CC BY
151
УДК 666.914.5
Д. В. Амелина, В. В.Федорова, Л. И. Сычева*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, стр. 4. * e-mail: lis@rctu.ru
ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА НА СВОЙСТВА ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
Получены многофазовые гипсовые вяжущие с различным соотношением фаз в системе: растворимый ангидрит - нерастворимый ангидрит и полугидрат - нерастворимый ангидрит. Показано как увеличение доли нерастворимого ангидрита в составе вяжущего влияет на его строительно-технические свойства. Изучена кинетика перехода растворимого ангидрита в полугидрат сульфата кальция при хранении гипсовых вяжущих и определено его влияние на свойства материала.
Ключевые слова: многофазовые гипсовые вяжущие, растворимый ангидрит, нерастворимый ангидрит.
В настоящее время объемы использования гипсовых вяжущих в строительстве заметно увеличились вследствие применения в строительной практике сухих смесей и механизации штукатурных работ. Одной из проблем производства гипсовых вяжущих в нашей стране является их узкая номенклатура. Около 90% от всего объема производства приходится на низкообжиговый строительный гипс марок Г2 -Г4, отсутствует выпуск ангидритовых и композиционных гипсовых вяжущих.
В зарубежных странах широко распространен выпуск многофазовых гипсовых вяжущих (МГВ), которые представляют собой смесь в - полугидрата сульфата кальция (ПГ), растворимого ангидрита (РА) в количестве от 30 до 60% по массе и нерастворимого ангидрита (НА). Изменяя соотношение отдельных фаз, можно регулировать необходимые свойства: сроки схватывания, водостойкость, прочность.
В ряде работ представлены результаты исследования многофазовых гипсовых вяжущих, полученных путем смешивания низко- и высокообжиговых вяжущих [1,2]. Поскольку вяжущие, полученные в современных установках быстрого обжига представляют собой именно многофазовый продукт, нам представлялось интересным получение МГВ в одном тепловом агрегате.
Цель работы - изучить строительно-технические свойства МГВ в зависимости от режима обжига гипсового камня и исследовать их изменения при хранении вяжущего в воздушно-сухих условиях.
В работе использовали Новомосковский гипсовый камень, предварительно измельченный в шаровой мельнице до удельной поверхности 340 м2/кг. Содержание дигидрата сульфата кальция в гипсовом камне составляло 84%. Гипсовый камень
обжигали в лабораторных условиях при температуре от 250° до 400°С и изотермической выдержке материала 2 часа.
Фазовый состав продуктов обжига оценивали по методике, предложенной в работе [3]. Строительно-технические свойства МГВ определяли сразу после термообработки гипсового камня, охлажденного до 20оС и на 14 сутки хранения.
Таблица 1
Температура обжига, °С После обжига 14 сутки
РА,% НА,% ПГ,% НА,%
250 75,6 0,2 80,6 0,2
300 60,5 15,3 64,5 15,3
350 41,6 34,2 44,4 34,2
400 15,1 60,7 16,1 60,7
В ходе исследований было зафиксировано, что максимальное содержание РА наблюдается в образцах, обожженных при температуре 250°С. При дальнейшем повышении температуры термообработки содержание РА уменьшалось, что связано с образованием в продуктах обжига нерастворимого ангидрита (табл.1).
Появление в обжигаемом материале НА приводит к изменению строительно-технических характеристик вяжущих (рис. 1).
Нормальная густота гипсового теста с повышением температуры обжига вяжущих снижалась и достигла минимальных значений для материала, полученного при температурах 350 -400°С. Аналогичным образом изменяются сроки схватывания вяжущих. Прочность образцов на ранних сроках твердения (2 часа) по мере увеличения температуры обжига вяжущих также снижалась.
Рис.1. Зависимость строительно-технических свойств МГВ от температуры обжига
Однако с течением времени характер зависимости прочности образцов гипсового вяжущего от температуры обжига изменился. Максимальную прочность имел образец гипсового камня из вяжущего, полученного при температуре 350°С (содержание НА - 34,2%), твердевший 14 суток. При дальнейшем увеличении температуры обжига до 400°С и, как следствие, увеличении доли НА в вяжущем, прочность образцов снижалась на 20% (рис.1).
250 300 350 400 Температура обжига, "С
ШЖ прочность —НГ
Рис.2. Изменение свойств МГВ, в процессе его хранения: 1 - свежеобоженное МГВ, 2 - МГВ, хранившееся 14 суток.
Переход РА^ПГ в процессе хранения вяжущих сопровождается уменьшением удельной поверхности материала и как следствие снижением нормальной густоты гипсового теста (рис.2). Заметное снижение удельной поверхности наблюдается при переходе от вяжущего, полученного при 350°С, к вяжущему полученному при 400°С, когда доля НА в материале достигает 60%.
Сроки схватывания в результате перехода РА в ПГ замедляются. При хранении гипсовых вяжущих, полученных при температурах 250 и 300°С, происходит снижение НГ гипсового теста на 10% и 7% соответственно. При этом прочность образцов гипсового камня, из вяжущих, полученных при температурах 250 - 300°С и подвергнутых старению превышает на 10 - 20% прочность образцов из свежеобоженных вяжущих (рис. 2).
При хранении вяжущих, полученных при температурах 350 и 400°С, НГ снижается менее существенно на 5 - 4 % соответственно и прочность образцов из свежеобоженных вяжущих превышает прочность образцов из вяжущих подвергнутых старению (рис.2). Таким образом рост прочности гипсового камня при хранении вяжущих, полученных при температурах 250 - 300 °С можно объяснить только снижением НГ, фазовый переход РА^ПГ на прочностные характеристики влияния не оказывает.
Для образцов гипсового камня из вяжущих хранившихся 14 суток определяли количество связанной воды на 1 и 14 сутки твердения (рис.3). Количество связанной воды на 14 сутки твердения для образцов из вяжущих, полученных при температурах 300 - 400°С, увеличивается на 1 -2% это свидетельствует о том, что нерастворимый ангидрит с течением времени гидратируется без введения дополнительных активаторов твердения.
Для вяжущего, полученного при температуре 250°С была оценена скорость перехода РА в ПГ. Для этого определяли фазовый состав МГВ через 1, 4 и 7 суток хранения (табл. 2). Таблица 2. Зависимость фазового состава МГВ от
в* 18 п-
СТ
о
2 16
о
я
ЕВ
р, 14
| 10
м 250 300 350 400
Температура, °С
— 1 сут твердения
Рис.3. Зависимость количества связанной воды от температуры обжига гипсового вяжущего и времени его твердения. времени его хранения.
Время хранения Фазовый состав, %
ПГ РА
после обжига 5,3 70,6
1 сутки 27,6 49,2
4 суток 66,5 11,4
7 суток 75,9 2,5
Через 7 суток хранения фазовый. состав вяжущего представлен в основном ПГ. Большая часть РА - 21% перешла в ПГ в течение 1 суток хранения и спустя 7 суток хранения практически весь РА (70,6%) перешел в ПГ. Так же были определены строительно-технические свойства МГВ, составы которых представлены в таблице 2.
Существенное увеличение сроков
схватывания (на 10 минут) наблюдается уже у вяжущих, хранившихся 1 сутки. Наибольшее снижение НГ (5 %) зафиксировано у вяжущих через 4 суток хранения (рис.4). Прочность гипсового вяжущего, хранившегося в течение 7 суток, практически не менялась. В результате проведенных исследований установлено, что повышение температуры обжига и увеличение в составе многофазовых гипсовых вяжущих доли
НА приводит к снижению удельной поверхности, нормальной густоты, сокращению сроков схватывания. Наибольшую прочность на 14 сутки твердения имеет гипсовый камень из вяжущего, полученного при 350°С и содержащего 34,2 % НА. Дальнейшее увеличение доли НА приводит к существенному снижению прочностных характеристик.
Рис.4. Зависимость строительно-технических свойств МГВ от времени его хранения.
Переход РА в ПГ при хранении вяжущего в воздушно-сухих условиях происходит достаточно быстро (7 суток) и практически не влияет на прочностные свойства гипсового камня.
Амелина Дарья Валериевна аспирант кафедры химическая технология композиционных и вяжущих материалов, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Федорова Валерия Васильевна студент кафедры химическая технология композиционных и вяжущих материалов, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Сычева Людмила Ивановна к.т.н., профессор кафедры химическая технология композиционных и вяжущих материалов, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Ю.В. Гонтарь, А.И. Чалова, А.К. Гайнутдинов. Гипсовые и гипсоангидритовые растворные смеси для отделочных работ // Строительные материалы. - 2006. - №7. - с. 6 - 7.
2. М. И. Халиуллин, Р. З. Рахимов, Ю. В. Сабанина, Е. М. Нуриева, Э.А. Королев. Влияние старения на физико-механические и структурные свойства многофазовых гипсовых вяжущих // Изв. вузов. Строительство. - 2006. - №10 - с. 25 - 29.
3. Б.С. Бобров, Л.В. Киселева, И.Г. Жигулин, А.В. Романова Определение фазового состава строительного и высокопрочного гипса // Строительные материалы. - 1983. - №7. - с. 23 - 24.
AmelinaDaria Valerievna, Fedorova Valeria Vasilievna, SychevaLudmila Ivanovna* D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: lis@rctu.ru
INFLUENCE OF PHASE COMPOSITION ON PROPERTIES GYPSUM BINDERS
Abstract
Obtained multiphase plasters with different ratios of system phase soluble anhydrite - insoluble anhydrite, hemihydrate - insoluble anhydrite. Shown as an increase in the proportion of insoluble anhydrite binder composition affect its construction and technical properties . Studied the kinetics of the transition of soluble anhydrite calcium sulfate hemihydrate gypsum binders for storage and determined its effect on the properties of the material.
Key words: multiphase plasters, soluble anhydrite, insoluble anhydrite
