CC BY
21Петропавловская В. Б., канд. техн. наук, доц., Новиченкова Т. Б., канд. техн. наук, доц. Тверской государственный технический университет Бурьянов А. Ф., д-р техн. наук, доц. Московский государственный строительный университет
ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕЗОБЖИГОВЫХ ГИПЕРПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
victoria_petrop@mail.ru
Гипсовые материалы и изделия в настоящее время активно завоевывают отечественный рынок. Вовлечение чистого местного сырья в виде отработанных гипсовых форм для литья в производство стеновых и отделочных материалов и изделий по безобжиговой технологии позволит расширить номенклатуру и увеличить объемы строительства.
Исследованиями установлено, что добавка поливинилового спирта в состав сырьевой смеси двуводного техногенного гипса нормированного зернового состава положительно влияет на технологические свойства безобжиговых гипсовых композитов и позволяет обеспечить высокое качество свежесформованных и в дальнейшем - готовых прессованных изделий.
Ключевые слова: двуводный гипс, отходы, нормированный зерновой состав, поливиниловый спирт, формовочные свойства, прочность.
Гипсовые материалы и изделия в настоящее время все больше завоевывают отечественный рынок, что обусловлено их высокой технологичностью и экологичностью. При этом могут широко применяться местные гипсовые и гип-сосодержащие отходы химической, керамической промышленности и машиностроения в виде отработанных форм для литья [1]. Их использование позволяет не только решить экологическую проблему, но и эффективно использовать высококачественное гипсовое сырье в условиях дефицита минеральных вяжущих [2, 3]. Содержание дигидрата сульфата кальция, например, в отходе Конаковского фаянсового завода, согласно проведенному химическому анализу, составляет 98,54 %. Таким образом, данный отход можно отнести к первому сорту гипсового сырья, т. к. он практически не содержит примесей. Вовлечение экологически чистого местного вторичного сырья в производство стеновых и отделочных материалов и изделий позволит расширить номенклатуру и увеличить объемы строительства в регионах, имеющих такие отходы, при этом оздоравливающе воздействуя на среду обитания. Однако традиционными методами рециклинга подобные техногенные гипсовые отходы невозможно переработать в гипсовое вяжущее, несмотря на их чистоту, - получаемый полуводный гипс имеет очень высокую водопо-требность и низкую прочность [1].
Использование безобжиговой технологии получения гипсовых изделий на основе вторичного гипсового сырья, исключающей стадию обжига дигидрата и перевода его в вяжущее, способствует расширению сырьевой базы про-
мышленности строительных материалов.
Производство стеновых изделий методом полусухого прессования на основе двуводного гипса с подбором оптимального зернового состава сырьевой смеси [4, 5], согласно принципам геоники [6] или с применением широкого спектра существующих добавок позволяет получать изделия высокой прочности и достаточной плотности.
При использовании механизма негидрата-ционного твердения для получения гипсовых изделий давление прессования играет роль физико-химического фактора, определяющего образование первичной структуры материала [7]. Количество контактов, определяющих образование первичной кристаллизационной структуры, среди прочих критериев оптимизируется и по величине упругого расширения уплотненных пресс-порошков - деформативной характеристики, используемой в керамической промышленности.
Одним из способов повышения плотности и прочности безобжиговых гипсовых материалов является использование пластифицирующих добавок или веществ, позволяющих снизить во-досодержание сырьевой смеси [8]. С целью улучшения формовочных свойств пресс-порошков двуводного техногенного гипса и прочности изделий, получаемых на их основе, в данной работе исследовалось влияние добавки поливинилового спирта (ПВС) и водотвердого отношения на деформативные характеристики пресс-порошка и прочность гипсового композита.
В работе использовались: техногенный
двуводныи гипс - отход керамического производства Тверской области, поливиниловый спирт марки ГФ первого сорта (ТУ 6-110209955-20-89) производства ОАО «Невинно-мысский Азот».
При определении физико-технических характеристик исходных материалов и получаемых прессованных образцов применялись стандартные методы испытаний, соответствующие ГОСТам и другим нормативным документам. Деформативные характеристики гипсовых порошковидных сырьевых смесей определялись по методике, предложенной И.И. Бернеем и В.В. Беловым [1]. Давления, при которых измерялись соответствующие деформации исследуемой сырьевой смеси, составляли 10, 20, 30, и 40 МПа, т. е. практически охватывали диапазон давлений прессования, применяемых для изготовления гипсовых изделий.
Твердение осуществлялось в сухих условиях. Предел прочности при сжатии прессованных образцов на основе дигидрата сульфата кальция определяли по стандартным методикам, как среднее из результатов испытаний шести образцов по ГОСТ 23789-79.
Результаты исследования зависимости средней плотности уплотненного пресс-порошка от процентного содержания поливинилового спирта, а также от водотвердого отношения (влажности сырьевой смеси) показали (рис.1), что с увеличением добавки спирта до 0,35 % средняя плотность уплотненной сырьевой смеси
увеличивается, что объясняется повышением прессуемости порошка бинарного состава. Поливиниловый спирт способствует повышению пластичности сырьевой смеси, жидкая связка позволяет снизить трение при прессовании как между частицами дигидрата, так и между стенками пресс-формы и дигидратом. При содержании добавки свыше 0,35 % происходит снижение средней плотности. С увеличением во-дотвердого отношения от 0,1 до 0,12 средняя плотность гипсовых образцов увеличивается. При В/Т выше 0,12 наблюдается уменьшение средней плотности. Жидкость как упругая фаза препятствует сближению частиц.
При увеличении в составе сырьевой смеси добавки поливинилового спирта формовочные свойства материала меняются. При водотвердом отношении до 0,11 при увеличении добавки упругое расширение снижается (рис. 2). А при содержании добавки свыше 0,3 % упругое расширение повышается. Это видимо происходит потому, что смесь становится более пластичной и быстрее уплотняется. При прессовании вся энергия уходит на деформацию частичек, а не на деформацию структуры. При В/Т больше 0,12 с увеличением добавки пластичность повышается. Таким образом, установлено, что добавление поливинилового спирта в смесь изменяет формовочные свойства. Оптимальное содержание добавки поливинилового спирта составляет 0,35 %, оптимальное водотвердое отношение - 0,12.
1450
ч
1) а и
1350
1250
1150
0,45
0,35
Ч я ю о ч
-а
и О
В/Т
■ 1150-1250
11250-1350
□ 1350-1450
■ 1450-1500
Рис. 1. Зависимость средней плотности от содержания добавки поливинилового спирта
и водотвердого отношения Зависимость прочности гипсового камня держания воды, полученная по результатам про-негидратационного твердения от количества веденного двухфакторного планированного экс-вводимой добавки поливинилового спирта и со- перимента, показывает (рис. 3), что с увеличе-
нием добавки поливинилового спирта от 0,15 до 0,35 % наблюдается увеличение прочности прессованных образцов, что также объясняется
улучшением удобоукладываемости сырьевой смеси за счет пластифицирующего действия добавки.
и 3
о
си
а
<о &
2
г*
0,35 од Содержание добавки, %
0,45
□ 0.00-0.02 D0.02-0.04 D0.04-0.06 00.06-0.08 □0,08-0,10
Рис. 2. Зависимость упругого расширения гипсовых образцов от добавки поливинилового спирта
При дальнейшем увеличении процентного содержания добавки прочность уменьшается при всех значениях водотвердого отношения. Наибольшая прочность на 14 сутки твердения составляет 37,85 МПа. Применение добавки ПВС позволяет повысить прочность материала в сухом состоянии на 26 % по сравнению с прочностью контрольных образцов, изготовленных без введения добавки поливинилового спирта (Ксж= 27,8 МПа).
При изменении водотвердого отношения от 0,1 до 0,14 зависимости имеют различный характер. Наибольшую прочность имеем при
В/Т=0,12, следовательно добавка также понижает и оптимальное водотвердое отношение (при испытании образцов без добавки оптимальное В/Т составляет 0,14). Самая низкая прочность наблюдается при В/Т=0,1.
Использование добавки ПВС даёт объединение факторов, влияющих на пластифицирующие способности соединения, а именно: наличие в структуре радикалов большой молекулярной массы; функционально-активные группы (карбоксильные и карбонильные), способные реагировать с частицами минеральных вяжущих веществ и продуктами их гидратации.
^ 38,00
я 36,00
I 34,00
1
О 32,00
& 30,00 с
28,00
2 26,00 Я
о 24,00 &
22,00
-
Ч
20,00
3/Т=0,14 1/Т=0,12
0,35
Содержание добавки, %
> 20,00-22,00
> 22,00-24,00
24,00-26,00
I 26,00-28,00 ■ 28,00-30,00
30,00-32,00
32,00-34,00
34,00-36,00
36,00-38,00
0,45
Рис. 3. Зависимость прочности прессованных гипсовых образцов от содержания добавки поливинилового
спирта и водотвердого отношения
Таким образом, добавка поливинилового спирта в количестве 0,35 % при оптимальной влажности сырьевой смеси 12 % (В/Т= 0,12) положительно влияет на технологические свойства безобжиговых гипсовых композитов, что позволяет обеспечить высокое качество свежесфор-мованных и в дальнейшем - готовых изделий.
Безобжиговые изделия на основе оптимизированной сырьевой смеси двуводного техногенного гипса с добавкой поливинилового спирта, полученные методом полусухого прессования, имеют прочность, отвечающую требованиям, предъявляемым к стеновым конструкционным материалам - свыше 35 МПа, что обеспечивает перспективность развитию технологии получения экологически чистых и безопасных материалов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Белов В.В., Бурьянов А.Ф., Петропавловская В.Б. Современные эффективные гипсовые вяжущие, материалы и изделия: научно-справочное издание. Тверь: ТГТУ, 2007. 132 с.
2. Петропавловская В.Б., Белов В.В., Бурьянов А. Ф. Твердеющие кристаллизационные системы на основе порошков двуводного гипса // Строительные материалы. 2007. №12. С. 46-
47.
3. Белов, В.В., Бурьянов А.Ф., Яковлев Г.И., Петропавловская В.Б., Фишер Х.-Б., Маева И.С., Новиченкова Т.Б. Модификация структуры и свойств строительных композитов на основе сульфата кальция: монография. М.: Де Нова, 2012. 196 с.
4. Использование отходов природного гипсового камня в производстве безобжиговых материалов / В.Б. Петропавловская, В.В. Белов, Т.Б. Новиченкова, Ю.Ю. Полеонова, А.Ф. Бурьянов // Строительные материалы. 2012. №7. С. 28-30.
5. Оптимизация внутренней структуры дисперсных систем негидратационного твердения / В.Б. Петропавловская, В.В. Белов, Т.Б. Но-виченкова, А.Ф. Бурьянов, А.П. Пустовгар // Строительные материалы. 2010. №7. С. 22-23.
6. Лесовик В.С. Геоника. Предмет и задачи. Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. 213 с.
7. Петропавловская В.Б., Белов В.В., Нови-ченкова, Т.Б. Регулирование свойств безобжиговых гипсовых материалов // Строительные материалы. 2008. №8. С. 14-15.
8. Патент РФ №2006128143/03, 20.04.07. Петропавловская В.Б., Белов В.В., Пунегов С.В. Сырьевая смесь для получения гипсовых изделий // Патент России №2318769.2008, Бюл. № 7.
