ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ АКТИВНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ

АННОТАЦИЯ

В работе изложены результаты получения композиционных гипсовых вяжущих, полученных на основе полугидрата сульфата кальция с применением активных минеральных добавок. Изучены основные физико-механические свойства разработанных композиционных гипсовых вяжущих.  Установлено, что применение активных минеральных добавок в состав гипсового вяжущего β-модификации улучшает реологические свойства и повышается прочностные характеристики и водостойкость. Выявлено, что наличие активной минеральной добавки в составе вяжущего положительно влияет на процесс гидратации и твердение композиционных гипсовых вяжущих.  

ABSTRACT

The paper presents the results of obtaining composite gypsum binders based on calcium sulfate hemihydrate using active mineral additives. The main physical and mechanical properties of the developed composite gypsum binders were studied. It was established that the use of active mineral additives in the composition of β-modification gypsum binders improves rheological properties and increases strength characteristics and water resistance. It was revealed that the presence of an active mineral additive in the binder composition has a positive effect on the hydration process and hardening of composite gypsum binders.

Ключевые слова: полугидрата сульфата кальция, активные минеральные добавки, строительный известь, композиционных гипсовых вяжущих, композиционные гипсовые вяжущие, водостойкость, низкий    плотность, прочность.

Keywords: calcium sulfate hemihydrate, active mineral additives, building lime, composite gypsum binders, water resistance, low density, strength.

Введение. В республике в настоящее время интенсивно развивается строительная индустрия, что привело к резкому повышению потребления различных композиционных строительных материалов на основе местного сырья и отходов производства, в том числе и строительных материалов и изделий на основе сульфатсодержащих минеральных вяжущих. Одним из путей достижения указанной цели является создание водостойких и высоко прочных композиционных материалов на основе минерального вяжущего и техногенного сырья [1,2].

В настоящее время одной из важнейших проблем промышленности строительных материалов является развитие отечественного производства высоко эффективных строительных материалов на основе композиционных вяжущих материалов. В связи тем разработка состава гипсо-микрокремнеземистой композиции с применением активных минеральных добавок низкой плотности способствует улучшение физико-механических свойств и эксплуатационных свойств строительных материалов, полученных на основе сульфатсодержащих вяжущих.

Повышение водостойкости материалов на основе гипсовых вяжущих до уровня материалов на основе гидравлических вяжущих позволить существенное расширение области применения разработанных составов.

В связи тем нами проведены исследование направленные на снижение растворимости полугидрата сульфата кальция с применением активных минеральных добавок, при взаимодействии с которыми бета полугидрат сульфата кальция образует соединения с более низкой растворимостью чем у CaSO₄•2H₂O [3-5].

Объект и методы исследования. В качестве исходных сырьевых материалов для производства водостойких композиционных гипсовых вяжущих были использованы гипсовые вяжущие β-модификации полученный методом дегидратации природного гипсового камня. В качестве активной минеральной добавка использован микрокремнезем и строительный известь. Химический состав исходных материалов приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав исходных материалов

Результаты химического анализа полугидрата сульфата кальция β-модификации, полученного методом варки в варочных котлах (таблица1), показывают, что по содержанию полуводного сульфата кальция он отвечает требованиям ГОСТ 125-2018, предъявляемым к гипсовым вяжущим. Исследование по изучению физико-механических свойств показали, что полугидрат сульфата кальция имеет марку марки Г-6 АII и коэффициент водостойкости равна 0,51. Строительный известь представляет собой порошкообразный продукт тонкомолотой комовой извести [3].

В работе для повышение физико-механических свойств вяжущего и для улучшения технологических свойств композиции в качестве активной минеральной добавки использован тонкодисперсный кремнеземистый отход-микрокремнезем, который образуется в процессе выплавки ферросилиция, на «Узмедкомбинате». Содержание большое количество аморфного кремнезема шарообразные частицы в виде очень мелкого продукта образуются из некоторой части моноокиси кремния после окисления и конденсации. Удельный поверхность около 18-20 м²/г. Гранулы среднего размера составляют около 0,1 мкм [4].

Полученные результаты и их обсуждение. Повышение водостойкости гипсовых материалов позволить существенное расширение области применения композиционных гипсовых вяжущих.  В связи тем нами проведены исследование направленные на снижение растворимости полугидрата сульфата кальция с применением с активными минеральным добавками, при взаимодействии с которыми бета полугидрат сульфата кальция образует соединения с более низкой растворимостью чем у CaSO₄•2H₂O [5,6].

Исследование влияние минеральных добавок на физико-механические и технологические свойства полугидрата сульфата кальция исследован в лабораторных условиях в полученных смесях методом гомогенизации исходных компонентов. При этом содержание строительной извести составляло 5 %, а активной минеральной добавки составляло 2,5; 5,0; 7,5 и 10 % от массы полугидрата сульфата кальция. Влияние строительной извести и активной минеральной добавки на реологические свойства растворной смеси и на физико-механические свойства изучали в соответствии ГОСТ 23789-2018. Установлено, что с повышением содержание микрокремнезема в составе резко повышается коэффициент водостойкости (Кр). Результаты исследование приведена в таблице 2.

Из таблицы видно, что с повышением содержание тонкодисперсной активной добавки до 10 % увеличивается нормальная густота до 0,67 %. Установлено, что с повышением нормальной густоты процесс схватывания замедляется. Замедление сроков схватывания связано с наличием строительной извести и повышение содержание тонкодисперсного микрокремнезема в составе. Результаты изучение реологических свойств приведена в таблица 2.

Таблица 2.

Влияние активной минеральной добавки на свойства гипсо-микрокремнеземистой композиции

По результатам физико-механических и технологических характеристики установлено, что введение 5,0 % строительной извести и 10,0-12,5 % тонкодисперсного микрокремнезема в состав полугидрата сульфата кальция   повышается прочностные характеристики на 10-12 %. Физико-химические исследование процесса твердения показали, что применение тонкодисперсного микрокремнезема как активной добавки улучшает процесса структурообразования дигидрата сульфата кальция и способствует повышение коэффициента размягчение за счет образование плотной структуры затвердевшего изделия.

В ходе проведения экспериментальных исследование установлено, что    при введении в состав полугидрата сульфата кальция тонкодисперсного микрокремнезема и тонкомолотого строительного извести происходит адсорбированные тонкодисперсных частиц на поверхности вяжущего и связывание их с кристаллами дигидрата сульфата кальция. Кроме того, эти тонкодисперсные добавки обеспечивают повышение пластичность тесты, частицы заполняют пустот в растворной смеси между кристаллической структуры дигидрата сульфата кальция. Наличие тонкомолотого строительного извести температура растворных смеси повышается, за счет образования гидроксида кальция в составе растворных смесей.

Следует отметить, что при введение тонкодисперсных активных минеральных добавок резко повышается водостойкость строительных изделий на основе композиционных гипсовых вяжущих. Это происходит, по нашему мнению, в результате раздвижки зерен плотно упакованных кристаллов в процесс структурообразования при гидратации полуводного гипса и образования дигидрата сульфата кальция [7,8].

Применение водостойких композиционных гипсовых вяжущих в производстве строительных изделий повышается производительность технологической линии, а также имеют высокие прочностные характеристик. Этот способ основаны на регулирование процесса структурообразование дигидрата сульфата кальция в процессе гидратации образования плотной кристаллической структуры дигидрата сульфата кальция при изготовление строительных изделий повышению водостойкости.

Заключение. Результаты исследований показали, что что тонкодисперсный кремнеземистый наполнитель в количестве 10,0-12,5 % улучшает реологические свойства растворных смесей и повышает физико-механических и технологических характеристик композиционных гипсовых вяжущих. Повышение прочностных показателей объясняется тем, что высокодисперсные частицы микрокремнезема заполняют пустоты между крупными кристаллами в процессе формирование структуры дигидрата сульфата кальция, что способствует повышение водостойкости композиции на основе гипсового вяжущего. На основание проведенных лабораторных исследование выявлены оптимальные составы водостойких композиционных гипсовых вяжущих для производства строительных изделий.

Список литературы:

1. Тулаганов, А.А. Местная сырьевая база строительных материалов. ТАСИ, Учебное пособие Ташкент, 2013. – 104 с.
2. А.Ф. Бурянов, И.В. Бессонова. Гипс, его исследование и применение. М., 2005, С.242.
3. N.H Talipow, A.A. Tulaganow, S.S. Nigmatow.  Mechanismus der Bildung des α-CaSO₄^.0,5H₂O im Prozess der hydrothermalen Bearbeitung des Kalziumsulfat-Doppelhydrats. Weimar Bundesrepublik  Deutschland, 20-Internatijnale Baustofftagung Weimar/ 12-14 September 2018. S.2-585-2-589.
4. ГОСТ 58894-2020 «Микрокремнезем конденсированный для бетонов и строительных растворов. Технические условия. М.: Стройиздат.2020. С.22.
5. З.Т. Мунавваров. Н.Х. Талипов, С.С. Негматов, Р.Х.Солиев. //Исследование влияние модифицирующих добавок на свойства композиционных гипсовых смесей//. Universum: Технические науки. – Москва, 2022. – Выпуск 11(92). Часть 2, С. 13-17.
6. Б.М. Румянцев, Д.С. Критараедов. Производство и применение полимеров в гипсовых материалов. //Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, -2004, №9, с. 74-75
7. Талипов Н.Х., Матякубова К.Ш., Улугова М.М. Композиционные материалы для производства строительных изделий на основе полугидрата сульфата кальция. Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы материаловедения, сварочного производства, инновационные технологии получения и обработки материалов в машиностроении - 2024». Ташкент 2024, 16 - 17 октября, - С.52-54.
8. Гаркави М.С., Артамонов А.В., Колодежная Е.В., Нефедьев А.П., Худовекова Е.А. Гипсовое вяжущее низкой водопотребности: производство и свойства // Строительные материалы. 2020. №7. - С. 34-38.