CC BY
55
УДК 666.952: 691.54
Г айфуллин А.Р. - ассистент
E-mail: gaifi@list.ru
Халиуллин М.И. - кандидат технических наук, доцент
Рахимов Р.З. - доктор технических наук, профессор
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Адрес организации: 420043, Россия, г. Казань, ул. Зелёная, д. 1
Строительный гипс с добавками керамзитовой пыли Аннотация
Установлены зависимости, характеризующие влияние добавок молотой керамзитовой пыли различного состава и удельной поверхности на основные физикотехнические свойства строительного гипса. Установлено, что эффективность добавки молотой керамзитовой пыли при ее введении в строительный гипс возрастает при снижении содержания в ее составе недегидратированной глины от 14,1 до 9,5 %. Разработаны составы экономичных гипсокерамзитовых вяжущих, в которых от 20 до 30 % строительного гипса заменено на отход производства стройиндустрии - молотую керамзитовую пыль без существенного снижения физико-технических показателей.
Ключевые слова: керамзитовая пыль, строительный гипс, искусственный камень, эффект стерического стеснения, недегидратированная глина.
Введение
Решение проблемы обеспечения «устойчивого развития» с точки зрения ресурсо-, энергосбережения и экологии связано с расширением производства строительных материалов на основе и с применением техногенных отходов, а также побочных продуктов различных отраслей промышленности [1]. В частности, одним из развиваемых направлений является снижение потребления природного сырья для производства вяжущих веществ при введении в их состав наполнителей техногенного происхождения [2]. К многотоннажным отходам промышленности строительных материалов относится керамзитовая пыль, ежесуточные объемы образования которой на каждом керамзитовом заводе составляют 7-S т.
Целью настоящей работы являлись исследования влияния керамзитовой пыли различного минерального состава и тонкости помола на свойства строительного гипса.
Методы и материалы
При проведении работы применялся строительный гипс Г5АІІ производства ООО «Аракчинский гипс» по ГОСТ 125-79.
В состав исходного строительного гипса вводились добавки предварительно размолотой до удельных поверхностей 250, 500 и S00 м2/кг керамзитовой пыли, отобранной в системах пылеочистки цехов по производству керамзитового гравия: с циклонов пылеочистки Нижнекамского ООО «Камэнергостройпром» (проба КП-1) и с фильтров пылеочистки того же предприятия (проба КП-2); с циклонов пылеочистки Казанского завода керамзитового гравия ОАО «Татстрой» (проба КП-3); с циклонов пылеочистки ООО «Уфимская гипсовая компания» (проба КП-4).
Испытания гипсовых вяжущих осуществлялись по ГОСТ 125-79, образцы гипсового камня испытывались на прочность в возрасте 2S сут. с последующим высушиванием до постоянной массы. Определение коэффициента размягчения осуществлялось по ТУ 21-02S4757-90.
Результаты и обсуждение результатов
Проведенными исследованиями установлено, что отобранные пробы керамзитовой пыли различаются по химическому, минеральному, фазовому и гранулометрическому составам. Результаты исследований показывают, что керамзитовая пыль представляет
собой термоактивированную глину, в состав которой входит определенное количество недегидратированной глины и дегидратированных глинистых минералов с кристаллическими решетками различного уровня дефектности.
Анализ содержания в пробах керамзитовой пыли глинистых частиц, выполненный методом набухания по ГОСТ 8735-88, выявил, что содержание недегидратированной глины в пробах КП-1, КП-2, КП-3 и КП-4 составляет, соответственно, 9,5; 11,3; 12,5 и 14,1 %.
Глинистые примеси по отношению к продуктам низкотемпературного обжига гипсовых пород являются химически инертными [3-5]. Вместе с тем, известно, что любые минеральные добавки влияют на структурообразование камня твердеющего вяжущего [2, 6-9]. В соответствии с этими представлениями минеральные добавки целесообразно подразделять на физически активные и физико-химические активные. Первые участвуют в формировании структуры и свойств камня вяжущего без химического взаимодействия с ним и образования дополнительных продуктов с вяжущими свойствами; вторые вступают в химическое взаимодействие с продуктами гидратации вяжущего с образованием продуктов, проявляющих вяжущие свойства.
На рисунках 1 и 2 приведены результаты исследований влияния количества вводимых в состав строительного гипса добавок керамзитовой пыли различного минерального состава при удельной поверхности 250 м2/кг и 800 м2/кг на прочность при сжатии искусственного камня.
О 5 10 \Ь 20 25 30 35 40
Количество керамзитовой пыли, %
Рис. 1. Зависимость прочности камня строительного гипса от количества добавок молотой керамзитовой пыли различного минерального состава при удельной поверхности 250 м2/кг: ♦ - КП-1; ■ - КП-2; ▲ - КП-3; х - КП-4
18
л>
С
2 17 1
х
С \
ю . ....
О 5 10 15 20 25 30 35 40
Количество керамзитовой пыли, %
Рис. 2. Зависимость прочности камня строительного гипса от количества добавок молотой керамзитовой пыли различного минерального состава при удельной поверхности 800 м2/кг: ♦ - КП-1; ■ - КП-2; ▲ - КП-3; х - КП-4
Подобными приведенными на рисунках 1 и 2 закономерностями описываются и изменения прочности искусственного камня на основе строительного гипса при введении в его состав различного количества керамзитовой пыли с удельной поверхностью 500 м2/кг.
Таким образом, анализ приведенных данных исследований показывает, что характер изменения прочности искусственного камня на основе строительного гипса от количества вводимых добавок керамзитовой пыли различного минерального состава и дисперсности описывается подобными закономерностями. При введении до 10 % добавок прочность строительного камня снижается на 9,4-15,8 %. Дальнейшее увеличение количества вводимых добавок до 20-30 % приводит к снижению динамики уменьшения прочности. Дальнейшее увеличение количества вводимых добавок до 40-50 % приводит к значительному снижению прочности искусственного камня на 35 % и более.
Динамика изменения прочности образцов в зависимости от количества вводимых добавок молотой керамзитовой пыли в пределах от 10 % до 20-30 % объясняется эффектом стерического стеснения, когда определенный объем наполнителя участвует в образовании каркаса в сочетании с частицами вяжущего. Подобный механизм влияния инертных наполнителей на свойства камня на основе различных вяжущих описан в работах В.И. Соломатова и Л.И. Дворкина [8].
Стерический эффект влияния добавок молотой керамзитовой пыли, отражающийся на динамике изменении прочности, проявляется при снижении ее содержания в составе вяжущего от 30 до 20 % с увеличением степени помола до удельной поверхности от 250 до 800 м2/кг.
Сравнение зависимостей влияния добавок керамзитовой пыли различного состава показывает, что увеличение в составе добавок содержания недегидратированной глины приводит к большему снижению прочности искусственного камня.
Анализ полученных закономерностей влияния добавок молотой керамзитовой пыли с различной удельной поверхностью на прочность искусственного камня на основе строительного гипса позволил установить, что в наименьшей степени снижение его прочности наблюдается при удельной поверхности молотой керамзитовой пыли 500 м2/кг.
В таблице 1 приведены результаты исследований влияния количества и удельной поверхности добавок молотой керамзитовой пыли на нормальную густоту и сроки схватывания строительного гипса.
Таблица 1
Влияние количества и удельной поверхности добавок молотой керамзитовой пыли на нормальную густоту и сроки схватывания строительного гипса
Вид добавки Содержание добавки Удельная поверхность, м2/кг
250 500 800
Нормальная густота Сроки схватывания мин.-с. Нормальная густота Сроки схватывания мин.-с. Нормальная густота Сроки схватывания мин.-с.
начало конец начало конец начало конец
- 0 53 5-00 8-00 53 5-00 8-00 53 5-00 8-00
КП-1 10 53 5-15 8-20 54 5-30 8-40 55 5-40 8-55
20 54 5-30 8-50 55 5-50 9-20 56 6-05 9-40
30 55 6-00 9-50 56 6-20 10-10 57 6-40 10-30
КП-2 10 54 6-20 8-45 55 6-40 8-15 56 7-00 9-10
20 55 6-35 9-20 57 6-50 9-00 58 7-10 9-30
30 57 6-50 10-10 58 7-10 10-30 60 7-40 10-00
КП-3 10 55 6-35 9-00 56 7-50 9-20 58 8-10 9-40
20 56 6-50 9-35 57 8-10 9-50 59 8-35 10-25
30 58 7-10 10-25 59 8-25 10-40 61 8-50 11-05
КП-4 10 55 6-50 9-15 57 8-10 10-20 59 8-30 10-35
20 57 7-10 9-50 58 8-40 10-40 60 8-45 11-00
30 59 7-30 10-40 60 9-00 11-00 62 9-20 11-30
Анализ приведенных в таблице 1 данных исследований показывает, что нормальная густота и сроки схватывания теста строительного гипса возрастают пропорционально увеличению количества вводимых в его состав добавок молотой керамзитовой пыли и содержанию в составе керамзитовой пыли недегидратированной глины. При введении до 30 % добавок молотой керамзитовой пыли и изменении содержания в ее составе недегидратированной глины от 9,5 до 14,1 % нормальная густота строительного гипса возрастает с 53 до 62 %, начало схватывания увеличивается с 5 минут до 9 минут 20 секунд, а конец схватывания - с 8 минут до 11 минут 30 секунд.
Возрастание нормальной густоты теста строительного гипса при введении добавок молотой керамзитовой пыли объясняется тем, что имеющая пористую структуру керамзитовая пыль увеличивает водопотребность вяжущего.
В таблице 2 приведены результаты исследований влияния количества и удельной поверхности добавок молотой керамзитовой пыли на коэффициент размягчения искусственного камня на основе строительного гипса.
Таблица 2
Влияние количества и удельной поверхности добавок молотой керамзитовой пыли на коэффициент размягчения искусственного камня на основе строительного гипса
Вид добавки Количество добавки,% Коэффициент размягчения при удельной поверхность добавки, м2/кг
250 500 800
- 0 0,33 0,33 0,33
КП-1 10 0,34 0,33 0,32
20 0,33 0,31 0,30
30 0,31 0,29 0,28
КП-2 10 0,32 0,31 0,29
20 0,30 0,29 0,27
30 0,28 0,27 0,26
КП-3 10 0.30 0,29 0,28
20 0,29 0,28 0,26
30 0,27 0,26 0,25
КП-4 10 0,29 0,27 0,26
20 0,27 0,26 0,24
30 0,25 0,24 0,23
Анализ приведенных в таблице 2 результатов исследований показал, что коэффициент размягчения искусственного камня на основе строительного гипса при введении в его состав до 30 % добавок молотой керамзитовой пыли с удельной поверхностью от 250 до 800 м2/кг и содержанием в ней недегидратированной глины от 9,5 до 14,1 % снижается с 0,33 до 0,23.
Разновидности бездобавочного строительного гипса характеризуются прочностью при сжатии камня в 28-суточном возрасте в сухом состоянии от 10 до 18 МПа [10].
Приведенные выше результаты исследований показывают, что, несмотря на некоторое снижение прочности камня строительного гипса, при добавках до 20-30 % молотой керамзитовой пыли, полученное гипсокерамзитовое вяжущее может применяться для производства на его основе различных строительных материалов для эксплуатации в помещениях с влажностью до 60 %, наряду с бездобавочным строительным гипсом.
Заключение
Таким образом, в результате проведенных исследований получены зависимости, характеризующие влияние добавок молотой керамзитовой пыли различного состава и удельной поверхности на основные физико-технические свойства строительного гипса. Установлено, что введение в состав строительного гипса добавок молотой керамзитовой пыли различного состава при удельной поверхности в пределах 250-800 м2/кг в количестве 20-30 % по массе, вследствие проявления эффекта стерического стеснения,
приводит к некоторому снижению прочности при сжатии искусственного камня на основе гипсового вяжущего с 16,2 МПа до 14,3-11,8 МПа и коэффициента размягчения с
0,35 до 0,31-0,23, что позволяет использовать полученное гипсокерамзитовое вяжущее наравне с бездобавочным строительным гипсом. На основе разработанного гипсокерамзитового вяжущего могут изготовляться сухие строительные смеси, стеновые камни, другие материалы и изделия, которые наравне с аналогами на основе более дорогостоящего в производстве бездобавочного строительного гипса могут применяться для эксплуатации в помещениях с влажностью до 60 %.
Список литературы
1. Будущее мировой экономики. Доклад группы экспертов ООН во главе с В. Леонтьевым: Сб. докладов / Под ред. В. Леонтьева. - М.: Международные отношения, 1979. - 212 с.
2. Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р. Научные, экспериментальные, техникоэкономические и технологические предпосылки управления структурой и свойствами наполненных искусственных строительных композиционных материалов // Градостроительство, 2011, № 3 (13). - С. 73-79.
3. Будников П.П. Гипс, его исследование и применение. - М.: Госстройиздат, 1943. - 373 с.
4. Баженов Ю.М., Коровяков В.Д., Денисов Г.А. Технология сухих строительных смесей. - М.: Изд-во АСВ, 2003. - 96 с.
5. Лесовик В.С., Погорелов С.А., Строкова В.В. Гипсовые вяжущие материалы и изделия. Учебное пособие. - Белгород: Изд-во БелгТАСМ, 2000. - 224 с.
6. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1988. - 304 с.
7. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. - М.: Наука, 1968. - 384 с.
8. Дворкин Л.И., Соломатов В.И., Выровой В.Н., Чудновский С.М. Цементные бетоны с минеральными наполнителями. - К.: Будивельник, 1996. - 136 с.
9. Гаркави М.С., Фетисова Л.А., Шумова Л.В. и др. Активация структурообразования при твердении вяжущих веществ // Десятые академические чтения РААСН «Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения». - Пенза-Казань: КГАСУ, 2006. - С. 144-145.
10. Ферронская А.В. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. - М.: Изд-во АСВ, 2004. - 488 с.
Gaifullin A.R. - assistant E-mail: gaifi@list.ru
Khaliullin M.I. - candidate of technical sciences, associate professor Rachimov R.Z. - doctor of technical science, professor Kazan State University of Architecture and Engineering
The organization address: 420043, Russia, Kazan, Zelenaya st., 1
Gypsum binder with additives of a haydite dust
Resume
In this work dependences of the main properties of gypsum binder on the contents, mineral structure and a subtlety of a grinding of additives of a haydite dust are received. It is established that introduction of additives of a haydite dust of various mineral structure and dispersion in quantity to 20-30 % doesn't cause essential decrease in the physical - technical indicators of gypsum binder. This phenomenon is explained by the effect of the steric constraint. It is established that decrease in the contents of a haydite dust the undehydrate clay with 14,1 to 9,5 % leads to increase of efficiency of a haydite dust as an additive in gypsum
binder. The carried-out researches allowed to develop structures economic gypsum binder with the contents to 30 % of a ground haydite dust at its optimum specific surface of 500 m2/kg. Thus essential decrease in physical-technical indicators of the gypsum binder doesn't occur.
Keywords: haydite dust, gypsum binder, artificial stone, undehydrate clay, effect of the steric constraint.
References
1. Future of world economy. The report of a group of experts of the United Nations led by V. Leontyev: The collection of reports / Under V. Leontyev's edition. - М.: International relations, 1979. - 212 p.
2. Rakhimov R.Z., Rakhimova N.R. Scientific, experimental, technical economic and technological preconditions of management of structure and properties of the filled artificial construction composite materials // Town building, 2011, № 3 (13). - P. 73-79.
3. Budnikov P.P. Gypsum, its research and application. - M.: Stroyizdat, 1943. - 373 p.
4. Bazhenov Yu.M., Korovjakov V.F., Denisov G.A. Technology of dry construction mixes. - М.: Publishers ASV, 2003. - 96 p.
5. Lesovik V.S., Pogorelov S.A., Strokova V.V. Gypsum binder materials and products. Tutorial. - Belgorod: BelGTASM, 2000. - 224 p.
6. Mchedlov-Petrosyan O.P. Chemistry of inorganic construction materials. - M.: Stroyizdat, 1988. - 304 p.
7. Rebinder P. A. Physical and chemical mechanics of disperse structures. - M.: Science, 1968. - 384 p.
8. Dvorkin L.I., Solomatov V.I., Vyrovoj V.N., Chudnovsky S.M. Cement concrete with mineral fillers. - K: Budivelnik, 1996. - 136 p.
9. Garkavi M.S., Fetisov L.A., Shumova L.V. Structurization activation at a tverdeniye of binders substances // Tenth academic readings RAASN «Achievements, problems and the directions of development of the theory and practice of construction materials science». Penza-Kazan: KSUAE, 2006. - P.144-145.
10. Ferronskaja A.V. Gypsum materials and products (production and application). Reference book. - М.: Publishers ASV, 2004. - 488 p.
