CC BY
86
УДК 691.545
Манушина А.С., Зырянов М.С., Потапова Е.Н.
ВЛИЯНИЕ ВИДА МЕТАКАОЛИНА НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Манушина Анна Сергеевна, студентка 2 курса магистратуры факультета инженерной химии;е-тай: [email protected]
Зырянов Михаил Сергеевич, студент 3 курса бакалавриата факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов;
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 вида метакаолина на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Показано, что при введении добавок в оптимальном количестве повышаются прочностные характеристики вяжущего, морозо- и коррозиестойкость, а также снижается пористость и водопоглощение гипсоцементно-пуццоланового камня. На основании проведенных исследований выбран оптимальный состав гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Ключевые слова: активная минеральная добавка, каолин, метакаолин, прочность, пористость, водопоглощение, морозостойкость, коррозиестойкость.
INFLUENCE OF THE VIEW OF METAKAOLIN ON THE PROPERTIES OF GYPSOCEMENT-PUZZOLANIC BINDER
Manushina A. S. ,Zyryanov M. S., Potapova E. N.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The effect of the metakaolin type on the properties of the gypsum cement-pozzolanic binder was studied. It is shown that when adding additives in the optimal amount, the strength characteristics of the binder, frost and corrosion resistance are increased, and the porosity and water absorption of the gypsum cement-pozzolan stone is reduced. Based on the studies carried out, the optimal composition of the gypsum cement-pozzolanic binder was selected.
Keywords: gypsum-cement-puzzolanic binder, kaolin, metakaolin, strength characteristics, porosity, water absorbtion, frost resistance, corrosion resistance.
Благодаря оригинальным отечественным разработкам, ряд существенных недостатков гипсовых вяжущих удалось устранить в созданных водостойких гипсовых вяжущих. Наиболее известными и изученными являются гипсоцементно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ), которые достаточно широко используются при производстве санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков, стеновых камней, панелей, растворных и шпаклевочных смесей. Их получают путем смешения гипсового вяжущего (ГВ), портландцемента (ПЦ) и активной минеральной добавки (АМД). В качестве последнего компонента последнее время широкое распространение получило использование метакаолина (А1203^Ю2). Метакаолин (МК) является высокоэффективной пуццолановой добавкой, которую получают путем термической обработки каолина [1].
Основной характеристикой метакаолина является его активность, т. е. способность вступать в реакцию с известью, образуя при этом нерастворимые основания, подобные по химическому составу цеолитам и полевым шпатам. Ранее нами была изучена активность метакаолина, полученного путем термической обработки каолина «Журавлиный Лог» при различных режимах обжига [2] . Было установлено, что наиболее
активный метакаолин образуется при термической обработке при температуре 850 °С в течение 30 мин. С этим метакаолином было получено гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ) и изучены его свойства
[3].
Целью данной работы является анализ влияние вида метакаолина на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, а также выбор оптимального состава ГЦПВ с комплексом функциональных добавок.
При приготовлении гипсоцементно-пуццоланового вяжущего были использованы следующие материалы: портландцемент ЦЕМ I 52,5 Н ООО «ХайдельбергЦемент Рус» (ПЦ), белый цемент М 500 Д0 «Но1Ст» (БЦ), гипсовое вяжущее Г-5-Г-6 Б (II) ООО «РусГипс» (ГВ), активные минеральные добавки (АМД) - промышленный метакаолин «МетаРус» (МК-1) и метакаолин, полученный в лабораторных условиях (МК-2).
Сравнительная характеристика исследуемых активных минеральных добавок представлена в таблице 1. Активность добавок, определенная по методу поглощения извести, практически одинаковая. Однако добавки характеризуются разной дисперсностью и разным содержанием оксидов алюминия и кремния, что может отразиться на их реакционной способности.
В качестве функциональных добавок были использованы: гиперпластификатор МеШих 5581 F, редиспергируемый полимерный порошок - Vmnapas 5010 К, и эфиры целлюлозы - Месе11о8е 7117. На первом этапе исследования для создания
Таблица 1. Свойства активных минеральных добавок
гипсоцементно-пуццоланового вяжущего по методике [4] было определено необходимое количество активной минеральной добавки, а также приготовлено 8 составов (таблица 2).
АМД Активность мг/г Химический состав, % Истинная плотность, г/см3 Содержание частиц менее 2 мкм, %
А1203 SiO2 Fe2Oз ТЮ2 к2о №20 СаО
МК-1 369,8 43,8 53,4 0,74 0,58 - - 0,45 2,57 42,5
МК-2 360,5 36-38 46-48 0,4-1,2 0,3-0,6 0,7-1,5 0,05-0,1 0,1-0,2 2,56 65,8
Таблица 2. Составы гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
№ состава Вид АМД Вид цемента Компоненты ГЦПВ, % Добавки
ГВ ПЦ АМД ГП РПП ЭЦ
1.1 МК-1 ЦЕМ I 52,5 Н 53,33 33,33 13,34 - - -
1.2 0,3 0,5 0,5
1.3 М 500 Д0 - - -
1.4 0,3 0,5 0,5
2.1 МК-2 ЦЕМ I 52,5 Н 53,33 33,33 13,34 - - -
2.2 0,3 0,5 0,5
2.3 М 500 Д0 - - -
2.4 0,3 0,5 0,5
На втором этапе работы были изучены свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего в присутствии функциональных добавок, оптимальное содержание которых было определено ранее [3] (рис. 1, табл. 3).
Изучено влияние ГЦПВ на прочностные характеристики гипсоцементно-пуццоланового
камня. Прочность ГЦП камня возрастает со временем твердения. Введение комплекса добавок (ГП+РПП+ЭЦ) в состав ГЦПВ приводит к увеличению прочностных характеристик вяжущего.
Так для составов 1.1 и 1.2, содержащих ПЦ и МК-1 прочность при изгибе составляет 22,5 МПа и 24,3 МПа, при сжатии - 33,22 МПа и 33,93 МПа соответственно. Изменение цемента в составе ГЦПВ не приводит существенному изменению прочности. Так, составы 1.3 и 1.4 обладают прочностью при изгибе, равной 23,67 МПа и 22,79 МПа, при сжатии - 32,45 МПа и 35,78 МПа.
При введении в состав ГЦПВ в качестве активной минеральной добавки лабораторно обожженный метакаолин МК-2 происходит снижение прочности как при изгибе, так и при сжатии. Составы 2.1 и 2.3 обладают прочностью при изгибе, равной 19,4 и 18,7 МПа, при сжатии - 29,82 и 27,76 МПа. Даже прочность составов 2.2 и 2.4, содержащих комплекс добавок, не может сравниться с прочностью состава 1.1, содержащего метакаолин МК-1. Такое поведение метакаолина МК-2 можно объяснить его химическим составом. Более крупные частицы МК-2 медленнее вступают во взаимодействие с известью, что и обусловливает пониженную (по сравнению с МК-1) активность добавки на 30 сут. Также большее содержание оксидов кремния и алюминия в МК-1 обеспечивает повышенную реакционную способность этой добавки, что и нашло отражение в полученных экспериментальных результатах.
1.1
12 13 Составы
1.4
,3
н
к г»
с
о О
о &
2.1
22 23
Составы
2.4
Рис. 1. Прочностные характеристикигипсоцементно-пуццоланового камня с МК-1 (а) и МК-2 (б)
Сроки схватывания, Потеря прочности при
№ состава НГ, % мин Поел» % попеременном Кв ^ % К8
начало конец замораживании и оттаивании
1.1 47,0 1,5 2,5 8,7 37,5 0,84 7,1 0,91
1.2 46,0 3,5 7,0 6,9 9,7 0,83 7,1 0,93
1.3 54,0 2,0 3,0 13,6 29,8 0,86 10,6 0,75
1.4 52,0 3,0 6,5 10,5 7,2 0,81 10,7 0,82
2.1 65,0 4,0 5,5 8,6 42,5 0,79 8,9 0,76
2.2 68,5 5,5 13,0 6,7 31,9 0,74 7,2 0,72
2.3 48,0 1,5 3,0 9,0 47,8 0,77 12,5 0,73
2.4 56,5 3,0 6,6 9,6 27,5 0,73 9,8 0,69
Таблица 3. Свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
Составы ГЦПВ, содержащие МК-1, модифицированные комплексом добавок,
характеризуется меньшей водопотребностью, чем бездобавочные. Так для состава 1.1 нормальная густота (НГ) составляет 47 %, что на 1 % больше, чем водопотребность состава 1.2. Водопотребность состава 1.3 составляет 54 %, что на 2 % больше, чем водопотребность состава 1.4.
ГЦПВ на основе обожженного каолина МК-2 характеризуется высокой водопотребностью по сравнению с ГЦПВ на основе МК-1. Так, нормальная густота составов 2.1 и 2.3 составляет 65 % и 48 %. Введение в составы ГЦПВ с МК-2 комплекса добавок способствует повышению водопотребности вяжущего: нормальная густота составов 2.2 и 2.4 возрастает до 68,5 и 56,5 %. Также для состава 2.1 характерно удлинение как начала схватывания на 2,5 мин, так и конца схватывания 3 мин по сравнению с составом 1.1. Модифицирование ГЦПВ комплексом добавок увеличивает сроки схватывание вяжущего для всех составов.
Составы ГЦПВ, содержащие МК-2 обладают меньшей пористостью, чем составы ГЦПВ с МК-1. Наименьшей пористостью характеризуются составы, на основе портландцемента, содержащие комплекс добавок: для состава 1.2 - Побщ = 6,9 % и для состава 2.2 - ПобЩ = 6,7 %.
Составы гипсоцементно-пуццоланового
вяжущего с МК-2 характеризуются большими значениями водопоглощения, чем соответствующие им составы ГЦПВ с МК-1. Наименьшим водо поглощением обладает состав 1.1 ^ = 7,1 %), наибольшим - состав 2.3 12,5 %).
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее с МК-2 характеризуется низкими коэффициентами водостойкости и коррозиестойкости, а также высокой потерей прочности после 20 циклов замораживания - оттаивания.
Таким образом, вид (состав) метакаолина оказывает существенное влияние на
эксплуатационные свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Составы, содержащие метакаолин МК-2, характеризуются меньшей прочностью, чем соответствующие им составы, содержащие метакаолин МК-1. ГЦПВ, содержащее МК-1, обладает наибольшими коэффициентами водостойкости и коррозиестойкости, наименьшей потерей прочности после 20 циклов замораживания - оттаивания.
Для дальнейших исследований по изучению применения ГЦПВ рекомендуется использовать ГЦПВ, изготовленное на основе портландцемента, гипсового вяжущего и активной минеральной добавки -метакаолин МК-1 и модифицированное комплексом добавок 0,3 % ГП+ 0,5 % РПП+ 0,5 % ЭЦ.
Библиографический список
1. Коровяков В.Ф. Повышение водостойкости гипсовых вяжущих веществ и расширение областей их применения/ В. Ф. Коровяков// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. -2005. - № 3. - С.28-31.
2. Манушина А. С., Потапова Е. Н. Влияние термообработки каолина на его свойства / Международная конференция огнеупоров и металлургов// Новые огнеупоры. - 2017, - № 3. - С. 47.
3. Манушина А. С., Ахметжанов А. М., Потапова Е. Н. Влияние добавок на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего / Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том XXIX, № 7 (166). - М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2016, - С. 59-61.
4. ТУ 21-31-62-89 Гипсоцементнопуццолановое вяжущее вещество. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 19 с.
