинамической устойчивости [3], что также является фактором возрастания прочности искусственного камня.
Как показано в работе [4], снижение напряжений на контакте приводит к повышению деформативности гипсополимерного композита. Количественным показателем деформативных свойств гипсополимерного композиционного материала является величина отношения прочности при изгибе к прочности при сжатии (рис. 4). Как следует из приведенных данных, введение даже малого количества полимера улучшает деформа-тивные свойства гипсового камня (рис. 5).
Таким образом, использование малых дозировок ре-диспергируемых полимерных порошков является действенным средством увеличения физико-механических и деформативных свойств гипсовых изделий.
Ключевые слова: редиспергируемые полимерные порошки, гипсовый камень, малые дозировки полимера.
Список литературы
Гаркави М.С., ФетисоваЛ.А., ШумоваЛ.В. Активация структурообразования при твердении вяжущих веществ // Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения. Материалы Х Академических чтений РААСН. Казань, 2006. С. 144-145. Цимерманис Л.-Х. Б., Гаркави М.С., Долженков А.В. Формирование структуры и схема структурных состояний твердеющей системы гипс-вода // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1991. № 5. С. 144-145. Колкатаева Н.А. Водостойкость гипсополимерных композиций // Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения. Материалы VII Академических чтений отделения строительных наук РААСН. Самара. 2004. 220 с. Сивков С.П. Производство и применение редиспер-гируемых полимерных порошков: современное состояние и перспективы развития // Сборник докладов III Международного совещания по химии и технологии цемента. Москва. 2009. С. 8-13.
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® июнь 2011
