CC BY
22
УДК 666.914.56
Зырянов М.С., Потапова Е.Н.
РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ С РАЗЛИЧНЫМИ АКТИВНЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ
Зырянов Михаил Сергеевич, студент 4 курса бакалавриата факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов; e-mail: chuck5621 @mail.ru;
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
Разработаны составы композиционного гипсового вяжущего с различными активными минеральными добавками. Показано, что введение добавок в оптимальном количестве повышает эксплуатационные характеристики композиционного гипсового камня, такие как прочность при изгибе и при сжатии, водостойкость, а также снижает пористость и водопоглощение вяжущего. На основании проведенных исследований выбраны оптимальными составы с различными активными минеральными добавками, которые могут быть использованы для сухих строительных смесей для внутренней и наружной отделки помещений, а также для создания элементов несущих конструкций малоэтажных зданий.
Ключевые слова: активная минеральная добавка, метакаолин, цеолиты, прочностные характеристики, водостойкость, пористость.
DEVELOPMENT OF COMPOSITE GYPSUM BINDERS WITH DIFFERENT MINERAL ADDITIVES
Zyryanov M.S., Potapova E.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The composite gypsum binders with different active mineral additives were developed. It was found out that adding additives in the optimal amount is necessary to increase the strength characteristics of the binder and to decrease the porosity and the water absorption of the composite gypsum binder. Based on the studies carried out, the optimal compositions of composite gypsum binders with different mineral additives were selected, which can be used to create dry construction mixtures for interior and exterior decoration premises, as well as for creating elements of load-bearing structures of low-rise buildings.
Keywords: active mineral additive, metakaolin, zeolites, strength characteristics, water absorption, porosity.
Вяжущие вещества на основе гипса обладают рядом преимуществ по сравнению с другими вяжущими веществами: экологически чистые материалы, которые не содержат токсичных компонентов. Они обладают высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Однако
недостаточная водостойкость ограничивает область их применения.
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 активные минеральные добавки [12].
Последней разработкой в данной области является создание композиционное гипсового вяжущего -водостойкого гипсового вяжущего, способного к гидравлическому твердению, которое используют для получения водостойких бетонов и растворов [3]. Композиционные гипсовые вяжущие (КГВ) получают путем смешивания гипсового вяжущего (ГВ) (60-85%) с органоминеральным модификатором, в который входят портландцемент (ПЦ), активная минеральная
добавка (АМД), пластифицирующая и другие добавки в определенном соотношении, подвергнутые механохимической активации в помольном агрегате.
Целью данной работы является разработка составов водостойких композиционных гипсовых вяжущих с активными минеральными добавками природного и искусственного происхождения, которые могут быть использованы для создания сухих строительных смесей, а также для создания элементов несущих конструкций малоэтажных зданий.
При изготовлении композиционного гипсового вяжущего были использованы следующие материалы: ЦЕМ I 52,5 Н ООО «ХайдельбергЦемент Рус», гипсовое вяжущее Г-6 Б II «Пешеланский гипсовый завод», активные минеральные добавки: метакаолин «МетаРус», цеолиты (Якутия), винная кислота (ВК), пластифицирующая добавка Б1ка "УЪсоСге1е 510 (ГП).
На первом этапе работы экспериментально определяли оптимальное содержание компонентов в составе КГВ. Для КГВ с метакаолином: 65% ГВ, 21% ПЦ, 14% АМД, с цеолитами: 80% ГВ, 12% ПЦ, 8% АМД.
На втором этапе работы было изучено влияние винной кислоты на свойства композиционных гипсовых вяжущих. Было приготовлено 10 составов (таблица 1).
Таблица 1. Влияние винной кислоты на свойства композиционного гипсового вяжущего
№ состава Концентрация ВК, % НГ, % Сроки схватывания, мин Потк % W, % Кв
Начало Конец
1.1 0,05 44,0 3,5 6,0 3,3 9,2 0,79
1.2 0,07 44,5 3,5 7,5 2,7 7,1 0,83
1.3 0,1 44,5 4,5 9,0 3,6 8,4 0,82
1.4 0,2 44,5 8,0 18,0 4,8 9,0 0,78
1.5 0,3 45,0 9,0 21,0 5,2 9,5 0,77
2.1 0,05 42,0 5,5 7,5 2,0 10,4 0,77
2.2 0,07 42,0 5,5 8,5 2,1 12,3 0,76
2.3 0,1 42,5 6,0 12,0 2,2 12,5 0,74
2.4 0,2 43,0 10,0 24,0 4,6 13,7 0,72
2.5 0,3 43,0 11,5 26,0 5,4 14,3 0,70
Содержание винной кислоты в КГВ не оказывает существенное влияние на нормальную густоту КГ теста. Сроки схватывания КГ теста увеличиваются с повышением концентрации ВК.
Полученные результаты открытой пористости КГВ хорошо коррелируют с результатами водопоглощения. Так составы 1.2 и 2.1 характеризуются наименьшей открытой
пористостью 2,7% и 2,0%, что соответствует водопоглощению 7,1% для КГВ с метакаолином и 10,4% для КГВ с цеолитами. Состав 1.2 характеризуется высоким коэффициентом водостойкости Кв>0,8, тогда как состав 2.1 не позволяет отнести КГВ с цеолитами к водостойким вяжущим 0,6<Кв>0,8.
Изучено влияние винной кислоты на прочностные характеристики композиционного гипсового камня (рисунок 1). Прочность КГ камня возрастает со временем твердения. Составы КГВ с метакаолином обладают большей прочностью при сжатии по сравнению с КГВ с цеолитами. Так для КГВ с метакаолином наибольшей прочностью при сжатии обладает состав 1.2 - 41,3 МПа, а для КГВ с цеолитами - состав 2.1 - 22,5 МПа. Все составы КГВ характеризуются низкой прочностью при изгибе.
Таким образом, для дальнейшего исследования были выбраны составы 1.2 и 2.1.
На третьем этапе было изучено влияние комплекса добавок ВК+ГП на свойства композиционного гипсового вяжущего (таблица 2).
Введение комплекса добавок оказывает существенное влияние на водопотребность вяжущего. Так для КГВ с метакаолином увеличение содержания ГП до 0,5% снижает водопотребность на 11,5% по сравнению с составом 1.2, для КГВ с цеолитами - снижает водопотребность на 14,0% по сравнению с составом 2.1.
Введение комплекса добавок незначительно увеличивает сроки схватывания вяжущего для КГВ с метакаолином при концентрации ГП - 0,1-0,3%. Увеличение ГП до 0,5% оказывает существенное влияние на сроки схватывания КГВ.
Введение комплекса добавок в КГВ с цеолитами незначительно уменьшает сроки схватывания вяжущего при концентрации ГП - 0,1-0,2%. При дальнейшем увеличении ГП сроки схватывания вяжущего увеличиваются.
Небольшое добавление ГП в КГВ увеличивает открытую пористость КГ камня и водопоглощение. Дальнейшее увеличение ГП в составе КГВ снижает пористость и водопоглощение КГ камня. Так наименьшей открытой пористостью обладают составы 3.4 и 4.4 - 2,3% и 1,6%, а водопоглощение данных составов составляет 5,8% и 9,2%.
Введение ГП позволило увеличить коэффициент водостойкости КГВ, что позволяет отнести составы КГВ с метакаолином к водостойким гипсовым вяжущим Кв>0,8. Наибольший коэффициентом водостойкости обладает состав 3.4 - 0,92.
КГВ с цеолитами характеризуется различными коэффициентами водостойкости: так составы 4.1 и 4.2 относятся к вяжущим повышенной водостойкости Кв равен 0,75 и 0,79, тогда для составов 4.3 и 4.4 Кв равен 0,81 и 0,85, что позволяет отнести их к водостойким гипсовым вяжущим.
Рис. 1. Прочностные характеристики композиционного гипсового камня с метакаолином
Таблица 2. Влияние комплекса добавок ВК+ГП на свойства композиционного гипсового вяжущего
№ состава Концентрация добавок ВК+ГП, % НГ, % Сроки схватывания, мин Потк % W, % Кв
Начало Конец
1.2 0,07 44,5 3,5 7,5 2,7 7,1 0,83
3.1 0,07+0,1 40,0 4,0 6,5 3,2 7,7 0,85
3.2 0,07+0,2 37,0 4,5 7,5 2,9 7,5 0,87
3.3 0,07+0,3 35,0 5,0 12,0 2,7 7,2 0,89
3.4 0,07+0,5 33,0 10,5 15,5 2,3 5,8 0,92
2.1 0,05 42,0 5,5 7,5 2,0 10,4 0,77
4.1 0,05+0,1 37,0 3,0 5,0 2,2 10,8 0,75
4.2 0,05+0,2 33,0 4,0 7,0 1,9 10,0 0,79
4.3 0,05+0,3 30,0 4,5 9,5 1,8 9,4 0,81
4.4 0,05+0,5 28,0 8,0 14,0 1,6 9,2 0,85
Изучено влияние комплекса добавок (ВК+ГП) на прочностные свойства КГ камня (рисунок 2). Введение небольшого количества ГП оказывает отрицательное воздействие на прочность КГВ камня. Так составы 3.1 и 4.1, содержащие 0,1% ГП имеют меньшую прочность по сравнению с исходными составами 1.2 и 2.1.
Наилучшей прочностью при сжатии обладают составы 3.4 и 4.4 - 48,7 МПа и 35,7 МПа. Прочность составов при изгибе практически не меняется.
60
г Изгиб
1.2 3.1 3.2 3.3 3.4
Составы
Рис. 2. Прочностные характеристики композиционного гипсового камня с комплексом добавок с метакаолином
Таким образом, в ходе исследования были разработаны составы КГВ с активными минеральными добавками метакаолином и цеолитами, обладающие высокими коэффициентами водостойкости, которые могут быть использованы для создания сухих строительных смесей и для элементов конструкций малоэтажных зданий.
Список литературы
1. Зырянов М.С., Манушина А.С., Потапова Е.Н. Влияние вида метакаолина на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего// Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том XXXI, № 3 (184). - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2017. - С. 40-42.
2. Манушина А.С., Зырянов М.С., Потапова Е.Н. Влияние вида цемента на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего//Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том XXXI, № 3 (184). - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2017. -С. 63-65.
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.
