CC BY
20
УДК 666.9; 691.5
Цветкова Е.С., Потапова Е. Н.
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА ДОБАВОК И РАЗЛИЧНЫХ ЦЕМЕНТОВ НА СВОЙСТВА ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Цветкова Елена Сергеевна - магистрант 1-го года обучения кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов; e-mail: tsvet.elena.98 @m ail.ru
Потапова Екатерина Николаевна - доктор технических наук, профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье рассмотрены вопросы актуальности использования гипсовых вяжущих, методы повышения водостойкости гипсовых вяжущих, симплекс методы планирования эксперимента, зависимости прочности исследуемых составов от содержания добавок, влияние комплексных добавок на свойства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих.
Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, водостойкость, методы планирования эксперимента, модифицирующие добавки, прочность, уравнения регрессии.
INFLUENCE OF A COMPLEX OF ADDITIVES AND VARIOUS CEMENTS ON THE PROPERTIES OF GYPSUM BINDER
Tsvetkova E. S1, Potapova E. N. 1
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article deals with the relevance of the use ofgypsum binders, methods for improving the water resistance ofgypsum binders, simplex methods for planning the experiment, the dependence of the strength of the studied compositions on the content of additives, the effect of complex additives on the properties of gypsum-cement-pozzolan binders. Keywords: gypsum-cement-pozzolan binder, water resistance, experimental planning methods, modifying additives, strength, regression equations.
В прошлом гипсовые вяжущие вещества нашли широкую область применения в виде дополнительного или главного компонента различных строительных смесей, во множественных областях промышленности, а также как декоративное вяжущее вещество для архитектурно -строительных целей, за счет широкого распространения месторождений ангидрита и гипсового камня по всему миру.
Преимуществом использования гипсовых вяжущих являются довольно низкие температуры обработки гипсового камня для получения гипсового вяжущего вещества - 200 °С, в отличие, например, от портландцементного клинкера (1500 °С), что является преимуществом за счет экономии энергоресурсов при производстве данного материала. Особо следует подчеркнуть, что изделия на основе гипса являются экологически чистыми и отличаются пожаробезопасностью, так как при термообработке двуводный гипс дегидратируется до получения полуводного сульфата кальция. Можно отметить, что данный вид вяжущего отличается рядом недостатков, с которыми продолжают бороться. А именно низкой водостойкостью, ползучестью во влажных условиях, отсюда недостаточной прочностью на фоне других вяжущих веществ, например, различных цементов и т.д. [1].
Существует множество методов повышения водостойкости гипсовых материалов. Наиболее
эффективным является метод получение смешанных гипсоцементно-пуццолановых вяжущих,
предложенный А.В. Волженским [2].
Помимо повышения водостойкости добиться необходимых свойств смешанного вяжущего возможно, используя модифицированные добавки и различные виды цемента в составе ГЦПВ [3].
В данной работе изучение свойств ГЦПВ с комплексом добавок основано на применении симплекс метода планирования эксперимента.
В работе использовали портландцемент (ПЦ) ЦЕМ I 42,5 Н производства филиал ООО «ХайдельбергЦементРус», пос. Новогуровский, гипсовое вяжущее (ГВ) производства ООО «Русгипс» марки Г-5 Б (II), сульфатостойкий цемент (ССЦ) ЦЕМ II А-Ш 42,5Н СС «ЛипецкЦемент», портландцемент белый (БПЦ) 1-500-ДО ООО «АБКЫА», активная минеральная добавка метакаолин (АМД) ООО «Пласт-Рифей», гиперпластификатор (ГП) МеШих 5581, редиспергируемый полимерный порошок (РПП) Утпара8 ЬЬ 5999/1, эфир целлюлозы (ЭЦ) Месе11о8е БМС 7550.
Содержание компонентов в составе гипсоцементно-пуццолановых вяжущих было определено по методике ТУ 2131-62-69 [4]. Было получено три состава ГЦПВ. Состав с ПЦ: ГВ - 57,15 %, ПЦ - 35,71 %, АМД - 7,14 %; состав с БПЦ: ГВ -57,15 %, БПЦ - 35,71 %, АМД - 7,14 %; состав с ССЦ: ГВ - 53,34 %, ССЦ - 33,33 %, АМД - 13,33 %.
Минимальные и максимальные концентрации вводимых модифицирующих добавок были следующими ЭЦ 0,1 % - 0,5 %; РПП 0,3 %- 0,7 %; ГП 0,1 % - 0,3 %.
Исследование влияния комплекса добавок на свойства ГЦПВ было получено симплекс методом планирования эксперимента [5]. На основании данных табл. 1 по формулам расчета коэффициентов полинома третьего порядка для трехкомпонентной смеси были получены математические модели -уравнения регрессии в программе 81ай8йса, позволяющие оценить влияние комплекса добавок на исследуемые составы.
Таблица 1 - Матрица факторного симплекс планирования эксперимента
ЭЦ
0,00.1,00
№ состава Условные факторы в системе координат Факторы в натуральном масштабе
Х1 Х2 Х3 ГП РПП ЭЦ
1 1 0 0 0,3 0,3 0,1
2 0 1 0 0,1 0,7 0,1
3 0 0 1 0,1 0,3 0,5
4 0,5 0,5 0 0,2 0,5 0,1
5 0 0,5 0,5 0,1 0,5 0,3
6 0,5 0 0,5 0,2 0,3 0,3
7 0,33 0,33 0,33 0,17 0,23 0,23
Были изучены нормальная густота и сроки схватывания гипсового теста, прочность при изгибе и сжатии в различные сроки твердения, пористость, водопоглощение и водостойкость затвердевшего гипсоцементно-пуццоланового камня. В данной работе в качестве примера представлены уравнения регрессии (1-3) и построенные по ним диаграммы (рис. 1-3) для прочностей исследуемых составов на 28 сут.
| > 29 I < 29 0,00 □ < 23 100 Ш<17 РПП Ш\ < 11
Рис. 2. Влияние комплекса добавок на прочность
ГЦПВ состава с БПЦ при сжатии на 28 сут
ЭЦ 0,00.1,00
ГШ >29 ■ < 29
0,00 П < 25 1,00 П < 23 РПП ■] < 21
Рис. 3. Влияние комплекса добавок на прочность ГЦПВ состава с ССЦ при сжатии на 28 сут
Я28 (ПЦ) =18,87х+24,87у+22^+44,04ху+ +12,58xz+18,26yz-180,09xyz (1)
Я28 (БПЦ) =26,43х+29,87у+20^+ +5,4ху- 15,86xz+5,66yz-88,29xyz (2)
Я28 (ССЦ) =29,85x+29,48y+21,7z-19,74xy+ +3,62xz-22,36yz+97,08xyz (з)
При подстановке кодированных переменных в уравнения регрессий, можно прогнозировать результаты по тому или иному критерию, в данном случае это прочностные характеристики при сжатии в возрасте 28 сут. Анализируя полученные результаты, по уравнения регрессии рассчитаны экстремальные значения прочности при сжатии для исследуемых составов ГЦПВ (табл.2).
Рис. 1. Влияние комплекса добавок на прочность ГЦПВ состава с ПЦ при сжатии на 28 сут
Таблица 2 - Выбор экстремальных значений по уравнениям регрессии
Параметр Экстремум Значение, МПа Условные координаты Содержание добавок, мас. %
x y z ГП РПП ЭЦ
Прочность при сжатии28 ПЦ мах 33,1 0,43 0,57 0 0,19 0,33 0,1
Прочность при сжатии28 БПЦ мах 30,0 0,18 0,82 0 0,14 0,43 0,1
Прочность при сжатии28 ССЦ мах 29,9 1 0 0 0,3 0,1 0,1
Таким образом, в ходе исследования было выявлено, что наибольших показателей прочности на сжатие у гипсоцементно-пуццоланового вяжущего можно добиться с использованием состава ГЦПВ следующего состава ГВ - 57,15 %, ПЦ - 35,71 %, АМД - 7,14 %, где в качестве гидравлического вяжущего использовали портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н производства филиал ООО
«ХайдельбергЦементРус» и комплекса добавок в следующей области значений факторов в натуральном масштабе: гиперпластификатор МеШих 5581- 0,19%; редиспергируемый полимерный порошок Vinnapas ЬЬ 5999/1- 0,33% и эфир целлюлозы Месе1^е БМС 7550- 0,1%.
Список литературы
1. Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р. История науки и техники: уч. Пособие. СПб.: Лань, 2020. 404 с.
2. Butakova M.D., Gorbunov S.P. Study of the Influence of Complex Additives on Properties of the Gypsum-Cement-Puzzolan Binder and Concretes on Its Basis. International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2016. С. 1461 - 1467.
3. Potapova E., Kyaw Nian А., Tsvetkova E., Fischer H.-В. Modification of the structure of gypsum-cement-pozzolanic binder. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2020. 329. 04007
4. ТУ 2131-62-89 Гипсоцементнопуццолановое вяжущее. Технические условия. М.: Издательство стандартов. 1989. 17 с.
5. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. уч. пособие. М. : Высшая школа. 1985. 366 с.
