Производство гипсопуццоланового вяжущего повышенной водостойкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А."

Кафедра "Строительные материалы и технологии"

ПРОИЗВОДСТВО ГИПСОПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО ПОВЫШЕННОЙ ВОДОСТОЙКОСТИ

Иващенко Юрий Григорьевич

Евстигнеев Сергей Александрович

Страхов Александр Владимирович

Корольков Глеб Андреевич

г. Саратов

Аннотация

Исследована долговечность гипсопуццоланового вяжущего (ГПВ) на основе гипсосодержащих отходов с применением пуццолановых добавок природного происхождения. Определено положительное влияние пуццолановых добавок и введение стеарата цинка на водостойкость и долговечность изделий на основе данного вяжущего.

Ключевые слова: долговечность, водостойкость, пористость, композиционное вяжущее, активные минеральные добавки.

Ivashchenko Y.G., Evstigneev S.A., Strahov A.V., Krolkov G.A. Production of gypsum binder pozzolan improved water resistance

We studied the durability of gypsum binder pozzolan binder (LG) on the basis of gypsum-containing waste with pozzolanic additives of natural and anthropogenic origin. A positive impact pozzolanic additives and the introduction of zinc stearate, water resistance and durability of the products on the basis of the binder

Keywords: durability, water resistance, porosity, composite binders, active mineral supplements.

Гипсовые и гипсосодержащие вяжущие и изделия на их основе широко используются в строительной индустрии. Гипсовые материалы обладают рядом преимуществ: негорючестью, декоративностью и т.д., однако у гипсовых материалов есть показатель, ограничивающий область их применения - низкая водостойкость.

В результате длительных исследований низкая водостойкость гипсовых вяжущих объясняется высокой растворимостью двугидрата сульфата кальция, составляющей 2,04 г/л CaSO₄ при 20°С, его высокой проницаемостью и расклинивающим действием молекул воды при проникании в межкристаллические полости (эффект Ребиндера), а также наличием высокой макропористости, образующейся в процессе испарения излишней воды и вовлечения воздуха.

Задачей, на решение которой направлено данное исследование, является повышение предела прочности при сжатии, водостойкости материала.

Технический результат заключается в получении вяжущего с улучшенными эксплуатационными показателями [1-3].

Поставленная задача решается тем, что в композицию для изготовления вяжущего, включающую фосфогипс дигидрат, дополнительно введены стеарат цинка, кремнезёмсодержащий компонент природного происхождения - опока или трепел, или диатомит, при следующем соотношении компонентов, мас.%: фосфогипс дигидрат - 77,0-87,5; стеарат цинка - 2,5-3,0; кремнезёмсодержащий компонент - опока или трепел, или диатомит - 10,0-20,0.

Оптимальное содержание в композиции кремнезёмсодержащего компонента природного происхождения 10,0-20,0 (мас.%) и стеарата цинка 2,5-3,0 (мас.%), так как снижение кремнезёмсодержащего компонента менее 10,0 (мас.%) не приводит к проявлению вяжущих способностей композиции, а превышение 20 (мас.%) приводит к снижению марки вяжущего. Введение стеарата цинка менее 2,5 (мас.%) не позволяет повысить коэффициент водостойкости до 0,8, а при введении более 3,0 (мас.%) приводит к удорожанию вяжущего.

Кремнезёмсодержащий компонент природного происхождения применяли в виде мелкодисперсного порошка с удельной поверхностью S_уд=2000-2500 см²/гр., химический состав представлен в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав кремнеземсодержащего компонента

Основной положительный эффект от введения в вяжущее кремнезёмсодержащего компонента природного происхождения достигается за счёт его повышенной адсорбционной способности. В результате совместного помола (механоактивации) фосфогипса дигидрата и кремнезёмсодержащего компонента происходит физико-химическая адсорбция пассивирующих плёнок с поверхности частиц фосфогипса дигидрата за счёт высокоразвитой удельной поверхности и пористости кремнезёмсодержащего компонента (опока S_уд=90-120 м²/г, эффективный диаметр пор 52Е; трепел S_уд=96-135 м²/г, эффективный диаметр пор 48Е; диатомит S_уд=81-92 м²/г, эффективный диаметр пор 39Е) [4-5].

Повышение прочности вяжущего объясняется стерическим эффектом, когда определённый объём наполнителя участвует в образовании каркаса в сочетании с частицами фосфогипса дигидрата. Ультрадисперсные частицы кремнезёмсодержащего компонента в результате совместной механоактивации с фосфогипсом дигидратом выполняют роль каркаса в затвердевшем материале, что позволяет повысить прочность вяжущего до 18-20 МПа.

При этом в качестве добавки, повышающей водостойкость вяжущего, выбран стеарат цинка (цинк стеариновокислый [СH3(CH2)16COO]2Zn), который является гидрофобизирующей добавкой и позволяет повысить коэффициент водостойкости на 20 % - до Кр = 0,81-0,85. Эффективное действие стеарата цинка на повышение коэффициента водостойкости объясняется блокированием поверхности микропор затвердевшего вяжущего, что обусловливается снижением водопоглощения до 6 % (масс.). Повышение указанных свойств позволяет расширить номенклатуру изделий и область применения предлагаемого вяжущего от изготовления материалов для отделочных работ внутри помещений до наружных отделочных материалов, а также изготовления стеновых материалов на основе предлагаемого вяжущего. гипсосодержащий стеарат цинк водостойкость

Для составления композиций комплексного вяжущего использованы следующие исходные материалы: фосфогипс дигидрат с ООО "Балаковские минеральные удобрения" (химический состав приведён в табл. 2); стеарат цинка (цинк стеариновокислый [СH₃(CH₂)₁₆COO]₂Zn - ТУ 6-09-17-316-96); кремнезёмсодержащий компонент природного происхождения: опока карьера села Поливановка Саратовской области, или трепел Зикеевского месторождения Калужской области, или диатомит Балашейского месторождения Самарской области (химический состав приведён в табл. 2 [4-5].

Таблица 2. Химический состав фосфогипса

Приготовление вяжущего производят в следующей последовательности: необожженный фосфогипс дигидрат с влажностью не более 16-18 % с удельной поверхностью частиц S_уд=1600-1800 см ²/гр. в количестве 77,0-87,5 % (масс.) от общего количества (например 80,2 с S_уд = 1700 см ²/гр. для состава №3 таблицы 3) и кремнезёмсодержащий компонент с удельной поверхностью частиц S_уд=2000-2500 см ²/гр. в количестве 10-20 % (масс.) от общего количества (например 17,0 с S_уд = 2200 см ²/гр. для состава №3 таблицы 3) помещают в шаровую мельницу, где производят совместный помол (механоактивацию) сырьевой смеси до удельной поверхности частиц S_уд=3500-4200 см ²/гр. Полученную смесь загружают в тепловой агрегат, в котором осуществляют обработку при 150^оС в течение 2 часов (низкотемпературный обжиг). Образовавшееся вяжущее загружают в смеситель, куда впоследствии подают стеарат цинка (цинк стеариновокислый) в количестве 2,5-3 % (масс.) от общего количества вяжущего (например, 2,8 % для состава №3 таблицы 3) и смешивают эти компоненты в течение 2-2,5 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 180-200 об/мин (для состава №3 таблицы 3 - 190 об/мин).

Таблица 3. Составы предлагаемого вяжущего

После этого полученное готовое вяжущее упаковывают в герметичную тару. Основные физико-механические характеристики заявленного вяжущего представлены в таблице 4 [4-5].

Таблица 4. Физико-механические характеристики заявленного вяжущего

Таким образом, гипсопуццолановое вяжущее, изготовленное из предлагаемых компонентов, обладает более высокими показателями предела прочности при сжатии и коэффициента размягчения (водостойкости), что обеспечивает повышенную долговечность конструкций на основе предлагаемого вяжущего.

Литература

1. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение): справочник / под общ. ред. А.В. Ферронской. - М.: Изд-во АСВ, 2004. - 488 с.

2. Румянцев Б.М. Декоративно-акустические гипсосодержащие материалы: моногр. / Б.М. Румянцев, А.Д. Жуков, А.В. Орлов. - М.: МГСУ, ЭБС АСВ, 2014. - 255 c.

3. Сучков В.П. Механохимическая активация природного и техногенного сырья при производстве гипсовых строительных материалов и изделий: дис. … д-ра техн. наук: 05.23.05. - Самара, 2012. - 271 с.

4. Пат. 2538556 Рос. Федерация. №2013146483/03, Вяжущее: заявл. / Ю.Г. Иващенко, А.В. Страхов, С.А. Евстигнеев, Д.К. Тимохин. 17.10.2013, опубл. 10.01.2015. Бюл. № 1. - 6 с.

5. Пат. 2540706 Рос. Федерация. №2013146748/03, Вяжущее: заявл. / Ю.Г. Иващенко, А.В. Страхов, С.А. Евстигнеев, Д.К. Тимохин. 18.10.2013, опубл. 10.02.2015. Бюл. № 1. - 6 с.

Размещено на Allbest.ru