CC BY
94
УДК 691.311
Дмитриева Е.А., Манушина А.С., Потапова Е.Н.
ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ В СОСТАВЕ ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО НА ЕГО СВОЙСТВА
Дмитриева Екатерина Алексеевна, студентка 2 курса бакалавриата технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: ekaterina.dmitriewa2010@yandex.ru; 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
Рассмотрено влияние соотношения компонентов (содержания метакаолина) на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Показано, что наилучшими характеристиками обладает состав, содержащий 4 части гипсового вяжущего, 2,5 части портландцемента и 1 часть (13,34 %) метакаолина.
Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, метакаолин
INFLUENCE OF THE COMPONENT RELATIONSHIP IN THE COMPOSITION OF GYPSOCEMENT-PULSEZOLANE BONDING ON ITS PROPERTIES
Dmitrieva E.A., Manushina A.S., Potapova E.N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The effect of the ratio of the components (the content of metakaolin) on the properties of the gypsum cement-pozzolanic binder is examined. It has been shown that the composition containing 4 parts of a gypsum binder, 2,5 parts of Portland cement and 1 part (13,34 %) of metakaolin has the best characteristics.
Keywords: gypsum cement-pozzolanic binder, metakaolin
В настоящее время доказано, что одним из основных путей повышения водостойкости гипсовых вяжущих является введение в него веществ, вступающих с ним в химическое взаимодействие с образованием водостойких и твердеющих в воде продуктов, как в результате химической реакции с гипсовым вяжущим, так и вследствие собственной гидратации. Такими веществами являются портландцемент и молотые гранулированные доменные шлаки.
Исследования показали, что наиболее устойчива композиция, состоящая из гипсового вяжущего (полугидрата сульфата кальция), портландцемента и надлежащего количества активных минеральных добавок (АДМ), которая получила название -гипсоцементно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ)[1].
В качестве высокоэффективной пуццолановой добавки все большую популярность в мире получает метакаолин (аморфный силикат алюминия) -активная пуццолановая добавка, способная вступать в реакцию с известью. Необходимое количество АДМ для приготовления ГЦПВ подбирается по методике ТУ 21-31-62-89 [2] по концентрации оксида кальция, содержащейся в специальных препаратах, представляющие собой водные
суспензии полуводного гипса, портландцемента и активной минеральной добавки.
При приготовлении гипсоцементно-
пуццоланового вяжущего были использованы следующие материалы: портландцемент ЦЕМ I 52,5 Н ООО «ХайдельбергЦемент Рус» (ПЦ), гипсовое вяжущее Г-5 - Г-6 Б (II) ООО «РусГипс» (ГВ), активная минеральная добавка (АМД) - метакаолин «МетаРус» (МК).
В соответствии с методикой [2] были приготовлены составы: гипсовое вяжущее - 4 части; портландцемент - 2,5 частей; метакаолин -1,25...3,75 частей. Для проведения эксперимента готовились две партии препаратов близнецов по три в каждой партии, которые выдерживались в течение 5 и 7 сут. После чего раствор отфильтровывался и титровался 0,1Н раствором соляной кислоты. Необходимое количество активной минеральной добавки подбиралось по графикам зависимости содержания оксида кальция от содержания добавки при условии, что содержание оксида кальция на 5 сут. не превышает 1,1 г/л, а на 7 сут. - менее 0,85 г/л.
При поведении первого эксперимента не удалось подобрать оптимальное количество активной минеральной добавки, так как после 5 и 7 сут.
значение содержания оксида кальция составило 0,4 г/л. Поэтому содержание активной минеральной добавки было снижено в 2,5 раза (таблица 1).Через 5 и 7 сут. было повторно определено содержание оксида кальция в растворе (рис. 1).
Таким образом, был выявлен состав гипсоцементно-пуццоланового вяжущего: гипсовое вяжущее - 4 части; портландцемент - 2,5 частей; метакаолин - 1 часть; или гипсовое вяжущее - 53,3 %; портландцемент - 33,3 %; метакаолин- 13,4 %.
Таблица 1. Концентрация оксида кальция в растворе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
5 сут 7 сут
Содержание оксида кальция, г/л Количество добавки, г Содержание оксида кальция, г/л Количество добавки, г
1,130 0,5 0,916 0,5
0,878 1,0 0,411 1,0
0,299 1,5 0,076 1,5
Определение состава ГЦПВ показало, что содержание метакаолина в соответствии с [2] составляет 1 часть, т.е. округляется в большую сторону. Возник закономерный вопрос - как будут изменяться свойства вяжущего, если не округлять полученные значения содержания добавки. В связи с этим было решено провести исследования свойств ГЦПВ при изменении содержания метакаолина от 0,3 до 3 частей. Данные составы представлены в табл. 2. Таким образом, было приготовлено 10 составов с содержанием метакаолина от 4 до 32 %, которые испытывали на прочность, водостойкость, пористость, морозостойкость и корозиестойкость
>.4 1.3 1.2 1.1
1
0.9 0.8 0.7 0,в 0.5 0.4 0,3 0,2 0.1 0
5 сут
0,2
0.4
0,6
1
1.2
1,4
1.6
Содержание добавки, г
Рис. 1. Зависимость оксида кальция, поглощенное активной минеральной добавкой, от ее содержания в гипсоцементно-пуццолановом вяжущем
Таблица 2. Составы гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
№ п/п Содержание компонентов, части Содержание компонентов, %
ГВ ПЦ МК ГВ ПЦ МК
1.1 4 2,5 0,3 58,82 36,76 4,42
1.2 0,5 57,14 35,71 7,15
1.3 0,7 55,56 34,72 9,72
1.4 0,9 54,05 33,78 12,17
1.5 1,0 53,33 33,33 13,34
1.6 1,2 51,94 32,47 15,59
1.7 1,5 50,00 31,25 18,75
1.8 2,0 47,06 29,41 23,53
1.9 2,5 44,44 27,78 27,78
1.10 3,0 42,10 26,32 31,28
При увеличении содержания метакаолина увеличивается и значение нормальной густоты (НГ): от 42,0 % до 70,0 %, а рН среды, наоборот, уменьшается: с 12,6 до 11,53 (таблица 3). С увеличением содержания метакаолина НГ сначала незначительно увеличивается с 42 до 47 % для составов 1.1-1.7, а потом резко возрастает до 70 % (состав 1.10). При введении 0,3 - 2,5 части метакаолина сроки схватывания практически не изменяются и составляют: начало - 1 - 2,5 мин, конец - 1,5 - 3 мин. При дальнейшем увеличении содержания метакаолина до 3 частей происходит резкое удлинение, как начала, так и конца
схватывания: начало - 34,0 мин., конец - 145,0 мин (состав 1.10).
Прочность вяжущего возрастает со временем твердения (рис. 2). Гипсоцементно-пуццолановый камень с содержанием 1 части метакаолина характеризуется прочностью при изгибе - 22,5 МПа, при сжатии - 33,22 МПа. При снижении или увеличении содержания метакаолина происходит снижение прочности. Так, наименьшей прочностью как при изгибе, так и при сжатии характеризуется состав 1.10 (прочность при изгибе составляет 17,4 МПа, а при сжатии - 30,37 МПа).
Таблица 3. Свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
№ состава Содержание метакаоли-на, % НГ, % Сроки схватывания, мин рН W, % Кв П, % ППпП ЗиО Кс
начало конец
1.1 4,42 42,0 1,0 1,5 12,60 13,9 0,78 16,7 20,1 0,78
1.2 7,15 43,0 2,0 2,5 12,57 12,9 0,81 16,0 19,3 0,81
1.3 9,72 44,0 2,0 2,5 12,45 12,1 0,83 12,1 17,9 0,84
1.4 12,17 45,0 2,0 2,5 12,41 10,8 0,88 11,2 17,6 0,89
1.5 13,34 46,5 2,0 2,5 12,36 7,1 0,94 8,7 17,5 0,91
1.6 15,59 47,0 2,0 2,5 12,38 13,8 0,73 13,8 18,2 0,90
1.7 18,75 47,0 2,0 2,5 12,22 13,4 0,70 15,3 19,6 0,87
1.8 23,53 47,0 2,5 3,0 12,10 14,3 0,70 15,5 21,2 0,83
1.9 27,78 50,5 2,5 3,0 12,02 16,3 0,67 16,4 23,0 0,70
1.10 31,58 70,0 34,0 145,0 11,53 19,8 0,54 18,6 27,8 0,51
35
' 30
05
М _
"К
О ->
20
ff 15
1ШГИ0 сжатие
III
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10
Составы
Рис. 2. Прочностные характеристики гипсоцементно-пуццоланового камня после твердения 28 сутки
Значения водостойкости (ЭД) и пористости (П) подтверждают полученные данные по прочности: состав 1.5 имеет наибольший коэффициент водостойкости (Кв = 0,94) и наименьшие значения водопоглощения и пористости 7,11 и 8,72 соответственно), а состав 1.10, наоборот имеет наименьшее значение коэффициента водостойкости (Кв = 0,54) и наибольшие значения водопоглощения и пористости ^=19,8 %, П = 18,6%).
Исследование цементного камня на морозостойкость проводилось по ускоренной методике в 5 % растворе №С1. Все образцы не морозостойки, но наименьшее снижение прочности при попеременном замораживании и оттаивании (ППпПЗиО) имеет состав 1.5, содержащий 13,34 % метакаолина. Также этот состав имеет наибольший коэффициент коррозионной стойкости 0,91 (испытание на коррозионную стойкость проводились 30 сут в 3 % растворе Na2SO4).
Таким образом, несмотря на изменение состава суспензий в методике ТУ 21-31-62-89 [2] наилучшими характеристиками обладает состав,
содержащий 1 часть (13,34 %) метакаолина. Увеличение или уменьшение содержания активных минеральных добавок в составе ГЦПВ приводит к ухудшению эксплуатационных свойств вяжущего, а также к незначительному изменению рН. Уменьшение рН при увеличении содержания метакаолина может учитываться при армировании вяжущего нещелочестойкими волокнами [3].
Библиографический список
1. Волженский А. В., Буров Ю. С., Колокольников В. С. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства). Учебник для вузов, 1979, - 476 с.
2. ТУ 21-31-62-89 Гипсоцементнопуццолановое вяжущее вещество. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 19 с.
3. Potapova, E., Manushuna, A., Urbanov, A. Einflussverschiedener Fasernbei Anwendung von Gips-Zement-Puzzolan-Binden/ 3. Weimar Gypsum Conference. 14. - 15. Marz 2017. Weimar, 2017, - Р. 54-6
