Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Отечественный и зарубежный опыт производства, модификации свойств и применения наполненных гипсовых композиций 11
1.1. Наполнение гипсовых вяжущих: сущность, предпосылки и виды наполнителей 11
1.2. Химические добавки в наполненных гипсовых композициях 18
1.3. Влияние продолжительности и условий хранения на физико-технические свойства композиционного гипсового вяжущего 24
1.4. Влияние способа получения композиционного гипсового вяжущего на его физико-технические свойства и структуру гипсового камня 28
1.5. Цель и задачи исследования 32
ГЛАВА 2 Исходные материалы и методы исследования 34
2.1. Исходные материалы 34
2.2. Методы исследований, приборы и оборудование 46
2.2.1. Получение строительного гипса 46
2.2.2. Подготовка минеральных добавок 46
2.2.3. Получение композиционного гипсового вяжущего 46
2.2.4. Приборы и методы исследований 47
2.2.5. Методы обработки экспериментальных данных 48
ГЛАВА 3 Исследование свойств и оптимизация составов наполненных гипсовых композиций 49
3.1. Влияние болотной железной руды на физико-технические свойства строительного гипса 49
3.2. Математическое описание зависимости физико-технических свойств композиционных гипсовых вяжущих от количества и тонкости помола болотной железой руды 70
3.3. Оптимизация составов композиционных гипсовых вяжущих с добавкой болотной железной руды 82
3.4. Влияние бинарных наполнителей на физико-технические свойства гипсовых композиций 93
3.4.1. Влияние добавок из карбонатных, кварцевых и цеолитсодержащих пород на физико-технические свойства строительного гипса 93
3.4.2. Влияние бинарных систем руда-известняк, руда-цеолитсодержащая порода, руда-кварцевый песок на физико-технические свойства гипсовых композиций 100
3.4.3. Математическое описание зависимости физико-технических свойств композиционного гипсового вяжущего от вида и количества бинарных наполнителей 115
3.4.4. Оптимизация составов композиционных гипсовых вяжущих с бинарными наполнителями 127
3.4.5. Влияние карбонатсодержащей добавки на физико-технические свойства композиционного гипсового вяжущего с добавкой болотной железной руды 134
3.4.6. Математическое описание совместного влияния болотной железной руды и карбонатсодержащей добавки на физико-технические свойства гипсовых композиций и оптимизация их составов 139
3.5. Составы композиционных гипсовых вяжущих с минеральными наполнителями и направления регулирования их физико-технических свойств 149
Выводы по главе 3 153
ГЛАВА 4 Влияние химических добавок на свойства наполненных гипсовых композиций и структуру гипсового камня на их основе 155
4.1. Влияние пластифицирующих добавок и способа их введения на физико-технические свойства строительного гипса и структуру гипсового камня 155
4.2. Влияние продолжительности хранения композиционного гипсового вяжущего на изменение его физико-технических свойств 169
4.3. Влияние пластифицирующих добавок на физико-технические свойства наполненных гипсовых композиций и структуру гипсового камня
на их основе 174
4.4. Влияние добавок-замедлителей на физико-технические свойства
композиционного гипсового вяжущего и гипсового камня на его основе 185
Выводы по главе 4 195
ГЛАВА 5 Разработка способов получения композиционного гипсового вяжущего, рецептуры гипсовых композиций и технологии их производства 198
5.1. Исследование и сравнение свойств гипсовых композиций на основе товарного и лабораторного строительного гипса 198
5.2. Влияние способа получения композиционного гипсового вяжущего на его физико-технические свойства 202
5.2.1. Выбор способа введения болотной железной руды в строительный гипс (лабораторный) 202
5.2.2. Выбор способа введения суперпластификатора С-3 215
5.3. Технологическая схема получения композиционного гипсового вяжущего с комплексом минеральных и химических добавок 218
5.4. Разработка композиционных материалов для изделий различного назначения и исследование их технологических и эксплуатационных свойств 221
5.5. Разработка и исследование физико-технических свойств составов сухих смесей для штукатурных работ 228
Выводы по главе 5 235
Общие выводы 237
Список литературы
- Наполнение гипсовых вяжущих: сущность, предпосылки и виды наполнителей
- Методы исследований, приборы и оборудование
- Математическое описание зависимости физико-технических свойств композиционных гипсовых вяжущих от количества и тонкости помола болотной железой руды
- Влияние пластифицирующих добавок и способа их введения на физико-технические свойства строительного гипса и структуру гипсового камня
Введение к работе
Актуальность проблемы
Постоянно возрастающие требования к экологической безопасности строительных материалов и их производству, необходимость экономии энергоресурсов, а также отсутствие или дефицит в ряде регионов России отдельных видов минерального сырья (в частности для производства цемента и извести), требуют переоценки минерально-сырьевой базы строительной индустрии, с целью более рационального ее использования.
По прогнозам в ближайшие годы в промышленно развитых странах будет наблюдаться значительный рост производства гипсовых вяжущих и изделий на их основе. Это обусловлено высокой технологичностью их переработки, экологической чистотой, а также небольшой металло- и энергоемкостью производства.
В Российской Федерации насчитывается порядка 200 месторождений гипсосодержащих осадочных пород, балансовые запасы которых по категориям А, В, С1 и С2 составляют не менее 6,5 миллиардов тонн. Примерно столько же приходится на долю гипсосодержащих отходов и попутных продуктов промышленных производств. При уровне использования гипсового сырья, существовавшем до 1991 года, производство и применение гипсовых вяжущих в России обеспечено на 120-150 лет. Несмотря на это их использование в нашей стране весьма ограничено. В частности, в республике Татарстан, в разные годы гипсового камня добывается 0,2-1% от объема утвержденных запасов, а применяется в производстве лишь 10-15% добываемого. Следует отметить также, что номенклатура гипсовых вяжущих и материалов на их основе недостаточно широка. В промышленных масштабах в России производят преимущественно низкомарочный строительный гипс, в небольших количествах для специальных целей высокопрочный гипс и гипсоцементнопуццолановые вяжущие, начинает развиваться производство сухих смесей. Выпускаемые вяжущие находят применение в основном при изготовлении перегородок в виде мелких плит, крупноразмерных панелей размером на комнату, панелей перегородок для
санузлов, гипсокартонных или гипсоволокнистых плит. Сухие гипсовые смеси производят в основном на заводах, построенных и оборудованных с помощью иностранных фирм; в составе композиций применяются преимущественно зарубежные добавки, стоимость которых достаточно высока и определяет стоимость сухой смеси в целом. По объемам выпуска продукции и техническому уровню гипсовая промышленность нашей страны значительно отстает от аналогичной промышленности других технически развитых стран, в связи с чем по-прежнему остается высокой доля импортируемых материалов.
В России имеются также значительные запасы и других разновидностей минеральных ресурсов - карбонатных, цеолитсодержащих пород, кварцевого песка, болотных железных руд и т.д., - которые могут быть использованы в производстве гипсовых вяжущих и композиций на их основе различного назначения. Однако, к примеру, в Татарстане почти половина имеющихся разновидностей сырья не используется вовсе, а из тех, что нашли применение в производстве строительных материалов - только 1% в год от разведанных запасов.
Кроме того, ежегодно в России образуется около 7 млрд. тонн отходов, из которых утилизируются лишь 2 млрд. тонн (28,6%). В отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. тонн только твердых отходов, ежегодно под полигоны для хранения отчуждается около 10 тыс. га пригодных для использования земель. При этом не учтены площади, загрязняемые многочисленными несанкционированными свалками.
Вышеизложенное показывает, что задача создания гипсовых вяжущих различного назначения, модифицированных рационально подобранным комплексом местных минеральных и отечественных химических добавок, доступных по стоимости, конкурентоспособных по качеству, является актуальной.
Диссертационная работа выполнялась в рамках Плана фундаментальных и прикладных исследований РААСН на 2003-2006 г.г., раздел 2.4. «Развитие строительного материаловедения и строительных технологий. Новые высокопрочные и долговечные строительные композиционные материалы».
Научная новизна работы:
-развит подход к созданию эффективных композиционных гипсовых вяжущих с комплексом минеральных и химических добавок на основе строительного гипса, предназначенных для изготовления изделий и сухих штукатурных смесей;
-выявлены новые закономерности в изменении свойств композиционных гипсовых вяжущих, структуры и долговечности гипсового камня на их основе от химической природы, содержания, дисперсности и способа применения модифицирующих добавок как природного, так и техногенного происхождения;
-впервые показана возможность и перспективность модификации гипсовых вяжущих болотной железной рудой с различным содержанием оксидов железа, а также бинарными системами на ее основе, включающими минеральные добавки;
-исследовано влияние отечественных пластификаторов на структуру и свойства гипсового камня и композиционного вяжущего на его основе, в том числе в присутствии минеральных добавок;
-впервые установлены зависимости физико-технических свойств композиционных гипсовых вяжущих, модифицированных болотной железной рудой, от вида, содержания добавок-замедлителей и присутствия в вяжущем пластификаторов.
Практическая значимость работы
Показана возможность и перспективность получения композиционных гипсовых вяжущих на основе комплексного использования местного минерального сырья, техногенных отходов и отечественных химических добавок. Разработаны композиционные гипсовые вяжущие марки Г-6 и выше, предназначенные для изготовления изделий различного назначения и сухих штукатурных смесей для внутренних работ. Предложен проект технологического регламента на производство композиционного гипсового вяжущего с комплексом минеральных и химических добавок. Результаты исследования позволяют решать задачи экономии материально-сырьевых ресурсов в производстве строительных
материалов и изделий, вовлечения в стройиндустрию дополнительного (местного) сырья, замены импортных компонентов отечественными, касаются проблем экологии.
На защиту выносятся:
-разработанные композиционные гипсовые вяжущие с комплексом местных минеральных и отечественных химических добавок;
-результаты исследования модификации гипсовых вяжущих болотной железной рудой, а также бинарными системами на ее основе, включающими минеральные добавки;
-установленные экспериментальные зависимости структуры, свойств и долговечности гипсового камня от химической природы, содержания и технологии применения отечественных пластификаторов;
-результаты экспериментальных исследований влияния добавок-замедлителей на физико-технические свойства композиционных гипсовых вяжущих, модифицированных болотной железной рудой.
Апробация работы. По результатам диссертационной работы были сделаны доклады и сообщения на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (2005 г.) г. Пенза, на международной научно-практической интернет-конференции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (2005 г.) г. Белгород, на Академических чтениях РААСН (2005 г.) г. Воронеж, на Всероссийской научно-практической конференции «Современные тенденции развития строительного комплекса Поволжья» (2005 г.) г. Тольятти, на V Всероссийской научно-практической конференции «Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства (промышленность, транспорт, сельское хозяйство)» (2005 г.) г. Пенза, на IV международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (2006 г.) г. Пенза.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 7 печатных работ, в т.ч. 6 статей и 1 тезисы.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и 3 приложений. Диссертация изложена на 254 страницах машинописного текста, содержит 80 таблиц, 112 рисунков и список литературы из 172 наименований.
Наполнение гипсовых вяжущих: сущность, предпосылки и виды наполнителей
Гипсовые вяжущие вещества относятся к числу древнейших применяемых человечеством вяжущих. Первые гипсовые композиции, представляющие собой смесь обезвоженного гипса с песком или известью, появились еще за 2,5-4,5 тыс. лет до нашей эры [1,2], и до настоящего времени введение в гипсовое вяжущее добавок минерального происхождения считается одним из доступных способов регулирования его свойств и структуры гипсового камня.
Минеральные добавки условно разделяются [3-5] на инертные (наполнители) и активные минеральные добавки. Основные положения теории и технологии вяжущих веществ с минеральными и химическими добавками изложены в работах П.П. Будникова, А.В. Волженского, B.C. Демьяновой, В.И. Калашникова, П.Г. Комохова, В.Ф. Коровякова, В.И. Логаниной, Р.З. Рахимова, А.В. Ферронской и других ученых.
Согласно положениям полиструктурной теории композиционных строительных материалов [6-8], наполнитель в вяжущих композициях выполняет структурообразующую роль на уровне физико-механических взаимодействий. Введение наполнителя в оптимальном количестве и при оптимальной дисперсности способствует образованию смешанных кластеров; при этом в результате снижения собственных объемных деформаций в процессе твердения формируется микроструктура искусственного камня с пониженной технологической поврежденностью. При переходе через некоторую степень наполнения происходит резкое падение прочности искусственного камня в результате образования непосредственных контактов зерен наполнителя между собой и возникновения участков самонапряжения. Снижение прочности композиций при увеличении концентрации наполнителя можно объяснить появлением значительных структурных неоднородностей на границе раздела «дисперсная фаза - дисперсионная среда». В результате взаимодействия частиц вяжущего, наполнителя (как между собой, так и с дисперсионной средой) образуются дисперсные структурные блоки -кластеры [9,10]. При этом в межкластерных поверхностях раздела могут образовываться трещины, делающие композиционный материал как бы состоящим из дискретных блоков [14].
Установлено [10,11,13], что применение тонкодисперсных наполнителей позволяет снизить объемные деформационные процессы в твердеющем гипсе и его тепловыделение, повысить трещиностойкость и долговечность гипсового камня в агрессивных условия эксплуатации. Это связано с усложнением и изменением протекания физико-химических процессов, происходящих при самоорганизации структуры гипсового камня, и формировании его кристаллизационного каркаса. Физико-механику структурообразования гипса при этом можно условно разделить на два этапа [9]: -межчастичные контактные взаимодействия с образованием структурных агрегатов; -увеличение объема агрегатов, приводящее к мелкочастичным взаимодействиям на границе соседних блоков.
Введение в такие системы тонкодисперсных наполнителей позволяет управлять механизмом организации структуры как на первом, так и на втором этапах. Причем важную роль играют поверхностная активность наполнителя и средний размер его зерен [10,13]. Так, введение наполнителя с размером частичек, близким к размеру зерен прогидратированного вяжущего, приводит к снижению прочности гипсовых композиций. Это вызвано их дезорганизационным влиянием на первом этапе формирования кристаллизационного каркаса.
Было показано [14], что уменьшение активности гипса, разбавленного измельченным до размера его зерен известняком, сопровождается увеличением водогипсового отношения, необходимого для получения смеси нормальной консистенции.
Наполнители с размером частиц, в 5-Ю раз превосходящим размеры элементарных структурных элементов вяжущего, позволяют управлять механизмом организации на всех этапах формирования пространственного каркаса. В этом случае наполнитель служит подложкой, на которую диффундируют продукты новообразований. Образуя смешанные кластеры, такие частицы наполнителя способствуют упорядочению структурных блоков и омоноличиванию структуры в целом, снижению ее поврежденности и, как следствие, улучшению механических характеристик гипсовых материалов. Это позволяет повысить прочность материала на 20% при снижении расхода вяжущего на 18% по массе, или снизить расход вяжущего до 25% при сохранении прочности на уровне бездобавочного гипса [12].
Эффективность наполнителя как подложек направленного кристаллообразования увеличивается по мере повышения их кристаллохимического подобия к продуктам гидратации вяжущего [15]. Существует мнение [16] о том, что на прочность затвердевшей наполненной вяжущей композиции оказывает влияние как степень кристаллохимического подобия продуктов гидратации вяжущего, так и прочность наполнителя.
Установлено [17], что добавки минеральных наполнителей способны ускорять процессы схватывания и твердения как быстро-, так и медленнотвердеющих вяжущих. Предполагается, что это связано с тем, что новообразованная фаза, осаждаясь преимущественно на частицах наполнителя как готовых центрах кристаллизации, не образует экранирующих пленок на поверхности частиц вяжущего, препятствующих протеканию процесса гидратации. При этом оптимальное содержание добавки наполнителя зависит от его дисперсности.
Методы исследований, приборы и оборудование
Для получения строительного гипса гипсовый камень подвергался дроблению до фракции 0-5 мм и тепловой обработке.
Тепловая обработка сырья для получения гипсового вяжущего в пробе 2 кг осуществлялась в предварительно нагретой до температуры 150 С лабораторной муфельной печи марки МП-2У. Контроль температуры осуществлялся с помощью хромель-алюмелевой термопары с милливольтметром МПШПР-54. Охлаждение обожженного продукта осуществлялось на воздухе. Помол производился в лабораторной шаровой мельнице марки 40-МЛ со скоростью вращения 60 об/мин. Масса мелющих тел, загружаемых в мельницу, составляла 12 кг. Соотношение между массой измельчаемого материала и мелющей загрузкой (стальные шары) 1:8.
Минеральные добавки подвергали сушке при температуре 60С в сушильном шкафу марки 2В-151.
Болотную железную руду подвергали помолу в шаровой мельнице до различной тонкости помола. Карбонатсодержащая добавка размалывалась в шаровой мельнице до остатка на сите №008 не более 14,5%.
Кварцевый песок для улучшения его свойств подвергался отмывке от пылевидных и глинистых частиц в гидроклассификаторе 1КСП-12, сушке и помолу.
Композиционное гипсовое вяжущее получали путем перемешивания в фарфоровой мельнице товарного строительного гипса и предварительно подготовленных минеральных и химических добавок.
Композиционное гипсовое вяжущее на основе лабораторного строительного гипса получали помолом до средней тонкости [131] продукта тепловой обработки гипсового камня фракции 0-5 мм с минеральными и химическими добавками.
Контроль за тонкостью помола строительного гипса и минеральных добавок осуществлялся с помощью ситового анализа согласно ГОСТ 310.2-76. Удельная поверхность определялась по методу воздухопроницаемости на приборе Т-3 по ГОСТ 2378-79.
Изучение основных физико-технических свойств строительного гипса и композиционного гипсового вяжущего на его основе производили в соответствии с ГОСТ 23789-79 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний».
Для изучения основных физико-механических свойств гипсового камня на основе строительного гипса и гипсовых композиций из теста нормальной густоты изготавливались образцы - кубики размером 2x2x2 см и образцы - балочки размером 4x4x16 см. Формы для изготовления образцов соответствовали ГОСТ 22685-77.
Определение пористости гипсового камня производилось согласно ГОСТ 12730.4-78.
Предел прочности при сжатии образцов гипсового камня определяли на маятниковой испытательной машине WPM-10 при скорости нагружения ОД МПа/с. Предел прочности на изгиб балочек 4x4x16 см определяли по ГОСТ 23789-79 (в части механических испытаний) на испытательной машине МИИ-100. Водопоглощение образцов гипсового камня определяли по ГОСТ 23789-79, коэффициент размягчения - по ТУ 21-0284757-1-90.
Испытание штукатурных смесей и растворов осуществляли в соответствии с ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы испытаний». Сроки схватывания смесей для штукатурных растворов определяли по ГОСТ 310.3-76 при нормальной густоте. Сцепление штукатурки с основанием (адгезия) определялось по ТУ 67-881-88 «Смеси штукатурные сухие. Технические условия».
Минеральный и фазовый состав гипсовых вяжущих и гипсового камня на их основе, минеральный состав наполнителей определяли методом рентгенофазового анализа [132]. Экспериментально полученные значения межплоскостных расстояний и относительных интенсивностей линий сопоставляли с эталонными рентгенограммами, делали вывод о составе исследуемого вещества [133-137].
Химический состав наполнителей определяли на атомно-эмисионном спектрометре Optima 2000 DV методом эмиссионного спектрального анализа [139].
Микроструктуру гипсового камня изучали методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) с микрозондовым рентгеноспектральным анализом (X-ray electron probe analysis).
Исследования проводились на электронном микроскопе ISM-6460LV, совмещенном со спектрометром энергетической дисперсии INCA-300. разрешение спектрометра 133 эВ. Глубина зондирования составляла 1 микрон. Объекты не подвергались никакому предварительному воздействию (напылению или травлению).
Математическое описание зависимости физико-технических свойств композиционных гипсовых вяжущих от количества и тонкости помола болотной железой руды
Для описания влияния количества и тонкости помола руды Березовского (составы композиций 1 группы), Яковлевского (составы композиций 2 группы), Пальцовского (составы композиций 3 группы) и Старо-Курмашинского (составы композиций 4 группы) месторождений на физико-технические свойства гипсового вяжущего был использован метод ортогонального центрального композиционного планирования.
В качестве переменных факторов были приняты: Хртонкость помола руды (количество руды, прошедшей через сито №008); Хг-количество руды, % Натуральные и кодированные значения переменных факторов и интервал их варьирования приведены в таблице 3.1.
Границы области изменений переменных факторов определялись на основании данных, полученных в п. 3.1., и технических возможностей решения задачи.
Были получены уравнения регрессии, описывающие влияние руд различных месторождений на прочность и водостойкость гипсового камня. Для составов композиционного вяжущего 1 группы уравнения регрессии имеют вид: - для предела прочности при сжатии в возрасте 28 суток: YR=6,471+0,683X1-0,717X2+0,3X1X2-0,3115X21+0,0885X22 (1) Коэффициенты Ьц , 022 и Ъ\2 не значимы. Окончательно уравнение регрессии имеет вид: YR=6,471+0,683X,-0,717X2 (2) - для коэффициента размягчения: YK=0,3985+0,07167XI+0,0433X2+0,025X1X2+0,01275X21-0,05225X22 (3) Коэффициенты Ъ\2 и Ьц не значимы, поэтому уравнение (3) примет вид: YK=0,3985+0,07167X,+0,0433X2-0,05225X22 (4) Уравнение регрессии для составов композиционного вяжущего 2 группы имеют вид: - для предела прочности при сжатии в возрасте 28 суток: YR=6,73+0,517Xr0,667Xr0,1455X2r0,3955X22 (5) Коэффициенты Ьц , Ь22 и Ь2 не значимы, поэтому уравнение (5) примет вид: YR=6,73+0,517X,-0,667X2 (6) - для коэффициента размягчения: YK=0,3731+0,035X,+0,02Xr0,025X1X2+0,0163X2r0,03375X22 (7) Коэффициенты Ьц и Ь2 не значимы, поэтому уравнение (7) примет вид: YK=0,3731+0,035Х,+0,02Х2-0,03375Х22 (8) Преобразовав кодированные величины в физические, получим: Х,=(Т-60)/40=0,025Т-1,5 (9) Х2=(К-10)/5=0,2К-2 (Ю) После перехода от кодированных переменных к физическим величинам уравнения регрессии примут вид: Для составов 1 группы: R=6,8805+0,0171T-0,1434K (11)
Водостойкость гипсового камня на основе вяжущего, наполненного рудой Березовского и Яковлевского месторождений, повышается как с увеличением тонкости помола добавки (верхний уровень фактора X]), так и ее количества в составе вяжущего (верхний уровень фактора Х2). Абсолютная величина коэффициентов при переменных Xi и Х2 позволяет говорить о преобладающем влиянии на водостойкость гипсового камня тонкости помола руды (фактор Х\). Кроме того, наличие в уравнениях 4 и 8 нелинейного члена (фактора Х2) с отрицательным коэффициентом регрессии, свидетельствует о том, что с увеличением количества добавки в составе вяжущего наступает такой момент, когда повышение водостойкости за счет влияния данного фактора прекращается. Изолинии поверхностей отклика представлены на рис. 3.20.
После перехода от кодированных переменных к физическим величинам уравнения регрессии примут вид: R=-0,033K2-0,0075T+0,2659K+0,003TK+5,31 (19) Кр=-0,00179К2+0,00079Т+0,0358К+0,123 (20) Анализ уравнений 16 и 19 показал, что с увеличением степени наполнения вяжущего рудой (верхний уровень фактора Х2) наблюдается снижение прочности гипсового камня, которая однако может быть повышена при введении добавки более тонкого помола (фактор Х\). Об этом также свидетельствует наличие фактора Х]Х2, характеризующего взаимное влияние данных факторов. Абсолютная величина коэффициентов X] и Х2 позволяет сделать вывод о преобладающем влиянии на прочность гипсового камня количества добавки (фактор Х2). Однако нелинейный член уравнения Х2, коэффициент регрессии при котором имеет отрицательное значение, говорит о том, что существует некая оптимальная тонкость помола, при которой не будет наблюдаться снижения прочности гипсового камня, т.е. действие фактора Х2 прекращается.
Анализ уравнений 18 и 20 показал, что значительное влияние на коэффициент размягчения гипсового камня оказывает тонкость помола руды (фактор X]); ее повышение (верхний уровень фактора Xi) положительно влияет на водостойкость гипсового камня. При этом количество добавки (фактор Х2) значительной роли не играет. Однако наличие в уравнении 12 нелинейного члена Х2 с отрицательным коэффициентом указывает на то, что при определенных условиях с повышением содержания добавки будет наблюдаться снижение водостойкости гипсового камня даже при ее достаточно тонком помоле. Изолинии поверхностей отклика представлены на рис. 3.21.
Влияние пластифицирующих добавок и способа их введения на физико-технические свойства строительного гипса и структуру гипсового камня
Свойства любого композиционного вяжущего, используя те или иные способы, можно изменять в необходимых пределах. Для этого, прежде всего, следует выбрать базовые составы, рассмотреть возможные пути модификации свойств и ожидаемые результаты. В таблице 3.37. представлены составы и свойства композиций, полученные на основе графо-аналитической оптимизации. Каждый из них может быть принят за базовый, и направления изменения их свойств будут различными. Это зависит от ряда условий, таких как: исходные физико-технические свойства вяжущего, требуемые свойства гипсовой композиции (они в свою очередь обусловлены назначением вяжущего), а также экономическая целесообразность.
Анализ полученных составов показал, что введение минеральных добавок природного и техногенного происхождения и их комплекса позволяет снизить расход вяжущего на 5-20%, сохранив или улучшив в ряде случаев его физико-технические свойства.
Гипсовые композиции с добавками руды, известняка, цеолитсодержащей породы и кварцевого песка имеют достаточно короткие сроки схватывания. Это предполагает возможность их применения для производства гипсовых изделий заводской готовности. Модификацию свойств таких вяжущих наиболее целесообразно осуществлять в направлении повышения прочности гипсового камня, что дает возможность введения различного вида заполнителей.
Вяжущие, модифицированные рудой и карбонатсодержащей добавкой имеют замедленные по сравнению с гипсовым вяжущим без добавок сроки схватывания. Последующее регулирование свойств таких композиций может осуществляться с целью получения на их основе сухих гипсовых смесей. Это предполагает дальнейшее замедление сроков схватывания композиции без снижения прочности гипсового камня, введение добавок, повышающих водоудерживающую способность растворных смесей и адгезию раствора к основанию.
На основе вышеизложенного были сделаны следующие выводы: -минеральные добавки природного и техногенного происхождения, а также их оптимальное сочетание позволяет снизить расход гипсового вяжущего на 5-20%, улучшив или сохранив при этом на уровне контрольных значений физико-технические свойства композиций;
-полученные экспериментально на основе графо-аналитической оптимизации составы композиций, могут быть дополнительно модифицированы в зависимости от предполагаемой области применения и требований к физико-техническим свойствам: повышение прочности гипсового камня позволит использовать вяжущие для производства гипсовых изделий заводской готовности, замедление сроков их схватывания без снижения прочности, придание растворным смесям нормативной водоудерживающей способности, а растворам - адгезии к основанию - на строительной площадке в составе сухих гипсовых смесей.
-впервые установлены зависимости основных физико-технических свойств вяжущих, структуры и долговечности гипсового камня на его основе от количества и тонкости помола болотной железной руды, показана эффективность ее использования в качестве наполнителя в гипсовые вяжущие: в целом увеличение степени наполнения приводит к снижению прочности и водостойкости гипсового камня, однако увеличение тонкости помола добавки улучшает исследуемые показатели свойств и способствует росту прочности гипсового камня при длительном хранении;
-методом рентгенофазового анализа впервые установлена взаимосвязь между минеральным составом руды и эффективностью ее введения в состав гипсового вяжущего: руды с высоким содержанием оксидов железа повышают прочность и водостойкость гипсового камня в большей степени, чем содержащие меньшее количество оксидов, при этом возможно получение вяжущих средней водостойкости (коэффициент размягчения до 0,55); наличие в составе руды значительного количества кварца, кальцита и слюдистых силикатов вызывает необходимость достаточно тонкого помола добавки (до нулевого остатка на сите №008), при этом получаемые композиции имеют коэффициент размягчения не более 0,45;
-методом электронной микроскопии на примере гипсового вяжущего с добавкой болотной железной руды показано, что оптимальная тонкость помола наполнителя способствует образованию удлиненных кристаллов, обеспечивая тем самым увеличение прочности и водостойкости гипсового камня;
