Комплексная оценка эффективности применения гипсового вяжущего повышенной водостойкости

УДК 691.311

А.И. ПАНЧЕНКО, д-р техн. наук, А.Ф. БУРЬЯНОВ, д-р техн. наук, В.Г. СОЛОВЬЕВ, канд. техн. наук, Н.В. КОЗЛОВ, инженер (n_kozlov_mgsu@mail.ru), С.А. ПАШКЕВИЧ, канд. техн. наук

Московский государственный строительный университет

Комплексная оценка эффективности применения гипсового вяжущего повышенной водостойкости

Выполнена комплексная оценка физико-механических свойств, долговечности и стоимости гипсового вяжущего повышенной водостойкости на основе промышленных отходов, содержащего в своем составе полуводный гипс, карбидный ил, биокремнезем, тетраборат натрия (бура), суперпластификатор С-3, и бетонов на его основе. Результаты физико-механических испытаний этого материала позволили сделать вывод, что достигнутый уровень показателей отвечает требованиям к материалам для ограждающих конструкций. Параметры деформирования керамзитобетонов из гипсового вяжущего повышенной водостойкости на основе промышленных отходов, по предварительным данным, соответствуют среднему уровню цементных бетонов равного класса. Кроме того, это вяжущее решает экологическую проблему - утилизацию многотоннажного техногенного отхода производства ацетилена и повышает экономическую эффективность его применения.

Ключевые слова: многокомпонентное гипсовое вяжущее, комплексная гидравлическая добавка.

A.I. PANCHENKO, Doctor of Sciences

Complex Assessment of Efficiency of Using Gypsum Binder of Enhanced Water Resistance

A complex assessment of physical-mechanical properties, durability and cost of a gypsum bunder of enhanced water resistance on the basis of industrial waste containing semi-hydrous gypsum, carbide lime slurry, bio-silica, sodium tetraborate (borax), super-plasticizer C-3 and concrete on its basis has been made. Results of the physical-mechanical tests of this material made it possible to conclude that the achieved level of performance meets requirements for materials of enveloping structures. The deformation parameters of claydite-concrete with gypsum binder of enhanced water resistance on the basis of industrial waste, according to preliminary data, correspond to the average level of cement concretes of an equal class. In addition, this binder solves the environmental problem - utilization of large-tonnage anthropogenic waste of acetylene production - and improves the economic efficiency of its use.

Keywords: multi-component gypsum binder, complex hydraulic additive.

Материалы для наружных ограждающих конструкций должны иметь коэффициент размягчения не менее 0,6 [1], однако для бетонов на основе гипса он составляет всего 0,4—0,5. Марка по морозостойкости гипсобетонов не превышает F15—F25. Таким образом, низкая стойкость к воздействиям окружающей среды, резкое снижение прочности при увлажнении и высокая ползучесть не позволяют эффективно использовать гипсобетоны при возведении жилых зданий, производственных и сельскохозяйственных сооружений, и прежде всего в качестве материала для наружных стен.

В настоящее время эта проблема решается за счет использования смешанных гипсовых вяжущих, в основном гипсоцементно-пуццолановых (ГЦПВ). Однако использование ГЦПВ связано с необходимостью исследования и подбора состава этого смешанного вяжущего с учетом химического (минералогического) состава цемента и пуццолановой добавки. Кроме того, в составе ГЦПВ содержится до 25% портландцемента, что повышает его энергоемкость и стоимость.

В последние годы с целью уменьшения количества клинкера в составе смешанного вяжущего были разработаны технологии быстротвердеющего композиционного вяжущего, модифицированного органо-минераль-ными добавками, и бетонов на его основе, в том числе для зимнего бетонирования [2—4]. Разработанное водостойкое гипсовое вяжущее низкой водопотребности (ВГВНВ) обеспечивает возможность получения легких бетонов классов до В7,5 с коэффициентом размягчения 0,89—0,94 и морозостойкостью F50—F75, но должно содержать в своем составе до 15% клинкера и требует дополнительного помола.

Для решения данных задач были разработаны многокомпонентные бесклинкерные водостойкие гипсовые вяжущие (МБВГВ) [5—7]. На основе МБВГВ возможно

получение легкого бетона классов В3,5—В10 с коэффициентом размягчения 0,8—0,94 и морозостойкостью не ниже F75 для наружных ограждающих конструкций. Однако данные вяжущие требуют особых условий твердения (выдержка образцов в нормальных условиях, проведение тепловлажностной обработки), обладают недостаточной водостойкостью, имеют короткие сроки схватывания и предусматривают повышенный расход дорогостоящих компонентов, увеличивая тем самым его энергоемкость и стоимость.

Благодаря проведенным исследованиям [8, 9] было получено водостойкое смешанное гипсовое вяжущее (СГВ) с повышенными физико-механическими свойствами, не требующее особых условий твердения и имеющее замедленные сроки схватывания. Применение СГВ позволяет использовать техногенные отходы.

Технический результат получают благодаря замене в составе вышеуказанного МБВГВ [5]: микрокремнезема активностью 246—254 мг/г на химически более активный биокремнезем активностью 390—398 мг/г; оксида кальция (извести) на карбидный ил (многотоннажный техногенный отход от производства ацетилена, получаемый при разложении карбида кальция СаС2 водой по реакции СаС2+Н2О=Са(ОН)2+С2Н2) в ацетиленовых генераторах); введению в состав вяжущего регулятора сроков схватывания (тетрабората натрия — соли слабой борной кислоты и сильного основания) и суперпластификатора С-3 (натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида). Биокремнезем представляет собой продукт специальной комбинированной активации диатомита, прошедшего термическую обработку при температуре 700—800оС. Поглощение извести биокремнеземом через 30 сут до 4 раз превышает аналогичный показатель природных активных минеральных добавок и на 60%

Таблица 1

Компоненты Полуводный гипс, % Кремнезем-содержащая добавка, % Портландцемент, % СаО, % Na2B4O7, % С-3, % Прочность при сжатии в высушенном состоянии, МПа Прочность при сжатии в водо-насыщенном состоянии, МПа Коэффициент размягчения кр Растворимость, г/см3

Гипс Г3 100 - - - - - 6,9 3,04 0,44 0,05

Гипс Г7 100 - - - - - 16,7 7,52 0,45 0,045

Гипс Г13 100 - - - - - 30 14,1 0,47 0,04

Гипс Г19 100 - - - - - 44,7 21,9 0,49 0,038

ГЦПВ на гипсе Г13 75 5 20 - - - 27,8 18,07 0,65 0,013

ГВПВ на гипсе Г13 23,4 60 - 15,6 - 0,2 26 16,38 0,63 0,011

МБВГВ на гипсе Г13 76,35 13 - 10 - 0,65 37,9 26,53 0,7 0,001

78,4 12 - 9 - 0,6 38,2 30,17 0,79 0,001

80 11 - 8,5 - 0,5 38 28,5 0,75 0,001

81,6 10 - 8 - 0,4 38 27,7 0,73 0,001

83,3 9 - 7,38 - 0,32 37,7 25,26 0,67 0,001

СГВ на гипсе Г3 76,2 6,7 - 16,8 0 0,3 9,4 7,9 0,84 0,001

76,1 7,8 - 15,7 0,05 0,35 9,8 8,43 0,86 0,001

76 8,8 - 14,7 0,1 0,4 10,4 9,15 0,88 0,001

75,9 9,7 - 13,8 0,15 0,45 10,0 8,7 0,87 0,001

75,8 10,4 - 13,1 0,2 0,5 9,6 8,16 0,85 0,001

СГВ на гипсе Г7 77,65 6,3 - 15,6 0,05 0,4 23,1 18,71 0,81 0,001

77,55 7,3 - 14,6 0,1 0,45 23,6 19,59 0,83 0,001

77,45 8,2 - 13,7 0,15 0,5 24,2 21,05 0,87 0,001

77,35 9 - 12,9 0,2 0,55 23,8 19,99 0,84 0,001

77,25 9,7 - 12,2 0,25 0,6 23,3 19,11 0,82 0,001

СГВ на гипсе Г13 79,9 5,6 - 13,9 0,1 0,5 40,9 31,08 0,76 0,001

79,8 6,5 - 13 0,15 0,55 41,6 33,7 0,81 0,001

79,7 7,3 - 12,2 0,2 0,6 42,0 35,7 0,85 0,001

79,55 8 - 11,5 0,3 0,65 41,8 34,28 0,82 0,001

79,4 8,7 - 10,8 0,4 0,7 41,2 32,14 0,78 0,001

СГВ на гипсе Г19 82,1 4,9 - 12,2 0,2 0,6 59,1 42,55 0,72 0,001

81,95 5,7 - 11,4 0,3 0,65 60 48 0,80 0,001

81,8 6,4 - 10,7 0,4 0,7 60,4 49,53 0,82 0,001

81,65 7 - 10,1 0,5 0,75 60,2 48,76 0,81 0,001

81,5 7,6 - 9,5 0,6 0,8 59,7 44,78 0,75 0,001

выше активности микрокремнезема. Наряду с высоким показателем активности в возрасте 30 сут у биокремнезема наблюдается интенсивное поглощение извести в первые 3 сут.

Все составы смешанных гипсовых вяжущих приготавливались из теста нормальной густоты исходного гипса. Испытания гипсовых вяжущих осуществлялись по ГОСТ 23789—79 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний». Коэффициент размягчения гипса и многокомпонентных гипсовых вяжущих определялся по ТУ 21-31-62—89 «Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее». Определение модуля упругости проводилось согласно ГОСТ 24452—80* «Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэф-

фициента Пуассона», ползучести по ГОСТ 24544—81* «Бетоны. Методы определения деформационной усадки и ползучести», морозостойкости — согласно ГОСТ 10060—2012* «Бетоны. Методы определения морозостойкости». Образцы выдерживались в нормальных условиях при температуре 20±2оС и относительной влажности воздуха 95±5% в течение 28 сут, после чего подвергались соответствующим испытаниям.

Применение карбидного ила и снижение расхода кремнеземсодержащей добавки (биокремнезема) в качестве компонентов вяжущего, твердеющего как в нормальных, так и в естественно-сухих условиях (без значительного понижения коэффициента размягчения), повышает коэффициент размягчения (табл. 1). Результаты

Ы

декабрь 2014

73

Таблица 4

Таблица 2

Наименование и шифр бетона Класс бетона по прочности при сжатии Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси

Вяжущее, кг Вода, л Керамзит, кг Керамзитовый песок, кг Кварцевый песок, кг

ГВ-1 В7,5 490 315 350 260 -

ГВ-2 В10 350 220 460 - 430

СГВ-1 В7,5 330 210 460 350 -

СГВ-2 В10 350 220 460 - 430

ГЦПВ В10 510 375 290 290 -

ВГВНВ В10 315 200 430 330 -

Таблица 3

Наименование и шифр бетона Класс бетона по прочности при сжатии Рср, кг/м3 R^g в сухом состоянии, МПа кр F, цикл

ГВ-1 В7,5 1200 10,5 0,45 15

ГВ-2 В10 1300 12,4 0,46 25

СГВ-1 В7,5 1200 15,7 0,88 100

СГВ-2 В10 1300 18 0,87 125

ГЦПВ В10 1180 10,8 0,73 45

ВГВНВ В10 1180 11,9 0,92 75

Свойства Класс бетона, В10

ГВ-2 СГВ-2 ГЦПВ ВГВНВ ПЦ

Прочность при сжатии в водонасыщенном состоянии, МПа 4,6 9,6 - - 11,3

Модуль упругости, МПа 8300 19100 8500 - 22000

Относительная деформация ползучести, Х10-5, МПа-1 26,8 12,3 18 - 10,5

Марка морозостойкости, F 25 125 50 75 100

Коэффициент размягчения Кр 0,45 0,87 0,7 0,89 0,92

исследования керамзитобетонов различных составов (табл. 2) приведены в табл. 3 и 4.

Результаты физико-механических испытаний ке-рамзитобетонов на основе предложенного вяжущего позволили сделать вывод, что достигнутый уровень показателей отвечает требованиям к материалам для ограждающих конструкций. Коэффициент теплопроводности составляет 0,275—0,315 Вт/(м.оС), что позволяет использовать материал для ограждающих конструкций.

1,2 -

Образец Б Образец Г

Распределение пор относительно занимаемого объема: образец Б на основе СГВ; образец Г на основе гипса: - микропоры

Разработанный материал выдержал 125 циклов замораживания-оттаивания, что значительно превышает требования по морозостойкости, предъявляемые к стеновым материалам. Обычный гипсобетон выдержал лишь 25 циклов.

Показатель ползучести бетона на основе СГВ находится на уровне цементного бетона равного класса и в 2,2 раза ниже, чем у бетона на основе полуводного гипса.

Введение илисто-кремнеземистой добавки для бетонов на основе СГВ приводит к повышению водостойкости в 1,8—2,2 раза с коэффициентом размягчения до 0,91; прочности в 1,4—1,6 раза; морозостойкости в 2—3 раза; водонепроницаемости в 2,5—2,7 раза; снижению ползучести в 2,1—2,3 раза и усадки в 3,5—3,8 раза бетонов относительно исходного гипсокерамзитобето-на и не требует особых условий выдерживания по сравнению с другими многокомпонентными гипсовыми вяжущими.

Таблица 5

Материалы Расход, % Цена, р./т

МБВГВ СГВ МБВГВ СГВ

Кремнеземсодержащая добавка 54,5 37,5 12000 5000

Са(ОН)2 45,5 62,5 2000 2000

ИТОГО 7450 3125

Данные результаты достигнуты благодаря структуре камня с меньшим количеством пор и капилляров, сообщающихся с внешней средой (см. рисунок), а также образованию за счет взаимодействия активных SЮ2 и Са(ОН)2, входящих в состав вяжущего, малорастворимых низкоосновных гидросиликатов кальция, затрудняющих проникновение влаги в гипсовый камень [9].

Распределение пор относительно занимаемого объема: образец Б на основе СГВ; образец Г на основе гипса Из представленных данных видно, что основной размер пор СГВ составляет 0,001—0,005 мкм, а у исходного гипса 0,004—0,1 мкм. Количество микропор у затвердевшего гипсового вяжущего составляет около 50% от занимаемого объема, а у затвердевшего СГВ около 80%. Общая пористость гипсового камня на основе СГВ приблизительно одинакова с общей пористостью обычного гипсового камня (37,1 и 36,2% соответственно), но открытых пор у первого значительно меньше (15,3 и 25,2% соответственно).

Кроме того, это вяжущее решает экологическую проблему — утилизацию многотоннажного техногенного отхода производства ацетилена и является наиболее экономически эффективным в применении (табл. 5).

Из таблицы видно, что стоимость илисто-кремнеземистой добавки на основе биокремнезема ниже стоимости аналогичной добавки на основе микрокремнезема в 2,4 раза.

Список литературы

1. Ферронская А.В. Долговечность гипсовых материалов, изделий и конструкций. М.: Стройиздат. 1984. 254 с.

2. Коровяков В.Ф., Ферронская А.В., Чумаков Л.Д., Иванов С.В. Быстротвердеющие композиционные гипсовые вяжущие, бетоны и изделия // Бетон и железобетон. 1991. № 11. С. 17-18.

3. Ферронская А.В., Коровяков В.Ф., Чумаков Л.Д., Мельниченко С.В. Быстротвердеющий керамзитобе-тон для зимнего бетонирования // Бетон и железобетон. 1992. № 6. С. 12-14.

4. Ферронская А.В., Коровяков В.Ф., Мельниченко С.В., Чумаков Л.Д. Водостойкие гипсовые вяжущие низкой водопотребности для зимнего бетонирования // Строительные материалы. 1992. № 5. С. 15-17.

5. Патент РФ 2081076. Вяжущее / Панченко А.И., Айрапетов Г.А, Несветаев Г.В., Нечушкин А.Ю. Заявлено 10.06.1994. Опубл. 10.06.1997. Бюл. № 16.

6. Бессонов И.В., Шигапов Р.И., Бабков В.В. Теплоизоляционный пеногипс в малоэтажном строительстве // Строительные материалы. 2014. № 7. С. 9-13.

7. Гайфуллин А.Р., Халиуллин М.И., Рахимов Р.З. Состав и структура камня композиционного гипсо-

вого вяжущего и гибридной минеральной добавки // Строительные материалы. 2014. № 7. С. 28—31.

8. Козлов Н.В., Панченко А.И., Бурьянов А.Ф., Соловьев В.Г., Булдыжова Е.Н., Гальцева Н.А. Гипсовые вяжущие повышенной водостойкости на основе промышленных отходов // Научное обозрение. 2013. № 9. С. 200-205.

9. Козлов Н.В., Панченко А.И., Бурьянов А.Ф. Микроструктура гипсового вяжущего повышенной водостойкости // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 72-75.

References

1. Ferronskaya A.V. Dolgovechnost' gipsovykh material-ov, izdelii i konstruktsii [Durability of plaster materials, products and designs]. Moscow: Stroiizdat. 1984. 254 p.

2. Korovyakov V.F., Ferronskaya A.V., Chumakov L.D., Ivanov S.V. Quick-hardening composite plaster knitting, concrete and products. Beton i zhelezobeton. 1991. No. 11, pp. 17-18. (In Russian).

3. Ferronskaya A.V., Korovyakov V.F., Chumakov L.D., Mel'nichenko S.V. Quick-hardening керамзитобетон for winter concreting. Beton i zhelezobeton. 1992. No. 6, pp. 12-14. (In Russian).

4. Ferronskaya A.V., Korovyakov V.F., Mel'nichenko S.V., Chumakov L.D. Waterproof plaster knitting low water requirement for winter concreting. Stroitel'nye Mate-rialy [Construction Materials]. 1992. No. 5, pp. 15-17. (In Russian).

5. Patent RF 2081076. Vyazhushchee [The Knitting] / Panchenko A.I., Airapetov G.A, Nesvetaev G.V., Nechushkin A.Yu. Declared 10.06.1994. Published 10.06.1997. Bulletin No. 16. (In Russian).

6. Bessonov I.V., Shigapov R.I., Babkov V.V. Heat-Insulating Foamed Gypsum in Low-Rise Construction. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 7, pp. 9-13. (In Russian).

7. Gayfullin A.R., Khaliullin M.I., Rakhimov R.Z. Composition and Structure of Composite Gypsum Binder Stone with Lime and Hybrid Mineral Additive Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 7, pp. 28-31. (In Russian).

8. Kozlov N.V., Panchenko A.I., Bur'yanov A.F., Solov'ev V.G., Buldyzhova E.N., Gal'tseva N.A. Plaster knitting the increased water resistance on the basis of industrial wastes. Nauchnoe obozrenie. 2013. No. 9, pp. 200-205. (In Russian).

9. Kozlov N.V., Panchenko A.I., Bur'yanov A.F., Solov'ev V.G. Microstructure Plaster Knitting the Increased Water Resistance. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 5, pp. 72-75. (In Russian).

_НОВОСТИ

Новая линия окрашивания силикатного кирпича на Клинцовском силикатном заводе

В начале октября на ЗАО «Клинцовский силикатный завод» запущена в эксплуатацию линия по поверхностному окрашиванию силикатного кирпича.

Окрашивание силикатного кирпича производится порошковыми полиэфирными красками методом электростатического напыления с последующей полимеризацией в камере формирования покрытия. Такая технология позволяет производить кирпич с поверхностью более 300 цветов и оттенков.

Силикатный кирпич с поверхностным окрашиванием имеет ряд преимуществ перед кирпичом объемного окрашивания:

- улучшенные качества поверхности;

- увеличенную стойкость цвета в процессе эксплуатации;

- препятствует проникновению влаги в стены;

- более низкую себестоимость производства продукции;

- более широкая цветовая гамма с различными степенями блеска (от матового до глянцевого).

Производство является экологически безопасным, не загрязняет окружающую среду, поскольку при формировании покрытия в атмосферу уходит мене 0,5 % летучих веществ.

Производственная мощность линии окрашивания составляет 5 млн шт. кирпича в год марок М 125 и М 150.

ы

декабрь 2014

75