Получение и свойства многофазовых гипсовых вяжущих Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 666.91

Н.А. Сергеева, Л.И. Сычева *

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 * e-mail: lis@rctu.ru

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА МНОГОФАЗОВЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ

Изучено влияние температуры обжига на свойства многофазовых гипсовых вяжущих. Определен фазовый состав вяжущих. Показано, что определяющими факторами перехода растворимого ангидрита в полугидрат в многофазовых гипсовых вяжущих являются время хранения и температура получения этих вяжущих.

Ключевые слова: многофазовые гипсовые вяжущие, гипсовый камень, растворимый ангидрит.

Одной из наиболее динамически развивающихся в настоящее время является строительная отрасль. Главные требования, предъявляемые к строительной продукции - это высокое качество материалов и широкая номенклатура изделий, применение которых позволяет сокращать сроки строительства. Одним из путей решения этих задач является разработка и внедрение сухих строительных смесей (ССС). Основой многих ССС являются композиционные и многофазовые гипсовые вяжущие (МГВ), составляющие около трети мирового производства гипсовых вяжущих. В России МГВ и материалы на их основе практически не производят. Отечественная гипсовая промышленность выпускает в основном строительный гипс и небольшое количество высокопрочного гипса. Исследования в области получения, твердения и применения МГВ ограничены и недостаточны для их широкого внедрения.

Целью работы было получение МГВ различного состава путем однократного обжига и исследование их свойств.

Вяжущее получали из гипсового камня (ГК), измельченного в шаровой мельнице. Далее материал обжигали при температуре от 200°С до 400°С. Время изотермической выдержки 2 часа.

Фазовый состав продуктов обжига (рис.1, 3) определяли по методике [1] сразу после обжига и в процессе хранения материала. Определение нормальной густоты (НГ), сроков схватывания полученного вяжущего и формование образцов для измерения их прочностных характеристик выполняли сразу же после получения вяжущего и после его хранения до полного перехода растворимого ангидрита в полугидрат.

о4

м

si ■&

&

О Ч О

U

80 60 40 20 0

-J

__ ■

V 1 к" —♦—РА -■- ПГ - - - - ДГ

*

/

в'

- - - - - - ■ - - -

0 1 2 3 4 5

Время хранения, сут

Рис 1. Влияние времени хранения на фазовый состав вяжущего, обожженного при 200° С

При обжиге ГК при 200°С и 250°С содержание растворимого ангидрита (РА) в свежеобожженном материале увеличивается с 61% до 69%. В вяжущих, полученных при данных температурах в малых количествах все еще присутствует двуводный гипс

(ДГ).

Содержание полугидрата (ПГ) к 5 суткам хранения при обжиге ГК при 200°С равно 77%, а при 250°С - 57%. К 7 суткам хранения РА полностью переходит в ПГ.

С увеличением температуры обжига гипсового камня с 200 до 250 С НГ полученного вяжущего снижается с 55% до 53%, а сроки схватывания увеличиваются (табл.1).

Таблица 1. Свойства гипсовых вяжущих

Температура обжига, С НГ, % Сроки схватывания, мин - сек

начало конец

200 55 6-00 12-30

250 53 7-00 13-00

Свежеобожженное многофазовое гипсовое вяжущее имеет более высокие прочностные характеристики, нежели вяжущее, хранившееся некоторое время, в котором РА полностью перешел в ПГ (рис. 2). Возможно, это связано с упорядочением кристаллической структуры ПГ, который образовался из РА и как следствие, некоторым снижением его гидратационной активности.

я „

а « в В

Й 2 - ^

8 £

Я 8

р в о я

а И В и

20 15 10 5 0

гк•" ___ ----

/ ^ ■ -1

V -

/у' -♦-1 -Ш- 2

—'— -к- 3-е- 4 —'—1—'—1—1—

4 6 8 10 Время твердения, сут

12 14

Рис.2. Прочность многофазовых гипсовых вяжущих, полученных при 200°С и 250°С: 1,2 - вяжущее, полученное при 200°С; 3,4 - вяжущее, полученное при 250°С; 1,3 -вяжущее, заформованное после обжига; 2,4 - вяжущее, заформованное после 7 суток хранения.

Коэффициент размягчения выше у свежеобожженных вяжущих, чем у хранившихся некоторое время. Так, например, свежеобожженные вяжущие имели коэффициент размягчения равный 0,6 - 0,5, а после их хранения он снизился до 0,2, что, скорее всего, связано с формированием менее плотной структуры затвердевшего камня.

Наибольшей прочностью при сжатии, большим коэффициентом размягчения, короткими сроками схватывания обладает гипсовое вяжущее, полученное однократным обжигом при 200 С. Это обусловлено тем, что в вяжущем РА быстрее переходит в ПГ и количество ПГ в гипсовом вяжущем выше, чем в вяжущем, полученном при 250°С.

Были получены МГВ при 300°С и 400°С и изучены их свойства. Вследствие обжига в вяжущем уже образуется не только РА, ПГ, но и нерастворимый ангидрит (НА). При обжиге ГК содержание РА значительно снижается при повышении температуры с 300 С до 400 С.

В свежеобожженном при 300° С вяжущем содержится 57,3% РА и 35,9% НА, а в вяжущем, полученном при 400°С - 33,2% РА и 64,8% НА.

Через 14 суток хранения вяжущих РА полностью переходит в ПГ. После хранения вяжущего, полученного при 300° С в нем содержится 53,6% ПГ и 32,7% НА, а в вяжущем, полученном при 400 С, -32,8% ПГ и 64,6% НА (рис. 3).

и

Я ■&

Ф

Я че Я о4

£ &

«

ч о

и

60 40 20 0

^ ■К '

РА -1 1- ПГ

. V

Л

1Г

4 6 8 10 Время хранения, сут

12 14

Рис 3. Влияние времени хранения на фазовый состав вяжущего, обожженного при 300°С

Свежеобожженные гипсовые вяжущие, полученные при 300°С и 400°С обладают более высокой нормальной густотой и короткими сроками схватывания (табл. 2).

Таблица 2. Свойства гипсовых вяжущих

Температура обжига, С НГ, % Сроки схватывания, мин-сек

Начало Конец

300 свежеобож. / хранившийся 14 сут 46,5 / 39 2 - 30 / 3 - 00 6 - 00 / 7 - 30

400 свежеобож. / хранившийся 14 сут 44,5 / 36 1 - 30 / 2 - 30 3 - 30 / 5 - 30

После полного перехода РА в ПГ наблюдается значительное снижение нормальной густоты и увеличение сроков схватывания, вследствие того, что при перекристаллизации РА в ПГ материал уплотняется и уменьшается его гидратационная активность.

Более высокими прочностными

характеристиками обладает вяжущее, которое хранилось в течение 14 суток на воздухе до полного перехода РА в ПГ (рис. 4). Это объясняется тем, что вяжущее содержит значительное количество НА. Нерастворимый ангидрит без активаторов твердения не способен самостоятельно твердеть. В свежеобожженном материале содержится большое количество РА, который не способствует активации твердения НА. Тогда как в предварительно хранившемся вяжущем весь РА переходит в ПГ, который, возможно, выполняет роль активатора твердения НА.

s &

с

х fu с I X

с &

С

30

20

10

4 6 8 10

Время твердения, сут

12 14

Рис. 4. Прочность образцов вяжущих, полученных при 300°С и 400°С: 1,2 - вяжущее, полученное при 300°С; 3,4 -вяжущее, полученное при 400°С; 1,3 - вяжущее заформованное после обжига; 2,4 - вяжущее заформованное после 14 суток хранения.

Коэффициент размягчения МГВ, полученных при 300 С и 400 С, ниже коэффициента размягчения вяжущих, полученных при более низких

температурах, и достигает значений 0,3 - 0,2. Коэффициент размягчения вяжущих определяли на 7 сутки твердения. Низкообожженные вяжущие к этому сроку твердения уже набрали максимальную прочность, а у высокообожженных вяжущих, в составе которых значительное количество медленнотвердеющего НА, процесс гидратации и твердения еще продолжается. Структура камня еще не сформировалась, поэтому при водонасыщении прочность образцов значительно снижается и коэффициент размягчения уменьшается.

В заключение следует отметить, что многофазовые гипсовые вяжущие, полученные однократным обжигом и содержащие в своем составе НА, обладают высокими прочностными характеристиками и могут быть использованы как для приготовления ССС с регулируемыми сроками схватывания, так и для изготовления различных строительных изделий.

0

Сычева Людмила Ивановна к.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Сергеева Нина Александровна студентка кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

1.Бобров Б.С., Киселева Л.В., Жигун И.Г., Ромашков А.В. Определение фазового состава строительного и высокопрочного гипса // Строительные материалы.1983. №7. -С.23-24.

Sergeeva Nina Alexandrovna, Sycheva Ludmila Ivanovna *

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: lis@rctu.ru

PREPARATION AND PROPERTIES OF MULTIPHASE GYPSUM BINDERS Abstract

The influence of the firing temperature on the properties of multiphase gypsum binders was investigated. The phase composition of gypsum binders has been determined. It was shown that determining factors of the changing soluble anhydrite into hemihydrate are the storage time and the firing temperature of these gypsum binders.

Key words: multiphase gypsum binders, gypsum, soluble anhydrite.