Высокопрочное гипсоцементнопуццолановое вяжущее Сагдатуллин, Динар Габбасович

Введение к работе

Актуальность работы.

Природный гипс является местным природным сырьем для многих регионов России (его разведанные месторождения составляют более 300 млн. тн.), вместе с близкими по объему гипсосодержащими техногенными отходами представляет собой мощную сырьевую базу для производства воздушного вяжущего — полугидрата сульфата кальция. Простая и малоэнергоемкая технология его получения могла бы превратить это вяжущее в серьезного конкурента портландцементу - главного вяжущего гидравлического типа в строительстве. Однако, при всех технологических, эксплуатационно-технических и экономических преимуществах отвердевшее гипсовое вяжущее имеет генетически обусловленные конструкционные недостатки - низкую водостойкость и морозостойкость, низкую прочность и большую ползучесть (особенно во влажном состоянии). Это ограничивает области его применения в строительстве, в основном, декоративно-отделочными и изоляционными материалами и изделиями для воздушно-сухих условий эксплуатации.

Проблема давно и широко известна и, пожалуй, главный путь ее решения лежит в превращении воздушного гипсового вяжущего в гидравлическое путем его рецептурной модификации, а именно смешением с портландцементом и активными минеральными добавками, способствующими повышению водостойкости гипса и его прочности. Наиболее эффективным достижением на этом пути являются гипсоцементнопуццолановые (ГЦПВ) и гипсо-шлакопуццолановое вяжущие, созданные еще в 30-40^х годах прошлого века Волженским А.В. и его школой. Следующим этапом стало гипсоизвестко-вошлаковое вяжущее, разработанное в Уральском политехническом институте. Дальнейшим развитием направления стали водостойкие композиционные гипсовые вяжущие (КГВ) (Ферронская А.В., Коровяков В.Ф. - конец 90^х годов XX века). Хотя и были достигнуты высокие показатели физико-механических свойств КГВ .(Кс_Ж²⁸=35 МПа с К_р=0,87 и Ro,² -45 МПа с К_р=0,88 на основе гипсового вяжущего Г-4 и Г-12, соответственно) и бетонов на их основе (мелкозернистых с прочностью на сжатие до 25 МПа и тяжелых - до 35 МПа), однако все это недостаточно для получения бетонов, равных по прочности и водостойкости цементным бетонам.

Проблема остается и ее решение мы видим в дальнейшем совершенствовании КГВ путем использования кроме портландцемента комплексных активных добавок, сочетающих как пуццоланические, так и водоредуцирую-щие свойства. При этом сохранение главного технологического преимущества гипса - быстрого твердения и малой энергоемкости вяжущего — должно быть необходимым условием. И еще один важный технико-экономический фактор - использование местных минеральных ресурсов, как ископаемых, таки техногенных.

Цель исследования.

Разработка высокопрочного водостойкого гипсоцементнопуццоланового вяжущего и бетонов на его основе.

Для ее достижения решались следующие задачи:

1. Выбор активных минеральных добавок (АМД) из числа природных нерудных ископаемых Татарстана и неорганических промышленных отходов;

2. Исследование совместимости компонентов гипсоцементнопуццоланового вяжущего с различными ПАВ, которые придают низкую водопотреб-ность и высокую прочность;

3. Установление зависимости содержания СаО в водной суспензии ЩПВ и фазового состава затвердевшего вяжущего от вида и количества АМД, при которых обеспечивается стабильность образующейся структуры;

4. Разработка оптимального состава высокопрочного водостойкого ГЦПВ с повышенной долговечностью и. изучение комплекса его эксплуатационно-технических свойств;

5. Изучение физико-механических свойств бетонов на основе высоко
прочного водостойкого ГЦПВ.

Научная новизна.

1. Установлен механизм эффективности бинарной добавки «ЦСП*-МК**» в высокопрочном ГЦПВ, состоящий в снижении концентрации СаО в начальный момент за счет ЦСП, что вызывает интенсификацшо образования эттрингита, и, в последующем, за счет действия МК, который лимитируя содержание СаО, блокирует выделение эттрингита из твердой фазы и обеспечивает стабильность структуры высокопрочного ГЦПВ.

2. Установлено, что для обеспечения низкой водопотребности и, соответственно, высокой прочности ГЦПВ необходимо использовать комплекс из добавок-пластификаторов ЛСТ и МеШих 265IF, так как лучшее разжижение ЦСП обеспечивает ЛСТ, а цементных и гипсовых вяжущих - гиперпластификатор МеШих 265 IF.

3. Установлено, что термическая обработка ЦСП при температурах 300+600 С позволяет снизить ее водопотребность на 13+30 % за счет уменьшения параметра Ь₀ элементарной ячейки цеолита с 18 А до 17,6 А (сужение цеолитовых «окон») и уплотнения структуры на 22 %.

4. Впервые получены высокопрочные ГЦПВ с высокими эксплуатационно-техническими свойствами: прочностью 50+60 МПа, морозостойкостью F150+F200, стойкостью к воздействию попеременного водонасыщения-высушивания 30+40 циклов, малой усадкой до 0,08 %.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны составы и технология изготовления водостойких и высокопрочных ГЦПВ с прочностью 50+60 МПа на строительном гипсе марки Г-б при его содержании не менее 55 % от массы вяжущего с хорошими технологическими свойствами;

* - цеолитсодержащая порода; ** — микрокремнезем..

2. Определено, что термоподготовка ЦСП до 600 С перед помолом не снижает ее пуццолановую активность.

3. Установлено, что сушка образцов при 60 С позволяет повысить прочность на 30 % и в 2 раза в случае с термоподготовленной цеолитсодер-жащей породой (ЦСП-т) по сравнению с контрольными того же срока твердения (1 суток), без последующего изменения ее во времени. Прочность пропаренных образцов из высокопрочного ГЦПВ остается на уровне прочности образцов, твердевших при нормально-влажностных условиях. Оптимальной температурой ТВО является 40 С.

4. Разработаны составы мелкозернистых и тяжелых бетонов с классами по прочности В22,5-гВ60 и бетонов на легких заполнителях с прочностью от 0,8 МПа до 5 МПа с плотностью от 300 кг/м³ до 1000 кг/м³.

Достоверность результатов экспериментальных исследований и выводов обеспечена использованием поверенного оборудования и современных методов исследования структуры и свойств камня (РФА, ДТА, микропроцессорная рН-метрия, анализ распределения частиц по размерам путем лазерной диспергации объекта, электронно-Ьастровая микроскопия) и статистической обработкой результатов измерении, корреляцией результатов, полученных разными методами.

Апробация работы. Основное результата работы докладывались и обсуждались на ежегодных республиканских научно-технических конференциях КазГАСУ (Казань, 2008+2010), на Всеросс. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза, 2008), на межд. конгрессе «Наука и инновации в строительстве» (Воронеж, 2008), научно-практической конф. «Полимеры в строительстве» (III Воскресенские чтения, Казань, 2009), на 3-ем межд. со-вещ. по химии и технологии цемента (Москва, 2009), Всеросс. научно-практической конф. «Строительное материаловедение сегодня: актуальные проблемы и перспективы развития» (Челябинск, 2010), на межд. научно-технической конф. XV Академических чтениях РААСН «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (Казань, 2010), где стал лауреатом Конкурса молодых ученых, и на V международной научно-практической конференции «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» (Казань, 2010).

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 10 научных публикациях, из них 4 в рецензируемых научных журналах и изданиях по списку ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка используемых источников из 189 наименований. Содержит 210 страниц машинописного текста, 117 рисунков и 51 таблицу.

Автор благодарит научного консультанта д.т.н., проф. Хозина В.Г. за ценные замечания и советы при выполнении диссертации, а также всех коллег кафедры ТСМИК за доброжелательность и постоянное внимание.