CC BY
44
УДК 691.311
Власова ЕЮ., Белова А.И., Сычева ЛИ.
СОСТАВЫ И СВОЙСТВА ГИПСОВЫХ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ
Власова Елена Юрьевна, студентка 1 курса магистратуры кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов, e-mail: vlasova.lena111@vandex.ru;
Белова Ангелина Ивановна, студентка 4 курса бакалавриата кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов;
Сычева Людмила Ивановна, к.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов;
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Изучены свойства гипсовых смесей, приготовленных из а- и ß-полугидратов сульфата кальции. Определены зависимости прочностных и структурных характеристик затвердевших смесей от их состава и вида пластифицирующих добавок.
Ключевые слова: гипсовые вяжущие вещества, добавки, пластификатор, водопоголощение, пористость.
THE COMPOSITIONS AND PROPERTIES OF GYPSUM MOLDING COMPOUNDS
Vlasova E.Y., Belova A.I., Sycheva L.I.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Properties of the plaster mixes prepared from a-and sulfate ß-semi-hydrates calcium are studied. Dependences of strength and structural characteristics of the hardened mixes on their structure and a type of the plasticizing additives are defined.
Keywords: gypsum binders, additives, plasticizer, water absorption, porosity.
В настоящее время гипсовые вяжущие находят широкое применение не только в строительстве, но и ряде других отраслей промышленности. Одной из областей их использования является керамическая промышленность. Из гипсовых вяжущих традиционно изготавливают модели, формы для производства керамических изделий. Такие формы должны обладать повышенной прочностью и достаточной пористостью для быстрого водопоглощения и обезвоживания шликера. Добиваясь улучшения этих свойств, можно существенно повысить срок службы гипсовых форм и качество готовых керамических изделий.
Используя для изготовления формовочных смесей различные модификации гипсовых вяжущих, можно управлять структурой и свойствами готовых гипсовых форм. Этого можно добиться смешением а- и Р-модификаций сульфата кальция. Так же контролировать свойства гипсового камня можно путем введения специальных функциональных добавок [1-3].
Цель данного исследования - изучение свойств гипсовых смесей и оценка возможности использования их в качестве формовочных гипсовых смесей, а также улучшение таких характеристик как прочность и пористость, путем подбора состава смеси и введения в нее пластифицирующих добавок.
Экспериментальная часть
Материалы и методы исследования. В работе были использованы строительный гипс ООО «Кнауф-Гипс» (Р-ПГ) и высокопрочный гипс ЗАО «Самарский гипсовый комбинат» (а-ПГ). Фазовый состав вяжущих представлен полугидратом сульфата кальция. Однако различные технологии этих вяжущих приводят к получению а- и Р-модификаций полугидрата сульфата кальция, что определяет их свойства (таблица 1).
Таблица 1. Технические характеристики _используемых материалов._
Характеристики материалов а-ПГ ß-ПГ
Нормальная густота,% 49 58
Предел прочности образцов при сжатии, МПа - в возрасте 2-х часов - высушенных до постоянной массы 7 28 1 9
Сроки схватывания, мин
- начало 10-30 8-00
- конец 14-30 13-00
Для повышения пластичности гипсового теста и снижения водогипсового отношения выбраны пластифицирующие добавки: Ме1шеП Р150 (Р15) и Б1ка ^со0ее-02 (02). Ме1шеП Р150 - это сульфонированный порошковый продукт
поликонденсации на основе меламина, полученный методом распылительной сушки. Б1ка "УЪсоСге1е-02 -это суперпластификатор на основе поликарбоксилатных эфиров. Добавки применялись в количествах 0,2, 0,3 и 0,5 масс. %.
Результаты и их обсуждение. На первом этапе работы были приготовлены гипсовые смеси из а-ПГ и Р-ПГ сульфата кальция с шагом 20 % масс. Структура а- и Р-модификаций полугидрата различается: у а-ПГ кристаллы крупные и четко оформленные, а у Р-ПГ они мелкие и плохо окристаллизованые. Этим объясняется их различная водопотребность. При увеличении содержания а-ПГ сульфата кальция в составе гипсовой смеси увеличиваются сроки схватывания, но при этом уменьшается нормальная густота, вследствие меньшей водопотребности а-ПГ сульфата кальция. Процесс твердения начинается тем раньше, чем больше количество Р-ПГ в составе смеси (таблица 2).
Таблица 2. Сроки схватывания и нормальная густота гипсовых смесей.
№ Состав НГ, % Сроки схватывания, мин-сек
Начало Конец
1 a-ПГ 49 10-30 14-30
2 р-ПГ 58 8-00 13-00
3 20% a-ПГ + 80% р-ПГ 57 8-30 11-00
4 40% a-ПГ + 60% р-ПГ 55 9-00 12-30
5 60% a-ПГ + 40% р-ПГ 53 9-30 12-30
6 80% a-ПГ + 20% р-ПГ 51 9-30 13-30
При увеличении содержания a-ПГ суль( ата На втором этапе работы были определены
кальция прочностные характеристики гипсовои смеси улучшаются. Так, прочность на сжатие высушенных до постоянной массы образцов составила 21,3 и 8,6 МПа для смесей с содержанием 80 и 20 % а-ПГ соответственно (рис. 1).
Образцы, в которых содержание а-ПГ больше, имеют пониженные значения пористости и водопоглощения. Так, пористость понизилась с 41,8 до 30,6% для составов 20% а-ПГ + 80% Р-ПГ и 80% а-ПГ + 20% Р-ПГ соответственно (рис. 2).
2 часа 1 сутки 7 сутки
Время твердения
2 Оа-ПГ+8 0 р -ПГ ■6 Оа-ПГ+4 0 р -ПГ
»40а-ПГ+60|3-ПГ ► 80а-ПГ+20р-ПГ
Рис. 1. Прочность гипсовых смесей.
50
- ¡ 40
t- i ® I
н Я 30
as 30 S ч
G§ 20 W
Lili.
а
10
Р-ПГ 20a+80p40a+60p60a+40p80a+20p а-ПГ Пористость — Водопоглощение
свойства гипсового камня в присутствии пластифицирующих добавок Melment F15 и Sika Visco Crete G-2. Установлено, что введение пластификаторов снижают НГ гипсового теста. В случае добавки Melment F15 в количестве 0,2%, НГ смеси 60% a-ПГ + 40% Р- снижалась с 53 до 46 %. При введении добавки G-2 в таком же количестве НГ осталась неизменной (таблица 3). Пластифицирующие добавки снижают
водопотребность гипсового вяжущего на 10-15%, по сравнению с бездобавочными составами.
При введении добавки пластификатора сроки схватывания гипсового теста снижаются, причем, чем больше концентрация добавки, тем быстрее наступает схватывание.
Принцип действия подобных пластификаторов основывается на изменении электроотрицательности ^-потенциала поверхности частиц гипсового вяжущего. При введении пластификатора, который адсорбируется на поверхности частиц, ^-потенциал сильно смещается в отрицательную область и происходит электростатическое диспергирование. Рассеивание частиц гипсового вяжущего происходит в начале гидратации. Таким образом, подвижность и перерабатываемость пластифицированного раствора значительно увеличивается, а вот водопотребность смеси существенно снижается [4].
Адсорбция молекул пластификатора на частицах вяжущего и продуктах его гидратации, а также снижение водопотребности гипсового вяжущего приводят к формированию короткостолбчатых призматических кристаллов дигидрата сульфата кальция, которые складываются в плотную структуру [5].
Рис. 2. Водопоглощение и пористость образцов
Таблица 3. Нормальная густота гипсовых смесей с пластификатором.
Добав ка, % Составы гипсовых смесей
a-ПГ р-ПГ 20% a-тч-80% р-ПГ 40% a-тч-60% р-ПГ 60% a-тч-40% р-ПГ 80% a-ШЧ-20% р-ПГ
Melment F-15/Sika G-2
0 49 58 57 55 53 51
0,2% 40/40 56/55 52/52 49/49 46/46 43/43
0,3% 34/34 53/54 50/53 47/47 43/43 36/39
0,5% 32/24 50/49 48/46 45/44 40/36 30/28
Снижение водопотребности гипсового вяжущего приводит к уплотнению структуры гипсового камня. Введение пластифицирующих добавок влияет на пористость и, соответственно, на водопоглощение затвердевших образцов. При увеличении концентрации добавки, пористость значительно снижается, и, соответственно, снижается водопоглощение (рис.3). Так, для а-ПГ значения водопоглощения изменились с 17,3% для бездобавочного состава до 10,9% и 7,3% при введении Б15 и 0-2 соответственно. Аналогично и для гипсового вяжущего из Р-ПГ. Для Р-ПГ значения водопоглощения изменились с 31,5 % для бездобавочного состава до 22,2 % и 22,1 % при введении Б15 и 0-2 соответственно.
¡| 1111| Ш
Рис.3. Влияние добавок пластификаторов на пористость и водопоглощение гипсовой смеси 60% а-ПГ + 40% Р-ПГ.
При концентрациях 0,2 и 0,3 % масс. добавки Ме1теП F15 и Sika ViscoCrete G-2 оказывают одинаковое влияние на свойства гипсовых смесей. Но увеличение количества
добавки Sika ViscoCrete G-2 до 0,5 % масс. приводит к значительному снижению пористости и водопоглощения гипсового камня. Столь низкое значение этих параметров уже не приемлемо для гипсовых формовочных смесей.
Заключение
Получены гипсовые смеси на основе a- и ß-полугидратов сульфата кальция и определены их технические свойства.
Установлено, что при увеличении в составе смеси доли a-модификации полугидрата сульфата кальция снижается нормальная густота гипсового теста и удлиняются сроки схватывания.
Прочность на сжатие изменяется пропорционально увеличению доли a-ПГ в гипсовой смеси. По мере увеличения содержания a-ПГ прочность гипсового камня, высушенного до постоянной массы, увеличивается с 10,1 до 21,3 МПа.
При введении пластифицирующих добавок водопотребность гипсовых смесей уменьшается, что приводит к снижению пористости и водопоглощения, а прочность при этом увеличивается. Для состава 60% a-ПГ + 40% ß-ПГ пористость гипсового камня снизилась с 35,7% до 22,1 и 18,4% при введении 0,5% масс. пластификаторов F15 и G-2 соответственно.
Список литературы
1. Ферронская А.В. Гипсовые материалы и изделия. Производство и применение. Справочник [Текст]. - М.: АСВ, 2004. 488 с.
2. Андрианов Н. Т., Балкевич В. Л., Беляков А. В. и др. Химическая технология керамики: учебное пособие для вузов. Под ред. Проф. И. Я. Гузмана. М. : ООО РИФ «Стройматериалы», 2012 - 496 с.
3. Rafael E. Ochoa, Carlos A. Gutiérrez, Juan C. Rendón, Effect of preparation variables of plaster moldsfor slip casting of sanitary ware / Rafael E. Ochoa // Cement & Concrete Composites. - 2010.
4. Изотов В.С. Химические добавки для модификации бетона: монография / В.С. Изотов, Ю.А. Соколова. - М.: Издательство «Палеотип», 2006. 244 с.
5. Власова Е.Ю., Сычева Л.И. Влияние добавок пластификаторов на морфологию кристаллов гипса // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр.- 2018. - Том 32, № 2. -с. 51-53
