Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

К.т.н. Морева И.В., студент Муханцев А. Ю., студент Хадиятов Р. Ф.

Казанский государственный архитектурно-строительный университет, Россия

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ДИСПЕРСНОСТИ КАРБОНАТНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА

Одним из доступных и эффективных способов регулирования структуры и свойств гипсовых материалов является применение минеральных наполнителей, в том числе и техногенного происхождения. Имеется значительное количество исследований, посвященных влиянию минеральных добавок на гипсовые вяжущие, однако некоторые вопросы требуют, на наш взгляд, дополнительного изучения.

В связи с этим были выполнены сравнительные исследования влияния природных карбонатных добавок (доломит Саткинского (г. Сатка), мраморная мука Еленинского (п. Новокоалиновый) и Коелгинского (п. Коелга) месторождений Челябинской области) и многотоннажного карбонат-содержащего отхода Казанской ТЭЦ-1 (шлам водоумягчения) на сроки схватывания строительного гипса (марка Г-3AII, Аракчинский гипсовый завод, республика Татарстан). Экспериментальные данные были подвергнуты математической обработке с применением метода многошагового регрессионного анализа. Это позволило выявить основные закономерности изменения свойств и получить обобщенные графические зависимости, описываемые полиномами второго порядка (рис.1).

Установлено, что сроки схватывания гипсовых композиций, в состав которых вводили 5-15% техногенной карбонатсодержащей добавки, значительно замедляются без снижения прочности гипсового камня (с 6 минут для контрольного состава без наполнителя до 20-35 минут при введении добавки). Вместе с тем ни один из изученных карбонатсодержащих наполнителей природного происхождения даже при достаточно высокой степени помола (средний размер частиц менее 10 мкм) не позволил

а) б)

Рис. 1 Зависимость сроков схватывания (Z) гипсового вяжущего от тонкости помола (Х) и количества (У) наполнителя (У): а- техногенного, б- природного

оказать влияние на сроки схватывания вяжущего. Это объясняется, на наш взгляд, различиями в механизме действия наполнителей в зависимости от природы их дисперсности.

Техногенная добавка обладает высокой удельной поверхностью (1000-1200 м²/кг), имеющей химическую природу. Это обусловлено технологической схемой образования карбонатсодержащего шлама: в воду для ее умягчения добавляют известковое молоко, в результате чего растворимые бикарбонаты кальция и магния переходят в нерастворимые карбонаты [1]. Затем вода обрабатывается коагулянтом- сульфатом железа FeSO₄ ∙ 7H₂O, что позволяет осадить все взвеси и примеси в виде коллоидной массы.

Обладая высокой адсорбционной способностью и низкой смачиваемостью, техногенный наполнитель как бы оттягивает на себя воду, удерживая ее на своей поверхности, и затрудняет доступ воды к частицам вяжущего, замедляя его схватывание. В этом случае механизм влияния наполнителя подобен действию пластифицирующих добавок, что позволяет считать его минеральным пластификатором.

По данным [2] в образцах гипсового камня, модифицированного карбонатсодержащим наполнителем из шлама водоумягчения, рентгеновским методом новых фаз не обнаружено. Это свидетельствует об отсутствии химического взаимодействия между компонентами вяжущего. Однако тонкодисперсная техногенная добавка изменяет кинетику гидратации строительного гипса, способствуя тем самым лучшему срастанию и более плотной упаковке мельчайших кристалликов дигидрата сульфата кальция [3]. Это позволяет получить кристаллизационную структуру с меньшей дефектностью.

Нами было выполнено исследование гипсового камня с карбонатсодержащей добавкой из шлама водоумягчения методом ИК-спектроскопии (рис.2). Установлено, что она оказывает влияние, прежде всего на состояние воды, усиливая донорно-акцепторные и водородные связи ее молекул и групп ОН^-.

Рис. 2 ИК-спектры гипсового камня, модифицированного карбонатсодержащей добавкой техногенного происхождения

Никакое механическое воздействие на частицы природных карбонатных добавок не позволяет достичь их коллоидного состояния. Поэтому даже при повышении их содержания в составе композиции замедления сроков схватывания гипсового теста не наблюдается (рис.1). В данном случае наполнитель играет роль абразива и улучшает гранулометрию вяжущего, что позволяет регулировать прочность, плотность и пористость гипсового камня, не затрагивая процессы схватывания.

Выполненные исследования позволили сделать следующие выводы:

-характер влияния природных и техногенных карбонатсодержащих наполнителей на сроки схватывания строительного гипса имеет принципиальные различия;

-установлено, что существенное влияние на процессы схватывания гипсового теста оказывает генетическая природа дисперсности карбонатного наполнителя: химически диспергированные добавки техногенного происхождения позволяют замедлить схватывание вяжущего без снижения прочности гипсового камня, а при использовании природных механически измельченных модификаторов сроки схватывания композиций остаются на уровне контрольных значений (без добавки);

-химически диспергированный карбонатсодержащий наполнитель не вступает в химическое взаимодействие с компонентами вяжущего, но изменяет кинетику гидратации строительного гипса и оказывает влияние на состояние воды, усиливая донорно-акцепторные и водородные связи ее молекул и групп ОН^-.

Литература:

1. Бакатович А.А., Бозылев В.В. Безызвестковые кладочные растворы//Строительные материалы. 2002. №5. С. 36-37.

2. Каклюгин А.В. Модифицированное гипсовое вяжущее для прессованных стеновых изделий повышенной стойкости к атмосферным воздействиям: дис….канд.техн.наук. Ростов-на Дону, 1995. 201 с.

3. Аль Джунейд, Иззадин Мохаммед А. Улучшение качества цементных композиций добавками шламовых промышленных отходов: дис…. канд.техн.наук. Самара, 1994. 152 с.