CC BY
48
УДК 666.942.2
Зырянов М.С., Манушина А., Потапова Е.Н.
ВЛИЯНИЕ ВИДА ЦЕМЕНТА НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Зырянов Михаил Сергеевич, 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 вида цемента на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Показано, что при введении функциональных добавок в оптимальном количестве повышаются прочностные характеристики вяжущего, морозостойкость и коррозиестойкость, снижается пористость и водопоглощение цементного камня. На основании проведенных исследований выбран оптимальный состав гипсоцементно-пуццоланового вяжущего.
Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, полимерные добавки, прочность, пористость, водопоглощение, морозостойкость, коррозиестойкость.
INFLUENCE OF THE VIEW OF CEMENT ON THE PROPERTIES OF GYPSOCEMENT-PUZZOLANIC BINDER
Zyryanov M.S., Manushina A.S., Potapova E.N.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The effect of Portland cement on the properties of a gypsum-cement-puzzolanic binder was studied. It is shown that when adding additives in the optimum amount, the strength characteristics of the binder, frost resistance and the corrosion resistance are increased, the porosity and water absorption of the cement stone are reduced. Based on the studies, the optimal composition of gypsum-cement-pozzolanic was chosen.
Keywords: gypsum-cement-puzzolanic binder, polymer additives, strength characteristics, porosity, water absorption, frost resistance, corrosion resistance.
Одним из самых прогрессивных материалов последнего времени является гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, которое обладает рядом преимуществ по сравнению с другими воздушными вяжущими, а именно: повышенная водостойкость, более высокие прочностные характеристики, отсутствие длительной сушки изделий при производстве. Гипсоцементно-пуццолановое
вяжущее (ГЦПВ) получается путем смешения гипсового вяжущего (ГВ), портландцемента (ПЦ) и активной минеральной добавки (АМД). Раннее в проведенных работах было исследовано влияние модифицирующих добавок и волокон на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего [1-2].
Целью данной работы является исследование влияния вида цемента на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, а также выбор оптимального состава для дальнейших исследований. На первом этапе исследования для создания гипсоцементно-пуццоланового вяжущего по методике [3] было определено необходимое количество активной минеральной добавки.
При приготовлении гипсоцементно-
пуццоланового вяжущего были использованы следующие материалы: портландцемент ЦЕМ I 52,5 Н ООО «ХайдельбергЦемент Рус» (СПЦ), белый цемент М 500 Д0 «Но1ат» (БПЦ), гипсовое вяжущее Г-5-Г-6 Б (II) ООО «РусГипс» (ГВ), активная минеральная добавка - метакаолин «МетаРус» (МК). В качестве полимерных добавок были использованы: гиперпластификатор МеШих 5581 F (ГП), редиспергируемый полимерный порошок - Vinnapas 5010 N (РПП) и эфиры целлюлозы - Месе1^е 7117 (ЭЦ). Химический состав цементов представлен в табл. 1. Из табл. 1 видно, что по химическому составы цементы очень близки (за исключением оксидов железа), поэтому вероятно, и определенное соотношение компонентов в гипсоцементно-пуццолановом вяжущем при использовании белого и традиционного серого цементов оказалось одинаковым (табл. 2).
На втором этапе исследования были изучены свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего в присутствии функциональных добавок (табл.2).
Таблица 1. Химический состав цементов
Наименование портландцемента Содержание оксидов, %
SiO2 М2О3 Fe2Oз СаО MgO SOз шш
СПЦ 20,55 4,95 3,91 63,60 1,15 2,98 0,76
БПЦ 21,0 5,5 0,5 65,0 1,0 3,3 1,0
Таблица 2. Составы гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
Компоненты ГЦ ЩВ, % Функциональная добавка Содержание, % № составов для вида цемента
ГВ ПЦ АМД Портландцемент Белый цемент
53,33 33,33 13,34 - - 1.1 2.1
ГП 0,3 1.2 2.2
РПП 0,5 1.3 2.3
ЭЦ 0,5 1.4 2.4
ГП+РПП+ЭЦ 0,3+0,5+0,5 1.5 2.5
Изучено влияние функциональных добавок на свойства ГЦПВ на основе традиционного серого и белого цементов. ГЦПВ с БПЦ характеризуется большей водопотребностью, чем ГЦПВ с СПЦ. Введение в состав ГЦПВ пластифицирующих добавок снижает водопотребность вяжущего: с СПЦ - на 9 %, с БПЦ - на 13 %. Добавление в состав ГЦПВ редиспергируемого полимерного порошка неоднозначно влияет на водопотребность вяжущего. Так для состава 1.3 нормальная густота теста повышается на 1,5 %, по сравнению с бездобавочным, а для состава 2.3 нормальная густота (НГ) теста понижается на 4 %. Введение в состав ГЦПВ эфиров целлюлозы повышает водопотребность вяжущего, для ГЦПВ с СПЦ на 10,5 %, а для ГЦПВ с БПЦ на 3 % по сравнению с бездобавочным составом. Модифицирование комплексом добавок незначительно снижает водопотребность вяжущего: для ГЦПВ с СПЦ - на 1,0 %, для ГЦПВ с БПЦ - на 2,0 % по сравнению с бездобавочными составами. Однако это не сказывается на сроках схватывания (СХ) вяжущего.
Изучено влияние полимерных добавок на
прочностные характеристики гипсоцементно-пуццоланового (ГЦП) камня. Прочность ГЦП камня возрастает со временем твердения. Введение пластифицирующих добавок в состав ГЦПВ увеличивает прочностные характеристики вяжущего как для ГЦПВ с СПЦ, так и для ГЦПВ с БПЦ. Наибольшей прочностью при изгибе обладает состав 1.2, содержащий 0,3 % ГП, - 25,72 МПа, а при сжатии (36,88 МПа) состав 2.2, также содержащий 0,3 % ГП (рис. 1).
Добавление к вяжущему редиспергируемого полимерного порошка не оказывает изменения на прочностные характеристики ГЦП камня с СПЦ, но оказывает положительное воздействие на прочность ГЦПВ с БПЦ. Наибольшей прочностью при изгибе обладает состав 1.3, содержащий 0,5 % РПП, - 22,43 МПа, при сжатии (34,57) состав 2.3, содержащий 0,5 РПП.
Введение эфиров целлюлозы оказывает отрицательное воздействие на прочностные характеристики как для ГЦПВ с СПЦ, так и для ГЦПВ с БПЦ.
Рис. 1. Прочность ГЦП камня в возрасте 28 сут: а - ГЦПВ с СПЦ; б - ГЦПВ с БПЦ (составы по табл. 2)
Добавление комплекса добавок (ГП+РПП+ЭЦ) повышает прочность при изгибе и при сжатии для ГЦПВ с СПЦ, для ГЦПВ с БПЦ повышает прочность при сжатии.
Модифицирование ГЦПВ функциональными добавками приводит к изменению эксплуатационных свойств вяжущего. Так, при введении гиперпластификатора снижается пористость ГЦП
камня как для ГЦПВ СПЦ, так и для ГЦПВ с БПЦ, понижается водопоглощение (W) вяжущих, возрастает коэффициент водостойкости и сульфатостойкости. Потеря прочности после 20 циклов замораживания - оттаивания составила на 25 % меньше для ГЦПВ с СПЦ и на 18,9 % для ГЦПВ с БПЦ по сравнению с бездобавочными составами (табл. 3).
Таблица 3. Свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
№ состава НГ, % СХ, мин Побщ^ % Потеря прочности при попеременном замораживании и оттаивании, % Кв ^ % К.
Начало Конец
1.1 47,0 1,5 2,5 8,7 37,5 0,84 7,11 0,91
1.2 38,0 2,0 3,0 7,0 12,5 0,91 4,40 0,96
1.3 48,5 2,0 2,5 9,1 10,5 0,82 7,39 0,95
1.4 57,5 2,0 3,5 10,8 27,5 0,78 12,03 0,82
1.5 46,0 3,5 7,0 6,9 9,7 0,83 7,12 0,93
2.1 54,0 2,0 3,0 13,6 29,8 0,86 10,65 0,75
2.2 41,0 2,0 3,0 9,1 11,9 0,94 6,20 0,80
2.3 50,0 2,5 4,0 13,7 7,7 0,78 12,18 0,78
2.4 57,0 2,0 4,5 15,4 24,8 0,72 26,96 0,74
2.5 52,0 3,0 6,5 10,6 7,2 0,81 10,7 0,82
Добавление редиспергируемого порошка повышает пористость ГЦП камня как для ГЦПВ с СПЦ, так и для ГЦПВ с БПЦ, снижает коэффициент водостойкости и повышает водопоглощение вяжущих, увеличивает коэффициент
сульфатостойкости. Потеря прочности после 20 циклов замораживания - оттаивания составили 10,5 % для ГЦПВ с СПЦ, что на 27,5 % меньше, чем потеря прочности бездобавочного состава, и 7,7 % для ГЦПВ с БПЦ, что на 22,1 % меньше, чем потеря прочности бездобавочного состава.
Модифицирование эфирами целлюлозы повышает пористость ГЦП камня как для ГЦПВ с СПЦ, так и для ГЦПВ с БПЦ, повышает водопоглощение вяжущих, но снижает коэффициент водостойкости и сульфатостойкости. Потеря прочности после 20 циклов замораживания -оттаивания составили 27,5 % для ГЦПВ и 24,8 % для ГЦПВ с БПЦ, что на 10, % и 5 % меньше по сравнению с бездобавочными составами.
Добавление комплекса добавок в состав ГЦПВ снижает пористость как для ГЦПВ с СПЦ, так и для ГЦПВ с БПЦ. Водопоглощение вяжущих практически не изменяется по сравнению с бездобавочными составами, незначительно повышает коэффициент сульфатостойкости и понижает коэффициент водостойкости, при этом вяжущее обладает достаточной водостойкостью (Кв>0,8). Составы 1.5 и 2.5 обладают наименьшими потерями прочности после 20 циклов замораживания - оттаивания, для ГЦПВ с СПЦ потеря прочности составляет 9,7 %, а для ГЦПВ с БПЦ потеря прочности составляет 7,2 %.
Таким образом, в результате проделанной работы выявлено, что вид изученного цемента в составе ГЦПВ не оказывает существенного влияния на
прочностные характеристики вяжущего, но оказывает существенное влияние на водо - и корозиестойкость, а также на морозостойкость. Так, составы, приготовленные на основе портландцемента, обладают невысокими значениями коэффициента водостойкости и морозостойкости, поэтому для разработки водостойких и морозостойких изделий из вяжущего рекомендуется использовать ГЦПВ на основе белого цемента. Но составы, содержащие БПЦ, обладают невысокими значениями коэффициента коррозиестойкости, поэтому для разработки изделий подверженных коррозии рекомендуется использовать ГЦПВ на основе СПЦ.
Введение функциональных добавок в составы ГЦПВ оказывает существенное влияние на его свойства. Составы, содержащие комплекс добавок, характеризуются высокими значениями
коэффициентов водо- (Кв>0,8) и сульфатостойкости (К>0,8), низкой потерей прочности после 20 циклов замораживания-оттаивания (менее 10 %).
Список литературы
1. Манушина А. С., Ахметжанов А. М., Потапова Е. Н. Влияние добавок на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего // Успехи в химии и химической технологии. - 2015. - Т. 29, № 7 (166). -С. 59-61.
2. Манушина А. С., Урбанов А. В., Немцев А. Д., Потапова Е.Н. Влияние волокон на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего // Успехи в химии и химической технологии. - 2016. - Т. 30, № 7 (176). - С. 66-68.
3. ТУ 21-31-62-89 Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 19 с.
