Geum.ru

Каустифицированные прессованные безобжиговые гипсовые материалы на основе техногенного сырья

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
КАУСТИФИЦИРОВАННЫЕ ПРЕССОВАННЫЕ БЕЗОБЖИГОВЫЕ ГИПСОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

Петропавловская В.Б., Кедрова Н.Г., Новиченкова Т.Б., ТГТУ


В настоящий момент на рынке строительных материалов возникла необходимость в дешёвых и качественных бесклинкерных материалах, отвечающих требованиям как отечественных, так и мировых стандартов. При этом энергозатраты на такие материалы, в связи с современной дороговизной энерго- и теплоносителей, должны быть минимальными. Так использование гипсосодержащих отходов даёт большую базу для создания новых материалов, полученных с использованием инновационных технологий.

Возможность формирования кристаллизационных структур на основе двугидрата сульфата кальция по негидратационной схеме, предложенной А.Ф. Полаком, открывает новое перспективное направление в технологии строительных материалов и изделий непосредственно из двуводного гипса, в том числе гипсосодержащих отходов, без традиционного перевода его в вяжущее [1, 2]. Системы такого рода способны твердеть при наличии в них достаточного количества частиц тонкой фазы и внешнего давления, которые обеспечивают необходимый уровень пересыщения и сближение частиц соответственно.

В последнее время все больше исследований посвящены созданию многокомпонентных бесклинкерных водостойких гипсовых вяжущих, а также композиционных материалов с использованием различных добавок и наполнителей, в том числе щелочей. Однако роль щелочного компонента (каустификатора) в гипсовых системах исследователями рассматривается по-разному.

П.П. Будниковым установлена роль щелочей и их градация по каталитической способности по отношению к гипсу в системах, получаемых по гидратационной схеме, на основе полуводного гипса [3]. Градация щелочей по каталитической способности по отношению к гипсу имеет следующий вид:

КОН > NaOH > LiOH > NH4OH, или К+ > Na+ > Li+ > NH4+.

Растворы КОН, NaOH, LiOH относятся к ускорителям схватывания гипса, раствор аммиака относится к группе сильных замедлителей, как и насыщенный раствор извести.

А.В. Ферронской рассматривается возможность применения добавки извести совместно с минеральными добавками для бетонов на основе композиционного гипсового вяжущего [4].

Л. А. Кройчук при анализе возможности получения материалов на основе синтетических отходов − фосфогипса предлагает использовать дополнительные материалы, которые, выделяя теплоту, приводили бы к частичной дегидратации фосфогипса дигидрата при прессовании, а также обрабатывать двуводный гипс веществами, имеющими различные рН (от 7 до 12), тем самым, изменяя его растворимость [5].

С целью изучения роли каустификатора на гипсовые структуры негидратационного твердения в Тверском государственном техническом университете были проведены исследования с использованием двухфакторного эксперимента.

В работе использовались следующие сырьевые компоненты: гипсосодержащие отходы Конаковского фаянсового завода, негашеная комовая известь Угловского завода, растворы NaОН и КОН.

Двуводный техногенный гипс в виде отработанных форм для литья, предварительно высушенный до постоянной массы, подвергали дроблению в щековой дробилке до получения зерен с размером не более 5 мм. Затем дробленый двуводный гипс подвергали помолу в шаровой мельнице до получения порошков грубого и тонкого помола [6].

Приготовленные сырьевые смеси затворяли щелочными растворами Са(ОН)2, NaОН и КОН с рН=6, рН=8, рН=10, рН=12. Щелочность контролировали с помощью стандартных индикаторов.

Двухстадийное прессование образцов-цилиндров производили на гидравлическом прессе с использованием давления 30 МПа. Образцы твердели в воздушно-влажных условиях в течение 7 дней при температуре t = (20±5) 0C и влажности W = (90±5) %. Испытание на прочность сухих прессованных образцов производили на гидравлическом прессе после 7 суток твердения.

Результаты исследования приведены в табл. 1 и на рис. 1.

Таблица 1

Влияние вида щелочи и щелочности среды на прочность прессованных образцов на основе техногенного двуводного гипса – отхода форм Конаковского фаянсового завода

Вид щелочи

Предел прочности образцов, МПа при щелочности среды

рН=6 (вода)

рН=8

рН=10

рН=12

NaОН

21,89

29,21

25,78

24,35

КОН

21,43

34,43

31,55

25,81

Са(ОН)2

21,74

24,42

22,97

22,03

Введение добавки щелочи влияет на прочность безобжигового прессованного материала на основе двуводного техногенного гипса (рисунок 1). На 7 сутки твердения наибольшую прочность имеют образцы с добавкой щелочи КОН при всех исследованных рН среды затворения.

При введении добавок NaОН и Са(ОН)2 прочность образцов так же увеличилась в сравнении с образцами, сделанными на воде (при рН=6), но результаты по прочности оказались ниже, чем у образцов, полученных с использованием щелочи КОН. Несколько выше прочность у образцов, затворенных NaОН, по сравнению с образцами, затворенными раствором Са(ОН)2.

Оказывает влияние уровень щелочности среды. Максимальную прочность имели образцы, затворенные щелочью КОН при рН=8 – 34,43 МПа. При дальнейшем увеличении рН среды прочность образцов снижается. Несколько ниже показатели прочности образцов при использовании щелочности среды затворения, равной 10. Прочность образцов составила 25,78 МПа при введении добавки NaОН и 22,97 МПа – Са(ОН)2, у образцов с добавкой КОН данный показатель составил 31,55 МПа, что существенно выше.

Как видно из диаграммы (рисунок 1) имеется чёткий экстремум для каждого вида щелочи, который достигается при одном и том же значении рН среды.



Рисунок 1 − Зависимость прочности прессованных образцов на основе техногенного двуводного гипса от вида щелочи и уровня щелочности среды

-


рН = 6 (вода); - рН = 8; - рН = 10; - рН = 12


Хотя при щелочности среды затворения рН=12 испытуемый материал имел наименьший показатель прочности: при КОН – 25,81 МПа, при NaОН – 24,35 МПа, а при Са(ОН)2 – 22,03 МПа, но данный показатель выше, чем у образцов, изготовленных на воде (рН=6). Прочность таких образцов в среднем достигала 21 МПа.

Результаты исследований согласуются с исследованиями П.П. Будникова. Согласно полученным данным для структур негидратационного твердения наиболее активной добавкой является гидрат калия КОН. При ее использовании вероятно происходит образование наибольшого числа водородных связей, а также взаимодействие с кислородоводородной группой (кристаллами) гипса. За счет этого усиливается взаимодействие между жидкой фазой и поверхностью кристалла, возникает внутреннее давление и отжим воды из пространства между частицами. Роль капиллярных сил становится настолько велика, что происходит сближение кристаллов на расстояния, обеспечивающие процесс их срастания. В дальнейшем происходит рост кристаллизационных контактов и прочность с течением времени повышается.

Таким образом, проведенные исследования показали, что на формирование гипсовых систем негидратационного твердения оказывают влияние щелочность среды и вид применяемой щелочи. Наиболее эффективной добавкой является щелочь КОН, которая позволяет повысить прочность образцов в среднем на 60 % по сравнению с образцами, затворенными водой. Оптимальным значением щелочности среды для добавки КОН при полусухом прессовании материала из двуводного гипса оказалось рН=8. Регулирование зернового состава материала негидратационного твердения, как одно из необходимых условий получения кристаллизационной структуры на основе двуводного гипса, взаимосвязано со щелочностью среды и видом применяемой щелочной добавки.

Полученные безобжиговые гипсовые материалы имеют высокие показатели по прочности на сжатие, наибольшая прочность составляет 34,43 МПа, что открывает новые перспективы в производстве стеновых материалов на основе доступных местных экологически чистых отходов промышленности.


Литература

1. Полак А.Ф., Ляшкевич И.М., Бабков В.В., Раптунович Г.С., Анваров Р.А. О возможности формирования кристаллизационных структур на основе двугидрата сульфата кальция // Известия вузов. – 1987. – №10. – С.55.

2. Белов, В.В. Современные эффективные гипсовые вяжущие, материалы и изделия [Текст]: научно-справочное издание / В.В. Белов, А.Ф.Бурьянов, В.Б. Петропавловская; под общ. ред. А.Ф. Бурьянова. Тверь: ТГТУ, – 2007. –.

3. Будников, П.П. Неорганические материалы [Текст] / П.П. Будников // Москва, 1968.

4. Кройчук, Л.А. Ведущие мировые производители гипсовых изделий [Текст] / Л.А. Кройчук // Строительные материалы. – 2005. – №9. – С.45.

5. Ферронская, А. В. Эксплуатационные свойства бетонов на основе композиционного гипсового вяжущего [Текст] / А. В. Ферронская, В.Ф. Коровяков // Строительные материалы. – 1998. – № 6. – С.34.

6. Пат. 2278841 Российская Федерация, С 04 В 28/14, С 04 111/20. Сырьевая смесь для изготовления гипсовых изделий и способ их изготовления [Текст] / Петропавловская В.Б., Кедрова Н.Г., Беликов А.В., Назарова Е.А., Свечникова О.С., Морозова О.С., Тихонов П.В.; заявитель и патентообладатель Тверской гос. техн. ун-тет. №2005102451/03; заявл. 01.02.2005; опубл. 27.06.2006, Бюл. №18.