CC BY
18
УДК 691.3
Федотова Н.Д., Панюшкина Т.А.
ВЛИЯНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
Федотова Наталья Дмитриевна, магистрант 2 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: [email protected];
Панюшкина Татьяна Алексеевна, к.т.н., доцент кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов;
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, г. Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Получено композиционное вяжущее вещество на основе строительного гипса, портландцемента и высокоактивного метакаолина. Исследовано влияние суперпластификатора и редиспергируемых полимерных порошков на технологические и физико-технические свойства вяжущей композиции
Ключевые слова: гипс, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, активные минеральные добавки, суперпластификатор, редиспергируемый полимерный порошок, прочность, водостойкость.
INFLUENCE OF FUNCTIONAL ADDITIVES ON PROPERTIES OF COMPOSITE GYPSUM BINDERS
Fedotova N.D., Panushkina T.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The composite binder was obtained on the basis of building gypsum, Portland cement and high-activity metakaolin. The influence of superplasticizer and redispersible polymer powders in technological and physico-technical properties of the hydration of the composition.
Keywords: gypsum, gypsum cement-pozzolanic binder, active mineral additives, the superplasticizer, redispersible polymer powder, strength, water resistance.
Гипсовые вяжущие вещества - минеральные вяжущие воздушного твердения, используемые человеком с древних времен. Перечень достоинств этих вяжущих обеспечивает их востребованность до настоящего времени. Главным же недостатком гипсовых вяжущих является их низкая водостойкость, которая существенно ограничивает области практического использования этого традиционного строительного материала. Поэтому в настоящее время по-прежнему ведутся активные исследования, направленные на улучшение строительно-технических характеристик как самих гипсовых вяжущих, так и композиций на их основе [1].
Низкая водостойкость гипсовых изделий предопределена природой затвердевшего гипсового камня и обусловлена его относительно высокой растворимостью: 2,04 г/л CaSО4 при 200С. Одним из перспективных направлений повышения
водостойкости гипсовых материалов является создание композиций из гипсовых вяжущих, портландцемента и активных минеральных добавок. Эти композиции назвали гипсоцементно-пуццолановыми вяжущими веществами (ГЦПВ). Их твердение представлено целым комплексом физико-химических процессов, обусловленных совместной гидратацией ингредиентов вяжущей композиции. В результате формируется структура искусственного
камня, представленная крупными кристаллами двуводного гипса и цементирующей их связкой, состоящей из продуктов гидратации
портландцемента с активной минеральной добавкой. Фазовый состав гидравлической связки согласно теории Волженского А.В. [2] - это низкоосновные гидросиликаты кальция и другие гидратные новообразования, сходные по составу с продуктами гидратации портландцемента Такие композиции отличаются от гипсовых вяжущих веществ удовлетворительной водостойкостью.
Кроме того, современная строительная индустрия располагает огромным арсеналом различных функциональных добавок, позволяющих в широких пределах изменять свойства материалов, в том числе и на основе гипсовых вяжущих, и создавать композиции с заранее заданными строительно-техническими свойствами. Однако их использование связано с решением проблемы совместимости добавок различного назначения при комплексном использовании.
Целью данной работы было получение композиционного гипсового вяжущего и исследование влияния различных функциональных добавок на его свойства.
В качестве исходных материалов для создания композиционного вяжущего использовали строительный гипс марки Г-5 Пешеланского
гипсового завода; портландцемент ЦЕМ-I 42,5Н производства ОАО «Щуровский цементный завод», в качестве активной минеральной добавки (АМД) использовали высокоактивный метакаолин ВМК-45 производства ООО «Синерго». Кроме того, в работе использованы суперпластификатор (СП) Melment F 15G, состав которого специально скорректирован для вяжущих композиций на основе сульфата кальция, редиспергируемые полимерные порошки (РПП) Vinnapas 4023N (сополимер винилацетата и этилена) и 8031H (термополимер этилена, виниллаурата и винилхлорида) производства Wacker Chemie AG.
Для начала был подобран состав гипсоцементно-пуццолановой композиции в соответствии с известной методикой [3]. Данная методика позволяет подобрать необходимое содержание активной минеральной добавки в составе вяжущей композиции, позволяющее поддерживать заданное содержание извести в составе жидкой фазы твердеющей минеральной дисперсии и, таким образом, обеспечивать образование низкоосновных гидроалюминатов и гидросиликатов кальция. По результатам испытаний был рассчитан состав композиционного гипсового вяжущего, мас.%: строительный гипс - 50%; портландцемент - 31%; ВМК - 19%.
Нормальная густота (НГ) вяжущей композиции составила 0,67. Для снижения величины этого
Из представленных результатов следует, что снижение водосодержания минеральной композиции положительным образом сказывается на прочности искусственного камня во все контролируемые сроки твердения. Причем к 28 суткам твердения приросты прочности составляют 30-50%.
Важнейшей характеристикой гипсовых композиций является их водостойкость, которую оценивали по коэффициенту размягчения (Кр). Результаты этих исследований также приведены в таблице 2, и они позволяют отнести исследуемое композиционное вяжущее к числу водостойких, поскольку коэффициент размягчения для всех составов > 0,8. При этом, как и ожидалось, в присутствии СП Ме1шеП водостойкость искусственного камня увеличивается, что может быть обусловлено формированием более плотной структуры камня в условиях пониженного водосодержания.
Формирование более плотной структуры камня в присутствии суперпластификатора подтверждают
показателя использовали суперпластификатор Ме1шеП Б 150. Результаты исследования влияния СП Ме1шеП на технологические свойства композиционного гипсового вяжущего
представлены в таблице 1.
Таблица 1. Влияние СП Ме1шеП на нормальную густоту и сроки схватывания композиционного гипсового вяжущего___
Содержание Сроки схватывания,
СП Melment , НГ мин.
масс.% начало конец
0 0,67 6,5 8
0,3 0,60 5,5 7,5
0,5 0,56 6,5 7,5
0,7 0,52 7 8
Полученные результаты показывают, что суперпластификатор Ме1шеП является
эффективным водоредуцирующим агентом для исследуемой гипсовой композиции, позволяющим снизить водосодержание смеси стандартной консистенции более чем на 20%. При этом существенного влияния на сроки схватывания вяжущей композиции не наблюдается.
Влияние СП Ме1шеП на прочностные характеристики композиционного гипсового вяжущего отражено в таблице 2.
результаты исследования величины водопоглощения
также приведенные в таблице 2.
Учитывая весь комплекс полученных результатов и планов введения в состав вяжущей композиции других функциональных добавок в комплексе с СП, было решено принять содержание СП Ме1шеП в вяжущей композиции 0,5 мас.%.
Дальнейшие исследования имели своей целью изучение влияния комплекса добавок СП Ме1шеП и редиспергируемых полимерных порошков 4023К и 8031Н на свойства композиционного гипсового вяжущего. Поскольку некоторые из редиспергируемых полимерных порошков способны оказывать водоредуцирующее действие,
предварительно была определена НГ минеральной композиции. Полученные результаты испытаний представлены в таблице 3. Из них следует, что заметное водоредуцирующее действие оказывает РПП 4023К, обеспечивая в комплексе с СП Ме1шеП снижение НГ на 24 %. РПП 8031Н заметного водоредуцирующего действия не оказывает.
Таблица 2. Влияние СП Melment на свойства композиционного гипсового вяжущего
Содержание СП Melment , масс.% Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности при сжатии, МПа Кр W, %
после твердения, сут. после твердения, сут.
7 14 28 7 14 28
0 2,6 4,1 6,3 8,0 12,5 19,9 0,80 8,2
0,3 3,3 5,2 6,1 9,4 17,3 23,3 0,84 7,3
0,5 4,1 5,7 6,6 12,4 22,1 25,3 0,90 6,3
0,7 4,7 5,9 6,4 14,1 26,1 29,9 0,99 4,4
Таблица 3. Влияние комплекса СП Melment и РПП на свойства композиционного гипсового вяжущего
Содержание добавок, Предел прочности Предел прочности
масс.% НГ при изгибе при сжатии Кр W,%
СП РПП РПП после 28 суток после 28 суток
Ме1шеШ: 4023К 8031Н твердения, МПа твердения, МПа
0,5 - - 56 6,6 25,3 0,89 7,4
0,5 0,5 - 56 7,2 30,7 0,89 4,5
0,5 1 - 55 8,1 31,9 0,90 4,0
0,5 3 - 53 9,0 32,7 0,89 3,4
0,5 5 - 51 10,4 33,8 0,88 3,1
0,5 - 0,5 56 8,1 27,2 0,91 7,1
0,5 - 1 55 8,5 28,7 0,93 6,6
0,5 - 3 55 9,0 29,1 0,89 5,5
0,5 - 5 55 10,1 29,7 0,90 4,6
Не установлено и заметного влияния от введения РПП в состав комплексной добавки на сроки схватывания вяжущей композиции: сроки схватывания композиционного гипсового вяжущего, содержащего 0,5 мас.% СП Ме1шеП составили -начало 6,5 мин., а конец 8,5 мин.; а у композиций с РПП сроки схватывания укладываются в пределы -начало 5,5-6,0 мин., а конец 7,0-7,5 мин.
Исследуемый комплекс добавок заметно повышает прочность композиционного гипсового вяжущего как при изгибе, так и при сжатии во все контролируемые сроки твердения. Прочностные характеристики исследуемых составов стандартной консистенции после 28 суток твердения представлены в таблице 3.
Как следует из представленных результатов, использование комплекса СП Ме1шеП и РПП позволяет заметно улучшить прочностные показатели затвердевшего вяжущего: введение в состав композиции 5 мас.% РПП обеспечивает дополнительный прирост прочности при изгибе на 53-55%, а при сжатии на 20-30%. Совокупное положительное влияние на прочностные показатели исследуемых композиций говорит о совместимости используемых функциональных добавок и, следовательно, о возможности их использования в комплексе.
Что касается водостойкости составов композиционного гипсового вяжущего,
содержащего комплекс СП и РПП, то, как
показывают результаты определения коэффициента размягчения, представленные в таблице 3, она остается на достаточно высоком уровне (Кр~0,9), что позволяет отнести эти составы к водостойким материалам.
К тому же при использовании комплекса добавок формируется достаточно плотная структура искусственного камня, о чем свидетельствуют результаты определения величины водопоглощения, представленные в таблице 3.
Таким образом, получено композиционное гипсовое вяжущее и установлена совместимость исследуемых функциональных добавок,
обеспечивающих получение водостойкого материала с хорошими прочностными показателями.
Список литературы
1. 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.
2. Волженский А.В., Ферронская А.В. Гипсовые вяжущие и изделия (технология, свойства, применение). - М.: Стройиздат, 1974. - 328 с.
3. ТУ 21-31-62-89 «Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество» Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 19 с.
