Строительные статьи

Влияние объемной концентрации полуводного гипса на прочность гипсовых изделий


Полуволны и гипс, благодаря своему уникальному свойству свя­зывать большое количество воды и превращаться в камневидное тело, находит широкое применение при производстве разнообразных изде­лий строительного и технического назначения как методом литья, так и методом уплотнения пластичных смесей со сравнительно небольшим количеством воды затворения.

Таблица 1

Вид гипса

Нор­мальная

Сроки схватывания, мин.

Прочность при сжатии, МПа

Марка

Истинная плотность.

%

Начало

Конец

Через 2ч

Через 7 сут.

Кг/м 3

Строительный

56,9

4

19

5,2

14

Г-5

2670

Формовочный

59,1

6

15

10,1

22,3

Г-10

2650

В настоящее время гипс можно отнести к числу хорошо изученных материалов. Прочностные свойства затвердевшего гипса предопределя­ются его пористостью, начальным подоги псовым отношением, срока­ми твердения, конечной влажнос­тью, видом и количеством вводи­мых добавок различного назначе­ния и рядом других факторов. Количество воды, теоретически необходимое хля полной гидрата­ции полуводного гипса, составляет 18.6fr. однако хля придания необ­ходимой текучести или подвиж­ности гипсовым смесям требуется до 60-70% воды. В этом случае остающаяся после гидратации свободная вода принимает самое непосредственное участие в форми­ровании свободного порового про­странства затвердевшего гипсового теста, и зависимость его прочности от водогипсового отношения или пористости может приобретать самый разнообразный вид [I. 2]. Характер этих зависимостей ослож­няется пористостью, образующейся в результате механического захвата газовой фазы при приготовлении гипсового теста.

Вполне очевидно, что при иссле­довании прочностных свойств гипса необходимо учитывать влияние фа­зового состава исходной системы гипс-вода, а точнее, объемных кон­центраций твердой, жидкой и газо­вой фаз. Присутствие газовой фазы крайне нежелательно и избавиться от нее можно путем капиллярной пропитки сухого, уплотненного слоя гипса водой или уплотнением влаж­ного материала до критической плотности при критических давле­ниях. Фиксированные параметры первичной структуры будут законо­мерно предопределять параметры затвердевшей смеси гипс-вода, а ее прочностные свойства можно иссле­довать как функцию отклика на па­раметры как первичной, так и вто­ричной структуры. Выяснение этой взаимосвязи является основной за­дачей настоящей работы.

При проведении исследований использовали формовочный и стро­ительный гипс. Предварительные испытания по ГОСТ 23789—79 пока­зали. что строительный гипс соот­ветствует марке Г-5. а формовочный — марке Г-10. Основные свойства исследованных разновидностей гип­са представлены в табл. I.

Капиллярную пропитку предва­рительно уплотненного слоя гипса проводили в разборной металличе­ской пресс-форме. Навеска гипса подбиралась из расчета получения образцов, одинаковых по высоте и диаметру и равных 2 см. После по­темнения верхней части пропиты­ваемого слоя пропитка прекраща­лась и после схватывания гипса об­разец извлекался из пресс-формы и помещался на твердение в воздуш­ные условия. Коэффициент капил­лярной пропитки КкП рассчитывал­ся по формуле:

У .

(5 Я) т

Где V — объем впитанной воды, см3: S — площадь поперечного сечения об­разна. см-.* П — пористость образца, относит, ед.; т — время пропитки, с.

Пористость образцов определя­лась по формуле:

П=1-Кт; Кт=рт/ри, где Кг — объемная концентрация гипса в слое, относит, ед.: рт — кажу­щаяся плотность образца, г/см5: р„ — истинная прочность гипса, г/см5.

Установлено, что графические зависимости КТ=ДККГ]) и В/Г=/{КМ|) имеют линейный характер и могут быть представлены следующими уравнениями:

— хля строительного гипса Кт = -7. !4Ккп -г 0.675: В/Г= 5.35Ккп + 0.175: В/Г =-0,746 Кт + 0.680;

— хля формовочного гипса Кт = -5Ккп + 0,675;

В/Г = 3.75КМ| + 0,175: В/Г = -0.75КТ + 0.681. Прочностные свойства затвер­девшего гипса определялись через 2 ч и через 7 сут. твердения. Результаты испытаний представлены в табл. 2. из которой видно, что после 2 ч твер­дения прочность гипса монотонно увеличивается с улшличением плот­ности упаковки исходного слоя гипса (Кт) и соответственно снижа­ется с увеличением водогипсового отношения. Несмотря на значитель­ный диапазон удельного давления прессования, прочность образцов изменяется примерно в 2 раза. Опре­деление истинной алотности затвер­девшего гипса через 2 ч показывает, что в затвердевшем состоянии гипс представляет собой смесь полулюд - ного и дву водно го гипса. Только после 7 сут. твердения в результате протекания процессов перекристал­лизации затвердевшие образцы представляют собой дву водный гипс (ри=2.22—2.23 г/см-*) с типичной кри­сталлизационной структурой, обла­дающей достаточно высокой проч­ностью. Характерно, что прочность при сжатии образцов из строитель­ного гипса находится в линейной взаимосвязи с начальной объемной концентрацией гипсов и В/Г отно­шением и в пределах Kj = 0,47—0,67 имеет вид:

ЯСЖ = 285КТ - 125.5; ЯСЖ = -385.5В/Г + 133.6 Прочность образцов из формо­вочного гипса также находится в линейной зависимости от Ку и В/Г отношения, однако при Кг = 0,57 и В/Г=0,26 эта зависимость имеет рез­кий перелом, свидетельствующий о разном механизме формирования кристаллизационной структуры за­твердевшего гипса. Вскрыть этот механизм позволяют расчеты степе­ни заполнения свободного норово­го пространства продуктами гидра­тации по формуле:

At _ К-п - КJ L-Kj '

Давление

Время

Вердения 2

Ч

Время твердения 7 сут

Прессования, МПа

К.

В/Г

Кг/м3

Ro, МПа

N.

См3/см3

Дт. %

T=20-200°C

Ри. кг/м3

Кг,

МПа

N.

См3/см3

Дт, % 1=20-20ТС

Формовочный гипс

1

0,48

0,405

0.624

10.1

0.277

17.4

0.8

16.2

0,615

18,1

5

0,5

0,36

0,63

№,;

0,26

0,808

19,9

0,616

-

10

0,52

0,29

0,632

10,2

0,233

17,4

0,814

22,5

0,612

17,8

20

0,53

0,286

0,678

11.5

0,315

0,818

24,1

0,612

-

30

0,56

0,262

2450

0,708

12,6

0,336

17,4

2250

0,824

27,5

0,6

17,7

40

0,57

0,25

0,745

13,5

0,407

-

0.831

30,1

0,607

-

5Q

0,58

0,244

0,799

14,6

0,521

17,7

0,842

38,1

0.623

17.8

60

0,59

0,42

0,843

15,1

0,617

0,857

45,2

0,651

-

80

0,6

0,23

0.891

18.6

0,727

17,7

0,884

60.2

0,71

17.7

100

0,62

0,215

0,92

19,1

0,789

17,9

0,91

75,7

0.763

18

Строительный гипс

1

0,48

0,323

0,608

5,1

0,246

15,6

0,801

12,1

0,617

15,7

5

0,5

0,305

0,61

5,3

0,22

-

0,81

16,4

0,62

-

Га

0,52

0,295

А,613

6

0,193

16,2

0,817

22

0,618

15,7

20

0,53

0,288

0,634

6,5

0,221

0,634

25.1

0.647

-

30

0,56

0,263

2590

0,682

7

0,277

17,1

2230

0,843

31,6

0,643

15,7

40

0,57

0,257

0,713

7,5

0,332

-

0,858

35,6

0,669

-

50

0,58

0.25

0,73

9

0,357

15

0,863

37,5

0,673

16,3

60

0,59

0,24

0,754

10,6

0,4

-

0,872

41,5

0,687

-

80

0,6

0,231

0,793

13,1

0.482

15,4

0,895

45,6

0,737

16,1

100

0,62

0,22

0,842

13,6

0,584

15,5

0,91

51,2

0,763

15,8

Где N — степень заполнения норо­вого пространства, см*/см5 или от­носит. ед.: Кт1 — объемная концент­рация твердой фазы в затвердевшем гипсе (через 2 ч или 7 сут. тверде­ния); К. г — объемная концентрация гипса в исходных образцах.

Через 2 ч твердения гипса степень заполнения порового пространства зависит как от начальной пористости стоя гипса, предопределяемой дава­нием уплотнения, так и от гидрата - ционной активности гипса. Мень­шая начальная пористость слоя гип­са позволяет достичь достаточно вы­сокой степени заполнения пор. Оче­видно. что прочность гипса после твердения в течение 2 ч зависит в ос­новном от степени заполнения сво­бодного объема системы продуктами гидратации. К концу срока схватыва­ния (15—20 мин.) коагуляционная структура гипсового теста превраща­ется в конденсационную благодаря достаточно быстро протекающему процессу коллоидизации полуводно­го гипса и началу перехода его в двуводный гипс. Образование пер­вичных кристаллов двуводного гипса коллоидных размеров сопровождает­ся увеличением объемной концен­трации твердой фазы вследствие меньшей плотности двуводного гип­са по сравнению с полуводным. Уве­личение объема твердой фазы при­водит к возникновению в твердею­щей системе гипс-вода стесненного состояния, в результате чего стано­вится возможным контактирование первичных кристаллов двуводного гипса, их объединение и укрупне­ние в результате начала развития процес с ов п ерекристал л изаини

К двум часам твердения гипс обладает хорошо развитой кристал­лизационной структурой, о чем можно судить по ее прочности, однако процессы гидратации к это­му сроку в твердеющей системе еще не завершаются.

Термические исследования по­казывают, что свободная вода, уда­ляемая при Ш5°С, в твердеющей системе практически отсутствует. Вода начинает удаляться при темпе­ратуре 120—180°С. что свидетель­ствует о значительной величине энергии связи ее с твердой фазой. Можно предположить, что для обес­печен ия дальнейшего протекания процессов гидратации используется вода, образующаяся при перекрис­таллизации рыхлого, аморфного Массива, сложенного из мельчайших кристаллов лвунодного гипса, в бо­лее компактное состояние с четко оформл е н ной структурой кр истал - лов. Выделившаяся пода вступает в реакиию гидратации с оставшимся полуводным гипсом, поскольку его активность (или растворимость) по отношению к воде выше, чем у дву - водного гипса. Сравнивая начальное количество воды, вводимое в полу­водны и гипс, с ее конечным количе­ством. видим, что в затвердевшем гипсе содержится вода в количестве, близком к теоретически необходи­мому. несмотря на то, что образны твердеют и воздушной среде и воз­можно удаление воды в результате испарения.

Это наводит на мысль что в на­чат ьнои стадии гидратации гипса за достаточно короткий период вре­мени связывается сразу все теорети­чески не обходи мое количество во­ды. а свободная вода испаряется практически полностью к 2-часово­му сроку твердения.

В период до 7 сут. твердения про­исходит превращение конденсаци­онной структуры в кристаллиза­ционную. которой свойственна достаточно высокая прочность. Сле­довательно. наличие двух прямо­линейных участков зависимости Rca=/(Kt) У формовочного гипса можно объяснить существенным влиянием свободного порового пространства на протекайие процес­сов перекристаллизации двуволного гипса. При пористости исходного слоя от 0.55 до 0,43 степень запол­нения свободного пространства остается практически постоянной на у ровне N=0.600-0.615 и в этом слу­чае создаются условия для фор­мирования крупнокристаллической структуры с более совершенными кристаллами двуволного гипса, но менее прочной. При уменьшенной исходной пористости (П<0,43) создаются условия для более полно­го заполнения свободного простран­ства и формирования мелкокристал­лической структуры с большим чис­лом контактов между отдельными кристалликами двуводного гипса, а следовательно, и более прочной.

У строительного гипса наблюда­ется аналогичная закономерность, но вследствие большого содержания в нем примесей процесс перекрис­таллизации практически не отража­ется на зависимости Rc^A^).

Из всего вышеизложенного можно сделать весьма важный практический вывод: для получения прочных изделий из формовочного гипса его необходимо предвари­тельно уплотнить ло состояния.

Когда пористость слоя будет состав­лять менее 43 Sc (Кг=0.57). чего мож­но достичь при удельных давлениях прессовании не менее 50 N1 Па.

Таким образом, использование закономерностей капиллярной пропитки позволяет установить линейную зависимость прочности затвердевшего гипса от начатьной объемной концентрации пол у вод­ного гипса и водогипсового от­ношения. а также от объемной концентрации твердой фазы или пористости затвердевшего гипса. Капиллярная пропитка предвари­тельно уплотненного слоя сухого полуводного гипса водой является весьма перспективным технологи­ческим методом изготовления вы­сокопрочных гипсовых изделий с заданными параметрами свойств.

B.C. ИЗОТОВ, канд. техн. наук, доц., О. Б. КИРИЛЕНКО, инженер (Казанская государственная архитектурно-строительная академия)

Строительные статьи

Пистолет для монтажной пены – рекомендаций по выбору

Если вас интересует пистолет для пены, то в процессе выбора необходимо учитывать некоторые моменты. В первую очередь, лучше всего отдавать предпочтение профессиональным моделям. По стоимости они конечно обойдутся дороже, но …

Для чего используются винтовые сваи?

Для чего используются винтовые сваи? Главной при проведении строительных работ дома считается стадия создания фундамента. Этот шаг занимает значительную часть времени в строительстве здания. Часто неграмотные застройщики выполняют эту стадию …

Виды и особенности регулируемых опор для лаг и плитки.

Бетонная стяжка является наиболее распространенным вариантом для выравнивания чернового пола. Однако, данный метод не всегда является оптимальным. Как альтернатива ему выступает выравнивание полов при помощи регулируемых опор для лаг. Что …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua