Получение сухих строительных смесей на основе фосфополугидрата сульфата кальция

ФПГ применяли без предварительной подготовки. Исходя из технологических и эксплуатационных характеристик штукатурных растворов по результатам проведения предварительных испытаний были подобраны оптимальные

79

составы смеси. Из большого числа известных способов повышения водостойкости гипсовых вяжущих в работе выбран как наиболее перспективный с практической точки зрения путем создания композиционных вяжущих, содержащих в своем составе кроме полугидрата сульфата кальция гидравлические компоненты. В таком качестве использовали портландцемент ПЦ 400-Д20 Пикалевского цементного завода (ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия»), В качестве заполнителя применяли традиционно используемый в штукатурных растворах измельченный песок, фракций, мм: менее 0,7; 0,7-1,0; 1,0-1,6. Использование измельченного песка повышает прочностные свойства и устойчивость к растрескиванию [44, 115].

Составы смесей разрабатывались с использованием гипсового вяжущего (Г), цемента (Ц), песка (П) [139]. Содержание компонентов меняли в диапазоне, мае. %: Г : Ц : П = (50-70): (20-30): (10-20). В качестве химических добавок применяли пластификатор на основе лигносульфоната технического (ЛСТ) (ТУ 2455-0316-46289715-2000) и лимонную кислоту. Лимонная кислота использована в качестве замедлителя схватывания гипсового вяжущего. Химические добавки вводили с водой затворения в расчете на сухое вещество по массе вяжущего, мае. %: 0,03 лимонной кислоты и 0,25 ЛСТ.

Свойства строительной смеси, полученной на основе ФПГ, сравнивали со свойствами смеси аналогичного состава на основе строительного гипса (ГС) «Гипс строительный марки Г-6 А1» по ГОСТ 125-79 производства ООО «Арак- чинский гипс».

Испытания смесей и растворов на их основе проводили в соответствии с методиками действующих стандартов. Определение фракционного состава песка проведено методом ситового анализа с использованием набора сит ручным способом. Влажность исследуемого материала определена гравиметрическим методом, основанным на определении потерь при высушивании навески средней пробы при температуре 105 ± 2 °С до постоянной массы. Испытание на водопо- глощение проведено путем насыщения образцов водой и последующего высушивания их до постоянной массы. При определении сроков схватывания теста использован прибор Вика с иглой. Образцы-балочки размерами 40х40х 160 мм формовали из растворной смеси нормальной густоты пластическим способом путем кратковременной виброобработки. Определение прочности при изгибе выполнено на приборе МИИ-100. Прочность при сжатии определяли путем испытания образцов на гидравлическом прессе с предельной нагрузкой 100 кН (МС-100).

Кинетику твердения растворов на основе сухой смеси изучали по изменению прочности. Прочность образцов и водостойкость определяли на образцах, изготовленных с использованием смесей компонентного состава, мае. %: Г : Ц : П = = 57:29: 14, твердевших в нормальных воздушно-сухих и во влажных условиях.

80

Проведенные исследования подтверждают, что фосфополугидрат можно использовать для производства сухих строительных смесей. Результаты испытаний приведены в табл. 33 и на рис. 21. Значения определяемых показателей вычислены как среднее арифметическое результатов испытаний раствора из трех одинаковых составов строительных смесей на основе ФПГ и аналогичного состава на основе строительного гипса, приготовленного для каждой фракции песка. Общее количество образцов-балочек для каждого состава при проведении испытаний составляло девять.

Таблица 33

Результаты испытаний

Показатели

Состав смеси

ГС : Ц : П

ФПГ:Ц:П

Сроки схватывания, ч-мин

  • • начало
  • • конец
  • 0-9
  • 0-12
  • 0-20
  • 1-25

Прочность при изгибе R„31, МПа, в возрасте

  • • 2 ч.
  • • 7 сут.
  • • 28 сут. твердения в воздушно-сухих условиях
  • • 28 сут. твердения во влажных условиях
  • 3,07
  • 7,04
  • 9,74
  • 5,61
  • 2,74
  • 5,59
  • 9,24
  • 5,09

Прочность при сжатии Re*, МПа, в возрасте

  • • 2 ч.
  • • 7 сут.
  • • 28 сут. твердения в воздушно-сухих условиях
  • • 28 сут. твердения во влажных условиях
  • 10,13
  • 26,29
  • 28,05
  • 22,20
  • 7,96
  • 27,89
  • 28,69
  • 19,38

Плотность образцов, кг/м3, в возрасте

  • • 2 ч.
  • • 7 сут.
  • • 28 сут.
  • 1830
  • 1715
  • 1674
  • 1850
  • 1732
  • 1694

Влажность со, мае. %

12,78

13,53

Водопоглощение W, мае. %

12,33

12,57

Коэффициент водостойкости Кгидп, отн. ед.

0,8

0,67

Изучение влияния зернового состава песка на физико-механические характеристики образцов растворной смеси показало, что с уменьшением класса крупности для фракций менее 1,6 мм показатели свойств изменяются незначительно. Отклонение от среднего значения показателей прочности при изгибе и при сжатии образцов в возрасте 28 сут. твердения в исследованном диапазоне класса крупности зернового состава песка не превышало пределов относительной погрешности измерения. Значения определяемых показателей вычисляли как среднее арифметическое результатов испытаний раствора из трех одинаковых составов строительных смесей на основе ФПГ и трех аналогичного состава на основе строительного гипса, образцов, изготовленных с использованием песка фракций 0,7-1,0 и 1,0-1,6 мм. Общее количество образцов-балочек для каждого состава при проведении испытаний составляло девять.

Известно [17], что в растворах смеси гипсовых вяжущих с портландцементом протекает разрушение твердеющей структуры со временем вследствие образования трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) при взаимодействии высокоосновных гидроалюминатов кальция, образующихся при гидратации портландцемента, и сульфата кальция по реакции

Введение в состав композиционного вяжущего песка в измельченном состоянии предотвращает образование эттрингита, проявляя свойства пуццолано- вой добавки. Действие песка, как активной минеральной добавки в составе композиционного вяжущего, основано на способности содержащегося в нем аморфного кремнезема связывать гидроксид кальция, являющийся продуктом гидратации силикатных фаз портландцемента, в низкоосновные гидросиликаты кальция переменного состава типа (0,8-l,5)CaOSiO2(l-2,5)H2O, повышая прочность и водостойкость камня во времени.

Подтверждением стабильности сформировавшихся структур затвердевшего раствора являются результаты рентгенофазового анализа образцов в возрасте 120 сут. Дифрактограммы получены по данным порошковой рентгенографии с использованием дифрактометра ДРОН-ЗМ образцов в возрасте 120 сут., изготовленных с использованием песка фракции 1,0-1,6 мм, состава на основе ФПГ и состава на основе строительного гипса твердевших в нормальных воздушно-сухих условиях и во влажных условиях. Дифракционные отражения эттрингита (d = 0,973; 0,561; 0,388; 0,2584; 0,2209 нм) на рентгенограммах как образцов, твердевших в нормальных воздушно-сухих условиях, так и образцов, твердевших во влажных условиях, не обнаружены. На рентгенограммах исследованных образцов присутствует в основном одинаковый набор дифракционных максимумов. Главным цементирующим веществом исследованных образцов является двуводный сульфат кальция. Рентгенограммы содержат дифракционные отражения частично закристаллизованного тоберморитоподобного гидросиликата кальция (d = 0,3069; 0,2873; 0,2783 нм), следы портландита (d = 0,263). Рентгенограммы образцов, твердевших в воздушно-сухих условиях, содержат дифракционные отражения карбоната кальция. Кварц (d = 0,3345 нм) на рентгенограммах обнаружен у образцов на основе строительного гипса, твердевших в нормальных воздушно-сухих условиях; у образцов, твердевших во влажных условиях, имеются лишь следы кварца.

На рис. 21 приведены зависимости, характеризующие изменение прочности при изгибе и сжатии исследуемых образцов. Характер нарастания прочности при твердении остается практически неизменным.

Кинетика нарастания прочности при твердении образцов растворов сухих строительных смесей на основе строительного гипса (ГС) и фосфополугидрата сульфата кальция (ФПГ)

Рис. 21. Кинетика нарастания прочности при твердении образцов растворов сухих строительных смесей на основе строительного гипса (ГС) и фосфополугидрата сульфата кальция (ФПГ):

  • 1 — прочность образцов через 2 ч. после затворения;
  • 2 — прочность образцов через 7 сут. твердения в воздушно-сухих условиях;
  • 3 — прочность образцов через 28 сут. твердения в воздушно-сухих условиях

Снижение водостойкости искусственного камня на основе композиционного гипсового вяжущего из ФПГ в возрасте 28 сут. по коэффициенту гидравлич- ности КгидР, определяемого как отношение предела прочности при сжатии образцов, твердевших во влажных условиях, к пределу прочности при сжатии образцов, твердевших в нормальных воздушно-сухих условиях, составляет до 20 % (табл. 33).

Очевидно, что гидроксид кальция, образующийся в процессе гидратации клинкерных минералов, в начальные сроки твердения расходуется на нейтрализацию содержащихся в составе ФПГ примесей серной и ортофосфорной кислот, которые являются замедлителями процессов гидратации полугидрата, схватывания и твердения. Основанием для подтверждения этого предположения можно считать значительное изменение сроков схватывания (по сравнению с гипсом строительным) (табл. 33). Подобный факт был отмечен в работе [55].

Средняя плотность, водопоглощение и влажность исследованных образцов растворов сухих строительных смесей в возрасте 28 сут. при замене гипса строительного на ФПГ изменяются незначительно (табл. 33). При визуальном осмотре образцов обоих составов существенного различия не отмечено.

Таким образом, проведенные исследования подтверждают, что фосфополу- гидрат сульфата кальция (ФПГ), образующийся как побочный продукт процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из апатитового концентрата в полугидратном режиме, можно использовать для производства сухих строительных смесей. Сухие строительные смеси содержат в своем составе ФПГ, портландцемент ПЦ 400-Д20, измельченный песок фракции менее 1,6 мм; общее содержание техногенного гипсового сырья — от 50 до 70 мае. %.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >