#Клименко В.Г. Кольматация поверхности гипсовых материалов сингенитом

К.т.н., доц. Клименко В.Г.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

КОЛЬМАТАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛОВ СИНГЕНИТОМ

При исследовании продуктов взаимодействия в системах на основе сульфата кальция и сульфатов K⁺, Na⁺ и NH₄⁺ установлено образование сингенита (K₂Ca(SO₄)₂∙H₂O), коктаита ((NH₄)₂Ca(SO₄)₂∙H₂O) и гидроглауберита (Na₁₀Ca₃(SO₄)₈∙6H₂O) [1,2,3]. На РФА этим соединениям соответствуют рефлексы со следующими межплоскостными расстояниями, Å: для сингенита – 9,509; 5,717; 4.745; 3,164; для коктаита – 9,992; 5,809; 4.968; 3,314; 2,903; для гидроглауберита – 9,213; 5,505; 4.659; 2,931. Кроме того, в продуктах взаимодействия присутствует гипс и не вступившие в реакцию, (NH₄)₂SO₄; K₂SO₄; Na₂SO₄. Характерно, что в системе на основе сульфатов кальция и аммония количество остаточного гипса незначительно, а количество коктаита максимально. Наоборот, в системах на основе сульфатов кальция и натрия количество гидроглауберита минимально.

Особый интерес представляют системы на основе сульфатов кальция и калия, где образуются значительные количества сингенита. Установлено [3], что не все формы сульфата кальция можно использовать для получения сингенита. Наиболее предпочтительно использование гипса, позволяющего получить сингенит при 22-25 ^оС за 15-20 мин. В системах на основе нерастворимого ангидрита и K₂SO₄ сингенит образуется через 25-30 мин. Хуже всего сингенит образуется со строительным гипсом. Влияние фазового состава сульфата кальция на образование сингенита можно объяснить различной растворимостью его фаз. Гипс имеет наименьшую растворимость, а строительный гипс – наибольшую. В суспензиях строительного гипса концентрация ионов SO₄^2– почти в три раза больше, чем в суспензиях гипса, что уменьшает растворимость K₂SO₄ и сингенит образуется хуже. Согласно потенциометрическим исследованиям [3], суспензии, содержащие равные массы гипса и K₂SO₄, имеют более щелочную реакции среды, чем исходные вещества, что также указывает на химические процессы, протекающие в данных системах. При образовании сингенита жидкая суспензия структурируется и загустевает, значительно теряя подвижность. В других системах такое явление не наблюдается.

В связи с этим, нами предложен метод упрочнения поверхности гипсовых материалов за счет кольматации его пор сингенитом.

Для проверки данного предположения были приготовлены образцы размером 2х2х2 см из строительного гипса Г-5 Хабезского завода, (В/Г=0,55) и термического нерастворимого ангидрита (CaSO₄ II), активированного K₂SO₄, (NH₄)₂SO₄, Na₂SO₄ (В/Г=0,38). Количество добавки активатора твердения CaSO₄ II 2 мас. %. Образцы твердели в естественных условиях 10 дней. Воздушно-сухие образцы выдерживались в насыщенном растворе K₂SO₄ в течение 2 часов при температуре 36-38 ^оС. При данной температуре растворимость гипса максимальна. Для повышения ионной силы раствора дополнительно вводился KCl. Обработанные, таким образом, образцы исследовались после 14 сут. твердения.

Из полученных данных (см. табл.) следует, что прочность гипсовых образцов на основе строительного гипса, обработанных насыщенным раствором K₂SO₄, увеличивается на 8,7 %, а масса образцов – на 1,74 %. Правда водостойкость образцов несколько снижается. Коэффициент размягчения холостых проб равен 0,48, а обработанных K₂SO₄ – 0,39. Гипсовые образцы, выдержанные в насыщенном растворе K₂SO₄ мыльные на ощупь. При высыхании на их поверхности образуется слой вещества белого цвета. Вещество имеет щелочную реакцию среды.

Кольматация пор ангидритовых вяжущих зависит от вида активатора твердения и его количества. Большее увеличение массы проб ангидритовых вяжущих по сравнению с образцами на строительном гипсе можно объяснить дополнительной гидратацией ангидрита при обработке его насыщенным раствором сульфата калия.

Таблица

Характеристики материалов на основе ангидритового вяжущего и гипса Г-5

№ пробы	Природа добавки	Масса проб, г		Изменение массы, %	Rсж. проб, МПа		К раз.
		холостых	опытных		холостых	опытных	холл./оп.
Сухие образцы
1	(NH4)2SO4	14,20	14,68	3,40	29,7	31,7	0,53/0,53
2	K2SO4	14,28	14,65	2,59	30,4	32,0	0,59/0,62
3	Na2SO4	13,76	14,40	4,65	25,0	25,0	0,49/0,58
4	K2SO4^*	13,25	13,90	4,90	22,0	24,0	0,6/0,71
5	Г-5	11,5	11,7	1,74	18,7	20,3	0,48/0,39
Водонасыщенные образцы
1	(NH4)2SO4	15,47	15,47	-	15,8	16,7	-
2	K2SO4	15,66	15,73	0,44	18,7	19,1	-
3	Na2SO4	15,00	15,23	1,53	11,7	14,5	-
4	K2SO4^*	15,13	15,03	0,07	13,2	17,0	-
5	Г-5	13,7	13,8	0,73	9,0	7,9	-

· - количество активатора 0,5 %.

Прочность, как сухих, так и водонасыщенных образцов также увеличивается. Повышается водостойкость гипсовых вяжущих. Таким образом, K₂SO₄ можно использовать для кольматации пор поверхности гипсовых материалов для улучшения их физико-механических характеристик.

ЛИТЕРАТУРА

1. Клименко В.Г., Гасанов С.К., Мамин С.Н. Образование двойных солей в гипсовых и гипсостекольных системах // Materiály XI Miedzynarodej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania sa nauka I technikami. 2015, Volume 10. Ekologia. Budownictwo I architektura. Chemia I chemiczne technologie. Rolnictwo. Wetetynaria: Przemysl. Poland. Nauka I studia. 2015. S. 39 – 41.

2. Клименко В.Г., Гасанов С.К., Мамин С.Н. Влияние фазового состава сульфата кальция на образование сингенита в гипсовых системах // Энерго- и ресурсосберегающие экологически чистые химико-технологические процессы защиты окружающей среды: Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. Белгород: Изд-во БГТУ, 2015. Ч.3. С.124 – 130.

3. Клименко В.Г., Павленко В.И., Гасанов С.К. Кислотно-основные взаимодействия в гипсостекольных системах // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2015. № 5. С. 77 – 81.