| Источник:
Моделирование и оптимизация в материаловедении: Материалы к 40-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов – МОК`40. - Одесса, 26-27 апреля 2001, с 66-67 |
ПОДБОР И ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА АНГИДРИТОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Второв Б.Б., Фишер Х.-Б. (Bauhaus-Universitдt, Веймар, Германия)
Строительные материалы на основе ангидритового вяжущего благодаря своим высоким потребительским свойствам и низкой себестоимости находят все более широкое применение на практике.
В ходе реакции гидратации преобразование ангидрита в двуводный гипс зачастую не доходит до конца, а сама реакция протекает очень медленно. Для ускорения реакции взаимодействия ангидрита с водой применяются специальные добавки - активизаторы твердения. В настоящее время при производстве сухих смесей на основе ангидритовых вяжущих в качестве активизаторов твердения преимущественно используют сульфат калия K
2SO4 и гидроксид кальция Ca(OH)2.Целью данной работы являлись подбор и оптимизация состава ангидритового вяжущего, включающего в себя K
2SO4 и Ca(OH)2, с помощью добавок других сульфатов и исследование влияния различных факторов на свойства материала.В качестве вяжущего в данной работе использовали молотый природный ангидрит. В качестве сульфатных добавок применяли KAl(SO
4)2Ч 12H2O, Na2SO4, (NH4)2SO4, CuSO4, FeSO4Ч 7H2O, MgSO4Ч 7H2O, ZnSO4Ч H2O, NaHSO4Ч H2O, KHSO4.В ходе предварительного этапа исследований было определено требуемое содержание воды затворения, установлено влияние на свойства ангидритового вяжущего исходных активизаторов твердения (сульфата калия и гидроксида кальция) и найдено их оптимальное соотношение в смеси. В качестве критериев оптимизации были приняты предел прочности на изгиб и сжатие и степень гидратации. Наилучший (базовый) состав с указанными активизаторами твердения имеет прочность на сжатие 17,9 МПа и степень гидратации 0,48.
На следующем этапе исследований было изучено влияние сульфатных добавок на свойства базовой смеси: водородный показатель, сроки схватывания, предел прочности на изгиб и сжатие, степень гидратации, объемные изменения (линейные деформации). В зависимости от вида и концентрации добавок свойства материала изменялись в широком диапазоне значений. Большинство сульфатов повышают прочность ангидритового вяжущего базового состава. Максимальные значения прочности на сжатие в возрасте 28 сут были отмечены у образцов, включающих 3% ZnSO
4Ч H2O (42,6 МПа) и 1% CuSO4 (39,9 МПа). Данным составам соответствуют следующие значения степени гидратации: 0,94 и 0,79.Характер и скорость развития линейных деформаций в материале неоднородны в процессе твердения. Наиболее интенсивное расширение ангидритового вяжущего происходит в течение первых 3 ч после затворения водой. Максимальным значениям расширения образцов соответствуют максимальные
концентрации сульфатов в смеси. Наибольшее линейное удлинение образцов через 48 ч твердения отмечалось при введении в состав 1% KAl(SO4)2Ч 12H2O (5,90 мм/м), и 3% CuSO4 (2,67 мм/м). Для практического использования вяжущего величина его линейных деформаций должна быть незначительной.В ходе дальнейших исследований с применением математических методов планирования эксперимента были разработаны комплексные добавки для ангидритового вяжущего. Данные добавки включают в себя пять компонентов (гидроксид кальция и четыре различных сульфата) и позволяют придать материалу комплекс требуемых свойств. Так наилучший, полученный в результате многоступенчатой оптимизации, состав ангидритового вяжущего имеет прочность на сжатие в возрасте 28 сут - 48,8 МПа, степень гидратации - 0,91, относительное линейное удлинение через 48 ч твердения - 1,91 мм/м, сроки начала и конца схватывания - 89 и 111 мин.
Найдены и изучены зависимости прочности на сжатие, относительного удлинения, сроков схватывания от степени гидратации материала и сроков схватывания от относительного удлинения.
Анализы уравнений регрессии и графических интерпретаций полученных зависимостей дают возможность установить роль каждого компонента комплексной добавки в развитии свойств ангидритового материала и найти закономерности их изменения.
В дальнейшем были проведены рентгеноструктурный анализ образцов, ДТА, порозиметрия, исследования под электронным микроскопом.
В ходе исследований было установлено следующее:
Следует однако отметить, что по ряду причин на практике применяют ангидритовые растворы преимущественно с щелочным характером среды.
В результате проведенных исследований разработаны комплексные активизаторы твердения для ангидритового вяжущего, оптимизированы составы сухих смесей, установлены закономерности изменения физико-технических свойств ангидритовых вяжущих, выявлены особенности их структурообразования.