CC BY
52
УДК 666.91
Сергеева Н.А, Сычева Л.И.
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ АНГИДРИТОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НА СВОЙСТВА МНОГОФАЗОВЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
Сергеева Нина Александровна, студент 1 курса магистратуры кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва;
Сычева Людмила Ивановна, к.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва, e-mail: lis@rctu.ru; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, стр.4
Изучено влияние структуры ангидрита на свойства многофазовых гипсовых вяжущих. Установлено, что наиболее значимыми параметрами ангидрита для получения многофазовых гипсовых вяжущих является температура его получения и фазовый состав. Показано, что полугидрат сульфата кальция может выступать в качестве активатора твердения ангидритовой составляющей в многофазовых гипсовых вяжущих.
Ключевые слова: многофазовые гипсовые вяжущие, высокообжиговый гипс, нерастворимый ангидрит, гипсовый камень.
INFLUENCE OF THE STRUCTURE OF ANHYDRITE CONSTITUENT ON THE PROPERTIES OF MULTIPHASE GYPSUM BINDERS
Sergeeva N.A., Sycheva L.I.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The effect of anhydrite structures on the properties of multiphase gypsum binders was investigated. It has been established that the most significant parameters of anhydrite for the production of multiphase gypsum binders are the temperature of its preparation and its the phase composition. It is shown that the hemihydrate of calcium sulphate can act as an activator for hardening of anhydrite constituent of multiphase gypsum binders.
Keywords: multiphase gypsum binders, hard-burned gypsum, insoluble anhydrite, gypsum.
Наиболее широко гипсовое вяжущее и материалы на его основе используют для внутренней отделки помещения. Гипсовое вяжущее обладает такими преимуществами как тепло- и звукоизоляция, огнестойкость, высокая пористость, небольшая плотность. Эти характеристики обуславливают область применения материалов на основе гипса.
Одним из перспективных видов гипсовых вяжущих является многофазовое гипсовое вяжущее, которое представляет собой смесь строительного гипса (полугидрат сульфата кальция) и ангидритового вяжущего. Изменяя соотношение компонентов в многофазовом гипсовом вяжущем можно управлять их свойствами, такими как сроки схватывания, прочность, водостойкость и другие. Производство многофазовых гипсовых вяжущих не представляет особых трудностей, его можно получить либо однократным обжигом гипсового камня в интервале 350 - 450 С или смешением строительного гипса и ангидрита. Однако в России многофазовые гипсовые вяжущие и материалы на их основе практически не производят. Для их производства и широкого внедрения необходимы исследования в области получения, твердения и применения многофазовых гипсовых вяжущих.
Целью работы явилось изучение влияния структуры ангидритовой составляющей на свойства многофазовых гипсовых вяжущих.
Под структурой ангидритовой составляющей мы подразумеваем условия получения ангидрита и, соответственно, его фазовый состав.
Многофазовые гипсовые вяжущие (МГВ) были приготовлены из строительного гипса и ангидритового вяжущего, полученного обжигом гипсового камня (ГК) при 400, 500 и 600°С в муфельной печи в течение 2 часов. Выбор температур объясняется тем, что при обжиге ГК при 400 С ангидритовое вяжущее имеет нестабильную структуру, а при 500 С происходит перестройка кристаллической структуры в вяжущем. Только при 600 С и выше образуется стабильная структура ангидрита.
Для исследования влияния ангидритовой составляющей на свойства многофазовых гипсовых вяжущих были приготовлены следующие составы вяжущих: 70% гипсового вяжущего (ГВ) и 30% ангидрита (А), 50%ГВ и 50%А, 30%ГВ и 70%А. Такие составы были выбраны на основании данных, полученных раннее при исследовании составов МГВ с содержанием строительного гипса и ангидрита от 10% до 90%.
Нормальную консистенцию ГВ определяли на вискозиметре Суттарда, а нормальную густоту (НГ) ангидритового вяжущего (АВ) и МГВ определяли на приборе Вика (таблица 1). Сроки схватывания как гипсового вяжущего, так и многофазовых гипсовых вяжущих определяли на приборе Вика.
Многофазовые гипсовые вяжущие твердели на воздухе.
Нормальная густота МГВ снижалась при увеличении доли ангидритовой составляющей, но не значительно.
Таблица 1. Свойства гипсовых вяжущих
Свойства Составы
Гипсовое вяжущее Ангидритовое вяжущее, полученное при ^ С 70%ГВ+30А 50%ГВ+50%А 30%ГВ+70%А
НГ, % 64 400°С 46 39 38 42
500°С 44,5 40 39 38,5
600°С 43 39 38 38
Начало схватывания, мин - сек 12 - 30 400°С - 4 - 00 3 - 30 3 - 00
500°С - 5 - 30 4 - 00 3 - 30
600°С - 5 - 30 6 - 00 6 - 30
Конец схватывания, мин - сек 15 - 00 400°С - 6 - 30 5 - 00 4 - 30
500°С - 7 - 30 7 - 00 6 - 30
600°С - 8 - 00 9 - 00 8 - 30
Сроки схватывания всех составов МГВ сократились по сравнению с гипсовым вяжущим с 12 до 3 минут (начало схватывания) и с 15 до 4 минут (конец схватывания). Снижение нормальной густоты МГВ приводит к снижению сроков схватывания вяжущих. Следует отметить, что составы МГВ с содержанием ангидрита, полученного при 400°С, имеют самые короткие сроки схватывания, несмотря на то, что нормальная густота у этих составов МГВ выше с содержанием АВ, полученного при 400°С. Увеличение НГ МГВ, в состав которых входит А, полученный при 400°С, обусловлено наличием растворимого ангидрита (РА), который обладает высокой водопотребностью.
Все составы МГВ имеют высокую прочность по сравнению с гипсовым вяжущим (рис1, 2, 3).
28
м
1
21
Е
4
I
Ц
§ 14
Д
В и
5
? 7
О
ГВ
ЛИ 70ГВ+30А (400) 50ГВ-5ОА (400) 30ГВ-70А (400)
О
7
28
14 21
Время тв е рдения. сут Рис.1. Прочность многофазовых гипсовых вяжущих с ангидритом, полученным при 400°С
К 7 суткам твердения МГВ уже набирают максимальную прочность. Самая высокая прочность у МГВ с ангидритовой составляющей, полученной
при 400°С. У МГВ с содержанием 70% гипсового вяжущего и 30% ангидрита (400°С) прочность достигает 27,8 МПа к 14 суткам твердения (рис.1). В то время как МГВ, имеющее в своем составе 30% ангидритового вяжущего, полученного при 500°С, и 70% гипсового вяжущего к 14 суткам твердения имеет прочность только 22,4 МПа (рис.2).
МГВ, имеющие в своем составе ангидритовое вяжущее, полученное при 600 С, имеют прочность также выше, чем у гипсового вяжущего, но ниже, чем у других составов МГВ с ангидритовой составляющей, полученным при 500 и 400°С (рис.3). Прочность, которую имеет МГВ, включающее в себя 70% ГВ и 30%АВ, полученного при 600°С, составляет 20,1 МПа к 7 стукам твердения.
Следует отметить, что все составы многофазовых гипсовых вяжущих, содержащие 70% ангидритовой составляющей, полученной при разной температуре, и 30% гипсового вяжущего имеют прочность на сжатие выше, чем гипсовое вяжущее.
28
I 21
Э 14
д
и
I 7
"""--1 --
' '—1 | —
ГВ
-•- 70ГВ-ЗОА (500) 50ГВ-50А (500) 30ГВ-70А (500)
14
Время твердения, от
21
28
Рис.2. Прочность многофазовых гипсовых вяжущих с ангидритом, полученным при 500°С
Сравнивания составы МГВ можно сделать вывод, что прочность вяжущих напрямую зависит от температуры получения ангидритовой
составляющей и ее фазового состава.
Время твердения, гут
Рис.3. Прочность многофазовых гипсовых вяжущих с ангидритом, полученным при 600°С
При обжиге ГК при 400 С в вяжущем присутствует РА, который имеет нестабильную структуру и быстро переходит в полугидрат сульфата кальция (ПГСК). ПГСК, образовавшийся из РА, имеет высокую активность и ускоряет процесс гидратации А. При обжиге ГК при 500°С образуется ангидрит в результате перестройки кристаллической структуры. Происходит переход из моноклинной в ромбическую кристаллическую структуру.
Полученное АВ при 500 С обладает также высокой гидравлической активностью. АВ, полученное обжигом ГК при 600 С, имеет уже стабильную структуру с упорядоченным расположением атомов и минимальным количеством дефектов. Примером взаимосвязи прочности МГВ и температурой получения его ангидритовой составляющей может служить полученное МГВ, в состав которого входит АВ, полученное при 400 С. Такое АВ имеет в своем составе ПГСК, который обладает высокой гидратационной активностью, что способствует активации процесса твердения МГВ и набору его прочности.
Например, к 14 суткам твердения прочность у МГВ с содержанием 30% гипсового вяжущего и 70% ангидрита, полученного при 400°С - 22,2 МПа, а в случае ангидрита, полученного при 500 и 600 С прочность в среднем 13,6 МПа.
В результате исследования установлено, что наибольшей скоростью набора прочности обладает МГВ с содержанием ангидрита, полученного при 400 С. Это подтверждает наше предположение о том, что наличие растворимого ангидрита активизирует процесс твердения ангидритовой составляющей.
МГВ обладает более низкой нормальной густотой и короткими сроками схватывания по сравнению с гипсовым вяжущим. Наибольшую прочность на сжатие имеют составы с ангидритом, полученным при 400 С. Опытном путем доказано, что в качестве активаторов твердения ангидрита могут выступать растворимый ангидрит и полугидрат сульфата кальция.
