Аунг Чжо Ньейн РАЗРАБОТКА ВОДОСТОЙКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ

brief description

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования

«Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева»

На правах рукописи

Аунг Чжо Ньейн

РАЗРАБОТКА ВОДОСТОЙКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ

ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ

Специальность 2.6.14 Технология силикатных и тугоплавких
неметаллических материалов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Потапова Екатерина Николаевна

Москва - 2025

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................... 5

ГЛАВА 1. СОСТАВ СТРУКТУРА И СВОЙСТВА................................................. 11

ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ........................................................... 11

1.1 Особенности состава, структуры и свойств гипсовых материалов............. 11

1.2 Процессы гидратации и твердения гипсовых вяжущих материалов........... 15

1.3 Роль минеральных и органических добавок в процессах гидратации и

твердении цементов и бетонов............................................................................ 19

1.4 Способы получения водостойких гипсовых вяжущих................................. 24

1.5 Гипсобетон и сухие гипсовые смеси............................................................ 27

1.6 О возможности выпуска гипсоцементно-пуццолановых вяжущих............. 30

в Республике Союз Мьянмы................................................................................ 30

1.7 Выводы по аналитическому обзору литературы.......................................... 35

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................... 37

2.1 Материалы исследования............................................................................. 37

2.2 Методы исследования.................................................................................. 38

2.2.1 Определение компонентов в составе..................................................... 38

гипсоцементно-пуццоланового вяжущего....................................................... 38

2.2.2 Определение нормальной густоты и сроков схватывания..................... 39

2.2.3 Формование и определение предела прочности образцов..................... 39

2.2.4 Определение водопоглощения и водостойкости................................... 40

2.2.5 Определение пористости образцов........................................................ 40

2.2.6 Симплекс-решетчатое планирование эксперимента.............................. 41

2.2.7 Рентгенофазовый анализ....................................................................... 42

2.2.8 Исследование микроструктуры образцов.............................................. 42

2.2.9 Метод инфракрасной спектроскопии.................................................... 42

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ВИДА АКТИВНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ НА СВОЙСТВА ГЦПВ.................................................................................................. 44

3.1 Исследование свойств исходных материалов.............................................. 44

3

3.2 Определение состава ГЦПВ с различными активными минеральными

добавками............................................................................................................ 45

3.3 Влияние SikaRetarder-12 на свойства ГЦПВ с различными активными

минеральными добавками................................................................................... 48

Полученные результаты показывают, что в присутствии SikaRetarder для всех составов ГЦПВ снижается пористость затвердевшего камня, что приводит к повышению прочности и водостойкости.................................................. 51

3.4 Выводы........................................................................................................ 52

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ВИДА ЦЕМЕНТА НА СВОЙСТВА ГЦПВ......................... 54

4.1 Влияние модифицирующих добавок на свойства ГЦПВ............................. 54

с гипсовым вяжущим Г-5..................................................................................... 54

Как видно из полученных результатов, вид цемента практически не влияет на соотношение компонентов ГЦПВ............................................................. 55

4.1.1 Влияние добавки гиперпластификатора на свойства ГЦПВ.................. 56

4.1.2 Влияние добавки редиспергирующий полимерных порошок................ 61

на свойства ГЦПВ............................................................................................ 61

4.1.3 Изучение состава и структуры............................................................... 65

гипсоцементно-пуццоланового вяжущего....................................................... 65

4.2 Модифицирование состава ГЦПВ на основе гипсового вяжущего.............. 69

Г-16, различных портландцементов и активных.................................................. 69

минеральных добавок.......................................................................................... 69

4.2.1 Влияние добавки гиперпластификатора на свойства ГЦПВ.................. 69

4.2.2 Влияние добавки редиспергирующий полимерных порошок на

свойства ГЦПВ................................................................................................. 75

4.2.3 Изучение состава и структуры композиционных гипсовых вяжущих 80

4.3 Выводы........................................................................................................ 83

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО................ 86

4

5.1 Составление матрицы симплекс-решетчатого плана эксперимента.......... 86

5.2 Свойства ГЦПВ с ПЦ 42,5, АМД метакаолин и комплексом

функциональных добавок.................................................................................... 87

5.3 Свойства ГЦПВ с ПЦ 42,5, АМД микрокремнезем и комплексом

функциональных добавок.................................................................................. 100

5.4 Свойства ГЦПВ с БПЦ, ССЦ, АМД метакаолин и комплексом

функциональных добавок.................................................................................. 109

5.5 Влияние винной кислоты на свойства ГЦПВ с комплексом добавок .. 120

5.6 Выводы...................................................................................................... 126

ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ ВИДА ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО НА СВОЙСТВА АНГИДРИТОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО.......................... 128

6.1 Получение ангидритового вяжущего из фосфогипса и гипсового камня 128

6.2 Определение состава ангидритоцементно-пуццоланового вяжущего. 132

6.3 Свойства ангидритоцементно-пуццолановых вяжущих............................ 133

6.4 Влияние пластифицирующей добавки на свойства ангидритоцементно -

пуццоланового вяжущего.................................................................................. 138

6.5 Структура ангидритоцементно-пуццоланового вяжущего........................ 142

6.6 Выводы...................................................................................................... 146

ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА СОСТАВА ЛЕГКОГО ПЕНОБЕТОНА И

ШТУКАТУРНЫХ СУХИХ СМЕСЕЙ.................................................................. 148

7.1 Разработка составов легкого пенобетона................................................... 148

7.2 Свойства штукатурных сухих смесей с гипсоцементно-пуццолановым

вяжущем............................................................................................................ 152

7.3 Выводы....................................................................................................... 154

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................... 156

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.............................. 160

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

161

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплексом физико-химических методов доказана возможность разработки водостойких композиционных гипсовых вяжущих повышенной прочности и водостойкости - ГЦПВ на основе гипсового вяжущего а- и Р- модификации и АЦПВ из ангидритового вяжущего, полученного из гипсового камня и фосфогипса, при использовании портландцемента, сульфатостойкого и белого цементов и активных минеральных добавок - метакаолина, микрокремнезема, трепела и опоки.

Выводы

1. Разработаны составы гипсоцементно-пуццолановых вяжущих на основе Р-полугидрата сульфата кальция и различных активных минеральных добавок (метакаолина, микрокремнезема, трепела и опоки) и изучено их влияние на свойства вяжущего. Показано, что соотношение компонентов в составе вяжущего и свойства ГЦПВ зависят от пуццолановой активности активной минеральной добавки. Определено, что оптимальные составы ГЦПВ с метакаолином в присутствии добавки SikaRetarder характеризуется прочностью при изгибе 10,2 МПа, при сжатии 35,2 МПа; коэффициентом водостойкости 0,88; водопоглощением - 8,4 %; а ГЦПВ с микрокремнеземом

- прочностью при изгибе 10,5 МПа, при сжатии 37,3 МПа; коэффициентом водостойкости 0,89; водопоглощением - 8,3 %. Для составов с трепелом и опокой эти показатели несколько ниже. В зависимости от наличия в регионе той или иной активной минеральной добавки, на основе гипсового вяжущего Г-5 и рядового портландцемента можно получить водостойкое гипсовое вяжущее.

2. Разработаны составы гипсоцементно-пуццолановых вяжущих на основе Р- и а -полугидрата сульфата кальция, АМД (метакаолин и микрокремнезем) и различных видов цемента (ЦЕМ-I 42,5Н, ЦЕМ-I 52,5Н, БПЦ и ССЦ) и изучены их свойства в присутствии модифицирующих добавок

- пластификатора Melflux 5581 и редиспергируемого полимерного порошка Vinnapas 5999/1. Соотношение компонентов в составе ГЦПВ изменяется в

157

пределах, мас. %: гипсовое вяжущее - 53,34-57,14; цемент - 33,33-35,72; АМД - 7,14-13,33. ГЦПВ с различными видами цемента и активной минеральной добавкой даже при одинаковом соотношении исходных компонентов отличаются по свойствам. Составы с АМД микрокремнезем характеризуются меньшими значениями водопотребности гипсоцементного теста, по сравнению с составами с метакаолином, что обусловливает более низкую пористость затвердевших составов. При использовании в качестве АМД метакаолина прочность при сжатии в возрасте 28 сут твердения ГЦПВ с гипсовым вяжущим Г-5 в присутствии модифицирующих добавок достигает 22-44 МПа, коэффициент водостойкости изменяется в пределах 0,78-0,90. А для состава с вяжущим Г-16 прочность при сжатии повышается до 31-56 МПа, а водостойкость составляет 0,80-0,96. В случае применения АМД микрокремнезем прочность в зависимости от состава изменяется от 21 до 45 МПа, а коэффициент водостойкости - от 0,78 до 0,94 для гипсового вяжущего Г-5 и до 28-62 МПа и 0,82-0,98, соответственно, для гипсового вяжущего Г-16.

3. Введение модифицирующих функциональных добавок к ГЦПВ изменяет характер кристаллизации гидратных новообразований затвердевшего вяжущего и приводит к существенному преобразованию его свойств, в первую очередь водопотребности, пористости, прочности и водостойкости. Это позволяет, прогнозируя характер изменения размера и формы кристаллов регулировать физико-механические свойства материалов на микроструктурном уровне, получать гипсоцементно-пуццолановые вяжущие с заданными свойствами.

4. Методом симплекс-решетчатого планирования эксперимента изучено влияние комплекса функциональных модифицирующих добавок (водоредуцирующей, водоудерживающей, замедлителя схватывания, редиспергируемого полимерного порошка) на свойства ГЦПВ с различными видами цементов и активными минеральными добавками. Полученные уравнения регрессии влияния добавок на нормальную густоту, сроки схватывания, водостойкость, водопоглощение, пористость, прочность при

158

изгибе и сжатии позволяют определить свойства при любой комбинации добавок и рассчитать экстремальные значения соответствующих свойств.

Установлено, что для ГЦПВ с ПЦ и АМД-метакаолин прочность при сжатии 48,1 МПа и водостойкость 0,99 достигаются при следующем содержании модификаторов - 0,19 % ГП; 0,40 % РПП; 0,64 % ЗС. Для ГЦПВ с ПЦ и АМД-микрокремнезем в присутствии комплекса добавок 0,22 % ГП; 0,36 % РПП и 0,61 % ЗС прочность, при сжатии 54,1 МПа, а водостойкость 0,99.

При замене добавки замедлителя схватывания SikaRetarder-12 на винную кислоту сроки схватывания значительно увеличиваются - с 1,5-2,0 до 40-95 мин. При этом в ранние сроки твердения происходит снижение прочности как при изгибе, так и при сжатии.

5. Разработаны составы ангидритоцементно-пуццолановых вяжущих на основе ангидритового вяжущего, полученного из гипсового камня и фосфогипса, цемента и активных минеральных добавок - метакаолина и микрокремнезема. Состав АЦПВ с метакаолином, мас. %: АВ800 - 53,33; ПЦ - 33,35; АМД - 13,35; состав АЦПВ с микрокремнеземом, мас. %: АВ800 - 50,00; ПЦ -31,25; АМД - 18,75. Для протекания процессов гидратации и твердения АЦПВ не требуется наличие активатора твердения. Установлено, что прочность АЦПВ зависит от температуры получения ангидритового вяжущего. Наибольшей прочностью (при изгибе - 6,5-11,1 МПа и при сжатии - 24,6-32,1 МПа) характеризуются составы с ангидритовым вяжущим, полученным при 800-850 оС. Введение пластифицирующей добавки к АЦПВ приводит к снижению водо-твердого отношения, что в свою очередь способствует снижению пористости, уплотнению затвердевшего материала, повышению прочности и водостойкости. Только в присутствии пластифицирующей добавки коэффициент размягчения всех составов больше 0,8, что позволяет считать разработанные ангидритоцементно-пуццолановые вяжущие водостойкими.

6. Разработаны составы легкого бетона на основе гипсоцементно- пуццолановых вяжущих с АМД трепел и метакаолин и пеностекла,

159

обеспечивающие оптимальное сочетание низкой плотности (менее 500 кг/м3) и удовлетворительной прочности при сжатии, что соответствует требованиям для ненесущих конструкций. Такой материал может быть использован для теплоизоляционных и звукоизоляционных перегородок.

7. Проведенные испытания ГЦПВ с АМД микрокремнезем в качестве гипсового вяжущего в штукатурных сухих смесях показали, что по основным показателям качества разработанный состав ГЦПВ соответствует ГОСТ Р 58279-2018 и может быть применен в качестве гипсового вяжущего в штукатурных сухих строительных смесях. Использование ГЦПВ вместо гипсового вяжущего позволяет применять такие штукатурные растворы для наружного применения в условиях Республики Союз Мьянма.

Перспективы и рекомендации дальнейшей разработки темы диссертации заключаются в дальнейшем исследовании и совершенствовании составов композиционных гипсовых вяжущих путем использования новых видов модификаторов и пластификаторов для создания эффективных составов с повышенными прочностными и эксплуатационными характеристиками применительно к производству в Республике Союз Мьянма.