ПРОИЗВОДСТВО ГИПСА

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Исследовались гипсовые вяжущие а - и /3- модификаций (см. табл. 1.3— 1.5) и прессованные композиции с добавками (см. табл. 1.6). На основе (З-полугидрата сульфата кальция Минского завода готовились образцы сле­дующих составов; контрольные образцы из гипсового теста стандартного твердения; прессованные гипсовые образцы с содержанием вяжущего 100%; то же, с содержанием гипсового вяжущего 97 % и извести гашеной — 3 %; то же, с содержанием гипсового вяжущего 94,5 %, портландцемента — 5 и ГКЖ-94 — 0,5 %; то же, с содержанием гипсового вяжущего 80 % и целлю­лозного волокна — 20 %; то же, с содержанием гипсового вяжущего 75 %, фракционированного (2,5...5 мм) кварцевого песка — 25 %.

Так как гидратация гипсовых вяжущих сопровождается выделением теп­лоты, по кривой кинетики тепловыделения можно судить о скорости про­цесса и степени гидратации в прессованных гипсовых материалах.

Температурные изменения (за счет внутреннего тепловыделения) в образ­цах стандартного твердения и в прессованных образцах на основе гипсового вяжущего (без добавок), находящихся в абсолютно идентичных в отношении теплопотерь условиях, показывают, что в начале твердения гидратация вяжу-

щего в прессованных образцах происходит несколько быстрее, чем в образцах стандартного твердения. В дальнейшем скорость гидратации в образцах стан­дартного твердения значительно превышает скорость этого процесса в прессо­ванных образцах. Судя по максимальным значениям температуры в образцах и времени их достижения, реакция гидратации наиболее полно и в более корот­кие сроки завершается в образцах стандартного изготовления.

В образцах с добавкой ГКЖ-94 в чисто гипсовые составы, в композиции их с портландцементом (5 %) и с пуццолановым или шлакопортландцементах (30 %) наблюдается снижение скорости гидратации вяжущего в начальный период твердения, уменьшение тепловыделения и замедление процесса в це­лом. Замедление процесса гидратации происходит и при введении в гипсовую смесь гидравлических добавок. В системах с волокнистыми и зернистыми включениями наблюдается снижение тепловыделения в связи с уменьшением общего содержания гипсового вяжущего, гидратирующего с выделением теплоты (соответственно на 20 % для гипсоволокнистой и на 25 % для гипсо­песчаной системы).

Степень гидратации вяжущего, определенная методом прокаливания по изменению содержания химически связанной воды, в образцах стандартного твердения в возрасте 1,5 ч составляет 95 %, а в прессованных — 87 %.

Содержание двуводного гипса, образовавшегося в процессе гидратации полугидрата сульфата кальция, определялось по результатам термограви­метрического анализа гипсовых образцов в возрасте от 0,5 до 30 сут. Анализ полученных термограмм и термогравиметрических кривых показывает, что в образцах стандартного твердения полная гидратация вяжущего достигается к суточному их возрасту, в то время как в прессованных образцах она не за­вершается и в 30-суточном возрасте.

Рентгенофазовым анализом полуводный гипс обнаружен в прессованных образцах вплоть до 6-месячного возраста, однако в сипу незначительного его содержания исключается возможность саморазрушения материала стечением времени. Для образцов стандартного изготовления уже суточного возраста основные аналитические линии, характерные для полугидрата сульфата каль­ция, имеют малую интенсивность и носят реликтовый характер (рис. 1.7, 1.8).

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что в прессо­ванных гипсовых образцах вследствие меньшей скорости процесса гидратации исходного вяжущего создаются более благоприятные условия для формирова­ния структуры твердения.

Распределение интенсивностей линий двуводного гипса на дифракто - граммах для эталонного материала — CaS04* 2Н^О — иное, чем для гипсовых образцов, полученных как из пластичных смесей с фильтрацией, так и из жест­ких смесей без фильтрации (рис. 1.9). Можно сделать предположение о том, что отдельные плоскости кристаллов двуводного гипса направлены избира­тельно, что определяет ориентированный характер структуры гипсового камня, полученного прессованием с фильтрацией.

Исследовано влияние условий хранения прессованных образцов на степень гидратации различных гипсовых вяжущих. Образцы на основе вяжущих ^-модификации при хранении их в среде с относительной влажностью 100 % характеризуются высокой скоростью гидратации, заканчивающейся уже че­рез 5...7 сут. Дополнительно были исследованы образцы из полугидрат-

flue. 1.7. Дифрактограмма гипсового іатериала стандартного твердения в воз­расте 1 сут

26

. 1.8. Дифректограммы прессованного гипсового материала;

- в возрасте 1 сут; б - 30 сут; в - 77 сут — полугидрат сульфата кальция, д — ди - гмдрат)

Рис. 1.9. Дифрактограммы природ­ного гипсового камня la) и полу­ченного в соответствии с [133] (5) (n — полугидрат сульфата каль­ция^ — ди гидрат)

мыми длинными сроками схватывания (см. табл. 1.5), с выдержкой смеси до начала схватывания. При затворении использовалась пластичная гипсовая смесь с В/Г = 2/С, причем смесь на вяжущем Г-10ВІІ ВНИИстрома выдер­

живалась в течение 30 мин, на гипсои'звестковошлаковом вяжущем — 35 мин до момента приложения давления. Остаточное водосодержание материалов после прессования составило соответственно 0,223 и 0,242, хранение образцов осуществлялось во влажной среде {>р - 100 %). Результаты рентгенофазового анализа для изготовленных по схеме А (с выдержкой до начала схватывания) материалов и по схеме Б (без выдержки) приведены в табл. 1.8. Дифракто - граммы прессованного материала на ГИШВ показаны на рис. 1.10 и 1.11.

Данные табл. 1.8 однозначно говорят в пользу предварительного выдер­живания пластичной гипсовой смеси перед прессованием и необходимости хранения материала в среде с относительной влажностью 100 %. Для образ­цов, изготовленных по схеме Б (с приложением нагрузки сразу после переме­шивания смеси), процесс гидратации не заканчивается и к месячному возрас - у, несмотря на весьма благоприятные условия для гидратации. Для образцов, уготовленных по схеме А, полная гидратация вяжущего повышенной водо - тойкости ВНИИстрома достигается через 28 сут, гипсоизвестковошлакового іяжущего — уже через сутки. При хранении образцов на воздухе процесс гид - іатации затягивается на многие месяцы. Так, например, если процесс гидрата­ми гипсовых вяжущих ^-модификации при воздушном хранении образцов юлностью завершается через полгода, то в образцах на вяжущих а-модифи - :ации при этих же условиях хранения следы полугидрата наблюдаются и іерез 2-3 года.

Наибольший практический интерес представляют изготовленные по жльтр-прессовой технологии материалы, имеющие следующий состав: 94,5% ипсового вяжущего, 5 % портландцемента, 0,5 % ГКЖ-94; 80 % гипсового »яжущего, 20 % целлюлозного волокна; 75 % гипсового вяжущего, 25 % /юнофракционированного кварцевого песка.

Из рис. 1.12 и 1.13 следует, что образцы теряют массу при термическом

ного вяжущего, полученного путем обжига фосфогипса Гомельского химичмі ского завода (содержание CaS04*0,5H20 — 90,18 %, растворимого ангидри# та — 7,4 %J. B образцах возраста 1 ч по данным рентгенофазового анализа 93 У дигидрата CaS04, 5 % растворимого ангидрита и 2 % полугидрата. В суточном возрасте дигидрата сульфата кальция в этом материале содержится 98 %, ан гидрита — 2 %; в образцах 3-суточного возраста содержание дигидрата дости гает 100 %, т. е. процесс гидратации заканчивается полностью.

Особенностью высокопрочных гипсовых вяжущих a-модификации (см табл. 1.5) является их низкая водопотребность (нормальная густота 25...32 %) и длительный процесс схватывания (начало—13...34мин, конец—22...61 мин) Если изготовленные с использованием этих вяжущих смеси прессовать, как і смеси на основе вяжущих (^модификации, без технологической выдержка до начала схватывания, процесс гидратации существенно замедлится. Так например, в возрасте 30 мин прессованный образец из вяжущего Воскресен ского ПО "Минудобрения" содержал 95 % полугидрата, в возрасте 2,5 ч — 62 %, 1 сут — 48, 4 сут — 44, 7 сут — 20 и 14 сут — 15 %. Для вяжущего повы­шенной водостойкости опытного завода ВНИИстрома этот показатель в т« же сроки составил соответственно 95, 83, 68, 54, 48 и 14 %, несмотря на то что исследованные образцы хранились во влажной среде. При хранении образ­цов на воздухе содержание полугидрата в прессованных образцах возраста 28 сут из вяжущего Воскресенского ПО "Минудобрения" составляло 49,56 %, из вяжущего ВНИИстрома — 51,3 %. Таким образом, при хранении прессован^ ных гипсовых изделий на основе вяжущих a-модификации на воздухе (в цеховых условиях) степень гидратации в материале низка, а состояние его бу­дет в значительной степени определяться температурно-влажностными усло­виями хранения и эксплуатации. При увлажнении материала переход полугид* рата CaS04 в дигидрат вызовет в нем объемные деформации расширения и снижение прочностных показателей. Полученные результаты хорошо согла-* суются с данными работ [8, 9, 13—15, 17—19], где показано, что долговеч­ность прессованного искусственного материала в значительной степени за­висит от исходного вод ос одержания гипсовой смеси и наличия в отпрессован­ном материале полуводного гипса.

Прессованный гипсовый материал с начальным В/Г =0,1 в возрасте 7 сут имеет степень гидратации 21 % [18]. Такое же значение степени гидратации было получено нами для гипсового камня на вяжущем Воскресенского ПО "Минудобрения" при прессовании с фильтрацией водогипсовой сМеси нор­мальной густоты. Остаточное водогипсовое отношение в нашем случае (В/Г) ост = 0,1 было равно начальному водосодержанию гипсовой смеси жест­кой консистенции, исследованной в работе [18]. В сопоставляемых материалах полная гидратация в идентичных условиях завершилась только к трехлетнему возрасту. Длительное расшатывание первичной структуры материала за счет возникновения и роста новообразований (твердой фазы) приводит к увели­чению объема образцов в возрасте 3 лет на 9 %, снижению пористости с 15,7 % , (в возрасте 7 сут) до 6 % и предела прочности при сжатии соответственно с 71 до 46 МПа.

С учетом вышеизложенного, а также рассмотренных в § 1.2 условий и закономерностей твердения высокопрочных гипсовых структур была изго­товлена серия образцов на двух вяжущих a-модификации, обладающих са-

разложении в два этапа, исключением являются образцы возраста 1 ч и I суп (три этапа). Общие потери массы образцами с добавкой ГКЖ-94 в течени«

28 сут возрастают, для гипсоволокнистых образцов они стабилизируются в возрасте 1 сут.

Для образца с добавками портландцемента и ГКЖ-94 характерна замед­ленная гидратация вяжущего (в возрасте 28 сут — более 13 % полугидрата) что является следствием влияния ГКЖ-94 (пленки гидрофобизирующей жид кости обволакивают зерна гипса и препятствуют дальнейшей гидратации)

Данные термогравиметрического и рентгенофазового анализа гипсовы^ачальной стадии твердения (до 3 сут) не происходит вследствие следующих образцов, изготовленных с добавкой портландцемента (5 %) и ГКЖ-94 >бстоятельств. Во-первых, в отличие от систем, изученных в [92], в рассмат-

іиваемой системе начальное В/Г > /С а остаточное (В/Г) - 0,25 превы-

iriUMWPflU» Vr. wi — » U Г ОСТ

ции: в возрасте 1 сут в материале содержится до 40 % полугидрата сульфатаЦиает стехиометрическое, равное 0,1862. Во-вторых, эта система характеризует-

я достаточно высокой интегральной пористостью (25,2 %) и невысокой сред - ей плотностью (1720 кг/м5).. (Прессованная гипсовая система без доба-

юк - соответственно 18,4 % и 1960 кг/м.) В-третьих, рассматриваемая истема уже на раннем этапе твердения отличается наличием высокопрочного сристаллического каркаса (в возрасте 1 ч = 10,1 МПа, 1 сут — 27,4 МПа, сут - 36,5 МПа), способного воспринимать внутренние напряжения в мате - >иале, обусловленные продолжающейся гидратацией вяжущего. В-четвертых, казанная система характеризуется низкой скоростью гидратации вяжущего', арастание прочности идет очень медленно и происходит релаксация внутрен-

Зак.5084

Данные по гидратации полуводного гипса в рассмотренных гипсовь материалах сведены в табл. 1.9.