Влияние механоактивации на свойства прессованных гипсовых материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.263.5 + 544.463

Н.Ф. Косенко, Н.В. Филатова

ВЛИЯНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИ НА СВОЙСТВА ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ

(Ивановский государственный химико-технологический университет)

e-mail: [email protected]

Исследовано влияние механоактивации отработанного формовочного гипса на формирование структур твердения. Изучена кинетика твердения прессованных образцов. Отмечено, что длительная термообработка при 180оС предварительно механоак-тивированных, а затем гидратированных материалов не приводит к их разупрочнению.

Гипсовые материалы, полученные из гип-сосодержащих отходов методом пластического формования, имеют невысокую прочность и низкую водостойкость. Полусухое прессование позволяет улучшить технические характеристики изготавливаемых изделий [1-6].

Изучены процессы формирования структур твердения на основе необезвоженного фосфо-гипса [1,2]. Разработана технология производства строительных материалов из двуводного гипса путем горячего прессования при температуре 120150 °С и давлении 20-80 МПа, по которой получен материал с прочностью при сжатии более 70 МПа и коэффициентом размягчения 0,1-0,33 [3]. Рассмотрено влияние механоактивации на процессы структурообразования природного гипса с добавлением хромового ангидрида и оксида магния или золы [5].

В настоящей работе продолжено изучение возможности использования отработанного формовочного гипса без предварительной термообработки [6] и исследовано влияние механохимиче-ской обработки данного вида техногенного продукта на свойства получаемых вяжущих материалов.

В работе использовали отходы отработанных гипсовых форм, которые подвергали механо-активации в планетарной мельнице с энергонапряженностью 270 кВт/кг. Длительность обработки составляла 10 мин.

При увеличении давления прессования образцов в интервале 5-40 МПа непрерывно возрастает прочность. В дальнейших исследованиях образцы прессовали при давлении 20,4 МПа.

Была изучена зависимость прочности при сжатии гипсового материала от количества воды, добавляемой в качестве жидкости затворения. В отсутствие механической обработки оптимальная влажность прессуемых масс составляет 15-22 % (рис.1, кривая 1). После активации содержание воды, необходимой для формирования искусст-

венного конгломерата той же прочности, увеличивается на 2-5 % (рис.1, кривая 2). Данный факт можно объяснить частичной дегидратацией дву-водного гипса, составляющего основу используемых отходов, поэтому добавляемая вода расходуется на повторную гидратацию материала, а также на создание необходимой влажности прессуемой смеси.

50-

40-

30-

20-

10-

10 15 20 25 Количество воды, %

30

Рис.1. Влияние влажности прессуемых гипсовых масс на прочность образцов: 1 - без механической обработки, 2 - после активации.

Fig. 1. Pressing gypsum mass humidity influence on the samples strength: 1 - without mechanoactivation, 2 - after mechanoactivation

Исследована кинетика твердения прессованных образцов (рис.2).

Прочность материала быстро нарастает. Без предварительной механоактивации к 16-24 ч твердение протекает на ~ 80 %. Дальнейшее повышение прочности до 45 МПа связано с высыханием материала. Интенсивная механическая обработка гипсосодержащих отходов ускоряет процесс формирования высокопрочного изделия (рис. 2, кривая 2). 80 % максимальной прочности достигается уже после 6 ч твердения.

Изучено влияние термообработки в мягких условиях (постепенное нарастание температуры, максимальная температура 180 °С) на процесс

2

0

твердения. Известно, что при термообработке твердеющего гипса ускоряется растворение полугидрата и увеличивается его растворимость. Это приводит к увеличению пересыщения жидкой фазы дигидратом сульфата кальция, что ускоряет образование зародышей новообразований, увеличивает их число и интенсифицирует их рост, благодаря чему скорость формирования кристаллического сростка существенно возрастает.

60 п

я 60-, 5

== 50-

40-

30-

20-

I ЮН

50

100

150

200

50-

I 40-

30-

20

10-

0 50 100 150

Время твердения, ч

Рис.2. Кинетика твердения прессованных гипсовых образцов: 1 - без механической обработки, 2 - после активации.

Fig.2. The hardening kinetics of the pressed gypsum samples: 1 - without mechanoactivation, 2 - after mechanoactivation

Рис. 3 отражает влияние температуры твердения на прочность гипсовых образцов, предварительно выдержанных в обычных условиях в течение 1 ч. Это необходимо для того, чтобы предотвратить испарение воды, необходимой для гидратации полуводного гипса.

Как и следовало ожидать, процесс твердения существенно ускоряется. Предварительная механоактивация способствует быстрому набору прочности до максимальных значений (рис.3, кривая 2). Представляет интерес тот факт, что даже 5-часовая термообработка при 180°С не приводит к разупрочнению материалов из-за дегидратации новообразований.

Рентгенофазовый и термический анализ подтверждают, что дегидратация затвердевшего уплотненного прессующим усилием двуводного гипса, отодвигается в область более высоких температур по сравнению с материалом, полученным пластическим формованием.

Температура твердения, С

Рис.3. Влияние температуры твердения на прочность образцов: 1 - без механической обработки, 2 - после активации. Время термообработки 1 ч. Fig. 3. The hardening temperature influence on the samples strength: 1 - without mechanoactivation, 2 - after mechanoactivation. The thermal treatment duration was 1 hour.

Микроскопические наблюдения показали, что форма кристаллов новообразований и характер их связывания практически одинаковы в образцах из пластических и полусухих масс. Предварительная механоактивация способствует более равномерному распределению удлиненных призматических кристалликов по объему затвердевшей массы.

Прочность прессованных материалов существенно понижается в водной среде в течение первых нескольких часов (с 40-50 до 15-20 МПа), но затем водостойкость образцов практически не меняется в течение 6-10 сут, оставаясь на достаточно высоком для гипсовых материалов уровне (~ 10-15 МПа). Следует отметить, что длительность предварительного воздушного твердения (до 20 сут) мало влияет на устойчивость композиций по отношению к воде.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ляшкевич И.М., Раптунович Г.С., Полак А.Ф. // Изв. вузов. Стр-во и архит. 1985. № 12. С. 60-63.

2. Ляшкевич И.М. // Строит. материалы. 1985. № 11. С. 10-11.

3. Kucharska L. //Cem. Wapno. Gips. 1986. N 11. S. 243-247.

4. Стеканов Д.И. и др. //Сб. тр. ВНИИ строит. матер. и конструкций. 1987. № 60/88. С. 3-9.

5. Дувидзон Н.В. и др. //Сб. Создание и исслед. новых строит. матер. Томск. 1986. С. 60-64.

6. Косенко Н.Ф., Колотихина М.В. Свойства прессованных гипсовых композиций // Рукоп. депон. ВИНИТИ № 2866 - В98.

0

0

0

Кафедра химической технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов