CC BY
63
УДК 691.335
Урбанов А.В., Манушина А.С., Потапова Е.Н.
ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Урбанов Андрей Витальевич, студент 3 курса бакалавриата факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: [email protected];
Манушина Анна Сергеевна, студентка 2 курса магистратуры факультета инженерной химии; Потапова Екатерина Николаевна, д.т.н., профессор, 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
Изучено влияние модифицирующих добавок и процесса механоактивации на свойства композиционного гипсового вяжущего. Разработан состав композиционного гипсового вяжущего, обладающий повышенной прочностью, водостойкостью и морозостойкостью.
Ключевые слова: органоминеральный модификатор, композиционное гипсовое вяжущее, функциональные добавки, прочность, водостойкость, морозостойкость.
INFLUENCE OF MODIFIING ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF COMPOSITE GYPSUM BINDING
Urbanov A.V., Manushina A.S., Potapova E.N.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The influence of modifying additives and the process of mechanical activation on the properties of composite gypsum binder. The composition of the composite gypsum binder with high strength, water resistance and frost resistance.
Keywords: оrganomineralic modifier, composite gypsum binder, functional additives, strength, water resistance, frost resistance.
Традиционные гипсовые материалы и изделия на их основе обладают рядом положительных свойств: гипсовое вяжущее не подвергается усадке в процессе твердения, имеет сравнительно низкие сроки схватывания, а также довольно низкую теплопроводность, однако, есть и негативные моменты, из-за которых их применение ограничено. Так, гипсовый камень имеет низкие значения водостойкости и морозостойкости. Данные свойства делают невозможным использование различных строительных смесей на гипсовой основе в наружных и несущих конструкциях [1]. Инновационным решением является создание вяжущего в состав, которого входит органоминеральная часть, которая подвергается механохимической активации [2]. Механоактивация позволяет значительно улучшить качество сырья ввиду уменьшения степени лещатности, сдирания с поверхности частиц оксидных пленок, равномерно распределяя частицы вяжущего по поверхности инертных материалов [3]. Активированная смесь значительно улучшает качество конечной продукции (прочность изделий, водопроницаемость,
морозостойкость). Поэтому, целью работы является разработка состава композиционного гипсового
вяжущего, который будет обладать повышенной прочностью, морозостойкостью, а также иметь высокие показатели водостойкости.
Для проведения испытаний использовали гипсовое вяжущее Г-5 - Г-6 Б (II) ООО «РусГипс» (ГВ), портландцемент ЦЕМ I 52,5 Н ООО «Хайдельберг Цемент Рус» (ПЦ), активную минеральную добавку (АМД) - метакаолин ООО «Пласт-Рифей» (МК), гиперпластификатор МеШих 264^ (ГП), редиспергируемый полимерный порошок Vinnapas 5010 N (РПП), замедлитель схватывания - винная кислота (ВК), эфиры целлюлозы - Месе1к^е FMC 21010 (ЭЦ).
По ТУ 21-53-110-91 композиционное гипсовое вяжущее содержит 60 - 85 % гипсового вяжущего, а также портландцемент, активную минеральную добавку и пластифицирующую добавку. Для точного определения содержания компонентов в составе КГВ были приготовлены составы со средним содержанием ГВ - 70 %. Данные составы для КГВ были приготовлены путем смешения: 70 % гипсового вяжущего, 26 - 20 % портландцемента и 4 - 10 % метакаолина [4].
Уменьшение количества цемента с 26 % до 24 % и увеличение количества минеральной добавки с 4 %
до 6 % приводит к снижению нормальной густоты с 43 до 41 %. Сроки схватывания практически не изменяются. Проведены испытания образцов на прочность. Так, наибольшую прочность в возрасте 28 сут на сжатие - 32,2 МПа и на изгиб - 16 МПа имеет состав, содержащий 70 % ГВ, 24 % ПЦ и 6 % МК. Стоит заметить, что данный состав также характеризуется высокой плотностью (р = 1,52 г/см3), водостойкостью (Кв = 0,83), относительно низкими водопоглощением (W = 12,5 %), пористостью (П = 13,5 %), по сравнению с другими составами.
Определение морозостойкости, проведенное по ускоренной методике при попеременном замораживании-оттаивании образцов в 5 % р-р №С1, показало, что наименьшим падением прочности
характеризуется состав, содержащий 70 % ГВ, 24 % ПЦ и 6 % МК (падение прочности после 20 циклов замораживания-оттаивания составляет 9 %). Для этого же состава характерна повышенная коррозионная стойкость, которую определяли при погружении образцов на 30 сут в 3 % раствор Na2SO4 (коэффициент К = 0,88). Во время хранения образцов в агрессивной среде раствора не выявлено признаков коррозии.
Таким образом, наибольшей прочностью, водостойкостью, морозостойкостью и коррозионной стойкостью характеризуется состав, содержащий 70 % ГВ, 24 % ПЦ и 6 % МК. Поэтому данный состав (состав 1.1 по табл. 1) был выбран для дальнейших исследований.
Таблица 1. Влияние состава композиционного гипсового вяжущего на его свойства
№ п/п Функциональные добавки НГ, % Сроки схватывания, мин Кв ^ % р, г/см3 П,% ППпПЗиО*, % КЭ
начало конец
ГП ВК РПП ЭЦ
1.1 - - - - 41,0 2,0 2,5 0,83 12,5 1,520 13,8 9,0 0,88
1.2 + - - - 37,5 2,0 2,5 0,90 4,3 1,789 9,8 7,0 0,91
1.3 - + - - 40,0 9,0 16,5 0,97 2,5 1,768 10,3 5,0 0,97
1.4 - - + - 40,0 8,0 14,0 0,95 3,0 1,687 11,7 2,6 0,95
1.5 - - - + 40,5 2,0 2,5 0,9 4,1 1,614 12,8 5,6 0,9
1.6 + + + + 38,5 9,0 15,5 0,94 2,4 1,786 10,6 3,0 0,94
*ППпПЗиО - потеря прочности при попеременном замораживании и оттаивании
Поскольку в композиционном гипсовом вяжущем (КГВ) обязательно присутствует органоминеральный модификатор, состоящий из портландцемента, активной минеральной добавки и пластифицирующей добавки, то на втором этапе работы было изучено влияние гиперпластификатора на свойства КГВ. Гиперпластификатор МеШих 2641 F вводили в количестве от 0,5 - 1,5 %. При введении пластифицирующей добавки нормальная густота уменьшается по сравнению с бездобавочным составом (бездобавочный состав не подвергался механоактивации) на 3 - 5 %, сроки схватывания вяжущего практически не меняются. Наибольшая прочность характерна для состава, содержащего 0,7 % МеШих 2641 F, и составляет в возрасте 28 сут на сжатие - 54 МПа, на изгиб - 26 МПа (рис. 1).
Модифицирование КГВ гиперпластификатором увеличивает Кв на 5-7 % и уменьшает водопоглощение на 6-8 %, по сравнению с бездобавочным составом. Наибольшей
водостойкостью характеризуется состав,
содержащий 0,7 % ГП (Кв = 0,9). Определение водопоглощения композиционного гипсового камня подтверждают полученные результаты: при введении 0,7 % ГП - W = 4,3 %. Модифицирование КГВ гиперпластификатором приводит снижению пористости вяжущего на 3 - 5 % по сравнению с бездобавочным составом. Наименьшей пористостью (П = 9,8 %), характеризуется состав, содержащий 0,7 % ГП. Также данный состав обладает высокой плотностью (р = 1,79 г/см3), высокой коррозионной
стойкостью (К = 0,91), а также наименьшим падением прочности при попеременном замораживании-оттаивании (7 %). Таким образом, наилучшими характеристиками обладает состав, содержащий 0,7 % гиперпластификатора МеШих 2641 F (табл.1).
Рис. 1. Прочностные характеристики КГВ на 28 сутки твердения
В связи с тем композиционного характеризуется удовлетворяющим
что полученный состав гипсового вяжущего
сроками схватывания, не ТУ 21-53-110-91, то в
органоминеральную часть вводили замедлитель схватывания - винную кислоту с содержанием от
0,05 - 0,5 %. После проведения механохимической активации, наблюдается увеличение сроков схватывания КГВ с 2 мин до 9,5 мин (начало схватывания) и с 3,5 мин до 17,5 мин (конец схватывания). Для всех составов нормальная густота составляет 40 %. Наибольшей прочностью в возрасте 28 сут (рис. 1) обладает состав, содержащий 0,4 % ВК. Он характеризуется повышенной водостойкостью (Кв = 0,97), наименьшим значением водопоглощения (W = 10 %), наибольшей морозостойкостью (падение прочности составляет 5 %) и коррозионной стойкостью (К = 0,93). Таким образом, наилучшими характеристиками обладает состав 1.3, содержащий 0,4 % винной кислоты (табл. 1).
Поскольку композиционное гипсовое вяжущее входит в состав сухих строительных смесей, то обязательно используют такие функциональные добавки, которые повышают водоудерживающую способность и реологические свойства смеси. Исследовано влияние редиспергируемого полимерного порошка Vinnapas 5010 N и эфира целлюлозы Месе1^е FMC 21010 на свойства композиционного гипсового вяжущего. РПП вводили в органоминеральную часть КГВ в количестве 0,5 -1,5 % и затем подвергали механоактивации. После механохимической активации наблюдается незначительное повышение водопотребности до 39,5 % для всех составов, по сравнению с бездобавочным (НГ = 37,5 %). Сроки схватывания практически не меняются. При введении в состав РПП наблюдается сначала снижение, а затем постепенное нарастание прочности до 53,1 МПа на сжатие и до 23 МПа на изгиб, для состава, содержащего 1,5 % РПП (см. рис. 1). Для состава, содержащего 1,5 % РПП характерно повышенное значение водостойкости (Кв = 0,95), коррозионной стойкости (К = 0,95), наименьшее значение водопоглощения (W = 3 %), наименьшей потерей прочности после 20 циклов попеременного замораживания-оттаивания. Таким образом, наилучшими свойствами обладает состав 1.4, содержащий 1,5 % Vinnapas (табл. 1).
Эфир целлюлозы Месе1^е FMC 21010 вводили в количестве от 0,5 до 1,5 % в органоминеральную часть, которую затем подвергали механоактивации. При введении ЭЦ не наблюдается изменения нормальной густоты и сроков схватывания, по сравнению с бездобавочным составом (состав 1.2). Наибольшей прочностью (см. рис. 1) при сжатии -48 МПа, при изгибе - 21 МПа, характеризуется
состав, содержащий 0,7 % ЭЦ. Он характеризуется наибольшей водостойкостью (Кв = 0,9), коррозионной стойкостью (Ks = 0,9), наименьшим водопоглощением (W = 4,1 %) и потерей прочности при попеременном замораживании-оттаивании равной 5,6%. Таким образом, наилучшими свойствами обладает состав 1.5, содержащий 0,7 % Mecellose FMC 21010 (табл. 1).
На основании полученных данных был разработан состав композиционного гипсового вяжущего, содержащий: 70 % ГВ, а также органоминеральный модификатор, состоящий из 24 % ПЦ, 6 % МК, 0,7 % гиперпластификатора Melflux 2641 F, 1,5 % РПП Vinnapas 5010 N, 0,7 % эфира целлюлозы Mecellose FMC 21010 и 0,4 % модификатора схватывания - винной кислоты. Данный состав 1.6 характеризуется высокими показателями прочности (см. рис.1), водостойкости, плотности, морозостойкости и сульфатостойкости (см. табл. 1).
Таким образом, в работе исследовано влияние механохимической активации на свойства композиционного гипсового вяжущего.
Механоактивация положительно влияет на свойства и структуру КГВ, происходит увеличение таких показателей, как: прочность, водостойкость, морозостойкость, коррозионная стойкость. Разработан состав композиционного гипсового вяжущего, характеризующегося
удовлетворительными свойствами по ТУ 21-53-11091 и обладающим повышенной водостойкостью, морозостойкостью, сульфатостойкостью.
Список литературы
1. Ферронская А.В., Коровяков В.Ф. и др. Композиционные гипсовые вяжущие. / Мат. н-т-к «Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов». -Алма-Ата, 1990, с. 20-22.
2. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под ред. А.В. Ферронской. М., Изд-во АСВ, 2004 г., 488 с., с ил.
3. Балдин В.П. Современные виды эффективных гипсовых изделий и способы их производства. М.,1990, 143 с.
4. Патент РФ№2070172 по заявке №4857294/33 от 07.08.92. Б.И., №34, 1996
