Д.т.н. К.А. Акмалаев

 

   Казахский национальный  технический университет им.К.И.Сатпаева

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Все большим возрастанием спроса в строительстве сухих строительных смесей широкой номенклатуры, которые используются не только для отделочных работ, но и при устройстве различных элементов зданий и помещений. В этой связи более широкое применение местных и многокомпонентных вяжущих в производстве низкомарочных изделий является необходимым технико-экономическим мероприятием, которое обусловлено низкими удельными затратами, коротким технологическим циклом и большими запасами сырья [1].

   В стратегии Казахстан 2030 предусмотрен программа дальнейшего увеличения производства наукоёмкой, высокотехнологической и конкурентоспособной продукции. Вместе с тем, выполнение данной задачи решают вопросы импортозамещения и индустриализации страны с целью производства продукции с высокой добавленной стоимостью. Поэтому получение качественной продукции, требует постановки широких научных исследований с целью выявления оптимальных технологических режимов строительных материалов. Интерес строителей к сухим смесям обусловлен хорошим технологическими свойствами, доступностью сырьевых компонентов и выгодными эксплуатационными характеристиками.  Номенклатура сухих строительных смесей, представленных на строительном рынке Казахстана достаточно широка. 

Наиболее сложная задача для науки в области строительной промышленности обуславливают целесообразность производства высокоэффективных многокомпонентных строительных материалов. Среди многокомпонентных материалов несомненный интерес представляют сульфатсодержащие композиции. Они, как правило, наделены свойством быстрого твердения и, в зависимости от составов и соотношений составляющих, а также других технологических факторов, могут обладать различными строительно-техническими качествами.

Для низкомарочных изделий весьма перспективными могли бы стать сульфатсодержащие композиции на основе портландцемента и гипсового вяжущего. Подобные материалы, именуемые гипсоцементно-пуццоланами показали, что при их твердении во многом сохраняются не только свойства гипсового вяжущего, но и некоторые положительные качества портландцемента при незначительном его потреблении. Благодаря этому при получении гипсоцементных композиций топливно-энергетические затраты сокращаются в 2,3-3,1, металлоемкость оборудования- в 2,0-2,4, а удельные капиталовложения- в 1,7-1,8 раза по сравнению с производством портландцемента.

Формирования устойчивой структуры при совместном твердении портландцемента и гипсового вяжущего, а также эксплуатационная надежность и долговечность гипсоцементных материалов во влажной среде носили вероятностный характер. Из вышеизложенного следует, что систематическое и глубокое изучение процессов твердения и деструкции гипсоцементно-пуццоланового камня зависит от количества сульфата кальция.

Физико-механические показатели и эксплуатационные свойства строительных материалов определяются процессом твердения. Проходящие во взаимодействии друг с другом процессы структуро - и гидратообразования описывают важное явление, особенно при начальных стадиях твердения, потому что от этого определяется степень дальнейшего использования вяжущего. При применении таких вяжущих надо основываться на том, что же порождает изменения скорости гидрато - и структурообразования, которые обеспечивают получение строительного материала в их структурно- механическом описании с заданными строительно-техническими свойствами.

Изготовление обычных сухих цементно-песчаных смесей в заводских условиях не позволяет эффективно использовать оборудования и обеспечить современный уровень качества смесей. Только наличие в смеси специальных химических добавок позволяет полностью реализовать преимущества этих материалов как на стадии транспортирования, организации и технологии производства работ, так на стадии эксплуатации.

Анализ данных по разрушению конструкций полов показал, что в подавляющем большинстве случаев причиной выхода пола из строя является некачественное состояние стяжки: наличие в верхнем слое ослабленной зоны, высокая влажность, низкая адгезия материала стяжки к смежным элементам пола. Среди всех нагрузок, воспринимаемых полов механических, тепловых, агрессивных, химических и других, в наибольшей степени влияют на его долговечность механические ударные воздействия. Для обеспечения высокой долговечности пола необходимо, чтобы стяжка была сухой, имела прочную и ровную поверхность, обладала высокой адгезией к смежным элементам пола.

Одним из путей формирования структуры вяжущего является применение эффективных добавок. Применение таких эффективных веществ создают условия для улучшения микро- и макроструктуры строительных материалов. Это доказано в производственных условиях, и созданные мероприятия улучшают прочность, морозостойкость и долговечность искусственного камня.

Добавки этой группы, по выполнению функциональных значений направлены на взаимодействие  смесей цемент + полуводный гипс + пуццолановая добавка. Основным направлением считается, взаимодействие сульфата кальция, портландцемента и пуццолановой добавки, придающие системе вяжущее свойства.

Исследования показали, что применяемые добавки обладают гидравлической активностью, в суспензиях с добавкой керамзитовой пыли концентрация гидрооксида кальция 0,85г/л, а с порошком кирпичного боя 0,87 г/л (табл. 1).

Из таблицы видно, что при гидратации цемента без добавки через 5 суток достигается насыщенный раствор гидроксида кальция. По литературным данным известно, что растворимость гидроксида кальция в дистиллированной воде составляет 1,2-1,4 г/л. По данным В.Н.Юнга при взаимодействии цемента с водой концентрация гидроксида кальция в растворе может быть значительно выше и достигать 1,6-1,7 г/л. При выборе добавки и определении оптимального соотношения компонентов важны данные 28-суточного снижения концентрации гидроксида кальция, а также её начальные показатели.

Роль добавок в качестве неотъемлемого компонента современного бетона и средства технологического регулирования увеличивается адекватно росту эффективности их влияния на гидратацию и структурообразование цемента, свойства бетонных смесей и бетона. Именно добавки, как отмечено выше, позволили успешно развивать новые концепции прогрессивные строительные технологии.

                                                                                Таблица 1

Изменение концентрация гидроксида кальция при гидратации

 

 

Состав материала

 

Продолжительность гидратации,

сут.

5

7

14

28

         Гипс и портландцемент

1,41

1,48

1,51

1,52

         Гипс, портландцемент и

          керамзитовая пыль

0,34

0,85

0,80

0,73

Гипс, портландцемент и порошок

          кирпичного боя

0,94

0,87

0,81

0,75

 

В последнее время заметно усложнился композиционный состав добавок. Комплексные добавки – это несколько реагентов различной природы и механизмов действия, каждый из которых несет свою специальную функцию. Главный принцип формирования составов комплексных добавок – достижение требуемых эффектов в технологическом и экономическом планах. Это непростая задача, так как неясны механизмы влияния многих добавок, далеко не всегда обеспечивается их совместимость с цементами [3] и др. Крайне сложно располагать полной, как симметричной, информацией о свойствах цемента и добавок для оперативного решения производственных задач.

Вводимые в состав композиции добавки выбираются строго по функциональным характеристикам. Функциональные свойства добавки определяется по их влиянию на процессы структурообразования камня, так как некоторые из них придают определенные строительно-технические свойства, а некоторые придают им вяжущее свойства и т.д.

Образование прочной структуры композиционного материала зависит от оптимального количества компонентов. Например, увеличение количества полуводного сульфата кальция снижает структурную прочность цементной системы C3S-C3A-H2O.

Формированию прочности композиционного материала в процессе твердения, особенно при образовании структуры сульфоалюмосиликата, определяющую роль играют кремнеземсодержащие компоненты.

   Существенное снижение В/Ц отношения за счет увеличения подвижности растворной смеси наблюдается при комплексном воздействии добавки. Комплексная добавка обеспечивает снижение водопотребности смеси на 25 %, что соответствует по ГОСТу как, высокоэффективным пластифицирующим добавка первый группы.

   Использование модифицированных сухих смесей позволяет реализовать технологии при выполнении штукатурных работ, устройстве полов, при выравнивании стен и потолков. Это преимущество модифицированных сухих смесей повышает производительность и снижает материалоемкость. Однако к материалу для нанесения предъявляются повышенные требования по трещиностойкости и стойкости к внешним физическим воздействиям.

       Физико-механические показатели и эксплуатационные свойства строительных материалов определяются процессом твердения. Проходящие во взаимодействии друг с другом процессы структуро- и гидратообразования описывают важное явление, особенно при начальных стадиях твердения, потому что от этого определяется степень дальнейшего использования вяжущего. При применении таких вяжущих надо основываться на том, что же порождает изменения скорости гидрато- и структурообразования, которые обеспечивают получение строительного материала в их структурно- механическом описании с заданными строительно-техническими свойствами.

 

Литература:

1. Паримбетов Б.П. Строительные материалы из минеральных отходов

    промышленности. Москва: Стройиздат, 1978. – 200 с.

2. Химические и минеральные добавки в бетон. Под ред. А Умерова- 

     Маршака. Харков: Колорит, 2005. – 285 с.