CC BY
21
УДК 691.3
Пьяе Соне Лвин, Сычева Л.И.
ВЛИЯНИЕ АКТИВНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВЫХ ВЯЖУЩИХ
Пьяе Соне Лвин, студент 2 курса магистратуры факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: [email protected];
Сычева Людмила Ивановна, к.т.н., 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
Получены гипсоцементно-пуццолановые вяжущие с различными пуццолановыми добавками - трепелом и метакаолином. Изучено влияние добавок винной кислоты и пластификатора на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего.
Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, трепел, метакаолин, прочность, водостойкость.
INFLUENCE OF ACTIVE MINERAL ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF GYPSOCEMENT-PUZZOLANE BINDERS Pyae Sone Lwin, Sycheva L.I.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Gypsum-cement - pozzolan binders with various pozzolan additives - trepel and metakaolin were obtained and the effect of plasticizing and retarding additives on the properties of gypsum-cement-pozzolan binders was studied. Key words: gypsum-cement-pozzolan binder, trepel, metakaolin, strength, water resistance
Гипсовые вяжущие и изделия входят в число широко применяемых строительных материалов благодаря простоте, экономичности и низкому энергопотреблению при их производстве. Достаточные запасы природного гипсового камня и большое количество гипсосодержащих отходов обеспечивают богатую сырьевую базу для производства гипсовых вяжущих материалов.
Изделия на основе гипсовых вяжущих отличаются относительно низкими тепло- и звукопроводностью, небольшой массой, а также экологической чистотой. Гипсовые материалы обладают хорошими показателями паро- и воздухопроницаемости, способностью поглощать лишнюю влагу из воздуха и отдавать ее при снижении влажности, что в свою очередь способствует благоприятному микроклимату в помещении [1].
В последние время строительные смеси 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 отличаются рядом ценных свойств. Производство гипсовых вяжущих нетоксично, отличается низким потреблением топлива и энергии (примерно в 4-5 раз меньше по сравнению с производством цемента).
ГЦПВ - это композиция, которая представляет собой смесь гипсового вяжущего, портландцемента и активной минеральной добавки [2]. В качестве добавки могут быть различные искусственные и природные материалы, содержащие в своем составе активный микрокремнезем: трепел, опока, диатомит, кислые шлаки и золы, и т.д.
Метакаолин - это искусственный, экологически чистый минерал, который получают путем
термической обработки каолинита. Он применяется в качестве пуццолановой добавки для модификации цементных материалов с целью повышения их прочности, морозостойкости, защиты практически от всех видов коррозии бетона и для предотвращения высолообразованния на поверхности бетонных изделий [3].
Трепел - это опаловая порода, с рыхлой структурой осадочного происхождения. Он формируется донными отложениями морских водорослей, содержащих кремний. Содержит некрупные опаловые глобулы, а также примесь глины, полевого шпата, кварца.
Исходные материалы. В работе использовали гипсовое вяжущее марки Г-5 производства ООО «Кнауф Гипс»; портландцемент ЦЕМ I ЗАО «Осколцемент»; активные минеральные добавки: метакаолин и трепел; пластифицирующую добавку Ме1теП Б150 и замедлитель схватывания - винную кислоту.
Предварительно была определена активность минеральных добавок путем поглощения добавками извести из насыщенного известкового раствора.
Полученные результаты показывают, что активность добавок, определенная в течение 30 суток, трепела - 322 мг/г, а метакаолин - 645 мг/г добавки (рис. 1). Активность метакаолина почти в два раза превышает активность трепела. Однако, обе добавки могут быть использованы для получения ГЦПВ, так как их активность выше 200 мг/г добавки.
Рис. 1. Активность минеральных добавок по поглощению Са(ОН)2
Свойства гипсоцементно-пуццолановых
вяжущих. Были получены два состава ГЦПВ, соотношение компонентов в которых определяли по методике [4]. Поскольку активность добавки трепела значительно ниже активности метакаолина, то в состав ГЦПВ трепела входит больше (таблица 1).
Таблица 1. Составы гипсоцементно-пуццоланового
вяжущего
Активная минеральная добавка Компоненты ГЦПВ, %
Гипсовое вяжущее Портландцемент АМД
Метакаолин 55.6 34.7 9.7
Трепел 50.6 31.6 17.8
Нормальная густота теста из ГЦПВ с метакаолином составила 51 %, с трепелом - 53 %, так как трепел имеет развитую удельную поверхность и его количество в составе ГЦПВ выше, чем метакаолина.
Сроки схватывания ГЦПВ с метакаолином определяли на тесте нормальной густоты. Начало схватывания составило 3 мин, а конец схватывания 4,5 мин. Начало схватывания ГЦПВ с трепелом составило 2,5 мин, а конец схватывания 5,5 мин.
Прочность вяжущего увеличивается по мере твердения и к 28 сут достигает значения для метакаолина 21,5 МПа и для трепела 12,2 МПа, при этом пористость у вяжущего с метакаолином пористость ниже, чем у вяжущего с трепелом.
Более высокая прочность ГЦПВ с добавкой метакаолина объясняется, прежде всего, его высокой активностью и составом. При взаимодействии с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации портландцементной составляющей, образуются гидросиликаты и гидроалюмосиликаты кальция, которые способствуют формированию более плотной структуры цементного камня.
Влияние добавок на свойства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих. Поскольку ГЦПВ имеет короткие сроки схватывания, что будет затруднять его использование на практике, для замедления процесса схватывания, вяжущего была выбрана добавка винной кислоты в количестве 0,1; 0,2 и 0,3% (таблица 2).
Таблица 2. Нормальная густота и сроки схватывания ГПЦВ с добавкойМе1теП Е150 и винной кислоты
Ме1шеШ:, % НГ, % Сроки схватывания, мин Винная кислота, % НГ, % Сроки схватывания, мин
Начало Конец Начало Конец
метакаолин
0 51 3 4 0 51 2.5 4
0,3 48 3,5 4,5 0.1 50 16.5 32.5
0,5 46 4,5 5,5 0.2 51 28 58
0,7 43 3 4 0.3 51 47 1час 25 мин
трепел
0 53 2,5 4,5 0 53 2,5 4,5
0,3 51 3,5 5 0.1 52 12.5 20.5
0,5 49 4,5 6 0.2 52 21.5 44
0,7 45 2,5 4,5 0.3 52 31 1 час 10мин
Нормальная густота гипсового теста с добавкой винной кислоты практически не менялась, а сроки схватывания замедлялись. Анализ результатов эксперимента показал, что при введении добавки винной кислоты наблюдается пропорциональная зависимость между временем схватывания вяжущего и количеством добавки. Начало схватывания ГЦПВ с добавкой винной кислоты 0,1% составило 16 мин, а конец схватывания 32 мин, при увеличении количества добавки до 0,2% сроки схватывания выросли до 28 мин и 58 мин. Добавка винной кислоты 0,3% привела уже к значительному удлинению сроков схватывания до 47мин и 1 час 25мин. В дальнейших исследованиях для замедления сроков схватывания
ГЦПВ была выбрана добавка винной кислоты в количестве 0,2%.
Установлено, что добавка винной кислоты значительно замедляет набор прочности ГЦПВ, это особенно заметно на ранних сроках твердения, но к 28 сут твердения прочности вяжущих с добавкой и без нее мало отличаются (рис. 2).
Рис. 2. Прочность гипсоцементно-пуццолановых вяжущих
Для получения пластичных удобоукладываемых растворов часто применяют пластифицирующие добавки (рис. 3). Суперпластификатор Ме1теП Б150 разработан для вяжущих на основе сульфата кальция. Для определения оптимальной концентрации пластификатора была определена зависимость нормальной густоты цементного теста от количества добавки.
Увеличение концентрации добавки
пластификатора до 0.7% привело к снижению нормальной густоты цементного теста с 51-53% до 43% и 45% соответственно для ГЦПВ с метакаолином и трепелом.
Установлено, что добавка Ме1теП влияет на прочность гипсовых вяжущих. При введении 0,7% добавки Ме1теП прочность гипсового камня повышается, прочность ГЦПВ с метакаолином на сжатии составила 23,9 МПа и ГЦПВ с трепелом 16,8 МПа. Увеличение прочности обусловлено снижением нормальной густоты и увеличением плотности образцов.
В заключении следует отметить, что оптимальным составом гипсоцементно-
пуццоланового вяжущего является состав на основе портландцемента, строительного гипса и метакаолина
с добавками 0,2 % винной кислоты и 0,7 % добавки Ме1теП Б150. Это вяжущее может быть рекомендовано для изготовления санитарно-технических кабин и вентиляционных блоков, а также сухих строительных смесей.
30
25
20
а
§ 15
тс г. 10
$
о р 5
с
0
Метакаолин
18,5
19,8
7 14
Время твердения, сут ■ изгиб ■ сжатие
28
Рис. 3. Прочность гипсоцементно-пуццолановых вяжущих с 0,7 % добавки Ме1теП Е150
Список литературы
1. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник под общей ред. А.В. Ферронской. - М.: Издательство АСВ, 2004. 488 с.
2. Коровяков В.Ф. Повышение водостойкости гипсовых вяжущих веществ и расширение областей их применения// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2005 - №3 - С. 50-52.
3. Волженский А.В., Ферронская А.В. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. - М.: Стройиздат 1971. 318 с.
4. Потапова Е.Н., Исаева И.В. Повышение водостойкости гипсового вяжущего// Строительные материалы, 2012 - № 7 - С. 20-24.
23,9
3
