Применение рентгеновского анализа для определения фазового состава гипсовых вяжущих

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение рентгеновского анализа для определения фазового состава гипсовых вяжущих

Шеин А.Л. к.т.н., директор по качеству ООО “Строймонтаж МС”, Соловьева И.А. ведущий инженер МГСУ, Лавданская М.П. инженер МГСУ

Как известно, рентгеновский анализ основан на дифракции рентгеновского излучения при его отражении от плоских сеток кристаллических структур, поэтому этот метод применяется для анализа любых кристаллических фаз вообще и в частности применим для анализа различных гипсовых вяжущих.

При производстве гипсовых вяжущих и сухих смесей из них использование рентгеновского анализа позволяет надёжным инструментальным методом определить фазовый состав гипсовых вяжущих и примесей в них.

Все производимые гипсовые вяжущие относятся к системе CaSO4 - Н2О. В научном сообществе, несмотря на кажущуюся простоту этой системы, пока нет полного единства мнений по вопросам: о количестве кристаллических фаз в системе, об их структуре, об условиях образования и области стабильного существования.

Так, по классификации, разработанной Л.Г.Бергом и Д.С.Белянкиным (1, 3), в системе CaSO4 - Н2О существует девять кристаллических фаз: двуводный гипс, б - и в - полуводные сульфаты кальция, б - и в - обезвоженные полугидраты, б - и в - растворимые ангидриты (А III), г - нерастворимый ангидрит (A II), высокотемпературная модификация нерастворимого ангидрита (A I). Высокотемпературная модификация ангидрита (А I), устойчивая при температуре интервале около 1200 град.С, практического интереса, как правило, не представляет и поэтому часто не рассматривается. Большинство исследователей отрицают существование обезвоженных модификаций со структурой полуводного сульфата кальция.

К.В.Банн и Д.С.Данн считают обоснованным существование кристаллических структур трёх типов: двуводного сульфата кальция (двуводного гипса), безводного сульфата кальция (безводного гипса) и полуводного сульфата кальция (полуводного гипса) - как фазы переменного состава. По данным Мещерякова Ю.Г. (2) только эти фазы идентифицируются методами дифференциально-термического анализа, инфракрасной спектроскопии, ядерно-магнитного резонанса и рентгеновского фазового анализа (РФА).

Целью данной работы явилось определение с помощью рентгеновского анализа фазового состава двуводного гипса и гипсовых вяжущих.

Природный гипсовый камень, как сырьевой материал для производства гипсовых вяжущих, часто содержит примеси глинистых минералов, карбоната кальция, доломита. По ГОСТ 4013-82 гипсовое сырьё подразделяется на четыре сорта в зависимости от содержания примесей. Исследованные две пробы гипсового камня содержат разное количество двуводного гипса. В таблице 1 приведён фазовый состав этих проб.

Таблица 1. Фазовый состав гипсового камня

Производители гипсовых вяжущих, имея данное сырье, производят стабильное по качеству гипсовое вяжущее марок Г 4 - 5. Таким образом, подтверждается утверждение, что малорастворимые в воде примеси не всегда отрицательно влияют на строительно-технические свойства гипсовых вяжущих и сухих смесей на их основе.

Как известно, гипсовые вяжущие производятся путем дегидратации гипсового камня. Основным продуктом реакции является полуводный гипс, который, в зависимости от условий тепловой обработки и технологической схемы производства, получается в виде б - или в - модификации. Если температура обжига гипсового камня будет превосходить 320 град.С, то основным продуктом реакции будет растворимый ангидрит. При этом получается ангидритовое вяжущее. Практика современных гипсовых производств свидетельствует, что, из-за высокой скорости реакции дегидратации, редко удаётся получить гипсовое вяжущее монофазного состава. Как правило, вместе с основной фазой в вяжущем присутствуют другие фазы. Так, при производстве гипсового вяжущего наряду с полуводным гипсом часто встречается ангидрит и двуводный гипс. Примесь двуводного гипса можно объяснить грубым помолом и недостаточным временем пребывания гипсового камня в зоне обжига. И наоборот, наличие ангидрита свидетельствует о тонком помоле сырья и избыточном времени обжига. Если присутствие ангидрита, скорее всего, не ухудшит строительно-технические свойства гипсового вяжущего, то присутствие двуводного гипса менее желательно, так как при затворении такого вяжущего водой частицы двуводного гипса будут выступать как центры кристаллизации продуктов реакции, что может привести к ускоренному схватыванию и к ухудшению строительно-технических свойств гипсового вяжущего.

В ходе работы было исследовано пять образцов гипсовых вяжущих. Их фазовый состав приведён в таблице 2.

Таблица 2. Фазовый состав гипсовых вяжущих

На предприятии, где в качестве сырья используется гипсовый камень третьего сорта (образец 1, таблица 1), так организован технологический процесс, что получающееся гипсовое вяжущее (образец 1, таблица 2), характеризуется практически монофазным составом полуводного гипса, отсюда - стабильность всех строительно-технических свойств.

В отличие от этого предприятия другой гипсовый комбинат, несмотря на лучшую сортность сырья (образец 2, таблица 1), выпускает гипсовое вяжущее, в котором имеют место колебания количества всех основных фаз (образцы 2.1 и 2.2). Отсюда и нестабильность свойств вяжущего (по дисперсности, срокам схватывания, и марочной прочности).

Образец гипсового вяжущего под №3 отличался большим (10%) количеством двуводного гипса Нас не устроило это вяжущее и по строительно-техническим свойствам

Образец №4, в отличие от №3, содержит двуводного гипса 3-5%. Это вяжущее - с вполне удовлетворительными строительно-техническими свойствами.

Образец №5 по строительно- техническим свойствам нас полностью удовлетворяет В качестве нежелательной примеси в нём можно отметить наличие переклаза MgO, который способен при гидратации переходить в Mg(OH)2. Опасность этого процесса заключается в том, что это превращение сопровождается расширением, что может привести к деформации и растрескиванию затвердевшего камня.

Среди рассмотренных образцов гипсового вяжущего один представляет собой б -гипс. Рентгено-фазовый анализ не идентифицирует б - и в - модификации полуводного гипса, так как кристаллическая структура этих модификаций одна и та же, а отличия заключаются в степени совершенства кристаллов полуводного гипса.

Выводы по исследованным материалам:

- малорастворимые в воде примеси не всегда отрицательно влияют на строительно-технические свойства гипсовых вяжущих и сухих смесей на их основе.

- из-за высокой скорости реакции дегидратации, редко удаётся получить гипсовое вяжущее монофазного состава.

- в гипсовом вяжущем присутствие двуводного гипса менее желательно, чем присутствие ангидритовой фазы.

- РФА не позволяет отличить модикации полуводного гипса.

Таким образом, рентгено-фазовый анализ - это надёжный инструментальный метод определения фазового состава гипсовых вяжущих веществ.

гипс строительный рентгеновский спектроскопия

Использованная литература

1. Справочник по производству гипса и гипсовых изделий. Под ред. К.А. Зуборева. М., 1963.

2. Мещеряков Ю.Г. Гипсовые вяжущие и строительные материалы на их основе. С-Петербург., 2007.

3. Гипсовые материалы и изделия. Под ред. А.В.Ферронской М., 2004

Размещено на Allbest.ru