CC BY
25
УДК 691.335
Урбанов А.В., Дмитриева Е.А., Потапова Е.Н.
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Урбанов Андрей Витальевич, студент 4 курса бакалавриата факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: [email protected];
Дмитриева Екатерина Алексеевна, студент 3 курса бакалавриата факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
Потапова Екатерина Николаевна, д.т.н., профессор, профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов,
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее является перспективным, но мало изученным строительным материалом, в связи с этим в работе исследованы способы повышения эксплуатационных характеристик данного вяжущего. В работе изучено влияние модифицирующих добавок первой и второй очереди на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Выявлена роль базальтового и полипропиленового волокна.
Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, модифицирующие добавки, волокна, прочность, пористость.
WAYS OF INCREASING PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF PRODUCTS BASED ON GYPSOTSEMENTNO-PUZZOLANIC BINDING
Urbanov A.V., Dmitrieva E.A., Potapova E.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Gypsum cement-pozzolanic binder is a promising but poorly studied building material, therefore, the methods of increasing the performance characteristics of this binder have been investigated. The effect of modifying additives of the first and second stages on the properties of a gypsum cement-pozzolanic binder was studied. The role of basalt and polypropylene fibers in the astringent is revealed.
Keywords: gypsum cement-pozzolanic binder, modifying additives, fibers, strength, porosity.
Наиболее широкое применение в строительстве получили два вида вяжущего: цементное и гипсовое, но каждое из них имеет как положительные, так и отрицательные качества. Так, цементное вяжущее после твердения характеризуется высокой прочностью и водостойкостью, но имеет высокую плотность и способоность к образованию усадочных трещин. Гипсовое вяжущее не подвергается усадке в процессе твердения, имеет сравнительно низкие сроки схватывания, а также довольно низкую теплопроводность, однако, есть и негативные моменты, из-за которых их применение ограничено. Так, гипсовый камень имеет низкие значения водостойкости и морозостойкости [1]. Данные свойства делают невозможным использование различных строительных смесей на гипсовой основе в наружных и несущих конструкциях [2]. В настоящее время доказано, что одним из основных путей 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. Такими веществами являются портландцемент и молотые активные минеральные добавки. Исследования показали [3], что наиболее устойчива
композиция, состоящая из гипсового вяжущего (полугидрата сульфата кальция), портландцемента и надлежащего количества активных минеральных добавок (метакаолин, трепел, кремнегель). Однако, до сих пор данный материал не получил широкого применения, так как малоизучено влияние различных добавок на его свойства. Поэтому целью работы является изучение харктеристик ГЦПВ, модифицированного комплексом добавок и армирующим агентом.
Для проведения исследований применяли гипсовое вяжущее Г-6 Б II ООО «Пешеланский гипсовый завод» (далее, ГВ), портландцемент ЦЕМ I 52,5 Н ООО «ХайдельбергЦемент Рус» (ПЦ), активную минеральнаую добавку - метакаолин ООО «Пласт - Рифей» (АМД), гиперпластификатор - 21ка УС-225 (ГП), редиспергируемый полимерный порошок - Vinnapas 5111 L (РПП), эфиры целлюлозы
- Ке1ео-Сге1е Бв-З (ЭЦ), модификатор схватывания
- винная кислота (ВК), полипропиленовое волокно (1 = 4 мм, d=12 мкм) (ППВ) и базальтовое волокно СБ 13 р-3-НС (1 = 4 мм, d = 12 мкм) (БВ).
Соотношение компонентов в ГЦПВ было подобрано в предыдущей работе [4]. На первом этапе работы изучено влияние добавок первой и второй очереди на свойства ГЦПВ. Такими добавками являются: водоредуцирующая (ГП),
водоудерживающая (ЭЦ), редиспергируемые порошки (РПП), модификатор схватывания (ВК).
Для уменьшения водопотребности вяжущего и повышению прочности ГЦП камня в состав вводили гиперпластификатор Zika УО-225 содержанием 0,05 - 0,5%. Введение ГП уменьшает водопотребность смеси с 42 до 30%, увеличивает прочность при
изгибе и сжатии, снижает пористость, тем самым достигается уменьшение водопоглощения, а как следствие - увеличивается водостойкость образцов до 0,92 (Кв бездобавочного состава составляет 0,80). Наилучшими характеристиками обладает состав, содержащий 0,5% ГП (табл. 1).
Таблица 1. Влияние состава композиционного гипсового вяжущего ^ на его свойства
№ состава Функциональные добавки Волокно НГ, % W, % Кв П,%
БВ ППВ
ГП РПП ЭЦ ВК
1.1 - - - - - - 41,5 15,4 0,80 14,1
1.2 + - - - - - 26,0 7,3 0,93 8,5
1.3 - + - - - - 42,5 17,7 0,92 16,1
1.4 - - + - - - 54,0 21,7 0,76 15,6
1.5 - - - + - - 41,5 14,1 0,83 15,2
1.6 + + + + - - 40,0 2,3 0,86 6,2
1.7 + + + + + - 41,5 1,4 0,94 3,1
1.8 + + + + - + 45,5 4,9 0,89 6,4
Для улучшения реологических свойств в смесь вводили редиспергируемый полимерный порошок Vinnapas 5111 L содержанием от 0,5 до 2%. На водопотребность и сроки схватывания РПП не оказывает сильно выраженного влияния. Прочность образцов, содержащих РПП несколько ниже прочности бездобавочного состава (рис. 1). Данные по прочности хорошо коррелируют с результатами пористости. Так, при введение добавки наблюдается увеличение пористости на 10% по сравнению с БД составом. Исследовано влияния редиспергируемого полимерного порошка на водопоглощение образцов (табл. 1). Так, бездобавочный состав характеризуется водопоглощением равным 15,4 %. При введении РПП от (0,5 - 1,5)% наблюдается незначительное увеличение водопогощения до 17,7 %, при повышении содержания добавки от (1,5 -2,0)% значение водопоглощения возрастает до 23,4% . Наибольшей удобоукладываемостью, а также наименьшей потерей прочности, пористости характеризуется состав 1.3, содержащий 1,5% РПП.
> Изгиб н Сжатие
Рис. 1. Прочностные характеристики ГЦПВ
Для удержания воды в различных строительных смесях традиционно используют эфиры целлюлозы .
В качестве данной добавки использовали Kelco-Crete БО-З. Добавку вводили от 0,01 до 0,15% от массы вяжущего. Увеличение водоудерживающей способности смеси немного снижает прочность и водостойкость гипсоцементно-пуццоланового
камня, но введение добавки необходимо для предотвращения расслоения раствора. Наименьшей потерей прочности и водостойкости (Кв = 0,76) характеризуется состав, содержащий 0,03% ЭЦ.
Сроки схватывания (время потери пластичности) и скорость твердения (темп набора прочности) различных смесей являются основными характеристиками, определяющими условия их применения в строительстве [5]. Добавки -замедлители схватывания достаточно эффективны в небольших концентрациях, при этом замедление схватывания вызывается адсорбцией добавок на продуктах гидратации цемента, особенно на Са(ОН)2, а также на поверхности исходных негидратированных минералов. Винная кислота тормозит процессы гидратации ГЦПВ в ранние сроки, но увеличивает степень гидратации вяжущего в более поздние сроки. Поэтому использовали винную кислоту в количестве от 0,1 до 0,5% от массы ГЦПВ. Нормальная густота составов не меняется, но происходит увеличение конечных сроков схватывания до 14 мин - начало, 30 мин -конец, для состава, содржащего 0,5% ВК). Введение ВК способствует увеличению конечной прочности (в возрасте 28 сут.) на сжатие и на изгиб, а также незначительному увеличению пористости и увеличению водостойкости образцов. Таким образом, наибольшей прочностью и водостойкостью, а также наименьшей пористостью и водопоглощением характеризуется состав, содержащий 0,4% ВК.
Возведение современных зданий и сооружений требует применение материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами, такими как прочность на сжатие и растяжение,
трещиностойкость и т.д. За последние десять лет технология добавления волокон в растворы и бетоны завоевала огромную популярность [6]. Использование бетона, армированного волокнами, восходит к строительству Римского Колизея, тем не менее, потребовалось несколько веков, чтобы сделать эту технологию широко распространенной. Одним из путей решения задач по совершенствованию эксплуатационных
характеристик материалов является их армирование различными видами фибр минерального или органического происхождения. Перспективность использования неметаллических волокон в качестве дисперсного армирования подтверждено
исследованиями, выполненными различными зарубежными и отечественными учеными [7].
В качестве фибры минерального происхождения использовали базальтовое волокно, которое вводили в состав вяжущего в количестве (0,5 - 3,0)%. Введение волокна не приводит к повышению водопотребности системы, однако наблюдается повышение сроков схватывания (табл. 1). Это связано с тем, что волокно обладает водозадерживающей способностью. Наибольшей прочностью на изгиб и на сжатие характеризуется состав, содержащий 2% БВ (рис.1). Введение волокна уменьшает пористость, а как следствие и водопоглощение, повышаю водостойкость (табл. 1). Наилучшими свойствами: наибольшая прочность и водостойкость, наименьшая пористость и водопоглощение характеризуется состав, содержащий 2% БВ.
Органическое волокно (полипропиленовое) вводили в состав вяжущего в количестве от (0,5 -3)%. Так как, ППВ характеризуется низкой адгезией к ГЦП матрице, то прочностные показатели несколько ниже, чем составы, содержащие БВ (рис.1). Введение ППВ снижает пористость, водопоглощение образцов по сравнению с бездобавочным составом (табл. 1), при этом происходит повышение водостойкости (Кв = 0,89). Наилучшими показателями характеризуется состав, содержащий 1% ППВ.
Таким образом, в ходе проведенных исследований определено влияние добавок первого и второго рода на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Определено, что введение армирующего агента положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках ГЦП камня. Наилучшими показателями характеризуется состав 1.7, содержащий 0,5% гиперпластификатора 21ка УС-225, 1,5% редиспергируемого полимерного
порошка Vinnapas 5111 L, 0,07% эфиров целлюлозы Kelco-Crete DG-S, 0,4% винной кислоты и 25 базальтового волокна (табл. 1). На основании полученных данных можно сказать, что вяжущее приведенного состава можно использовать в качестве основного конструкционного материала, так как оно имеет высокую прочность и водостойкость. Так же данный состав можно использовать в качестве базовой основы при производстве различных сухих строительных смесей.
Список литературы
1. Ферронская А.В., Коровяков В.Ф. и др. Композиционные гипсовые вяжущие. / Мат. н-т-к «Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов». - Алма-Ата. - 1990. - с. 20-22.
2. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под ред. А.В. Ферронской. - М., Изд-во АСВ. - 2004 г. - 488 с.
3. 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.,МГСУ. - 2000. - С. 47-56.
4. Манушина А.С., Урбанов А.В., Немцев А.Д., Потапова Е.Н. Влияние волокон на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего // Успехи в химии и химической технологии. - 2016. - Т 30. - № 7. - с. 66-68.
5. Манушина А.С., Урбанов А.В., Потапова Е.Н., Влияние модифицирующих добавок на свойства композиционного гипсового вяжущего // Успехи в химии и химической технологии. - 2017. -Т 31. - № 3. - с. 111-113.
6. Кириллова Д.И., Манушина А.С., Ахметжанов А.М., Урбанов А.В., Потапова Е.Н., Влияние полимерного волокна на свойства плиточного клея // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. - Т 29. - № 7. - с. 38-40.
7. Корнеев В.И., Зозуля П.В. Словарь «Что» есть «что» в сухих строительных смесях. - СПБ.: НП «Союз производителей сухих строительных смесей». - 2004. - 312 с.
