ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ СМЕСЕЙ

АННОТАЦИЯ

В работе приведены результаты исследование свойств композиционных гипсовых смесей с применением модифицирующих добавок. Установлено, что методом модификации гипсовых вяжущих можно получить композиционные гипсовые смеси отделочного назначения, а также для изготовления различных строительных изделий применяемые в строительной индустрии.

ABSTRACT

The paper presents the results of studying the properties of composite gypsum mixtures with the use of modifying additives. It has been established that by the method of modification of gypsum binders, it is possible to obtain composite gypsum mixtures for finishing purposes, as well as for the manufacture of various building products used in the construction industry.

Ключевые слова: гипсовые вяжущие, модифицирующие добавки, композиционные гипсовые смеси, сроки схватывания, суперпластификатор, редеспергируемые полимерные порошки, эфиры целлюлозы, процесс структурообразования, замедление процесса схватывания, процесс твердения, прочность сцепления.

Keywords: gypsum binders, modifying additives, composite gypsum mixtures, setting times, superplasticizer, re-dispersible polymer powders, cellulose ethers, structure formation process, retardation of the setting process, hardening process, adhesion strength.

Введение. Строительная практика последних десятилетий привела к появлению современно новых композиционных строительных материалов на основе модифицированных гипсовых вяжущих, превосходящих по своим строительно-техническими и эксплуатационным характеристикам традиционных материалов. Появление таких материалов обеспечивается не только использованием более сложных многокомпонентных материалов, но и активным воздействием на структурообразование и свойства материала на различных технологических этапах. Это позволит достигать оптимального сочетания свойства в соответствии с назначением и областью применения материала.

Гипсовые вяжущие традиционно использовали и используются при возведении зданий и сооружений, многие из которых сохранились до наших дней. Использование составов на основе гипсовых вяжущих обусловлено во многом совокупностью положительных свойств. В первую очередь, это отсутствие усадочных деформаций, быстрый набор прочности, хорошие тепло и звукоизолирующие свойства, хорошая огнестойкость. Так как применение составов ориентировано в основном на производство внутренних работ.

Однако, несмотря на высокие потребительские свойства, современное применение составов на основе наиболее доступного гипсового сырья в Республике и производства гипсового вяжущего бета полугидрата сульфата кальция ограничивается штукатурками и шпаклевками для помещений с нормальным режимом эксплуатации. В основном это связано с тем, что составы имеют низкую водостойкость и невысокие прочностные характеристики. Как правило, коэффициент размягчения для таких составов не превышает 0,5, а прочность при сжатии 4-6 МПа [ 1 ].

Объекты и методы исследований. При проведении лабораторных исследований в качестве вяжущего использован полугидрата сульфата кальция -модификации марки Г-6, полученного из гипсового камня Карнабекого месторождения Самаркандский области. Композиционные гипсовые смеси отделочного назначения на основе полугидрата сульфата кальция готовились в лабораторных условиях. Процесс гомогенизация исходных материалов производился в лабораторном миксере в течение 20 минут.

Для улучшение строительно-технических свойст гипсовых композиций в качестве минеральных добавок применяли гидратную известь, для улучшения пластических свойств и снижения объемных деформаций при твердении, использован микронаполнитель, в качестве которого использован микрокальцит для создания необходимой плотности упаковки частиц в затвердевшем смеси. В качестве заполнителя использован кварцевой песок Майского месторождения. Для улучшение свойств композиционных гипсовых вяжущих использован эфиры целлюлозымарки Walocel, и суперпластификатор Megaplast JK-02. Для повышения адгезионные свойства в состав добавляли редеспергируемый полимерный порошок марки Elotex.

Регулирование процесса схватывания и структурообразования гипсовой композиции производили с применением лимонной кислоты. Физико-механические свойства гипсового вяжущего определяли по ГОСТ 23789-2018.Качество композиционных гипсовых смесей и растворов на их основе определяли в соответствии ГОСТ 31376-2008 «Смеси сухие строительные на гипсовом вяжуще».

Результаты и их обсуждение. Проведенные исследование по определению минералогического состава и физико-механические характеристики показали, что гипсовый вяжущие состоит из β - CaSO₄·0,5H₂O не большого количество α-CaSO₄·0,5H₂O, CaSO₄. Результаты физико-механические характеристики приведен в таблице 1.

Фазовый состав гипсового вяжущего изучали с применением рентгенофазового анализа. Из дифрактограммы видно, что гипсовый вяжущий состоит в основном из полугидрата сульфата кальция β- модификация (α = 0,590; 0,343; 0,3297; 0,278; 0,166 нм) и не большого количество ангидрита (α =0,225; 0,213; 0,173нм). Результаты исследование показали, что полугидрата сульфата кальция имеет марку марки Г-6 и коэффициент водостойкости равна 0,49.

Отличительной особенностью гипсовых вяжущих является их способность при затворении водой быстро схватываться и затвердевать. Схватывание и твердение гипсового вяжущего основано на реакции присоединения воды к полугидрату сульфата кальция с превращением его в дигидрат сульфата кальция.

Известно, что полугидрат, после затворения водой, диссоциируется на ионы Са⁺² и SO₄^-2 пока не будет достигнута концентрация насыщения. Так как растворимость полугидрата больше, чем дигидрата, полученный раствор является пе­ресыщенным по отношению к последнему.

Таблица 1.

Физико-механические характеристики гипсового вяжущего β-модификации

В процессе затворения полугидрата водой, выделяться небольшое количество тепла, что объясняется процессами смачивания, адсорбции, растворения и гидратации присутствующего в вяжущем ангидрита III (CaSО₄). В течение индукционного периода образуются зародыши кри­сталлов дигидрата, которые могут возникать как в растворе, так и на поверхности зерен полугидрата. Зародышеобразование на поверхности частиц исходной фазы, при котором наблюдаются сильные локальные перенасыщения, особенно проявляется в пастах, но может возникать и в суспензиях. Скорость гидратации в индукционный период небольшая вследствие малой еще поверхности образующихся кристаллов дигидрата и определяется скоростью зародышеобразования, а также скоростью роста кристаллов [1,4].

В состав модифицированных композиционных гипсовых смесей наряду β-CaSО₄•0,5Н₂О, заполнителями и наполнителями, использовали модифицирующие добавки. Содержание добавок составляло в пределах от 0,1 до 5,0 весовых %. Результаты исследований показали, что модифицирующие добавки улучшают смешение сухой отделочной смеси с водой, свойства растворной смеси, а также свойства схваченного и затвердевшего композиционного гипсового раствора [2,6].

При разработке и исследование модифицированных композиционных гипсовых материалов на основе β-CaSО₄•0,5Н₂О большое внимание уделялось регулированию консистенции и времени схватывания композиционного гипсового теста в зависимости от вида и количества вводимых в гипсовую композицию модифицирующих добавок [4,5].

На основание проведенных лабораторных исследование установлено, что методом модификации гипсовых вяжущих можно получить разнообразные композиционные гипсовые смеси отделочного назначения, а также для изготовления различных строительных изделий применяемые в строительной индустрии. Установлено, что при разработке составов композиционных гипсовых смесей отделочного назначения большое значение имеет правильный выбор добавок, регулирующих сроки схватывания и водостойкости. При этом необходимо учитывать не только характеристики исходного гипсового вяжущего, но и показатели рН среды приготовленного гипсового раствора.

Результаты исследование показали, что применение соли лимонной кислоты в количестве 0,05 - 0,25 % положительно влияют на сроки схватывания разработанных составов. Установлено, что для достижения требуемого замедления схватывания композиционных гипсовых растворов, целесообразно использовать модифицирующих добавки. При выборе замедлителей схватывания следует учитывать такой показатель, как интервал между началом и концом схватывания, требования по которому различны в зависимости от области и условий применения растворных смесей [4,5].

На основании проведенных исследований установлено, что благодаря оптимальному содержанию суперпластификатора можно достичь значительную растекаемость гипсовых составов. Это связано с тем, что гипс марки Г-6 является продуктом низкотемпературного обжига и содержит большое количество примесей, следовательно, имеет более дефектную структуру кристаллогидрата и его водопотребность составляет от 55 до 65%.

Исследование процесса регулирования структурообразования композиционных гипсовых смесей на основе β-CaSО₄•0,5Н₂Опоказали, что для композиционных гипсовых растворов эффективными замедлителями схватывания являются лимонная кислота [5,6].

Исследование кинетики структурообразования композиционных гипсовых смесей показывает, что полимерные составляющие сильно затормаживают процессы структурообразования системы.

Так же установлено, что редеспергируемый полимерная добавка ускоряет процесс твердения композиционных гипсовых растворов, а эфиры целлюлозы значительно замедляет процесс твердения. Замедление процесса структурообразования композиционным смесей характеризуется способностью удерживания в себе воду, не давая полуводному гипсу присоединить недостающие ее молекулы [4,7,8].

Проведенные физико-химические исследование показали, что эфиры целлюлозы выполняют весьма важную функцию несмотря на то, что их добавляют в гипсовые композиции в незначительном количестве 0,02 - 0,7%. Установлено, что наличие в смесях эфиров целлюлозы или быстро растворимых эфиры целлюлозы оказывают существенное влияние на удобоукладывемость и водопотребность.

Проведенные исследования по изучению влияние модифицирующих добавок на процесс твердения композиционных гипсовых растворных смесей показали, что водорастворимые полимерные порошки ускоряют процесс твердения, а эфиры целлюлозы замедляют.

Физико-химические исследования показали, что прочность на разрыв композиционных гипсовых растворных смесей и контрольной гипсовой склейки показали, что предлагаемый состав обладает более повышенной прочностью на сцепление, чем контрольный. Наблюдается тенденция прироста прочности композиционных гипсовых растворов с вертикальной поверхностью. Результаты исследований показали, что прочность сцепления разработанных составов через 7 суток составляет 1,2 МПа, а контрольного состава 0,45 МПа[10,11]. Физико-механические характеристики композиционных гипсовых смесей отделочного назначения приведена в таблице 2.

Таблица 2.

Физико-механические характеристики разработанных композиционных гипсовых смесей

 На основание проведенных исследование установлено, что при введении в состав композиционных гипсовых смесей модифицирующих добавок, происходит адсорбирование тонкодисперсных частиц на поверхности вяжущего и заполнителя и связывание их с кристаллами дигидрата сульфата кальция. Кроме того эти тонкодисперсные добавки обеспечивают повышение содержания пластичного теста, заполнение пустот в растворной смеси между зёрнами заполнителя. При этом растворная смесь переходит в текучее состояние. Полученные результаты показали, что композиционные гипсовые штукатурные растворы обладают высокой удобоносимостью и затвердеваемостью и при высыхании не растрескиваются и не усаживаются.

Заключение. На основании физико-химических анализов установлено, что гипсовый вяжущий состоит в основном из полугидрата сульфата кальция β-модификации и небольшого количество сульфатных мономинералов.

Результаты исследований показали, что введение суперпластификатора в составе композиционных гипсовых смесях, отделочного назначения, в количестве 0,25-0,35 % от массы вяжущего снижается водогипсовой соотношения композиционных гипсовых растворных смесей на 18-23 %, а введение лимонной кислоты замедляет сроки схватывание до 90 минут. Уменьшение водопотребности и регулирование сроков схватывания композиционных гипсовых растворных смесей приводит к ускорению технологических процессов штукатурных работ. Применение модифицирующих добавок улучшаются процесс структурообразования дигидрата сульфата кальция и повышается прочность сцепления с вертикальной поверхности затвердевших гипсовых растворов. Выявлено, что уменьшение водопотребности резко снижается расход воды и повышается водостойкости штукатурных растворов, что приводит к ускорению технологических процессов отделочных работ.

Список литературы:

1. Бурянов А.Ф., Бессонова И.В. Гипс, его исследование и применение. М., 2005, С.242.
2. Зазуля П.В. Общая характеристика свойств сухих строительных смесей и их оценка. II Межд.конф. «Baltimix -сухие строительные смеси для ХХI века: технология и бизнес». Сборник тезисов, СПб.. 2002. С 6-8.
3. Мешков П.И., Мокин В.А. Способы оптимизации составов сухих строительных смесей// Строительные материалы. 2000. №4. С.12-13.
4. Румянцев Б.М., Критараедов Д.С. Производство и применение полимеров в гипсовых материалов. // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, -2004, №9, с. 74-75.
5. Талипов Н.Х., Джураева Н.Х.,Талипов Д.Н., Равшанов З.А., Физико –химические исследования гипсополимерных материалов и регурирование их свойств. Ташкент, Ж.: Композиционные материалы. 2015, №2 С.82-83.
6. Talipow N.H., DosanowaG.M., TuljaganowA.A.,ReimowA.M. Die Anwendung des porösen Füllstoffs bei der Produktion von Wärmedämmstoffen // InternationaleBaustofftagung: Tagungsband. – Weimar, 2018. – С. 2–1153−2–1156.
7. Талипов. Н.Х., Жонузоков А.А.. Водостойкие строительные материалы на основе модифицированных фосфогипсоых вяжущих. Ж. Композиционные материалы. Ташкент, 2016, №1,С. 50-52.
8. Talipow N.H., Tuljaganow A.A., Dossanowa G.M., Iuismetow H.E., Talipow D.N., Jkubow U.A. Die chemische modifikation des kalziumsulfat-halbhydrats und produktion von wärmedämmstoffen. DundesrepublikDeutschland. Weimarer Gypsum Conference. Weimar/ 14-15 Marz 2017. S.276-280.
9. Талипов Н.Х., Досанова Г.М., Талипов Д. Н., Кадыров А.А. Исследование процесса структура образования гипсополимерной композиции. Ташкент, Ж.: Композиционные материалы. 2015, №4 С. 82.
10. Талипов Н.Х., Улучшение свойства компо­зиционных строительных мате­риалов на основе гипсовых вяжущих //Композиционные материалы.- 2004.- № С.47-49.
11. 11.FisherH-B., Hennino O. Zur Massungder Verzogerungderb Hydration Branntgips. Silikattechnik. -42(1991)10.- S 333-337.