Высокопрочное гипсоцементноцеолитовое вяжущее Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.328

Д.Г. САГДАТУЛЛИН, инженер (dinar-207@mail.ru), Н.Н. МОРОЗОВА, канд. техн. наук, В.Г. ХОЗИН, д-р техн. наук, Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КазГАСУ); В.В. ВЛАСОВ, ведущий научный сотрудник ФГУП ЦНИИгеолнеруд (Казань)

Высокопрочное

гипсоцементноцеолитовое вяжущее

Одним из направлений экономного расходования цемента является замена части индустриальных изделий, изготовляемых в основном из бетонов на основе портландцемента, гипсовыми, гипсоцементно-пуццо-лановыми и композиционными гипсовыми вяжущими. Такое решение позволяет снизить материальные и топливно-энергетические затраты [1].

Гипсоцементноцеолитовое вяжущее (ГЦЦВ) — многокомпонентная сухая смесь гипса и цемента с активными минеральными и химическими добавками. Компонентами ГЦЦВ явились: гипс строительный марки Г-6 Аракчин-ского гипсового завода (Г); портландцемент марки ПЦ500-Д0 производства ОАО «Вольскцемент» (Ц); химические добавки пластифицирующего действия — лигно-сульфонат технический (ЛСТ) и МеШих 265Щ в качестве активной минеральной добавки (АМД) в ГЦЦВ применили измельченную породу цеолитсодержащего мергеля (ЦСП) Татарско-Шатрашанского месторождения.

С целью получения высокопрочного ГЦЦВ решалась задача максимального снижения его водопотреб-ности за счет химической модификации и термоактивации ЦСП.

Поскольку ЦСП обладает высокой водопотреб-ностью [2], для ее уменьшения была проведена термообработка. Изменения предельного напряжения сдвига водных суспензий из термоактивированных ЦСП оценивалась по величине их расплыва на границе гравитационной растекаемости в зависимости от В/Т отношения. Результаты представлены на рис. 1. Предельное напряжение сдвига (то) при этом определялось по формуле [3]:

hd 2р

kD

,Па

где h и d — соответственно высота и диаметр вискозиметра, м; р — плотность суспензии, кг/м3; D — диаметр расплыва суспензии, м; k — коэффициент, учитываю-

щий перераспределение напряжений в вязкопластичес-ких телах, равный 2.

Как видно из рис. 1, реологические характеристики водной суспензии из ЦСП существенно зависят от температуры ее обработки. При термоактивации наблюдается смещение предельного напряжения сдвига в сторону малых значений В/Т, и оно тем больше, чем выше температура активации. При температурах прокаливания от 300 до 600оС наблюдается уменьшение вязкости водной суспензии ЦСП при равных В/Т. Водная суспензия из высушенного ЦСП на границе гравитационной растекаемости имеет водопотребность 1,33, а после ее термоактивации при температурах 300, 400, 500 и 600оС - 1,2; 1; 0,97 и 0,93 соответственно. Кривая напряжения сдвига водной суспензии из ЦСП, прокаленной при температуре 700оС (кривая 6), практически совпадает с кривой для водной суспензии из высушенной ЦСП (кривая 1).

Рентгенографичекое изучение термоактивации ЦСП (рис. 2) показало, что структура цеолита трансформируется (табл. 1), фиксируемая по уменьшению параметра Ь0 (с 18А до 17А) элементарной ячейки. Это объясняется слоистостью кристаллической структуры, которая обусловлена чередованием в направлении оси «Ь»-слоев из (81, А1)—О тетраэдров с двумерными системами каналов, являющихся своего рода межслоевыми промежутками, адсорбирующими воду. В процессе нагрева и дегидратации размеры каналов уменьшаются [4], причем наибольшее уменьшение проявляется для каналов, содержащих в качестве обменных катионов Са2+. Именно такие структурные изменения могут служить объяснением уменьшения водопотребности термоактивированной ЦСП на 30% (рис. 1) от высушенной (при 100оС до постоянной массы).

Поскольку термоактивация изменяет свойства ЦСП, была проведена оценка ее активности по поглощению СаО из водного цементно-гипсового раствора по методике [5, 6], результаты которой представлены на рис. 3.

£ 200

сс 180

иг

в сд 160

е 140

и

н е 120

* я 100

р

п а 80

н

е о 60

ьн 40

ел д 20

е

р П 0

-

- 2

- \ \ з V4 4 \ 6 1

- \5 ~~~

со о

со о

О)

о

О)

о

Водотвердое отношение

Рис. 1. Изменение предельного напряжения сдвига водной суспензии ЦСП от водотвердого отношения при температуре активации: 1 - 100оС; 2 - 300оС; 3 - 400оС; 4 - 500оС; 6 - 700оС

t 700оС t 600оС t 500оС t 400оС t 300оС -t 100оС

10 20 30 40 50 60

Угол падения рентгеновского луча на атомную плоскость

Рис. 2. Дифрактограммы ЦСП при температуре активации соответственно: 100оС; 300оС; 400оС; 500оС; 600оС; 700оС

j'vJ ®

научно-технический и производственный журнал

www.rifsm.ru

февраль 2010

53

т

о

Таблица 1

Минеральный состав Фазовые изменения при температуре активации, оС*

100 300 400 500 600 700

Цеолит Структура не изменяется Структура изменяется, переходит частично в рентгеноаморфную фазу Происходит полная аморфизация

Кварц Структура не изменяется

Кальцит Структура не изменяется Начинается распад структуры

Опал-кристобалит-тридимитовая фаза Структура не изменяется

Полевой шпат Структура не изменяется

* Рентгенографический анализ проводился порошковым методом на дифрактометре D8 ADVANCE (фирма Bruker) с использованием монохроматизированного CuKa-излучения.

Из представленных данных видно, что термоактивация ЦСП несущественно влияет на кинетику связывания СаО в приготовленных растворах, за исключением кривой 4 (температура активации 700оС), где происходит резкое снижение ее активности. Минимальным и достаточным соотношение АМД/Ц для удовлетворения условий по концентрации СаО на 5-е и 7-е сутки выдержки минерально-водного раствора смеси Ц+Г+АМД для ЦСП является 0,3 [5, 6].

Известно [2, 3, 7], что химическая модификация минеральных и вяжущих систем добавками-пластификаторами повышает физико-механические свойства получаемых материалов. В связи с этим в работе изучено влияние добавки МеШих 265Ш на физико-механические свойства ГЦЦВ, результаты которого приведены на рис. 4.

Термоактивация ЦСП (при 600оС) приводит к снижению В/Т отношения теста из ГЦЦВ (расплыв по Сут-тарду 160—180 мм) на 17% без добавки и на 50% при введении 0,5% добавки МеШих 265Ш от массы вяжущего в сравнении с бездобавочным составом на высушенном ЦСП. Термическое воздействие на ЦСП способствует увеличению прочности ГЦЦ-камня без добавки на 35% через 7 сут твердения в нормально-влажностных условиях и высушенных до постоянной массы. За счет использования МеШих 265Щ введенного в состав ГЦЦВ, увеличивается прочность на 55% и 80% соответственно для высушенного и термоактивированного ЦСП. Водостойкость ГЦЦ-камня, оцениваемая по коэффициенту размягчения (Кр), возрастает с 0,46 до 0,59 при термообработке ЦСП (рис. 4, 100А и 600А) и с 0,68 до 0,82 -при введении МеШих 265Ш (рис. 4, 100Б и 600Б).

С учетом вышеизложенного и ранее полученных результатов [2, 4] разработаны новые составы ГЦЦВ с высокими физико-механическими показателями . Результаты представлены в табл. 2.

ЦСП/Ц

Рис. 3. Концентрация СаО в жидкой фазе в зависимости от соотношения ЦСП/Ц при температуре активации ЦСП: 1 - 100; 2 - 400; 3 - 600; 4 - 700оС; время выдержки: пунктирная линия - 5 сут; сплошная линия - 7 сут

Как видно из табл. 2, В/Т отношение теста, разработанного ГЦЦВ, имеет значения как для цементных вяжущих. При этом его сроки схватывания составляют: начало — 12 мин, конец — 15 мин. При нормально-влажностных условиях твердения ГЦЦ-камень характеризуется возрастающей прочностью на сжатие в анализируемый период времени. Это достигается применением термоактивации ЦСП и использованием комплексной химической добавки, позволяющей увеличить прочность на сжатие ГЦЦ-камня более чем в 3 раза, коэффициент размягчения — в 1,9 раза, среднюю

Таблица 2

№ п/п Температура тивации ЦСП, оС и к в а о о д /Т со Прочность на сжатие, МПа, через ь т с О со тно3/м § * * ? Попеременного эдонасыщения и сушивания, циклы ь, т с о к т кл с ик ои Коэффициент размягчения

д и со высушенных до постоянной массы нормальные условия твердения * 1 зц о р о

я 7 сут 7 сут 14 сут 28 сут 45 сут 90сут о m _Q в

1 100 0,6 16,4 13,6 15,4 16,5 16,9 17,7 1560 10 5 0,46

2 0,49 22,3 17,9 18,8 20,8 22,9 23,8 1660 20 10 0,59

3 600 МФ+ЛСТ 0,29 42,5 34 38,2 41,1 46,2 48,4 1910 30 25 0,82

4 0,24 51,6 41,3 47,8 50,1 53,8 55,3 1980 40 100 0,89

www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал

54 февраль 2010

ы ®

0,9 0,8 0,7 0,6

tr

щ- 0,5

Ei

* 0,4 0,3 0,2 0,1 0

45 40

35 £ S

30 1

25 |

20 ! я I-

15 о

10 а

i=

100А 600А 100Б 600Б

Температура активации, оС

Рис. 4. Зависимость водотвердого отношения, прочности при сжатии и коэффициента размягчения ГЦЦВ от температуры активации ЦСП и добавки Melflux 2651F: 1 - водотвердое отношение; 2 - прочность при сжатии; 3 - коэффициент размягчения; А - без добавки; Б - с добавкой Melflux 2651F.

плотность — в 1,3 раза, а по морозостойкости достичь марки F100. Попеременное увлажнение-высушивание ГЦЦ-камня, выполненное по методике [8], составило 40 циклов. Этот факт свидетельствует о высокой долговечности разработанного вяжущего.

Таким образом, активация ЦСП при температуре 600оС и введение комплексной химической добавки позволят получить высокопрочное ГЦЦВ.

Ключевые слова: высокопрочное гипсоцементноцеолитовое вяжущее, термоактивация, цеолитсодержащая порода.

Список литературы

1. Якимов А.В. и др. Цеолитсодержащие породы Татарстана и их применение. Казань: Издательство ФЭН, 2001. 176 с.

2. Сагдатуллин Д.Г., Хозин В.Г., Морозова Н.Н. Влияние полимерных добавок на реологические характеристики минеральных водно-дисперсных систем // Материалы научных трудов Третьих Воскресенских чтений «Полимеры в строительстве». Казань: КГАСУ, 2009. С. 97-98.

3. Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: Издательство Ассоциация строительных вузов, 2006. 368 с.

4. Власов В.В., Иглина О.Г. Рентгенографичское изучение термостабильности цеолитов основных месторождений СССР // Материалы сборника научных трудов «Рентгенография минерального сырья и кристаллохимия минералов». Москва: Всесоюзный научно-исследовательский институт минерального сырья, 1979. С. 33-49.

5. Волженский А.В., Стамбулко В.И., Ферронская А.В. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. М.: Стройиздат, 1971. 317 с.

6. Ферронская А.В. Долговечность гипсовых материалов, изделий и конструкций. М.: Стройиздат, 1984. 256 с.

7. Сагдатуллин Д.Г., Хозин В.Г., Морозова Н.Н. Реологические характеристики водных суспензий композиционного гипсового вяжущего и его компонентов // Известия КазГАСУ. 2009. № 2 (12). С. 263-268.

8. Коровяков В.Ф. Повышение эффективности гипсовых вяжущих и бетонов на их основе: Дисс. ... д-р. техн. наук. Москва, 2002. 367 с.

ООО «Сандинский гипсоперерабатывающий комбинат»

Молодая перспективная компания, основана 1 января 2009 г. Занимается добычей и переработкой гипсового камня преимущественно II сорта с высоким коэффициентом белизны

ПРЕДЛАГАЕТ гипсовое вяжущее (строительный гипс) марок Г2-Г6 с остатком на сите № 0,2 от 3 до 7%, регулируемыми сроками схватывания и высоким коэффициентом белизны.

Наличие собственного месторождения гипсового камня обеспечивает относительно невысокую стоимость вяжущего. Отгрузка продукции осуществляется железнодорожным и автотранспортом в любой упаковке или навалом.

Предусмотрена гибкая система скидок и индивидуальные условия работы с заказчиками

ООО «СГПК» 453300, Республика Башкортостан, г. Кумертау, 2-й Советский пер., д. 2 Тел./факс: (34761) 4-12-15 e-mail: sgpk@mail.ru www.sandin.ru

1

3

1

3

1

2

3

2

2

2

3

Реклама

■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru

Ы - ® февраль 2010 55^