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-

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

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

26

■5s

IXAJ

fU^

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

. 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

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Рис. 1.11. Дифрактограммы прессованного материала на гипсоизвестковошлаковом вя­жущем, изготовленного по схеме Б (хранение при у ~ 100 %)

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Рис. 1,10. Дифрактограммы прессованного материала на гипсоизвестковошлаковом вя­жущем, изготовленного по схеме А (хранение при у = 100 %) (а — ангидрит)

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-

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Рис. 1.12. Термограммы прессо­ванного гипсового материала: а — с добавками портландцемен­та (5 %) и ГКЖ-94 (0,5 %); б — целлюлозного волокна (20 %); 1-е возрасте 1 ч; 2—1 сут; 5—3 сут; 4 — 28 сут

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

■26

Дифрактограммы прессованного материала с добавками портландцемента (5%) и ГКЖ-94 (0,5%)

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.

11C. 1.13.

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-

(0,5 %), также свидетельствуют о значительном замедлении процесса гидрата

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-

кальция, а в месячном возрасте — несколько более 13 %. Для прессованного гипсового материала без добавок эти показатели равны соответственно 5,6 и 1,2 %.

Полученные результаты хорошо согласуются с данными работ [87, 91], где показано, что поверхностно-активные добавки — кремнийорганические по­лимеры ГКЖ-10, ГКЖ-11 и ГКЖ-94 — являются замедлителями твердения гип сового вяжущего.

Исследованиями прессованной гипсовой композиции с добавкой порт­ландцемента (5 %) и ГКЖ-94 (0,5 %) установлено, что уже в образцах 3-суточ — ного возраста степень гидратации превышает 70 %. Разрушение образцов на

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

33

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

них напряжений с перестройкой структуры без снижения прочности всле, ствие ее высокой первичной организации.

Процесс гидратации в системе гипсовое вяжущее — целлюлозное волокЦ

ство связано с наличием в гипсоволокнистой системе большого количест^ пор, которые полностью заполнены водой, т. е. с обусловливающим ускоренную гидратацию вяжущего. Остаточное влагос<| держание образцов в возрасте 1 ч и 1 сут соответственно равно 23,4 % и 5,8 9j Нет предпосылок к замедлению гидратации вяжущего в рассматриваемо системе: целлюлозное волокно, пропитанное водой, легко и быстро отда^ ее, процесс гидратации протекает с высокой скоростью, превышающей скі рость гидратации гипсового материала стандартного твердения. Способствуй этому также высокая пористость материала, приближающаяся к 40 при достаточно низкой его средней плотности.

/о, в то время соответствен — систем выравни-

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Рис. 1.15. Дифрактограммы прессованного

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

гипсопесчаного материала

Гидратация гипсового материала с фракционированным кварцевым за-

юлнителем протекает по схеме, близкой к схеме гидратации прессованного

.___________________________________________________ ~ ————————————— ”»ипсового— материала без добавок (рис. 1.14, 1.15). Исключение составляет

протекает по следующей схеме. В образцах возраста 1 ч содержание Двувод»і®іачальнь|^ перИОД твердения систем — приблизительно до 3…5 сут, когда

го гипса составляет около 90 %, а возраста 1 сут — уже 100%. Это обстоятелщю011есс ГИППЯТЯ11ЫЫ 1ляат ———————————————————— ———————

іроцесс гидратации идет медленно вследствие значительного содержания

———————————————— системе инертного заполнителя/’берущего на себя" часть воды. По данным

избытком жидк0ифазьЩ, ерМ0ГравимеТрИчесК0Г0 анапиза через 1 ч твердения содержание дву вод но-

о гипса в материале составляет порядка 81 %, через 1 сут — 91 |как в прессованном гипсовом материале без добавок — 86 и 94% о. В дальнейшем скорости гидратации двух сопоставляемых

Рис. 1.14. Термограммы (а) и термогриц метрические кривые (6) прессованного гм сопесчаного материала:

1 — в возрасте 1ч; 2—1 сут; 3 — 3 су^ 4—14 сут; 5—21 сут; 6— 28 сут

ваются.

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Q

35

чпа

30

25

20

15

‘ок

10

5

О

21 сут Z8

КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ВЯЖУЩЕГО В ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

ппп енин/ю ди і ичпиі и вшраыа и а м^еиьиваппоїл ии^азцал ди о*Чсіиинч ^

возраста наблюдается торможение набора прочности и даже некоторый сгиГ’ ‘ Кинетика структурообразования (а, 5) и изменение влагосодержания (в) гип — ее. Это можно объяснить. повилймпмч/. неизбежным тйпмгіЛіиняммиргьгЛ —————————————————————————————————————— м сового материала во времени:

материала во времени:

— гипсовый материал стандартного изготовления; 2 — прессованный без добавок;

— то же, с добавкой целлюлозного волокна (20 %); 4 — то же, шлакопортландцементе Ю %); 5 — то же, портландцемента (5 %) и ГКЖ-94 (0,5 %); 6 -* то же, гашеной извести

(3 %) и ГКЖ-94 (0,5 %)

торможение набора пррчности. По мере уменьшения содержания свобод — >й влаги в образцах в результате естественной подсушки процесс перекрис — шлизации затухает и превалируют процессы, ведущие к упрочнению структу — ‘ Прессованный гипсовый камень в месячном возрасте набирает прочность

Табл. 1.9. Содержание дигидрата сульфата кальция в прессованных гипсовых композиционных материалах

Возраст

образцов

Содержание CaSO^ 2Н20,%,в материале

стандартного

изготовления

прессованном

без ДО’ бавок

с добавкой

портландце­мента (5 %) и ГКЖ-94 (0,5%)

целлюлозного фракционир< волокна (20 %) ванного KBaf цевого песка <25 %)

1 ч

93 7

85,9

48,69

89 94

81 36

0,5 сут

99,1

93,0

94,89

1 "

100.

94,4

60,38

100

91,09

2 "

95,6

66,51

3 ”

96,4

70,98

95,41

7 "

97,8

79,65

14 "

98,4

84,61

97,88

21 "

98,7

85,53

30 »

98,8

86,87

90 "

99,3

95,22

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



Производство и применение гипсокартона

Адреса и телефоны:

Украина, Кировоградская обл., г. Александрия, ул. Куколовское шоссе 5/1А,
Александрийский Авторемонтный завод,
тел./факс +38 (05235) 77193
+38 (050) 512 11 94 — Александр,  инженер-менеджер (цены, условия приобретения, консультации)
e-mail: msd@inbox.ru