Микроструктура гипсового вяжущего повышенной водостойкости - Гипсовые вяжущие вещества и их применение в строительстве

Показано, что с помощью введения в состав гипсово-вяжущего техногенных отходов и побочных продуктов различных производств (карбитного ила и микрокремнезема или биокремнезема) получен материал, отличающийся от исходного гипса повышенными прочностями характеристиками и водостойкостью, что позволяет существенно расширить область применения этих вяжущих, в том числе для помещений с относительной влажность более 60% и для ограждающих конструкций. Данный эффект обеспечен более мелкопористой структурой затвердевшего камня с меньшим количеством пор и капилляров, сообщающихся с внешней средой, в сравнении с исходным гипсовым вяжущим и образованием в его составе малорастворимых низкоосновных гидросиликатов кальция, уплотняющих структуру материала и препятствующих проникновению влаги внутрь затвердевшего гипса.

В настоящее время наметились 3 основных направления повышения водостойкости гипсовых изделий :

    - уменьшение растворимости затвердевшего гипса; - изменение капиллярно-пористой структуры гипсового камня с целью уменьшения водопоглащения и водопроницаемости; -поверхностная гидрофобизация, пропитка и поверхностная защита материалами, препятствующие водонасыщению гипсовых изделий.

Более перспективными являются первые два пути, так как в этих случаях повышаются водостойкость материала по всему объему и его эксплуатационная надежность не зависимо от случайных повреждений поверхности изделий или конструкций. Для реализации этой задачи

Используются различные добавки, но наиболее эффективными считать те, которые позволяют одновременно снизить растворимость гипса и уменьшить водопроницаемость гипса или бетона.

Увеличить экономическую, технологическую и экологическую эффективность применения этих добавок возможно путем их частичной или полной замены на техногенные отходы и (или) побочные продукты различных производств, отраженных в работах. Для выполнения данных задач предполагается использовать добавки к гипсовому вяжущему на основе микрокремнезема или биокремнезема и карбитного ила, пластифицирующей добавки с разной эффективностью. В результате применения тих добавок получен материал отличающийся от исходного гипса повышенными прочностными характеристиками и водостойкостью. Подобный эффект обеспечен бoлее плотной структурой затвердевшего камня с меньшим количеством пор и капилляров, сообщающихся с внешней средой в сравнении с гипсовым вяжущим. А также образованием за счет взаимодействия активных SiО2 и Са(OH)2, входящих в состав добавки, малорастворимых низкоосновных гидросиликатов кальция, затрудняющих проникновение влаги из извне в гипсовый камень.

При проведении исследований применялись следующие материалы :

    -гипсовое вяжущее-полуводный гипс марки Г-7. -карбитный ил с ацетиленовой станции Г. Одинцово. - микрокремнезем Новолипецкого мсталлургического завода. -биокремнезем Диатомитового комбината Г. Инзы.

Для идентификации новообразований, входящий в cостав образцов, и сравнительного анализа их пористости были изготовлены:

    - контрольные образцы из гипсового вяжушеrо (СОСТАВ№1); - образцы из многокомпонентного гипсовoго вяжущего состава:80%- rипсовое вяжушее; 20%-илистокремниземистая добавка на основе микрокремнизма и карбитного ила ( соотношение SiO2 /Ca( OH)2-1,1)( СОСТАВ №2) - образцы из многокомпонентного гипсовoго вяжущего состава:80%- rипсовое вяжушее; 20%-илистокремниземистая добавка на основе биокремнизма и карбитного ила ( соотношение SiO2 /Ca( OH)2-0,6)( СОСТАВ №3)

Все составы многокомпонентных гипсовых вяжущих приготавливались из теста нормальной густоты исходного гипса путем ввода в состав данных вяжущих пластифицирующей добавки в необходимом объеме.

Рентгеновский aнaлиз проводился на дифрактометре ARL Xtra(Швейцария). Изучение микроструктуры затвердевшего камня осущетсвялось на растровом электронном микроскопе Quantа 200, оснащенным рентгеновским спектрометром для проведения элементного микроанализа (EDAX). Исследование размеров пор и их распределения определялись с помощью анализатора удельной поверхности и размеров пор NOVA 2200e. Данные исследования проводились в НИИ ( строительных материалов и технологий) ФГБОУ ВПО (МГСУ).

На первом этапе исследований выдвинута об образовании в составах смешанных гипсовых вяжущих с применением низкоосновных гидросиликатов, а так же о формировании в данных составах более мелкопористой структуры затвердевшего камня, что в свою очередь может привести к повышению морозостойкости гипсового вяжущего. Исследования исходного и многокомпонентного гипс. вяж. производились на стандартных образцах - балочках размером 4Ч4Ч16 см, подготовленных из теста нормальной густоты исходного гипса, которые были испытаны в возрасте 28 сут. Выдежка образцов осуществлялась в различных условиях( естественно-сухие условия, тепловлажная обработка при 80°С (8 ч изотермической выдержки), нормальные условия в камере нормального твердения). На основе приведенных исследований с использованием гипсовых вяжущих ( с активностью (4-7 МПа) были получены следующие результаты :

    1. Разработаны составы и технология гипс. вяж. повышенной водостойкости на основе промышленных отходов, применение которых позволяется повысить прочность исходного гипса при использовании илисто-кремнеземистой добавки на основе микрокремнезема и карбитного ила в водонасыщенном состоянии в 2,1 раза, а в высушенном состоянии в 1,4 раза, с коэффициентом размягчения до 0,9. 2. Выявлены закономерности влияния состава илисто-кремнеземистой добавки на свойства гипс. вяж. повышенной водостойкости на основе промышленных отходов. Оптимальное отношение между кремнеземом и карбитным илом в составе добавки составляет 1-1,2, а между последними 0,5-0,7. Определены пределы оптимальных дозировок супер-пластификатора С-3 в количестве 0,1-0,12% от массы используемого кремнезема и 0,14-0,16% от массы биокремнезема. Определена оптимальная концентрация илисто-кремнеземной добавки, которая составляет от 20 до 30%. 3. Установлены закономерности влияния условий твердения на физико-механические свойства. Для получения материала с повышенной водостойкостью требуется ТВО или его выдержка в нормальных условиях в течение 28 сут. Применеие добавки не требует особых условий твердения.

Для подтверждения данной гипотезы был проведен рентгенофазовый и электромикроскопический анализы, а так же исследование размеров пор и их распределение.

На дифрактограме образцов с добавлением добавки навблюдается ряд дифракционных максимумом, соответсвующий закристаллизованным низкоосновным гидросиликатам кальция C--S--H (I) в концентрации 5,3(5)% и 7,1(5)% по массе образцов с кремнеземистой составляющей на основе микрокремнезема и биокремнезема соответственно.

На снимках образцов с добавлением добавки, полученных с помощью электронного микроскопа при увеличении в 500 раз, пространно=ство между крупными четками призматическими кристаллами двуводородного гипса заполнено переплетенными волокнами тоберморитоподобных низкоосновных гидросиликатов кальция.

Результаты исследований поровой структуры показали, что обновной объем пор многокомпонентного гипс. вяж. состовляет 0,019-0,075 см3/г, а у исходного гипса 0,141 см3/г, что позволяет характеризовать структуру как мелкопористую. Общая пористость гипсового камня на основе многокомпонентного гипсового вяжущего приблизительно одинакова с общей пористостью обычного гипсового камня(37 и 36%), но открытых пор уу гипс. вяж на основе промышленных отходов значительно меньше (15 и 25%), что может привести к повышению морозостойкости гипс. вяж.

С помощью рентгенофазового анализа идентифицированы новообразования, включающие низкоосновные гидросиликаты кальция - C--S--H(I)/ Благодаря электронной микроскопии установлено, что пространство между крупными четкими призматическими кристаллами заполнено переплетенными волокнами тоберморитоподобных низкоосновных гидросиликатов кальция.

Применение гипс. вяж на основе промышленных отходов открывает возможность использовать их в помещениях с относительной влажностью более 60% и для ограждающих конструкций. Отличительная особенность - привлечение обременительных и не используемых в настоящее время отходов.

Распределение пор по размерам по методу BJH затвердевшего камня Состав

Радиус пор,?

Объем пор,

Площадь поверхности пор,

DV(d)

DS(d),

DV(log(d)),

DS(log(d)),

18,2009

0,01122

12,334

0.0037329

4.1019

0.15609

171.51

21,5392

0,02032

20,784

0.0024801

2.3029

0.1227

113.94

26,0458

0,02857

27,117

0.0015433

1.1851

0.09222

70.821

32,3896

0,03757

32,674

0.0012255

0.75672

0.09100

56.194

41,7756

0,04925

38,267

0.0010222

0.48937

0.9771

46.778

57,6590

0,06702

44.432

0.0008738

0.30309

0.1148

39.82

98,5333

0,11409

53.985

0.0007665

0.15557

0.16811

34.123

Среднее значение по методу BJH : площадь поверхности 55,181 ; объем пор 0,141 ; радиус пор Dv(r) 18.201 ?

Распределение пор по размерам по методу BJH затвердевшего камня Состав2

Радиус пор,?

Объем пор,

Площадь поверхности пор,

DV(d)

DS(d)

DV(log(d)),

)

DS(log(d)),

18,1476

0,007062

7,7824

0,0023806

2,6236

0,099256

109,39

21,4603

0,012532

12,88

0,0014949

1,3932

0,073692

68,678

25,6986

0,015709

15,353

0,0006595

0,51326

0,03891

30,282

31,5721

0,015709

16,776

0,0003242

0,20537

0,023474

14,87

40,5703

0,017955

17,006

0,0000415

0,020432

0,0038659

1,9011

59,0656

0,018423

17,081

0,0000087

0,0029382

0,0011616

0,3933

54,4649

0,018645

17,081

0

0

0

0

Среднее значение по методу BJH : площадь поверхности 55,181 ; объем пор 0,141 ; радиус пор Dv(r) 18.201 ?

Распределение пор по размерам по методу BJH затвердевшего камня Состав3

Радиус пор,?

Объем пор,

Площадь поверхности пор,

DV(d)

DS(d)

DV(log(d)),

DS(log(d)),

18,3132

0,006311

6,8925

0,0021

2,3038

0,088756

96,931

21,6063

0,011903

12,069

0,0016

1,4401

0,077223

71,482

25,9562

0,016849

15,88

0,001

0,74641

0,057709

44,466

32,0717

0,022161

19,192

0,0007

0,46489

0,054862

34,19

41,6854

0,028576

22,266

0,0005

0,25396

0,050448

24,204

59,4374

0,038170

25,497

0,0004

0,013807

0,055425

18,65

95,8713

0,052904

28,571

0

0,00057

0,065271

13,408

Среднее значение по методу BJH : площадь поверхности 55,181 ; объем пор 0,141 ; радиус пор Dv(r) 18.201 ?

Похожие статьи




Микроструктура гипсового вяжущего повышенной водостойкости - Гипсовые вяжущие вещества и их применение в строительстве

Предыдущая | Следующая