Гіпсові будівельні матеріали підвищеної міцності і водостійкості

+ 2,4Са(ОН)_{2 кр}

- 80,64

10^-8

Нами також були розраховані рівноважне значення рН при його контакті з водою і П_р, що виявилися рівними: рН = 10,5 і П_р = 0,54• 10^-29.

Для того, щоб запобігти виникненню таумаситу в продуктах гідратації вищевказаних систем, необхідно було встановити можливість його утворення з ГСА в присутності гідросиликатів при різному їх співвідношенні. Нами були розраховані значення ДG₂₉₈^o реакцій утворення таумаситу для різних свіввідношень ГСА до гідросилікатів і встановлено, що безпечні умови мають місце при співвідношенні 1:1.

Проведені дослідження надали нам можливість теоретично обгрунтувати вибір добавок до гіпсових систем з метою підвищення їх міцності і водостійкості. З метою забезпечення стабільності властивостей була запропонована комплексна добавка, до якої входять у вигляді чистих хімічних речовин сульфат алюмінію, вапно і аеросил, кількість яких в сукупності складає не більш 1,5 % від маси гіпсу.

Фізико-хімічні дослідження зразків запропонованого гіпсового в'яжучого підвищеної міцності і водостійкості показали присутність в його продуктах гідратації гідросилікатів кальцію різної основності:

Са₃Si₆O₁₂(OH)₆•5H₂O (d = 9,2; 2,79; 1,83 Е); Ca₄(SiO₃)•H₂O (d = 6,65; 3,36; 2,98 Е); Ca₂Si₂O₅(OH)₂•H₂O (d = 4,13; 2,88; 2,46 Е) і гідрогранатів кальцію: Ca[Al₂Si₃O₁₀]•3H₂O (d = 4,74; 2,88; 2,24 Е); Ca₂Al₂[Si₃O₁₀](ОН)₂ (d = 3,48; 3,079; 2,56; 1,77 Е); CaAl₂[Si₂Al₂O₁₀(OH)₂ (d = 3,18; 2,51; 1,9; 1,46 Е), а гідросульфоалюмінату, таумаситу і вільного вапна в продуктах гідратації не знайдено.

Склади гіпсових композицій підвищеної водостійкості та їх властивості приведені в табл.11 і 12. Як порівняльний варіант водостійкого гіпсового в'яжучого було взято відому гіпсоцементу композицію (склад 4).

Таблиця 11. Склади гіпсових композицій підвищеної водостійкості

Найменування компонентів	Кількість, мас. %
	склад 1	склад 2	склад 3	склад 4
Гіпс будівельний	98,105	98,7	98,685	65
Вапно	0,8	0,66	0,9	-
Сульфат алюмінію	1,08	0,5	0,33	-
Аеросил	0,15	0,15	0,085	-
Портландцемент	-	-	-	23
Трепел	-	-	-	12
Водо-в'яжуче відношення (В/В)	0,5	0,6

Таблиця 12. Властивості гіпсових композицій підвищеної водостійкості

Найменування властивостей	Показники властивостей
	пропонований склад	звичайний гіпс (Г-5)	ГЦПВ (на Г-5)
	гіпс Г-3	гіпс Г-5
Густина, кг/м3	1458	1480	1520	1720
Границя міцності зразків при стиску (після 2-х год повітр. зберігання), МПа	10,5	13,3	5,0	10,6
Границя міцності зразків при стиску (після 28 діб вологого зберігання), МПа	12,3	17,5	5,0	14,8
Границя міцності зразків при стиску (в водонасиченому стані), МПа	9,84	14,2	2,85	11,8
Коефіцієнт розм'якшення, Кр=R28в/R28с	0,8	0,81	0,47	0,8

На розроблені склади гіпсового в'яжучого підвищеної водостійкості отримано позитивне рішення на видачу патенту України (заявка №2003076552 від 14.07.03 р.). Розрахунковий річний економічний ефект від впровадження такого гіпсового в'яжучого у виробництво, на прикладі стінових блоків, склав 118345 грн.

У розділі 8 приведені результати досліджень по фізико-хімічному обґрунтуванню способів одержання ніздрюватих гіпсових і гіпсовмісних бетонів.

Останнім часом різко підвищився попит на теплоізоляційні стінові матеріали, у тому числі, і на ніздрюваті гіпсобетони, що пов'язано з уведенням в Україні нових норм на коефіцієнт термічного опору зовнішніх стін і перекриттів будинків житло-цивільного призначення, який складає 2,2 - 2,5.

Це вимагає використання високоефективних теплоізоляційних матеріалів із середньою густиною 300 - 500 кг/м³.

Одним із шляхів успішного вирішення цієї проблеми є розширення виробництва і використання гіпсових матеріалів і, у першу чергу, ніздрюватих бетонів на їх основі для виготовлення стінових, опоряджувальних, звуко- і теплоізоляційних виробів.

Важливим для одержання ніздрюватих будівельних матеріалів є вибір газо- і піноутворювачів. Аналіз літературних даних показав, що найбільш ефективними газоутворювачами в сировинних сумішах для одержання поризованого гіпсу є сірчана кислота і сірчанокислий алюміній.

Найбільш досконалим є спосіб одержання газогіпсобетону на основі розчину сірчаної кислоти.

Співвідношення гіпсу і сірчаної кислоти повинно бути як 1 : (0,005 - 0,01). Границя міцності зразків з газогіпсобетону склала при густині 500 кг/м³ - 1,5 МПа і л = 0,10 Вт/м•К, що задовольняє вимогам державних стандартів на ніздрюваті бетони і може бути рекомендовано до застосування. На розроблені склади газогіпсобетонів отримано патент України № 51211 А від 15.11.2002 р.

У зв'язку з викладеним, у якості піноутворювача нами була обрана смола деревна омилена (СДО), що є відходом деревообробних комбінатів. Для забезпечення стійкості піни до складу сировинної композиції, крім будівельного гіпсу, додатково ввійшли: сульфат алюмінію і шламовий відхід виробництва концерну “Стірол”.

З метою забезпечення прискореного набору міцності у воду замішування був уведений напівводний гіпс у кількості, що забезпечує одержання насиченого розчину (до 7,1 г/л).

Це дає можливість, як уже відзначалося вище, трохи сповільнити процес тужавлення і разом з тим сприяє більш швидкому утворенню центрів кристалізації двогідрату, завдяки чому виключається необхідність уведення додатково до складу суміші прискорювача твердіння.

Добавка сірчанокислого алюмінію в пропонованій композиції виконує функцію агента, що зшиває кислотні групи СДО.

Оскільки алюміній є трьохвалентним, він може одночасно заміщати три іони водню в кислотних групах СДО і тим самим сприяти утворенню тривимірної полімерної сітки, що створює передумови до стабілізації властивостей піни по всьому об'єму.

У той же час добавка тонкодисперсного шламового відходу, що містить сполуки кальцію, забезпечує підвищену щільність міжпорових перегородок піногіпсобетону і сприяє підвищенню його міцності в цілому.

Важливою особливістю розробленого нами технологічного процесу є застосування методу “сухої мінералізації” мокрих пін, коли сухі компоненти суміші додають безпосередньо у готову піну. На сировинну композицію та спосіб виготовлення піногіпсобетону отримано патент України № 52047 А від 16.12.02 р.

Результати експериментальних досліджень по оптимізації складів піногіпсобетону і значення показників основних властивостей приведені в табл. 13 і 14.

Таблиця 13. Склади піногіпсобетону

Компоненти	Співвідношення компонентів, мас. %
	склад 1	склад 2	склад 3
Напівводний гіпс	53,45	54,20	57,34
Піноутворювач (СДО)	7,45	6,82	5,51
Сульфат алюмінію	0,35	0,54	0,56
Шламовий відхід	0,35	0,54	0,56
Вода (розчин гіпсу, 7,1 г/л)	38,40	37,9	36,03

Таблиця 14. Властивості піногіпсобетонів

Найменування властивостей	Показники властивостей піногіпсобетонів
	склад 1	склад 2	склад 3
Границя міцності при стиску, МПа	0,55	0,9	1,8
Середня густина, кг/м3	330	400	703
Теплопровідність, Вт/м К	0,072	0,09	0,17
Сорбційне зволоження (72 години), %	1,7	1,5	0,9

Розроблена технологія дає можливість виготовляти поризовану сировинну композицію не тільки в стаціонарних умовах для виробництва штучних виробів, але і безпосередньо на будівельних майданчиках у пересувних установках для монолітного зведення стін і перекриттів з піногіпсобетону. Дослідну партію теплоізоляційних плит з шаром із запропонованого піногіпсобетону випущено на Куряжському домобудівельному комбінаті.

Були також проведені дослідження з одержання цементних пінобетонів на безгіпсовому цементі (БГЦ) з добавкою напівводного гіпсу у вигляді насиченого розчину. З огляду на колоїдно-хімічні аспекти процесів струкутроутворення і знаки зарядів поверхні дисперсних часток, нами був теоретично обґрунтований і практично реалізований вибір компонентів цементного пінобетону і спосіб його виготовлення, а саме метод “сухої мінералізації” мокрих пін.

Для виготовлення пінобетонної суміші методом “сухої мінералізації” і одержання пінобетонних виробів за нарізною технологією, нами була розроблена оригінальна сировинна суміш на основі безгіпсового цементу, на яку отримано патент України № 51912 А від 16.12.02 р.

Склади цементної пінобетонної суміші прискореного твердіння приведені в табл.15, а фізико-технічні властивості - в табл. 16.

Таблиця 15 Склади пінобетону

№ п/п	Найменування компонентів	Співвідношення компонентів пінобетону, мас. %
1	Безгіпсовий цемент	57,9	45,0
2	Напівводний гіпс	0,17	0,1
3	Пісок	6,2	5,0
4	Поташ	0,5	0,3
4	Перліт	2,06	1,5
6	Піноутворювач	0,05	0,01
7	Вода	33,12	48,09

Таблиця 16. Фізико-технічні властивості пінобетону на безгіпсовому цементі

№ складів	Середня густина, кг/м3	Границя міцності при стиску (7/28діб), МПа	Рухливість бетонної суміші, см	Початок тужавлення, хвил.	Час розпалубки, хвил.	Мрз, циклів	Усадочні деформації через 28 діб/ 7 міс, мм/мм
1	500	3,2/3,6	19,0	15-17	36	30	2,02/0,022
2	550	3,5/4,1	18,7	11-12	28	35	2,02/0,021

Запропоновані нами склади відповідають вимогам державних стандартів до ніздрюватих бетонів, бетонна суміш має високу рухливість, що дозволяє виготовляти вироби складної конфігурації.

У виробах відсутні об'ємні зміни, що дає можливість уникнути усадочних явищ і тріщиноутворення, а використання методу “сухої мінералізації” скорочує кількість одиниць устаткування і спрощує технологічний процес.

За розробленою технологією, з використанням розроблених нами складів на БГЦ, були випущені дослідні партії пінобетонних блоків на Павлоградському заводі “Буддеталь” Дніпропетровської області й у територіальному центрі пінобетону в м. Бєлгород (Росія).

ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі розроблено наукові основи одержання гіпсових будівельних матеріалів підвищеної міцності і водостійкості з урахуванням фізико-хімічних процесів. Приведено наукове обґрунтування і нові рішення технічних проблем одержання, гідратації, структуроутворення і використання гіпсових і гіпсовмісних будівельних матеріалів.

2. Установлено кристалохімічні особливості будови сульфатів кальцію і визначено їх умовний структурний кістяк. Розраховані середні енергії зв'язків і енергії їх кристалічних ґрат сульфатів кальцію, що дозволило намітити і обґрунтувати схеми процесів їх дегідратації.

Виконано термодинамічні розрахунки реакцій дегідратації двоводного гіпсу, виведені рівняння залежностей ДG⁰ і Р від температури і встановлені поля стійкості б- і в-форм напівгідрату сульфату кальцію, що дозволило уточнити температурні параметри процесів випалу двогідрату сульфату кальцію в експериментальній установці.

3. Виконано експериментальні дослідження кінетики протікання процесів дегідратації двоводного гіпсу і визначені константи швидкостей реакцій при його випалі у варочних казанах і в турбулентному потоці газоподібного теплоносія. Встановлено, що швидкість повного перетворення двогідрату в напівгідрат при випалі гіпсу у турбулентному потоці перевищує таку при випалі гіпсу у варочних казанах більш ніж на три порядки.

Розроблено конструктивну схему установки з реактором-конфузором для випалу гіпсу в турбулентному потоці газоподібного теплоносія.

4. Розраховано іонні та мембранні рівноваги для реакцій гідратації напівводяного сульфату кальцію. Узагальнені результати досліджень по визначенню знаків зарядів часток колоїдного ступеня дисперсності стосовно системи CaSO₄•2H₂O - CaSO₄ •0,5H₂O - H₂O.

Установлено, що реакція гідратації напівгідрату сульфату кальцію протікає за крізьрозчинною схемою з виходом у поровий електроліт радикалу CaS0₄⁰_aq, що піддається гідролізу при рН = 5,47 з утворенням іона Ca(ОН)⁺_aq, який потім переходить у свою стійку форму Ca²⁺_aq. Це дозволило обґрунтувати спосіб керування процесом гідратації напівгідрату сульфату кальцію з уповільненням строків тужавлення на 15 % і прискоренням структуроутворення на 40 % .

5. Досліджена кінетика процесів гідратації сульфатів кальцію. Розраховано константи швидкостей процесів розчинення, гідролізу і кристалізації в системі напівводний гіпс-вода. Визначено, що найбільш повільним актом процесу гідратації є процес кристалізації двогідрату (k_кр. = 0,0316).

Запропоновано використовувати насичені розчини двогідрату або напівгідрату сульфату кальцію, що містять асоційовані молекули CaS0₄⁰_aq, замість води замішування в гіпсових і гіпсовмісних сумішах з метою регулювання строків тужавлення в гіпсових системах і підвищення міцності гіпсового каменю на 40-50 %.

6. Експериментально досліджені електроповерхневі властивості двоводного і напівводного гіпсу. Установлено, що для двоводного гіпсу позитивний заряд мають 70 % часток, 20 % - негативні, а 10 % - нейтральні, для напівводного гіпсу кількість часток з позитивним зарядом складає 55 %, а 45 % часток - нейтральні, що підтверджує колоїдно-хімічну природу процесів тужавлення гіпсу і первинне виникнення коагуляційної структури, що потім перетворюється в коагуляційно-кристалізаційну і кристалізаційну. Це дозволило обґрунтувати вибір мінеральних добавок з урахуванням їх знаку заряду для регулювання процесів структуроутворення гіпсового каменю.

7. Досліджено об'ємні зміни стосовно колоїдної системи напівводний гіпс - вода, яка структурується. Установлено, що за рахунок утворення в дифузійних шарах колоїдних часток електричного поля, обумовленого доннановським розподілом іонів між міцеловим (внутрішнім) і міжміцеловим (зовнішнім) розчинами, виникає змушена переорієнтація диполів води і їх частковий перехід у міцеловий розчин. Це приводить до стовщення гідратних оболонок колоїдних часток при їх позитивному заряді і розширенню.

Фізико-хімічні положення встановленої закономірності покладено в основу теоретичного обґрунтування механізму об'ємних змін гіпсового каменю і спрямованого регулювання його властивостей при одержанні безусадних складів.

8. Досліджено фізико-хімічні процеси утворення водостійких і міцних новоутворень, що поліпшують властивості гіпсового каменю в сульфовмісних системах. Установлено роль вуглекислоти і вологості повітря при перетворенні етрингіту в таумасит - фазу, що приводить до деструкції. Термодинамічними розрахунками встановлено, що для попередження виникнення таумаситу в продуктах гідратації вищевказаних систем, співвідношення ГСА до гідросилікатів кальцію у продуктах гідратації повинно складати не менш 1 : 1.

Розроблено склади гіпсових композицій з комплексною добавкою, яка містить сульфат алюмінію, вапно та аеросил у кількості 1,3-1,5 % від маси гіпсу і підвищує його міцність в 3,5 рази, а показник водостійкості складає 0,81. Розрахунковий економічний ефект від впровадження такого гіпсового в'яжучого на прикладі стінових блоків становить 118345 грн.

9. Науково обґрунтовані рецептури і технологічні схеми одержання ніздрюватих гіпсобетонів: газогіпсо- і піногіпсобетону відповідно марок за густиною Д500 та Д400 і показниками теплопровідності - 0,10 і 0,09 Вт/м•К. А також обґрунтовано рецептури і технологічну схему одержання цементного пінобетону на безгіпсовому цементі з добавкою гіпсу у вигляді насиченого розчину без тепло-вологої обробки.

Склади ніздрюватих пінобетонів пройшли дослідно-промислове впровадження. Очікуваний розрахунковий економічний ефект перевищує 300 тис. гривень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Непийвода Р.П., Кондращенко Е.В. Энергетический анализ совместных реакций гидратации оксида кальция и низкотемпературного нагрева двуводного гипса // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТБ АБУ, 1999. - Вип. 7. - С. 283-287.

Здобувачем проведено термодинамічний аналіз реакцій в системі CaSO₄•2H₂O - CaSO₄ •0,5H₂O - H₂O.

2. Кондращенко Е.В. Термодинамика и кинетика реакций гидратации в-полугидрата сульфата кальция // Сборник научных трудов ОАО „УкрНИИогнеупоров им. А.С.Бережного”. - Харьков: Каравелла, 2000. - № 100. - С. 111-120.

3. Бабушкин В.И., Кондращенко Е.В. О влиянии коллоидно-химических и осмотических явлений на процессы гидратации, твердения и коррозии вяжущих веществ и бетонов // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, 2000. - № 105. - С. 104-112.

Здобувачем експериментально встановлено знаки зарядів деяких будівельних матеріалів і хімічних речовин. Проведено розрахунки по визначенню рівноважних концентрацій часток у розчині в системі в'яжуче-вода в залежності від рН.

4. Бабушкін В.І., Плугін А.А., Костюк Т.О., Кондращенко О.В. Фізико-хімічні дослідження цементних композицій для безавтоклавних виробів // Збірник наукових праць. - Харків: Харківська державна академія залізничного транспорту, 2000.- Вип. 37.- С. 49-54.

Здобувачеві належить постановка експериментальних досліджень по використанню комплексної добавки для одержання виробів безавтоклавного твердіння.

5. Кондращенко Е.В., Бабушкин В.И., Костюк Т.А. Повышение прочности мелкозернистого бетона на основе учета электроповерхностных свойств его составляющих // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТБ АБУ, 2000. - Вип. 9. - С. 145-150.

Здобувачеві належить обґрунтування впливу електроповерхневих властивостей компонентів бетону на його міцність.

6. Кондращенко Е.В., Костюк Т.А., Бабушкин В.И. Возможность использования комплексной минерально-химической добавки в литых и виброуплотняемых составах // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТБ АБУ, 2000. - Вип. 10. - С. 180-182.

Здобувачеві належить постановка експериментальних досліджень по вивченню впливу компонентів комплексної мінерально-хімічної добавки на досягнення ранішньої і відпускної міцності бетону.

7. Бабушкин В.И., Кондращенко Е.В. Новые аспекты термодинамики вяжущих систем // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”. - Харьков: НТУ “ХПИ”, 2001.- № 18. - С. 3-9.

Здобувачем проведено термодинамічні розрахунки іонних рівноваг в системі напівгідрат сульфату кальцію-вода і встановлено склад порового електроліту в цій системі.

8. Бабушкин В.И., Кондращенко Е.В. К вопросу о механизме объемных изменений структуры обычных и расширяющихся цементов и бетонов при их твердении и коррозии // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”. - Харьков: НТУ “ХПИ”, 2001.- № 19. - С. 26-42.

Здобувачем виконано розрахунки мембранних рівноваг та величини і знаку доннанівського потенціалу для гіпсу і ГСА.

9. Бабушкин В.И., Гусев Б.В., Кондращенко Е.В. Осмотический эффект объемных изменений в структурирующихся системах // Науковий вісник будівництва.- Харків: ХДТУБА, ХОТБ АБУ, 2001. - Вип.12. - С. 115-126.

Здобувачем проаналізовано експериментальні дані по вивченню процесів розширення різних матеріалів в залежності від їх складу.

10. Болотских Н.С., Бабушкин В.И., Винниченко В.И., Казимагомедов И.Э., Кондращенко Е.В., Мамедов А.А. Низкотемпературный обжиг гипса во взвешенном состоянии // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТБ АБУ, 2001.- Вип. 13. - С. 209-213.

Здобувачем на основі термодинамічних розрахунків дано обґрунтування впливу температури теплоносія на міцність гіпсу, одержаного в процесі випалу.

11. Бабушкин В.И., Гусев Б.В., Кондращенко Е.В. Мембранные равновесия в коллоидных структурирующихся системах // Сборник научных трудов ОАО „УкрНИИогнеупоров им. А.С.Бережного”. - Харьков: Каравелла, 2001. - № 101. - С. 66-76.

Здобувач приймала участь в розрахунках мембранних рівноваг і визначенні знаків і величини мембранного потенціалу і обґрунтуванні механізму об'ємних змін в системах, які структуруються.

12. Кондращенко Е.В., Бабушкин В.И., Пустовойтов В.П. Теоретические аспекты управления процессами структурообразования и твердения гипса // Материалы к 40-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов - МОК'40. - Одесса: Астропринт, 2001. - С. 94.

Здобувачем виконано термодинамічні розрахунки реакції гідратації гіпсу (постадійно) і розрахунки іонних рівноваг в системі гіпс-вода.

13. Кондращенко Е.В. Теоретические и прикладные исследования по обоснованию выбора составов гипсобетона обычной и ячеистой структуры повышенной прочности // Сборник трудов „Коммунальное хозяйство городов”. - Киев: Техника, 2002. - Вып. 38. - С. 43-50.

14. Кондращенко Е.В. Роль активных центров и поверхностных зарядов в формировании структуры гипсового камня // Міжвідомчий науково-технічний збірник „Будівельні конструкції”. - Київ: НІІСК, 2002. - Вип. 56. - С. 114-119.

15. Кондращенко Е.В., Бабушкин В.И., Костюк Т.А. Преимущества получения пенобетона методом сухой минерализации мокрых пен по резательной технологии // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТБ АБУ, 2002. - Вип.16. - С. 114-117.

Здобувачем експериментально доведено доцільність використання методу „сухої мінералізації” мокрих пін для одержання пінобетонів звичайного твердіння без теплової обробки.

16. Кондращенко Е.В. Термодинамика реакций дегидратации двугидрата сульфата кальция // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТБ АБУ, 2002. - Вип. 17. - С. 93-96.

17. Кондращенко Е.В. Энергетика фазовых превращений сульфатов кальция в системе CaSO₄ - H₂O // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТБ АБУ, 2002. - Вип.18. - С. 378-384.

18. Бабушкин В.И., Кондращенко Е.В., Костюк Т.А., Новикова С.П. К вопросу о методологии измерения электроповерхностных свойств частиц в вяжущих системах // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. - Київ: НДІБМВ, 2002.- № 17. - С. 38-43.

Здобувачем узагальнені результати по визначенню знаків зарядів поверхні часток різних матеріалів для обґрунтування підбору добавок до ніздрюватих бетонів на безгіпсовому цементі.

19. Кондращенко Е.В., Баранов А.Н., Бабушкин В.И. Математическая модель обжига гипса в турбулентном потоке газообразного теплоносителя // Сборник научных трудов ОАО „УкрНИИогнеупоров им. А.С.Бережного”. - Харьков: Каравелла, 2002. - № 102. - С. 110-115.

Здобувачеві належить постановка задачі по будуванню математичної моделі процесу випалу гіпсу у турбулентному потоці газоподібного теплоносія і виконання термодинамічних розрахунків по визначенню технологічних параметрів цієї моделі.

20. Бабушкин В.И., Кондращенко Е.В., Костюк Т.А. Роль активных центров и поверхностных зарядов в формировании структуры цементного и гипсового камня // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”. - Харьков: НТУ “ХПИ”, 2'2002. - С. 51-59.

Здобувач на основі експериментальних досліджень по визначенню знаків зарядів і розподілу активних центрів на частках різних речовин і матеріалів надала рекомендації використання добавки гіпсу до складу пінобетону на безгіпсовому цементі у вигляді насиченого розчину.

21. Кондращенко Е.В., Баранов А.Н., Бабушкин В.И. Математическое моделирование процессов обжига двугидрата гипса в турбулентном потоке газообразного теплоносителя // Материалы к 40-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов -МОК'42. - Одесса: Астропринт, 2002. - С. 10-11.

Здобувач визначила термодинамічні параметри процесу випалу гіпсу для одержання -форми напівгідрату сульфату кальцію.

22. Бабушкин В.И., Кондращенко Е.В., Ситнов В.И., Костюк Т.А., Сорока В.И. Пенобетоны на безгипсовом цементе по резательной технологии // 1-й международный научно-практический семинар “Теория и практика производства и применения ячеистого бетона”. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2003.- Вып. 3-4-5.- С. 26-28.

Здобувачем надано рекомендації щодо вибору добавок з урахуванням знаків зарядів їхньої поверхні з метою поліпшення якісних характеристик пінобетону.

23. Кондращенко Е.В. Термодинамическое обоснование способа повышения прочности и водостойкости гипсового камня / Строительные материалы и изделия, 2003. - № 8 (22). - С. 14-16.

24. Бабушкин В.И., Гусев Б.В., Кондращенко Е.В. О закономерности объемных изменений в структурирующихся коллоидных системах / Техника и технология силикатов, 2003. - № 3-4. - С. 40-45.

Здобувач приймала участь в розробці методик і проведенню експериментів по визначенню знаків зарядів часток колоїдного ступеню дисперсності, розрахунках іонних і мембранних рівноваг реакцій гідратації в'яжучих і узагальненні отриманих результатів.

25. Кондращенко Е.В. Физико-химические особенности формирования структуры гипсового камня / Строительные материалы и изделия, 2004. - № 1.- С. 2-5.

26. Бабушкин В.И., Кондращенко Е.В., Костюк Т.А. Ячеистые бетоны на вяжущих повышенной активности // Тезисы докладов научно-практической юбилейной конференции ПГУПС “Пенобетоны 3-го тысячелетия”, СПб. - 1999. - С. 23-24.

Здобувачем дано обґрунтування вибору добавки до бетону з метою забезпечення його ефективного твердіння в звичайних умовах.

27. Кондращенко Е.В., Костюк Т.А., Бабушкин В.И. Роль электрогетерогенных взаимодействий в ускорении процессов структурообразования и твердения цементного камня и бетонов // Стендовые доклады II международного совещания по химии и технологии цемента.- Т. III.- М.- 2000.- С.86-87.

Здобувачем обґрунтовано введення добавок гіпсу, з урахуванням електрогетерогенних контактів, для прискорення структуроутворення цементів без теплової обробки.

28. Бабушкин В.И., Гусев Б.В., Кондращенко Е.В. Новые представления о механизме объемных изменений структуры при твердении и коррозии обычных и расширяющихся цементов и бетонов // Cборник докладов 1 Всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона. - Кн. 3. - М.- 2001. - С. 1408-1418.

Здобувач прийняла участь в проведені аналізу впливу знаків зарядів часток колоїдного ступеня дисперсності, величини і знаку доннанівського потенціалу на механізм об'ємних змін мінеральних в'яжучих матеріалів.

29. Кондращенко Е.В. Разработка составов и технологии изготовления ячеистых гипсобетонов // Тезисы докладов ХХХI научно-технической конференции преподавателей аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. - Ч.I. - Харьков. - 2002. - С. 96-97.

30. Бабушкин В.И., Кондращенко Е.В. Пенобетонные смеси ускоренного твердения на безгипсовом цементе // Труды международного конгресса “Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии” (ХVI Научные чтения). - Белгород: БГТУ.- 2003.- Вып.4. - С. 69-73.

Здобувачем дано обґрунтування вибору добавок до безгіпсового цементу з урахуванням колоїдно-хімічних аспектів структуроутворення пінобетону.

31. Бабушкин В.И., Гусев Б.В., Кондращенко Е.В., Ситнов В.И. Физико-химические особенности процессов получения пенобетонов с заданной структурной прочностью на безгипсовом цементе // Сборник трудов международной научно-практической конференции “Наука, технология и производство силикатных материалов - настоящее и будущее”. - Т.V. - М. - 2003. - С. 20-26.

Здобувачем дано обґрунтування добавок до пінобетону з урахуванням знаків зарядів їх поверхні.

32. Патент України 36434А МПК 6 36434А Спосіб виготовлення бетону прискореного твердіння / Бабушкін В.І., Кондращенко О.В., Чернігівський В.О., Мамедов А.А., Хаддад Осама; Заявл. 17.12.1999; Опубл. 16.04.2001; Бюл. № 3.

Здобувачем запропоновано підбір добавок з урахуванням всіх видів часток у розчині в залежності від величини рН.

33. Патент України 49134 А МПК 6 В02С21/00 Установка для виробництва гіпсу / Болотських М.С., Бабушкін В.І., Вінниченко В.І., Кондращенко О.В., Мамедов А.А.; Заявл. 20.03.2000; Опубл. 16.09.2002; Бюл. № 9.

Здобувачем відпрацьовані технологічні параметри термообробки гіпсу.

34. Патент України 51211А МПК 7 С04 В28/00, 38/00 Сировинна суміш для виготовлення поризованого гіпсу (варіанти) / Бабушкін В.І., Кондращенко О.В.; Заявл. 31.01.2002; Опубл. 15.11.2002; Бюл. № 11.

Здобувач приймала безпосередню участь у розробці складів і технології приготування газогіпсобетонів.

35. Патент України 52047А МПК 7 С04 В28/02, С04 В38/00 Сировинна композиція та спосіб виготовлення піногіпсу / Бабушкін В.І., Кондращенко О.В., Костюк Т.О., Пустовойтов В.П., Савенков А.С.; Заявл. 22.01.2002; Опубл. 16.12.2002; Бюл. № 12.

Здобувач приймала безпосередню участь у розробці складів і технології приготування піногіпсобетонів.

36. Патент України 51912А МПК 7 С04 В38/10 Пінобетонна суміш прискореного твердіння / Бабушкін В.І., Кондращенко О.В., Костюк Т.О.; Заявл. 14.08.2001; Опубл. 16.12.2002; Бюл. № 12.

Здобувачеві належить обґрунтування підбору добавок і запропоновано технологію приготування пінобетону прискореного твердіння.

37. Висновок на видачу деклараційного патенту України по заявці № 2003076552 Гіпсове в'яжуче підвищеної міцності і водостійкості / Бабушкін В.І., Кондращенко О.В., Бондаренко Д.О., Черкасов К.В.; Заявл. 14.07.2003.

Здобувачеві належить обґрунтування підбору компонентів добавки для підвищення міцності і водостійкості гіпсу.

АНОТАЦІЯ

Кондращенко О.В. Гіпсові будівельні матеріали підвищеної міцності і водостійкості (фізико-хімічні і енергетичні основи). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. -Українська державна академія залізничного транспорту, Харків, 2004.

Дисертація присвячена розробці наукових основ одержання гіпсових і гіпсовмісних будівельних матеріалів підвищеної міцності та водостійкості з урахуванням фізико-хімічних процесів в системі CaSO₄•2H₂O - CaSO₄•0,5H₂О - H₂O. В роботі приведені результати термодинамічних і кінетичних досліджень реакцій термічного розкладання двоводного гіпсу, реакцій гідратації і твердіння напівводного гіпсу, а також дано наукове обґрунтування технічних заходів ефективного покращення його властивостей.

Встановлено умовні структурні формули сульфатів кальцію та їх структурний кістяк у вигляді 2[CaSO₄]. Виявлено наявність в поровому електроліті радикалу CaSO₄^о_aq, який формує структуру гіпсового каменю.

Експериментальними дослідженнями кінетики процесів дегідратації гіпсу при його випалі в турбулентному потоці газоподібного теплоносія встановлено, що при такому режимі швидкість повного перетворення двогідрату на напівгідрат більш ніж на три порядки вища ніж при режимі випалу у варочних казанах. Моделювання процесу випалу у турбулентному потоці газоподібного теплоносія дозволило розробити основні параметри дослідно-промислової установки з реактором-конфузором.

Виконано термодинамічні розрахунки іонних рівноваг процесу гідратації гіпсу і розраховані константи швидкостей реакцій розчинення, гідролізу та кристалізації. Результати цих досліджень показали, що процес гідратації протікає переважно по крізьрозчинному механізму, а найповільнішою стадією є процес кристалізації.

Вивчені закономірності процесів структуроутворення і механізм об'ємних змін гіпсового каменю і встановлено вплив на них колоїдно-хімічних явищ.

Теоретично обґрунтовано способи підвищення міцності і водостійкості гіпсу за рахунок замішування гіпсових сумішей насиченим розчином дво- або напівгідрату сульфату кальцію і введення комплексної добавки, яка містить сульфат алюмінію, вапно і аеросил.

Розроблені склади піно- і газогіпсобетонів, а також склади цементного пінобетону на безгіпсовому цементі (БГЦ) з добавкою гіпсу у вигляді насиченого розчину, які пройшли дослідно-промислове випробування з одержанням значного економічного ефекту.

Ключові слова: гіпсові будівельні матеріали та вироби, термодинамічні і кінетичні процеси, колоїдно-хімічні і осмотичні явища, фізико-хімічні та механічні властивості.

АННОТАЦИЯ

Кондращенко Е.В. Гипсовые строительные материалы повышенной прочности и водостойкости (физико-химические и энергетические основы). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия.- Украинская государственная академия железнодорожного транспорта, Харьков, 2004.

Диссертационная работа посвящена разработке научных основ получения гипсовых и гипсосодержащих строительных материалов повышенной прочности и водостойкости с учетом физико-химических процессов в системе CaSO₄•2H₂O - CaSO₄•0,5H₂О - H₂O. В работе приведены результаты термодинамических и кинетических исследований реакций термического разложения двуводного гипса, реакций гидратации и твердения полуводного гипса, а также дано научное обоснование технических приемов эффективного улучшения его свойств.

Установлены условные структурные формулы сульфатов кальция и их структурный остов, позволившие рассчитать для них энергии всех видов связи и энергии их кристаллических решеток. Выполненные термодинамические расчеты реакций дегидратации позволили вывести уравнения ДG⁰ = f(T) и Р= f(T) и установить поля устойчивости б- и в- полугидратов сульфата кальция в зависимости от температуры.

Выполненные экспериментальные исследования кинетики процессов дегидратации гипса по режимам его обжига в варочных котлах и в турбулентном потоке газообразного теплоносителя позволили установить, что скорость полного превращения двугидрата в полугидрат при обжиге в турбулентном потоке газообразного теплоносителя превышает таковую при обжиге в варочных котлах более чем на три порядка. Моделирование процессов обжига во взвешенном состоянии позволило разработать основные параметры опытно-промышленной установки с реактором-конфузором.

Выполнены термодинамические расчеты ионных равновесий в реакциях растворения и гидролиза полуводного гипса и реакций кристаллизации двугидрата сульфата кальция. Установлено, что первичным актом процесса гидратации в- полугидрата является его растворение с образованием в растворе частиц CaSO₄^о_aq с концентрацией 6,3•10^-2г-моль/л, которые затем гидролизуются с образованием ионов Са(ОН)⁺_aq (0,34•10^-5 г-ион /л) и ОН^- (0,34•10^-5 г-ион /л) при рН = 5,47 (экспериментальное значение составляет 5,45). Установлено, что процесс кристаллизации двугидрата сульфата кальция с наибольшей вероятностью идет за счет связывания частиц CaSO₄^о_aq. Расчеты показали, что процесс гидратации наиболее предпочтителен по сквозьрастворному механизму. Расчет констант скоростей реакций растворения, гидролиза и кристаллизации показал, что наиболее медленным актом является процесс кристаллизации двугидрата.

Изучены закономерности процессов структурообразования и механизм объемных изменений гипсового камня и установлена в них роль коллоидно-химических явлений.

Теоретически обоснованы способы повышения прочности и водостойкости гипса за счет затворения гипсовых составов насыщенным раствором двугидрата или полугидрата сульфата кальция и введения комплексной добавки, состоящей из сульфата алюминия, извести и аэросила.

Разработаны составы пено- и газогипсобетонов, а также составы цементного пенобетона на безгипсовом цементе (БГЦ) с добавкой гипса в виде насыщенного раствора, которые прошли опытно-промышленную апробацию со значительным экономическим эффектом.

Ключевые слова: гипсовые строительные материалы и изделия, термодинамика и кинетика реакций, коллоидно-химические и осмотические явления, физико-химические и механические свойства.

ANNOTATION

Kondrashchenko E.V. Gypsum Building Materials with improved strength and water resistance (Physicochemical and Energetic grounds). - Manuscript.

The dissertation for granting of scientific degree of Doctor of Science (Technology) in Specialty 05.23.05 - Building Materials and Articles. - Ukraine State Academy of Railroad Transport, Kharkiv, 2004.

The dissertation work is devoted to development of scientific fundamentals of manufacture of gypsum and gypsum-containing building materials with improved strength and water resistance with due consideration of physicochemical processes in the system CaSO₄•2H₂O -CaSO₄ •0,5H₂O - H₂O.

The work specifies the results of thermodynamic and kinetic studies of reactions of gypsum dihydrate thermal decomposition, gypsum semihydrate hydration and solidification as well as scientific substantiation of manufacturing processes of common and cellular gypsum concretes with improved strength and water resistance.

Conditional structural formulas obtained of calcium sulfates and their structural basis in the form of 2[CaSO₄]. CaSO₄^o_aq radical detected in pore electrolyte which forms the structure of gypsum rock.

Regularities studied in structure formation processes as well as mechanism of voluminous changes in gypsum rock and the role of colloid phenomena in these defined.

Theoretical substantiation given for the ways of gypsum and gypsum-containing materials strength and water resistance improvement due to introduction of a saturated calcium sulfate dihydrate or semihydrate solution as well as aluminum sulfate, lime and silica gel.

Compositions of foam and gas gypsum concretes developed and plot-tested as well as cement foam concrete compositions on a purely clinker binder with an addition of gypsum to show a substantial cost efficiency.

Key words: gypsum building materials and articles, thermodynamics and kinetics of reactions, colloid and osmotic phenomena, physicochemical and mechanical properties.

...