| Источник:
Материалы Международной научно-технической конференции: Композиционные строительные материалы. Теория и практика. Часть 1. - г.Пенза, ПГАСА, февраль 2000, с.55-57 |
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА АНГИДРИТОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Второв Б.Б., Фишер Х.-Б.
Пензенская государственная архитектурно-строительная академия, Пенза, Россия
Строительный университет, Веймар, Германия
Материалы на основе природного ангидрита многие годы находят широкое применение в строительстве. Поскольку для производства таких материалов не требуется процесса обжига, их актуальность (как альтернатива цементу, извести и гипсу) продолжает возрастать.
В связи с тем, что реакция взаимодействия ангидрита с водой имеет медленный характер, на практике применяют специальные добавки (активизаторы твердения). В настоящее время при производстве сухих смесей на основе ангидритовых вяжущих в качестве основных активизаторов твердения преимущественно используют сульфат калия K
2SO4 и гидроксид кальция Ca(OH)2.Целью данной работы являлись оптимизация рецептуры ангидритового вяжущего, включающего в свой состав K
2SO4 и Ca(OH)2, с помощью добавок других активизаторов твердения (сульфатов) и исследование влияния различных факторов на свойства ангидритового материала.В качестве вяжущего в данной работе использовали молотый природный ангидрит (г. Крелпа, Германия).
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 (сроки схватывания, предел прочности на изгиб и сжатие, степень гидратации, относительное удлинение). 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(SO
4)2Ч 12H2O (5,90 мм/м), и 3% CuSO4 (2,67 мм/м).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 ангидритовому вяжущему 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.
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. Были найдены и изучены зависимости прочности на сжатие, относительного удлинения, сроков схватывания от степени гидратации материала и сроков схватывания от относительного удлинения.
На следующем этапе исследований были изучены особенности структурообразования ангидритового материала. Проведены рентгеноструктурный анализ образцов, ДТА, исследования под электронным микроскопом. Получены результаты порозиметрии.
Результаты ДТА подтверждают значения степени гидратации образцов ангидритового вяжущего, полученные в ходе проведенных ранее исследований.
Результаты рентгеноструктурного анализа свидетельствуют об увеличении содержания двуводного гипса в образцах с более высокими значениями прочности на сжатие и степени гидратации.
С увеличением прочности и степени гидратации образцов происходит снижение среднего радиуса пор материала, пористости, абсолютной плотности и рост удельной плотности. У оптимального состава с максимальными прочностью на сжатие и степенью гидратации значение среднего радиуса пор составляет 0,9386
m м, пористости - 29,36%, удельной плотности - 1,6554 г/см3, абсолютной плотности - 2,3433 г/см3.Исследование микроструктуры материала с помощью электронного микроскопа показывает, что образцам с более высокой степенью гидратации соответствует более плотная упаковка кристаллов гипса и меньший объем пор. Кристаллы гипса имеют слоистую форму, что особенно характерно для образца с максимальной прочностью. С увеличением степени гидратации ангидрита отмечается более интенсивное срастание кристаллов двуводного гипса между собой.
Результаты анализа образцов с равной прочностью и сильно различающейся степенью гидратации показывают, что с ростом степени гидратации данных составов происходит закономерный рост среднего радиуса пор, снижение пористости и абсолютной плотности материала. С ростом степени гидратации образцов отмечается увеличение значения относительного удлинения. Рентгенограммы образцов показывают сильные изменения соотношения высоты пиков интенсивности, что может свидетельствовать об изменениях кристаллической решетки двуводного гипса и ангидрита.
В результате проведенных исследований были разработаны комплексные активизаторы твердения для ангидритового вяжущего, оптимизированы составы сухих смесей, установлены закономерности изменения физико-технических свойств материала, выявлены особенности его структурообразования.