ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА НА СВОЙСТВА ГИПСОВЫХ

Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXVIII. 2014. № 8
УДК 666.914.5
Д. В. Амелина, В. В.Федорова, Л. И. Сычева*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, стр. 4.
* e-mail: lis@rctu.ru
ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА НА СВОЙСТВА ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
Получены многофазовые гипсовые вяжущие с различным соотношением фаз в системе: растворимый
ангидрит – нерастворимый ангидрит и полугидрат – нерастворимый ангидрит. Показано как увеличение
доли нерастворимого ангидрита в составе вяжущего влияет на его строительно-технические свойства.
Изучена кинетика перехода растворимого ангидрита в полугидрат сульфата кальция при хранении гипсовых
вяжущих и определено его влияние на свойства материала.
Ключевые слова: многофазовые гипсовые вяжущие, растворимый ангидрит, нерастворимый ангидрит.
В настоящее время объемы использования
гипсовых вяжущих в строительстве заметно
увеличились
вследствие
применения
в
строительной практике сухих смесей и
механизации штукатурных работ. Одной из
проблем производства гипсовых вяжущих в нашей
стране является их узкая номенклатура. Около
90% от всего объема производства приходится на
низкообжиговый строительный гипс марок Г2 –
Г4, отсутствует выпуск ангидритовых и
композиционных гипсовых вяжущих.
В зарубежных странах широко распространен
выпуск многофазовых гипсовых вяжущих (МГВ),
которые представляют собой смесь β – полугидрата
сульфата кальция (ПГ), растворимого ангидрита (РА)
в количестве от 30 до 60% по массе и нерастворимого
ангидрита (НА). Изменяя соотношение отдельных
фаз, можно регулировать необходимые свойства:
сроки схватывания, водостойкость, прочность.
В ряде работ представлены результаты
исследования многофазовых гипсовых вяжущих,
полученных путем смешивания низко- и
высокообжиговых вяжущих [1,2]. Поскольку
вяжущие, полученные в современных установках
быстрого обжига представляют собой именно
многофазовый продукт, нам представлялось
интересным получение МГВ в одном тепловом
агрегате.
Цель работы – изучить строительнотехнические свойства МГВ в зависимости от
режима обжига гипсового камня и исследовать их
изменения при хранении вяжущего в воздушносухих условиях.
В работе использовали Новомосковский
гипсовый камень, предварительно измельченный в
шаровой мельнице до удельной поверхности 340
м2/кг. Содержание дигидрата сульфата кальция в
гипсовом камне составляло 84%. Гипсовый камень
обжигали в лабораторных условиях при
температуре от 250° до 400°С и изотермической
выдержке материала 2 часа.
Фазовый состав продуктов обжига оценивали
по методике, предложенной в работе [3].
Строительно-технические
свойства
МГВ
определяли
сразу
после
термообработки
гипсового камня, охлажденного до 20оС и на 14
сутки хранения.
Таблица 1
Фазовый состав продуктов обжига гипсового камня
Температура
обжига, °С
250
300
350
400
После обжига
РА,% НА,%
75,6
0,2
60,5
15,3
41,6
34,2
15,1
60,7
14 сутки
ПГ,% НА,%
80,6
0,2
64,5
15,3
44,4
34,2
16,1
60,7
В ходе исследований было зафиксировано, что
максимальное содержание РА наблюдается в
образцах, обожженных при температуре 250°С.
При дальнейшем повышении температуры
термообработки содержание РА уменьшалось, что
связано с образованием в продуктах обжига
нерастворимого ангидрита (табл.1).
Появление в обжигаемом материале НА
приводит к изменению строительно-технических
характеристик вяжущих (рис. 1).
Нормальная густота гипсового теста с
повышением температуры обжига вяжущих
снижалась и достигла минимальных значений для
материала, полученного при температурах 350 –
400ºС. Аналогичным образом изменяются сроки
схватывания вяжущих. Прочность образцов на
ранних сроках твердения (2 часа) по мере
увеличения температуры обжига вяжущих также
снижалась.
8
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXVIII. 2014. № 8
Рис.1. Зависимость строительно-технических свойств МГВ от температуры обжига
Однако с течением времени характер
зависимости прочности образцов гипсового
вяжущего от температуры обжига изменился.
Максимальную прочность имел образец гипсового
камня из вяжущего, полученного при температуре
350°С (содержание НА – 34,2%), твердевший 14
суток. При дальнейшем увеличении температуры
обжига до 400°С и, как следствие, увеличении
доли НА в вяжущем, прочность образцов
снижалась на 20% (рис.1).
При хранении вяжущих, полученных при
температурах 350 и 400°С, НГ снижается менее
существенно на 5 – 4 % соответственно и
прочность образцов из свежеобоженных вяжущих
превышает прочность образцов из вяжущих
подвергнутых старению (рис.2). Таким образом
рост прочности гипсового камня при хранении
вяжущих, полученных при температурах 250 – 300
°С можно объяснить только снижением НГ,
фазовый переход РА→ПГ на прочностные
характеристики влияния не оказывает.
Для образцов гипсового камня из вяжущих
хранившихся 14 суток определяли количество
связанной воды на 1 и 14 сутки твердения (рис.3).
Количество связанной воды на 14 сутки твердения
для образцов из вяжущих, полученных при
температурах 300 - 400°С, увеличивается на 1 –
2% это свидетельствует о том, что нерастворимый
ангидрит с течением времени гидратируется без
введения
дополнительных
активаторов
твердения.
Для вяжущего, полученного при температуре
250°С была оценена скорость перехода РА в ПГ.
Для этого определяли фазовый состав МГВ через
1, 4 и 7 суток хранения (табл. 2).
Рис.2.
Изменение свойств МГВ, в процессе его
хранения: 1 – свежеобоженное МГВ, 2 – МГВ,
хранившееся 14 суток.
Таблица 2. Зависимость фазового состава МГВ от
Переход РА→ПГ в процессе хранения
вяжущих сопровождается уменьшением удельной
поверхности материала и как следствие
снижением нормальной густоты гипсового теста
(рис.2).
Заметное
снижение
удельной
поверхности наблюдается при переходе от
вяжущего, полученного при 350°С, к вяжущему
полученному при 400°С, когда доля НА в
материале достигает 60%.
Сроки схватывания в результате перехода РА
в ПГ замедляются. При хранении гипсовых
вяжущих, полученных при температурах 250 и
300°С, происходит снижение НГ гипсового теста
на 10% и 7% соответственно. При этом прочность
образцов гипсового камня, из вяжущих,
полученных при температурах 250 – 300°С и
подвергнутых старению превышает на 10 – 20%
прочность образцов из свежеобоженных вяжущих
(рис. 2).
Рис.3. Зависимость количества связанной воды от
температуры обжига гипсового вяжущего и времени
его твердения.
времени его хранения.
9
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXVIII. 2014. № 8
НА приводит к снижению удельной поверхности,
нормальной густоты, сокращению сроков
схватывания. Наибольшую прочность на 14 сутки
твердения имеет гипсовый камень из вяжущего,
полученного при 350°С и содержащего 34,2 % НА.
Дальнейшее увеличение доли НА приводит к
существенному
снижению
прочностных
характеристик.
Фазовый состав, %
ПГ
РА
после обжига
5,3
70,6
1 сутки
27,6
49,2
4 суток
66,5
11,4
7 суток
75,9
2,5
Через 7 суток хранения фазовый. состав
вяжущего представлен в основном ПГ. Большая
часть РА – 21% перешла в ПГ в течение 1 суток
хранения и спустя 7 суток хранения практически
весь РА (70,6%) перешел в ПГ. Так же были
определены строительно-технические свойства
МГВ, составы которых представлены в таблице 2.
Существенное
увеличение
сроков
схватывания (на 10 минут) наблюдается уже у
вяжущих, хранившихся 1 сутки. Наибольшее
снижение НГ (5 %) зафиксировано у вяжущих
через 4 суток хранения (рис.4). Прочность
гипсового вяжущего, хранившегося в течение 7
суток, практически не менялась. В результате
проведенных исследований установлено, что
повышение температуры обжига и увеличение в
составе многофазовых гипсовых вяжущих доли
Время хранения
Рис.4. Зависимость строительно-технических свойств
МГВ от времени его хранения.
Переход РА в ПГ при хранении вяжущего в
воздушно-сухих условиях происходит достаточно
быстро (7 суток) и практически не влияет на
прочностные свойства гипсового камня.
Амелина Дарья Валериевна аспирант кафедры химическая технология композиционных и вяжущих
материалов, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Федорова Валерия Васильевна студент кафедры химическая технология композиционных и вяжущих
материалов, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Сычева Людмила Ивановна к.т.н., профессор кафедры химическая технология композиционных и
вяжущих материалов, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Ю.В. Гонтарь, А.И. Чалова, А.К. Гайнутдинов. Гипсовые и гипсоангидритовые растворные
смеси для отделочных работ // Строительные материалы. – 2006. – №7. – с. 6 – 7.
2. М. И. Халиуллин, Р. З. Рахимов, Ю. В. Сабанина, Е. М. Нуриева, Э.А. Королев. Влияние старения
на физико-механические и структурные свойства многофазовых гипсовых вяжущих // Изв.
вузов. Строительство. – 2006. – №10 – с. 25 – 29.
3. Б.С. Бобров, Л.В. Киселева, И.Г. Жигулин, А.В. Романова Определение фазового состава
строительного и высокопрочного гипса // Строительные материалы. – 1983. – №7. – с. 23 – 24.
Amelina Daria Valerievna, Fedorova Valeria Vasilievna, Sycheva Ludmila Ivanovna*
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
* e-mail: lis@rctu.ru
INFLUENCE OF PHASE COMPOSITION ON PROPERTIES GYPSUM BINDERS
Abstract
Obtained multiphase plasters with different ratios of system phase soluble anhydrite - insoluble anhydrite,
hemihydrate - insoluble anhydrite. Shown as an increase in the proportion of insoluble anhydrite binder composition
affect its construction and technical properties . Studied the kinetics of the transition of soluble anhydrite calcium
sulfate hemihydrate gypsum binders for storage and determined its effect on the properties of the material.
Key words: multiphase plasters, soluble anhydrite, insoluble anhydrite
10