Строительство и архитектура/4.Современные строительные материалы

Д.т.н. Дворкін Л.Й., к.т.н. Житковський В.В., аспірант Кулакевич Р.М.

Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне,Україна

ВІБРОПРЕСОВАНИЙ ГІПСОВИЙ БЕТОН

НА ФОСФОГІПСОВОМУ В’ЯЖУЧОМУ

В умовах суттєвого здорожчання енергоресурсів, а відповідно, і вартості високоенергоємних в'яжучих таких як портландцемент, все більшого поширення набувають низьковипалювальні в'яжучі, до яких відноситься будівельний гіпс.

Негативні властивості гіпсових бетонів значною мірою пов’язані з високою водопотребою будівельного гіпсу [1,2,3], яка становить 50 – 70% замість теоретично необхідних 18 – 19%. Одним з можливих способів зниження водовмісту бетонних виробів є застосування силових методів ущільнення та перехід до сумішей підвищеної жорсткості. Використання сумішей з низьким водовмістом може забезпечити отримання гіпсової матриці більшої щільності при умові використання ефективного ущільнення. При цьому зменшуються терміни набуття виробами заводської готовності, затрати на сушіння виробів.

Надзвичайно важливим є використання побічних продуктів промисловості в технології будівельних матеріалів. Це забезпечує виробництво багатим джерелом дешевої і часто вже підготовленої сировини.

Одним з ефективних видів промислових відходів є фосфогіпс – побічних продукт сірчано-кислотної переробки апатитів або фосфоритів у фосфорну кислоту або концентровані фосфорні добрива. У фосфогіпсі міститься до 90% двоводного сульфату кальцію, тому розвиток технології переробки його на будівельний гіпс і використання його для виготовлення гіпсобетонів, сухих сумішей є завданням своєчасним і актуальним.

Метою проведених досліджень було визначити оптимальні параметри отримання вібропресованих гіпсобетонів з використанням фосфогіпсового в’яжучого (ВФГБ).

Завдання досліджень: визначити вплив основних факторів на міцність вібропресованих гіпсобетонів; визначити параметри гіпсобетонних сумішей на фосфогіпсовому в’яжучому; оптимізувати параметри ущільнення гіпсобетонів на основі наджорстких сумішей; дослідити вплив характеристик заповнювача на властивості гіпсобетонних сумішей та вібропресованих гіпсобетонів на фосфогіпсовому в’яжучому (ВФГБ).

Технологічними особливостями при вібропресуванні гіпсобетонних сумішей можна вважати необхідність забезпечення оптимального водовмісту, що визначає найкращі умови формування та максимальну щільність; інтенсивне перемішування, що сприяє швидкому рівномірному розподіленню рідини; суттєву живучість сумішей, що забезпечує можливість тривалого (до 30 хв.) зберігання суміші у витратних бункерах формувальної установки.

Для наджорстких бетонних сумішей на основі портландцементу, що використовуються при вібропресуванні, характерна наявність оптимальної витрати води, котра забезпечує достатню формувальну міцність та максимальну міцність після твердіння [4]. Оптимальну витрату води визначають: інтенсивність ущільнення та характеристики матеріалів, що використовуються.

Дослідження проводилися з використанням відвального фосфогіпсу ВАТ «РівнеАзот» (Україна). В результаті нейтралізації кислих домішок і теплової обробки на даному фосфогіпсі отримали напівгідратне в'яжуче з активністю близько 1,5…2,0 МПа при водопотребі 0,9…1.

Авторами встановлено, що для ВФГБ існує область оптимального водовмісту (оптимальне В/Г=0,30…0,36), котре являє собою мінімальну кількість води, достатню для отримання суміші з певними реологічними характеристиками, забезпечення максимальної щільності бетону та повної гідратації в’яжучого. Отримані дані підтверджуються аналогічними результатами, одержаними авторами на цементних вібропресованих бетонах [4].

Для вібропресування наджорстких гіпсових сумішей на фосфогіпсовому в’яжучому необхідно забезпечити подовження строків тужавлення в’яжучого до 30…40 хв. з метою попередження гідратації і зневоднення суміші у витратному бункері. В даному випадку ефективне використання сповільнюючих добавок (наприклад, лимонної кислоти). Зниження необхідної витрати сповільнювачів можна забезпечити також застосуванням змішувачів безперервної дії.

Особливістю вібропресованих гіпсобетонів є суттєвий вплив кількості заповнювача на процес ущільнення. Оптимальні параметри вібропресування гіпсобетонів є наступні : В/Г=0,25…0,30; Т=15…20 с; Р=0,06…0,09 МПа.

Отже, для ВФГБ встановлено наявність області оптимального тиску привантаження та тривалості вібропресування, які забезпечують максимальні значення щільності та міцності бетону. Отримані дані підтверджуються аналогічними результатами, одержаними авторами на цементних вібропресованих бетонах [4].

Значення середньої густини ВФГБ знаходяться в межах 1400…2000 кг/м³. Найбільше зростання r₀ викликає збільшення частки заповнювача: суміші з меншою кількістю в’яжучого в більшій мірі піддаються ущільненню внаслідок вібраційних коливань крупних частинок і їх компактного розташування. В той же час відмічене зростання щільності не супроводжується підвищенням міцності, причому спостерігається значне зниження формувальної міцності.

При оптимальних параметрах ущільнення та кількості заповнювача міцність отриманого матеріалу становить 10…13 МПа на 1 добу твердіння у висушеному стані.

Суттєвими факторами, що впливають на міцність гіпсобетону на основі наджорстких сумішей є вид і властивості заповнювача. Як відомо [1], гіпсові в’яжучі мають гірше щеплення з щільними мінеральними заповнювачами. Внаслідок об’ємного розширення, що відбувається в початковий період гідратації, а також через усадочні деформації, котрі супроводжують видалення води при висиханні зв’язки між гіпсовою матрицею та заповнювачем порушуються. Для гіпсових бетонів з наджорстких сумішей характерний низький вміст води замішування і наявність жорсткого каркасу, що є причиною знижених об’ємних деформацій. В даному випадку використання щільних мінеральних заповнювачів повинно бути більш ефективним.

Для бетонів на основі наджорстких сумішей заповнювач формує структурний каркас, тому важливим є забезпечення максимальної щільності заповнювача в бетоні. Щільна упаковка зерен в гіпсобетоні визначається зерновим складом заповнювача, кількістю в’яжучого, жорсткістю суміші та її ущільненням.

Нами відмічено, що підвищення В/Г суміші призводить до підвищення щільності ВФГБ внаслідок зниження в’язкості суміші та підвищення її ущільнюваності. Мінімально ефективне В/Г з позиції досягнення максимальної щільності знаходиться в межах 0,30…0,36. З підвищенням частки заповнювача підвищується також ступінь ущільнення, особливо при менш жорсткій суміші.

Міцність ВФГБ суттєво залежить від зернового складу заповнювача. При підборі вмісту фракцій, що забезпечують мінімальну пустотність заповнювача підвищення міцності становить від 58 до 90%. Максимальна міцність на стиск ВФГБ (16…18 МПа) досягається при оптимальному поєднанні фракцій, що забезпечують максимальну міцність гіпсобетону (0,315…1,25 мм – 40…42%, 0…0,315 мм – 19…21%, 1,25…5 мм – 39…41%) та забезпеченні необхідних параметрів вібропресування (тривалість – 15…20 с, тиск – 0,06…0,09 МПа, частота – 50 Гц, амплітуда – 0,5 мм).

Література:

1. А.В. Волженский, А.Ф. Ферронская. Гипсовые вяжущие и изделия. – М.:Стройиздат, 1974. – 328 с.

2. Ферронская А.В. Справочник. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. – 485 с.

3. Брюкнер Х., Дейлер Е. и др. Гипс. Изготовление и применение гипсовых материалов. М.: Стройиздат, 1981. – 210 с.

4. Л.Й. Дворкін, В.В. Житковський, В.О. Каганов. Бетони на основі наджорстких сумішей. Рівне: Вид-во РДЦНТЕІ, 2006. – 179 с.