УДК 666.914
Е.Н. ПОТАПОВА, д-р техн. наук, И.В. ИСАЕВА, студентка, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
Повышение водостойкости гипсового вяжущего
В последние время материалы и изделия на основе гипсовых вяжущих активно внедряются на рынок строительных материалов, вытесняя при этом традиционные составы на основе цемента. Гипсовые вяжущие вещества и материалы на их основе обладают рядом ценных качеств. Производство гипсовых вяжущих нетоксично, характеризуется низким расходом топлива и энергии (примерно в 4—5 раз меньше по сравнению с производством цемента). Гипсовые материалы обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, пожаробезопасностью, сравнительно низкой плотностью, декоративностью.
Наряду с положительными свойствами гипсовым изделиям присуща невысокая водостойкость. Эти отрицательные свойства гипсовых изделий сокращают области и масштабы их применения в строительстве.
Анализируя литературные источники [1—4], можно прийти к выводу, что повышение водостойкости гипса достигается уменьшением растворимости в воде сульфата кальция; уплотнением гипсовой массы; пропиткой изделия веществами, препятствующими прониканию в него влаги и наружной защитной обмазкой изделий.
Водостойкость гипсового вяжущего (ООО «КНАУФ Гипс Красногорск») повышали тремя способами: модифицированием вяжущего полимерными добавками (гиперпластификатор МеШих 5581 Б, редиспергируемый полимерный порошок Утпарав 8031 Н, гидрофобизатор Бйгев ББ 1306), поверхностной пропиткой образцов раствором БИгев ББ 1306 и созданием смешанного гипсоцементно-пуццоланового вяжущего.
При введении добавки МеШих 5581 Б в количестве 0,1—0,3% от массы гипсового вяжущего происходит резкое снижение водопотребности. Количество воды, необходимое для получения гипсового теста стандартной консистенции, снижается с 52 до 42%. При этом происходит увеличение срока начала схватывания гипсового теста с 4 до 8 мин и конца схватывания с 9 до 20—22 мин.
Принцип действия гиперпластификатора основывается на рассеянии статических зарядов и пространственной стабилизации частиц вяжущего вещества, что
приводит к высокоэффективному диспергированию и дефлокуляции. Таким образом, адсорбируясь на гидра-тирующихся зернах вяжущего, гиперпластификатор удлиняет сроки схватывания и уменьшает водопотреб-ность, что обусловливает рост прочностных показателей. Прочность, как при изгибе, так и при сжатии увеличивается (рис. 1). Причем через 2 ч воздушного твердения прочность гипсового камня при изгибе превышает прочность гипсового камня при сжатии. После сушки при температуре 55оС прочности при изгибе и сжатии становятся близки. Дальнейшее твердение образцов на воздухе (24 ч) ведет к росту прочности при сжатии, в этом случае она в 1,5 раза превышает прочность при изгибе.
Редиспергируемый полимерный порошок Утпарав 8340 в количестве 1—3 % от массы гипсового вяжущего в процессе схватывания гипсового раствора заполняет большую часть капилляров, что препятствует проникновению воды в слой раствора. При этом происходит снижение водопотребности до 49—50% и незначительное повышение прочности при введении 1% РПП (рис. 2, а).
Введение гидрофобизирующей добавки БИгев ББ 1306 в количестве 0,1—0,3 мас. % позволяет снизить количество воды затворения до 48—49%, что приводит к росту прочности (рис. 2, б).
В присутствии добавок происходит уплотнение структуры гипсового камня, твердевшего 24 ч на воздухе, что выражается в снижении пористости с 19,5 до 9,2%. Коэффициент размягчения немного возрастает, однако гипсовый камень при этом не является водостойким (табл. 1).
Проведенные электронно-микроскопические исследования гипсового камня показали, что в присутствии добавок изменяется характер кристаллизации СаБ042Н20 и кристаллы становятся более мелкими. Введенные добавки способствуют, с одной стороны, снижению расхода воды затворения, что ведет к уменьшению пористости и уплотнению структуры. С другой стороны, гидрофобизи-рующие полимерные добавки, адсорбируясь на зернах вяжущего, образуют полимерный слой, что также уплотня-
а 13 12
10
9
8
7
6
20
18
га 16 С
i- 14
12
о. 10
Я 8
■ 0
□ 0,1 □ 0,2 □ 0,3
2 ч Сушка 24 ч
Рис. 1. Влияние условий твердения и содержания гиперпластификатора Melflux 5581
2 ч Сушка 24 ч
F на прочность гипсового камня при изгибе (а) и при сжатии (б)
б
6
4
20
научно-технический и производственный журнал
июль 2012
jVJ ®
16
14
г® ^ 12
10
■ 0
□ 1 □ 2 □ 3
ш
18
■ 0
16 — □ 0,1
□ 0,2
1 14 □ 0,3
1- 12 —
с 10 -
С .а н 8 -
0 1 ч 6 —
4
2 4 ы
2 ч сушка 24 ч 2 ч сушка 24 ч
Рис. 2. Влияние условий твердения и содержания добавок У1ппарав 8031 Н (а) и БИгев ББ 1306 (б) на прочность гипсового камня при сжатии
ет структуру. Это обусловливает повышение водостойкости таких модифицированных образцов.
Для повышения водостойкости модифицированный гипсовый камень подвергали пропитке гидрофобизиру-ющим составом Бйгев ББ 1306. Полученные результаты (табл. 1) показывают, что после пропитки пористость гипсового камня существенно снижается, а коэффициент размягчения повышается с 0,41—0,53 до 0,68—0,85. Повышение коэффициента размягчения при пропитке раствором Бйгев ББ 1306 объясняется дополнительной внутренней гидрофобизацией порового пространства, что препятствует проникновению влаги в структуру материала. Однако водостойким можно считать только гипсовый камень, модифицированный 0,2% МеШих 5581 Б.
Наиболее эффективным способом повышения водостойкости гипсовых вяжущих является введение в него веществ, вступающих с ним в химическое взаимодействие с образованием водостойких и твердеющих в воде продуктов, как в результате химической реакции с гипсовым вяжущим, так и вследствие собственной гидратации. Для создания гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ) брали гипсовое вяжущее, портландцемент ЦЕМ I 500 Д0 и в качестве активной минеральной добавки — трепел (табл. 2).
При увеличении количества активной минеральной добавки с 15 до 25 мас. % происходит повышение водопо-
Таблица 1
требности ГЦПВ с 47,5% до 50,5%. Сроки схватывания ГЦПВ увеличиваются по сравнению с гипсовым вяжущим в 1,5—2 раза и достигают 8—15 мин. Образцы ГЦПВ твердели 1—90 сут в воздушно-влажных условиях. В возрасте 7 сут прочность при изгибе образцов составляет 11—15 МПа, а при сжатии — 21—30 МПа. С увеличением продолжительности твердения прочность всех составов возрастает, что объясняется снижением пористости образцов в 2-2,5 раза, с 18,5-25,3% до 7,6-10,4%. Уплотнение структуры и заполнение порового пространства продуктами гидратации вяжущего приводят к повышению коэффициента размягчения (водостойкости). После 14 сут твердения коэффициент размягчения составляет 0,8-0,87, повышаясь от состава 3 к составу 1.
Модифицирование гипсоцементно-пуццоланового вяжущего комплексной добавкой (0,2% гиперпластификатора МеШих 5581 Б + 1% РПП Утпарая 8031 Н) приводит к снижению водопотребности вяжущего до 44-45%. При этом сроки схватывания практически не изменяются. В 1-7-е сутки твердения наблюдается плавное уменьшение пористости образцов с 16,4-19,4% (в первые сутки) до 12,1-15,4%, а затем от 7-х к 14-м суткам происходит резкое снижение (в 2-3 раза) пористости. И в возрасте 90 сут твердения пористость состава 1 составляет 3,3%, а для составов 2 и 3 - 3,9 и 4,4% соответственно. Такое уплотнение образцов приводит к росту прочности как при изгибе, так и при сжатии и к повышению коэффициента размягчения (рис. 3).
б
а
8
6
4
2
4
Добавка Пористость, % Коэффициент размягчения
без пропитки после пропитки без пропитки после пропитки
- 19,5 3,4 0,41 0,68
0,2% МеШих 9,2 1,9 0,53 0,85
1% РПП 13,8 3,1 0,44 0,74
0,1% БИгев 11,4 2,5 0,47 0,78
Таблица 2
№ состава Содержание компонентов, %
гипсовое вяжущее портландцемент трепел
1 50 35 15
2 50 30 20
3 50 25 25
3 7 14 28 60 Продолжительность твердения, сут Рис. 3. Влияние продолжительности твердения и состава модифицированного гипсоцементно-пуццоланового вяжущего на водостойкость образцов
Г; научно-технический и производственный журнал
М ® июль 2012 21
Причиной повышения водостойкости является положительное действие комплексной добавки, которое заключается в том, что частицы редиспергируемых полимерных порошков распределяются в структуре материала, формируя непрерывный полимерный каркас. Образование подобных полимерных пленок во внутри-поровом пространстве приводит к внутренней гиброфо-бизации материала, а пластифицирующая добавка снижает вязкость раствора и тем самым понижает количество воды затворения. После 7 сут твердения ГЦПВ, модифицированные комплексной добавкой, имеют коэффициент размягчения больше 0,85, что позволяет считать эти вяжущие водостойкими.
Список литературы
1. Ферронская А.В. Развитие теории и практики в области гипсовых вяжущих веществ. Сб. «Развитие теории и технологий в области силикатных и гипсовых материалов». Ч. 1. М. 2000. С. 47-56.
2. Коровяков В.Ф. Гипсовые сухие смеси // Сухие строительные смеси. 2008. № 4. С. 30-33.
3. Коровяков В.Ф. Перспективы применения водостойких гипсовых вяжущих в современном строительстве. Сб. докладов семинара «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий». М. 2002. С. 181-185.
4. Коровяков В.Ф. Теоретические аспекты и практические результаты создания гидравлических композиционных гипсовых вяжущих повышенной долговечности. Сб. «Проблемы и пути создания композиционных материалов из отходов промышленности». Новокузнецк. СибГИУ 1999. С. 51-58.
Химическая технология керамики
Авторы - коллектив ученых РХТУ им. Д.И. Менделеева под редакцией И.Я. Гузмана
Издание 2-е, исправленное М: РИФ «СМ». 2012 г. 494 с.
В пособии освещены вопросы современного состояния технологии основных видов керамических изделий строительного, хозяйственно-бытового и технического назначения, а также различных видов огнеупоров. Книга соответствует программе общего курса химической технологии керамики и огнеупоров при наличии также курсов соответствующих специализаций. Подробно изложены характеристика сырья, проблемы подготовки керамических масс и их формование, особенности механизмов спекания, а также дополнительные виды обработки керамики: металлизация, глазурование, декорирование, механическая обработка.
Описаны механические, деформационные, теплофизиче-ские, электрофизические свойства керамических изделий, в том числе при высоких температурах.
Учебное пособие рассчитано на студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» и специалистов, работающих в области технологии керамики и огнеупоров.
Тел./факс: (499) 976-22-08; 976-20-36 www.rifsm.ru
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНШОСИЯ КЕРАМИКИ
ОАктиватор
//А\\ измельчение активашта синтез
Акти вато p-2S L
100
so
¿60
и
ч
* 40
¡S
20 о
5 мин. ^ ••
/ * 1 мин.
1 10 100 диаметр частиц, мкм
Для пробоподготоеки материалов
Лабораторные мельницы "Активатор" для заводских и исследовательских лабораторий.
<00
30
, 60 в
i 40
20
Акти вато р-4М
3"
2 мин. ■ •
■ • ■ • ^ 1 мин.
■
10 100 диаметр частиц, мкм
Для наработки небольших партий материалов
Активатор-25
Для помола материалов в ударном, сдвиговом, вихревом режимах
www.activator.ru »
Новосибирск, Софийская 18, оф 107 630056, Новосибирск 56, а/я 141 Факс: 8 (383) 325-18-49 Тел: 8 913 942 94 81 e-mail: belyaev@activator.ru
Реклама
научно-технический и производственный журнал ■Q'j'pyyrj'SjJ.yj-liyJS 22 июль 2012 h\ *