CC BY
41Войтович Е.В., инженер Череватова А.В., д.т.н., проф. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЕ КОМПОЗИЦИОННОЕ ГИПСОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ - ВЯЖУЩЕЕ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ*
e.voitovich@mail.ru
Рассмотрена возможность получения композиционного наноструктурированного гипсового вяжущего (КНГВ). Установлено, что введение в состав гипсовой системы наноструктурированного вяжущего в виде модифицированной добавки приводит к существенному улучшению технико-эксплуатационных характеристик КНГВ. Максимальное повышение прочности на сжатие (до 40%) наблюдается при введении 15% модифицирующей добавки.
Ключевые слова: композиционное наноструктурированное гипсовое вяжущее, наноструктуриро-ванное вяжущее, модифицирующая добавка, исследуемые параметры качества
В условиях интенсивного развития современного строительства, сложных экологических и новых экономических условий в стране предопределяется новый подход к созданию производству и применению строительных материалов различного функционального назначения. Особое внимание следует обратить на ресурсосбережение, эффективные материалы и технологии, а так же на эколого - экономическую переориентацию производителей продукции. Одним из возможных путей решения является применение в строительстве гипсовых систем. [1]
Месторождения гипсосодержащих пород относятся к типу месторождений выветривания. Они бывают осадочные, остаточные и метасоматические. Почти все крупные месторождения гипса в России являются месторождениями осадочного типа. Государственным балансовым запасом полезных ископаемых в настоящее время насчитывается 83 месторождения гипса, ангидритами гипсоносных пород с балансовыми запасами около 3,2 млрд. т., из них как разрабатываемые учитываются 24 месторождения, что составляет 28%. Большинство из имеющихся 83 месторождений гипсового сырья имеют относительно небольшие запасы, к крупным месторождениям, то есть с запасами более 25 млн. тонн, можно отнести только 19, но зато на их долю приходится около 90% всего гипса России. В центральном федеральном округе сосредоточено 57,4 % балансовых запросов сырья, в приволжском федеральном округе 24,9 %. месторождения азиатской части страны отличаются небольшими размерами, невысоким качеством сырья, а также удаленностью от потребителей и транспортных магистралей (рис. 1). Основной объем потребления гипса в России приходится на долю производителей строительных гипсовых изделий, в частности гипсокартонных листов (около 46 %) и сухих строительных смесей. На долю товарного строительного гипса приходится около 9 % от общего объема потребителей гипсовых вяжущих (рис. 2) [2].
Применение гипсового сырья для производства материалов строительного назначения является достаточно перспективным, что объясняется незначительными затратами на производство и относи-
тельно малой продолжительностью технологического цикла. Получаемые материалы отвечают современным требованиям по техническим, эксплуатационным и экологическим характеристикам. Однако сдерживающим фактором применения гипсовых вяжущих веществ является ограничение их эксплуатации в условиях повышенной влажности и высоких температур.
Возможным способом решения данной проблемы является разработка композиционных нано-структурированных гипсовых вяжущих (КНГВ) и экологичных, энергоэффективных строительных материалов на их основе.
Получение высокоэффективных вяжущих веществ нового поколения сегодня сопровождается использованием сложных составов компонентов с целью получения высококачественных строительных материалов разного функционального назначения с улучшенными, а иногда и с принципиально новыми свойствами и определенной заранее заданной структурой. В основу создания таких вяжущих положен принцип целенаправленного управления технологией на всех ее этапах: использование активных компонентов, разработка оптимальных составов, применение химических модификаторов, использование ме-ханохимической активации компонентов и некоторых других приемов.
В качестве исходного сырья в данном научном исследовании использовались самые востребованные марки гипсовых вяжущих (Г-2, Г-5). Технология производства КНГВ предполагает введение в систему наноструктурированного вяжущего на основе кремнеземсодержащего сырья, в виде нанострукту-рированного модификатора (НМ), производство которого является экологически чистым.
При введении в гипсовую систему нанострук-турированного вяжущего в качестве модифицирующей добавки, наблюдалось существенное улучшение физико-механических и технико-эксплуатационных характеристик вяжущего и материалов на его основе.
□ Центральный федеральный округ
□ Приволжский федеральный округ \3 Южный федеральный округ
□ Сибирский федеральный округ
□ Северо-западный федеральный округ
□ Уральский федеральный округ
□Дальневосточный федеральный округ
□ Производство гипсокартонных листов
□ Производство сухих строительных смесей
□ Производство ГВЛ
□ Производство гипсовых плит и блоков
□ Товарный строительный гипс
□ Формовачный и высокопрочный гипс ОМедецинский гипс
Рис. 1 Региональная структура распределения запаса гипса и ангидрита в России, %
Наноструктурированные вяжущие являются неорганическими полидисперсными и полиминеральными системами, имеющими преимущественно алюмосиликатный состав, обладающие высокой концентрацией активной твёрдой фазы, содержащей нанодисперсный компонент в количестве 2-10%, и характеризуемые регулируемыми реотехнологиче-скими свойствами.
Наноструктурированные вяжущие получают преимущественно мокрым измельчением природных или техногенных кремнеземистых, алюмосиликат-ных или других материалов, в условиях высокой концентрации твердой фазы, повышенной температуры и предельного разжижения. Эти условия, с одной стороны, способствуют «наработке» в системе определенного количества наночастиц (золь, получаемый диспергированием), а с другой стороны, обеспечивают механическую активацию частиц основной твердой фазы. Твердение данных систем и их упрочнение основано, преимущественно, на контактно-поликонденсоционом механизме [3].
Были проведены предварительные исследования влияния концентрации наноструктурированного вяжущего в виде НМ на физико-механические характеристики КНГВ. Исследования материалов проводились по принятым методикам (ГОСТ 23789-79 Вяжущие гипсовые. Методы испытаний.), на стандартных образцах- балочках размером 16х4х4 см, путем варьирования соотношения в композиционном вяжущем гипса и НМ в процентном соотношении от 10 до 30%. Расход воды на 1 м3 отливки при постоянной консистенции теста регулировался в зависимости от количества гипсового вяжущего. В одном случае образцы подвергались изотермической выдержке в те-
Рис 2. Отраслевая структура потребления гипса в России, %
чении 24 часов при температуре 45 С. В другом случае изотермической выдержке в течении 2 часов при температуре 200 С Основными исследуемыми параметрами качества являлись: прочность образцов на сжатие, плотность и водопоглощение.
Анализ характеристик экспериментальных вяжущих систем показал следующее: при введении НМ от 10 до 30 % наблюдается увеличение плотности и уменьшение водопоглощение системы (рис. 3). Изменение прочности происходит пропорционально изменению водогипсового отношения. Изменение сроков схватывания незначительное. При введении НМ в процентном соотношении 15 % наблюдается максимальное повышение прочности на сжатие (около 40 %), по сравнению с контрольным составом.
Исходя из уже сложившегося потребительского рынка можно сделать заключение, что перспективным является применение КНГВ для производства гипсокартона, а так же пазогребневых плит и блоков, пеногипсовых и газогипсовых изделий, наливных полов.
С целью расширения номенклатуры высококачественных современных строительных изделий рассмотрения целесообразности использования КНГВ была проанализирована существующая технология производства гипсокартона Для производства гипсо-картона на основе КНГВ технологическая линия не требует значительного изменения, модернизация происходит только на начальном этапе приготовления вяжущего. Так же возможно совместить производство модифицирующей добавки и гипсокартона в рамках одного предприятия. (рис 4)
% 140 135 130 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80
10
□ плотность
15 20 25
содержание НМ, %
30
□ прочность при (=45 C (изотермическая выдержка 24 часа)
□ прочность при (=200 С (изотермическая выдержка 2 часа)
□ водопоглощение
Рис. 3. Зависимость физико-механические характеристики КНГВ от концентрации НМ в системе
0
Учитывая вышеприведенные преимущества разрабатываемого вяжущего, можно сделать следующий вывод: применение НМ позволяет расширить номенклатуру строительных материалов производимых с использованием гипсовых вяжущих, получать материалы с улучшенными свойствами и повысить экономическую эффективность и целесообразность получения композиционного наноструктурированно-го гипсового вяжущего и материалов на его основе.
Работа выполнялась при финансовой поддержке выполнена рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Гипсовые материалы и изделия (Производство и применение): Справочник / Под общей редакцией А.В. Ферровской. - М. : Изд-во АСВ. - 488 с.
2. Семенов, АА. Российский рынок гипса: текущее состояние и перспективы развития/ А.А. Семенов// Строительные материалы.- 2009. - №2 - С.79-83.
3. Череватова А.В. Строительные композиты на основе высококонцентрированных вяжущих систем [Текст]: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / Череватова А.В.; БГТУ им. В.Г. Шухова. - Белгород, 2008. - 43 с.
