CC BY
90
УДК 691.3
Зинин Е.В., Сычева Л.И.
ВЛИЯНИЕ АКТИВНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВЫХ ВЯЖУЩИХ
Зинин Евгений Владимирович, магистрант факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, e-mail: laer1994@mail.ru;
Сычева Людмила Ивановна, к.т.н., 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 активных минеральных добавок на состав и физико-механические свойства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих. Подобраны составы гипсоцементно-пуццолановых вяжущих с исследуемыми добавками, и изучены их характеристики.
Ключевые слова: гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, водостойкость, минеральные добавки.
INFLUENCE OF ACTIVE MINERAL ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF GYPSUM-CEMENT-POZZOLANIC BINDERS
Zinin E.V., Sycheva L.I.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The influence of active mineral additives on the composition and physical and mechanical properties of gypsum cement-pozzolanic binders is considered. The compositions of gypsum-cement-pozzolanic binders with the additives studied were selected, and their characteristics were studied.
Keywords: gypsum-cement-pozzolanic binder, water resistance, mineral additives
Изделия и материалы на основе гипсовых вяжущих широко применяются для отделки помещений. Причиной ограниченного
использования гипсового вяжущего и материалов на его основе является их низкая водостойкость, которая сопровождается такими отрицательными явлениями, как увеличение ползучести и значительное снижение прочности изделий при их увлажнении.
В настоящее время предложено много различных способов повышения водостойкости гипсовых изделий. Они основаны на уменьшении растворимости гипса, уплотнении гипсовой (гипсобетонной) массы, пропитке веществами, которые препятствуют прониканию влаги в изделие, применении наружной защитной обмазки.
Наиболее эффективным и экономически целесообразным способом повышения
водостойкости гипсового вяжущего является создание гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ). Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее -это гидравлическое вяжущее, которое представляет собой смесь гипсового вяжущего, портландцемента и активной минеральной добавки. Это вяжущее, которое сочетает в себе положительные свойства гипсового вяжущего (короткие сроки схватывания) и цемента (высокая водостойкость).
Целью данной работы является исследование влияния добавок различной на свойства гипсоцементно-пуццоланового вяжущего.
Для приготовления гипсоцементно-
пуццоланового вяжущего использовались портландцемент, строительный гипс, активные минеральные добавки метакаолин и микрокремнезем. В качестве пластифицирующей добавки был выбран суперпластификатор Sika ViscoCrete в-2.
Важнейшим компонентом гипсоцементно-пуццоланового вяжущего является активная минеральная добавка, которая вступая в реакцию с Са(ОН)2, выделяющимся при гидратации портландцемента, регулирует состав продуктов гидратации ГЦПВ, обеспечивая его долговечность. Активность минеральной добавки является основным свойством, которое определяет ее количество в составе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего. Определение активности минеральных добавок производили методом поглащения добавкой извести из известкового раствора [1]. Наибольшую активность имел метакаолин - 326 мг CaO/г, активность микрокремнезема составила 248 мг СaO/г добавки.
Необходимое количество минеральной добавки в составе ГЦПВ подбирается по концентрации оксида кальция, содержащегося в специальных суспензии, приготовленной из полуводного гипса, портландцемента, и активной минеральной добавки [2].
Для проведения испытаний готовили 6 препаратов - 2 партии близнецов по 3 препарата в каждой партии, отличавшихся различным
содержанием активной минеральной добавки. В первой суспензий определяли концентрацию СаО через 5 суток, во второй - через 7 суток после приготовления.
Были определены составы гипсоцементно-пуццоланового вяжущего с изучаемыми минеральными добавками: гипсовое вяжущее - 57%, портландцемент - 34%, метакаолин - 9%; гипсовое вяжущее - 54%, портландцемент - 33%, микрокремнезем - 13%.
Таким образом, чем выше активность минеральной добавки, тем меньшее её количество требуется для приготовления гипсоцементно-пуццоланового вяжущего.
Нормальная густота составов с различнми добавками лежит в пределах 41-42%. Сроки схватывания состава ГЦПВ с добавкой микрокремнезёма чуть длиннее (начало - 7 мин., конец - 10 мин.), чем у ГЦПВ с добавкой метакаолина (начало - 6 мин., конец - 9 мин.).
Условия хранения образцов из ГЦПВ были комбинированными, первые сутки образцы твердели на воздухе, далее были помещены в воздушно-влажные условия до определения прочности.
Прочностные характеристики ГЦПВ с добавкой метакаолина, к 14 суткам твердения достигли 6,7 и 26,1 МПа на изгиб и сжатие соответственно. На 28 сутки прочность образцов увеличилась, но не существенно, что может говорить о том, что гидратация ГЦПВ с добавкой метакаолина заканчивается к 14 суткам твердения. У состава ГЦПВ с добавкой микрокремнезема прочностные характеристики ниже и к 14 суткам твердения достигли 4,8 и 16,2 МПа на изгиб и сжатие соответственно. На 28 сутки твердения прочность составила 5,2 и 20,7 МПа на изгиб и сжатие соответственно, что говорит о том, что состав продолжает гидратироваться на протяжении 28 суток (рис. 1).
Такое различие в наборе прочности можно объяснить исходя из состава продуктов гидратации обоих вяжущих. Процессы гидратации, присущие ГЦПВ с разными активными минеральными добавками происходят по разному. Добавка микрокремнезема, состоящая в основном из аморфного SiO2, при гидратации связывается с гидроксидом кальция Са(ОН)2, при этом уменьшая его концентрацию, что приводит к образованию нерастворимых соединений - гидросиликатов кальция (CSH) и как следствие повышению водостойкости материала.
В случае с добавкой метакаолина, в состав которой входят БЮ2 и А120, происходят те же процессы, что и с добавкой микрокремнезема, но кроме и гидросиликатов кальция, при гидратации образуются гидрогранаты, гидросиликоалюминаты и ряд твердых растворов между ними, что приводит к формированию более плотного и прочного камня.
Для изучения влияния пластификатора на свойства ГЦПВ была выбрана добавка Sika УЪсоО^е 0-2 - высокотехнологичный суперпластификатор и водоредуцирующая добавка на основе поликарбоксилатных полимеров. Этот новый суперпластификатор был разработан для применения в системах с высоким содержанием сульфата кальция, в том числе и в системах с гипсовым вяжущим.
Было установлено, что пластифицирующая добавка в значительной мере уменьшает нормальную густоту вяжущих (рис. 2). Максимальное снижение нормальной густоты у обоих составов гипсоцементо-пуццоланового вяжущего наблюдалось в интервале от 0 до 0,1% добавки, дальнейшее изменение нормальной густоты было менее интенсивным. Вследствие чего для дальнейшего изучения прочностных характеристик ГЦПВ была выбрана добавка пластификатора в количестве 0,1%.
« 30
и
%
ф
I 20
£ 10 о о X
о
И о
■ 1Ц1Ш с метакжшином ■ ГЦПВ с микрокремнезе
мом
7 14
Время твердения, сутки
Рисунок 1 - Прочность гипсоцементно-пуццолановых вяжущих
ОД 0.3 0,5 0.7 0.8 Количество добавки, % масс.
Рисунок 2 - Зависимость нормальной густоты ГЦПВ от количества добавки суперпластификатора
Рисунок 3 - Прочность гипсоцементно-пуццолановых вяжущих с добавкой пластификатора
Введение суперпластификатора в
гипсоцементно-пуццолановое вяжущее с добавкой метакаолина позволило повысить прочность образцов на изгиб с 6,7 - до 8,2 МПа, а на сжатие с 26,1 - до 33,5 МПа. А при введении суперпластификатора в ГЦПВ с добавкой микрокремнезема прочность образцов повысилась: при изгибе с 5,2 - до 6,4 МПа, при сжатии с 20,7 - до 28,6 МПа (рис. 3). Повышение прочности вяжущего при введение пластификатора обусловлено снижением В/Г отношения с 41 % до 36 %, и как следствие получением более плотного камня.
Механизм действия пластификатора основан на стерическом и электростатическом отталкивании частиц в тонкодисперсных системах, что обеспечивает высокий уровень подвижности растворов со значительно меньшим количеством воды затворения, обеспечивая более высокую прочность готовых изделий.
В ходе работы были получены гипсоцементно-пуццолановые вяжущие на основе строительного
гипса и портландцемента с активными минеральными добавками метакаолином и микрокремнеземом и исследованы их свойства.
Установлено, что добавка метакаолина эффективнее влияет на свойства вяжущего, что объясняется её природой и большей активностью по сравнению с добавкой микрокремнезема.
Изучено влияние добавки суперпластификатора на гипсоцементно-пуццолановые вяжущие и установлено, что введение добавки в значительной мере уменьшает водогипсовое отношение, что приводит к формированию более плотного и прочного камня.
Список литературы
1. Бутт, Ю.М. Практикум по технологии вяжущих материалов / Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев. -Москва: Высшая школа, - 1973. - 504 с.
2. ТУ 21-31-62-89. Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество. Технические условия. - Москва: Издательство стандартов, 1989. - 19 с.
