Гипсовые вяжущие в современном строительстве

Уральский федеральный университет

Реферат

На тему: «Гипсовые вяжущие в современном строительстве»

Выполнил:

Панченко Иван Гр. С-200 402

Научный руководитель:

Уфимцев В.М.

Екатеринбург

СОДЕРЖАНИЕ гипсовый вяжущий раствор строительство ВВЕДЕНИЕ

1. Развитие исследований водостойких гипсовых вяжущих

2. Добавки

3. Замедлители схватывания

4. Ускорители схватывания

5. Разжижители

6. Гидрофобные добавки

7. Специальные добавки ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Производство эффективных строительных материалов и изделий, отвечающих современным требованиям по экологичности, основным физико-механическим характеристикам, доступности и стоимости, — важная и не решенная в полном объеме задача строительства и промышленности строительных материалов.

Гипсовые материалы отвечают всем современным требованиям: по огнестойкости, звукопоглощению, по экологической оценке норм Международных стандартов, учитывающих все этапы жизненного цикла изделия, начиная от добычи сырья и кончая утилизацией; не требуют больших трудои энергозатрат, времени, сложного технологического оборудования, могут изготовляться широкой номенклатуры и функционального назначения. Все это позволяет отнести гипс к современным эффективным материалам.

Наряду с необходимостью увеличения объема выпуска гипсовых материалов и изделий, основной задачей стало повышение качества гипсовой продукции, ее прочности, водостойкости, что значительно расширяет область применения гипсовых материалов в строительной отрасли.

Для решения этих непростых задач необходимо совершенствовать существующие технологии и разрабатывать в том числе и новые принципы добавок при получении гипсовых, обеспечивая тем самым широкие слои населения дешевыми, безопасными, качественными и долговечными материалами.

1. Развитие исследований водостойких гипсовых вяжущих Важное место в исследованиях занимало изучение процесса твердения ГЦП вяжущих и формирования структуры затвердевшего вяжущего и ее влияния на прочностные свойства и долговечность. Были установлены основные причины, обусловливающие отличие физико-механических свойств неводостойких ГВ и ГЦП вяжущих. Основы этих причин лежат в своеобразии процесса твердения и формирования структуры ГЦП вяжущих. Показано, что при их твердении образуется принципиально новая структура, отличная от структуры затвердевшего ГВ. В частности, в затвердевшем ГЦПВ изменяется состав и характер новообразований, включающий не только кристаллы двугидрата сульфата кальция, но и субмикрокристаллические гидросиликаты кальция и другие малорастворимые гидратные соединения, сходные по составу с продуктами гидратации портландцемента. Механизм твердения ГЦПВ представляется таким.

Твердение ГЦПВ и ГШЦПВ — результат сложных физико-химических процессов, в результате которых образуются новые гидратные вещества (по сравнению с гипсовым вяжущим), обусловливающие основные свойства вяжущих и приближающие их к портландцементу.

При затворении водой ГЦПВ происходит гидратация полуводного гипсового вяжущего и схватывание, а выделяющиеся кристаллы двугидрата сульфата кальция создают каркас первоначальной структуры. Одновременно начинается гидратация минералов цементного клинкера, сопровождающаяся выделением гидроксида кальция. Активная минеральная добавка (трепел, опока, шлак и др.), обязательно присутствующая в этих вяжущих, регулирует щелочность среды. Связывание гидроксида кальция этими добавками приводит к снижению концентрации Са (ОН)2 в жидкой фазе до такого уровня, при котором высокоосновные гидроалюминаты кальция 4СаО-АlОз · 13Н2О и 3СаО· Аl2О3 · 6Н2О становятся нестабильными. Это способствует быстрому связыванию глинозема в скрыто кристаллический гидросульфоалюминат кальция. В дальнейшем происходит разложение последнего, неустойчивого в средах с низкой концентрацией Са (ОН)2. Последующее твердение ГЦПВ связано, с одной стороны, нестабильностью эттрингита, а с другой, — образованием дополнительного количества гидросиликатов типа CSH. Очевидно, образующиеся при разложении эттрингита новообразования представлены CaSO4 * 2Н2O, низкоосновнымигидросиликатами и гидроалюминатами кальция.

Силикаты кальция клинкера (алит и белит) частично гидролизуются и, гидратируясь, дают гелевидныегидросиликаты кальция со средним составом CaO · SiO2 · nH2O. Такие же гидросиликаты кальция возникают в результате взаимодействия гидроксида кальция с активной минеральной добавкой. Образующиеся новообразования являются связкой, цементирующей крупные кристаллы дигидрата, которые образуются на первой стадии твердения, и защищающей их от взаимодействия с водой. За счет этого водостойкость ГЦПВ выше водостойкости гипсовых вяжущих. Защитное влияние новообразований на гипсовое вяжущее проявляется при содержании портландцемента в смешанном вяжущем 15−20% и усиливается по мере увеличения его содержания в ГЦПВ.

Исследования показали также, что различные модификации сульфата кальция не вносят существенного изменения в характер новообразований, но влияют на скорость гидратации вяжущего и условия кристаллизации новообразований, что, в конечном счете, отражается на прочности вяжущего.

В настоящее время наибольшее применение получили ГЦПВ примерно следующего состава, % по массе: гипсовое вяжущее 75−50, портландцемент 15−25, пуццолановая добавка 10−25. В качестве пуццолановой добавки в нашей стране обычно используют трепел, диатомит, опоки, активные золы, гранулированные доменные шлаки и т. д. В других странах для этих целей применяют золу-унос, образующуюся при сгорании бурых углей, трасы и т. п.

Кроме существует множество других химических добавок используемых с простым гипсовым вяжущим, изменяя разные его свойства.

2. Добавки В современном строительстве к гипсовому раствору зачастую добавляют незначительные количества (до 2% по массе от содержания вяжущего) химических веществ с целью оптимизации свойств раствора с точки зрения его применения. Представление о наиболее распространенных добавках дает таблица. Добавки в раствор вводят либо на заводе-изготовителе, либо на стройплощадке.

Но следует учитывать свойства большинства замедлителей и ускорителей схватывания — отрицательное влияние на конечную прочность гипсовых изделий. Например, замедлители обычно вызывают усадку затвердевших гипсовых вяжущих, а ускорители, приводящие к раннему образованию жесткого структурного каркаса, наоборот, способствуют определенному расширению.

При этом важно знать о совместной системе добавок. Можно, например, одновременно влиять на сроки схватывания путем введения замедлителей или ускорителей, на текучесть с помощью разжижителей, на повышение поверхностной твердости и уменьшение растворимости в воде. Особый интерес представляет комплексное действие регуляторов сроков схватывания и разжижителей, чаще всего используемых в качестве добавок.

3. Замедлители схватывания Замедлители схватывания оказываются необходимыми, несмотря на то, что на практике в большинстве случаев требуются медленно схватывающиеся вяжущие, однако из соображений экономии энергии при обжиге чаще производят гипсовые вяжущие с короткими сроками схватывания. Почти все замедлители схватывания, за исключением известьсодержащих продуктов, вызывают незначительное повышение текучести при постоянном водогипсовом отношении. Это легко разжижающее действие позволяет снижать водогипсовое отношение при сохранении необходимых технологических свойств теста и тем самым предупреждать снижение прочности. Прочность при сжатии при малых количествах добавок изменяется несущественно, большие количества замедлителей схватывания вызывают значительное падение прочности. При водогипсовом отношении 0,75, например, добавка 0,16% по массе лимонной кислоты удлиняет начало схватывания с 14 до 140 мин и снижает прочность на растяжение при изгибе больше, чем на 90%.

Замедлители на базе гидроксида кальция ведут себя иначе: легкому падению прочности при сохранении постоянной текучести противостоит повышение прочности при постоянном водогипсовом отношении. Благодаря замедлителям схватывания, таким, как бура, лимонная кислота и ее соли, отработанный сульфитный щелок, клей, уменьшается величина расширения на стадии гидратации, в то время как скорость диффузии воды вгипсовом изделии повышается. Причиной этого среди прочего является изменение замедлителями схватывания характера кристаллизации двуводного гипса и, как следствие, пористой и капиллярной структуры.

Основным правилом при использовании замедлителей схватывания должно быть ограничение их количества, в противном случае наносится ущерб таким свойствам, как прочность при сжатии, расширение, капиллярное водопоглощение.

4. Ускорители схватывания Ускорители схватывания необходимы для изготовления тонкостенных строительных элементов на высокопроизводительных установках с быстрым оборотом форм. В качестве ускорителей схватывания находят применение главным образом сульфат калия и тонко измельченный гипсовый камень (кристаллические зародыши). Уже 0,5% по массе сульфата калия и тонкомолотого дигидрата сульфата кальция сокращают сроки схватывания вдвое. Дигидрат действует тем интенсивнее, чем он тоньше. Благодаря ускорителям схватывания повышается прочность в раннем возрасте твердения. С увеличением же возраста вплоть до полного высыхания прочность при сжатии гипсовых вяжущих с добавкой ускорителей падает по сравнению с прочностью гипсовых вяжущих без ускорителей схватывания. Причина этого видится в активизации рекристаллизационных процессов, поскольку это тем заметнее, чем большее количество добавок введено. Падение прочности при этом обусловливается возникновением крупных кристаллов, которые имеют регулярное строение, меньше срастаются друг с другом, образуют более крупные поры. Поэтому введение ускорителей схватывания должно ограничиваться строго необходимым количеством.

5. Разжижители Пластификаторы (лигносульфонаты технические (ЛСТ) и отработанный сульфитный щелок) обусловливают при постоянном водогипсовом отношении повышение величины расплыва конуса и разжижение (текучесть) раствора. Благодаря этому уменьшается количество воды, необходимое для получения раствора с теми же реологическими свойствами, что, в свою очередь, ведет к повышению прочности. Особенно сильное действие оказывают суперразжижители (суперпластификаторы (С-3 в сухом или жидком виде, 10−03 и 40−03 в жидком виде).

Разжижители влияют и на сроки схватывания. Последние удлиняются при сохранении постоянного водогипсового отношения и не сокращаются или сокращаются незначительно при сохранении постоянной текучести. Например, суперпластификаторв количестве до 1,5% по массе вызывает относительно небольшое увеличение сроков схватывания, тогда как отработанный сульфитный щелок при постоянной текучести сильно замедляет схватывание.

Суперпластификаторыв количестве от 0,5 до 1% по массепри сохранении тех же технологических свойств теста повышают прочность затвердевшего гипсового раствора во влажном состоянии на 50−60%, в высушенном — на 30%. При постоянном водогипсовом отношениивведение добавок в количестве более 1% по массе приводит к падению прочности.

6. Гидрофобные добавки Водопоглощение благодаря таким добавкам, как силикон, парафин, обладающим гидрофобным действием, существенно снижается или, по меньшей мере, временно сильно замедляется. В то время как для обычных гипсовых вяжущих водопоглощение составляет 40−45% по массе, для гидрофобизованных после водного хранения в течение 2 ч оно составляет только 3−7% по массе. У строительных элементов, изготовленных из гипсовых вяжущих с гидрофобными добавками, наблюдается при варьировании температуры сушки в зависимости от плотности в сухом состоянии в 2,5−10 раз меньшееводопоглощение. Потребность в воде гипсовых вяжущих, модифицированных гидрофобными добавками, меньше, чем бездобавочных.

Один из способовгидрофобизациипропитка расплавом: при затворении гипсового теста добавляется низкоплавкий гранулят, который в результате нагревания в процессе сушки готовых гипсовых изделий разжижается, впитывается в поры гипсового камня, как бы футеруя их при этом. Сушка при температуре выше 60 °C должна быть непродолжительной, с тем чтобы, с одной стороны, обеспечить расплавление, а с другой — избежать дегидратации. Оправдала себя пропитка расплавом горного воска тонких гипсокартонных плит.

Для изготовления гидроизоляционных растворов используют портландцемент, сульфатостойкий портландцемент.

Гипсовые изделия могут эксплуатироваться при относительной влажности воздуха не более 60%. Водостойкость их повышается с введением 5—25% извести, гранулированного доменного шлака, при пропитке карбамидными смолами, кремнийорга-ническими жидкостями.

Успешно применяются в строительстве водостойкие г и п с о-цементно-пуццолановые вяжущие вещества (ГЦПВ). Эти вяжущие получают путем тщательного смешивания 50—70% строительного гипса, 15—25% портландцемента и 10—25% гидравлической добавки. ГЦПВ сочетают достоинства строительного гипса и портландцемента: быстро твердеют и набирают прочность, обладают водостойкостью и сульфатостой-костью, низкой ползучестью.

Близкими по свойствам к гипсоцементно-пуццолановым вяжущим являются гипсошлакоцементныевяжущие (ГШЦВ). На основе ГЦПВ и ГШЦВ получают бетоны, достигающие 30—40% марочной прочности через 2—3 ч после изготовления.

7. Специальные добавки Сульфид бария (BaS) вследствие стабилизации кристаллической структуры позитивно сказывается на прочности при сжатии и водоустойчивости гипсовых вяжущих. При соотношении компонентов в смеси гипсовое вяжущее: сульфид бария: вода = 60:3:37 прочность при сжатии повышаетсяна 15−30%. Образование сульфата бария должно происходить во время твердения гипсового вяжущего, но не при перемешивании. Хлорид бария и карбонат бария из-за их либо слишком высокой, либо слишком низкой растворимости в воде действуют на прочностные свойства отрицательно.

Пенои порообразующие вещества делают возможным изготовление пористых строительных элементов из гипсовых и ангидритовых вяжущих для легких, ненесущих стен с преимущественно изоляционными свойствами.

Гипсовые отвердители могут использоваться как в виде обмазки затвердевшего гипсового изделия, так и в качестве добавок при получении гипсового теста. Они позволяют повышать поверхностную твердость (например, при заделке швов) или общую. Последнее имеет значение дляизготовления тонкопрофильных изделий. В качестве обмазки для повышения поверхностной твердости употребляются фторсиликаты, растворы сульфата меди, двухвалентного железа и цинка, растворимое стекло. Добавками, повышающими общую твердость, являются декстрин, гидроксид кальция, концентрированный раствор сульфата магния, калиево-алюминиевые квасцы, бура, разбавленный спирт, активная кремнекислота, меламиновая смола.

В качестве красящих пигментов для гипсовых вяжущих применяются, например, оксид железа черный, красный, желтый и оксид хрома зеленый. При этом возможно повышение прочности при сжатии.

Глиноподобную пластичность гипсовое тесто обретает при добавлении к нему коллоидного водного экстракта тиссового корня, одновременно удлиняются сроки схватывания. Особые свойства гипсового теста обусловливаются при этом образованием пластинчатых кристаллов и значительного количества гипсового геля.

Целлюлозные волокна вводят в состав гипсовых смесей для снижения трещинообразования и усадочных деформаций.

Портландцемент — вводят для снижения трещинообразования и увеличения водостойкости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Международная тенденция развития заключается: в усиливающемся модифицировании свойств гипсовых вяжущих посредством химических добавок, включая гидравлические вещества; уменьшении водопотребности (добавка ангидрита); изготовлении пеногипсовых изделий; использовании легких заполнителей; улучшении качества гипсовых изделий. При этом необходимо учитывать, что действие добавок комплексное. Часто оно обусловливает не только желательные, но и другие побочные эффекты.

Одновременного улучшения многих свойств гипсовых вяжущих можно достичь за счет введения многофункциональных добавок, состоящих из пластификаторов, полимеров, регуляторов твердения, гидрофобизаторов, водоудерживающих и других добавок одновременно.

Функциональные добавки осуществляют замедление схватывания гипсовой смеси, увеличивают водоудержание, подвижность, пластичность, прочность сцепления, создают особую поровую структуру, снижают риск трещинообразования.

1. Белов, В. В. Современные эффективные гипсовые вяжущие, материалы и изделия: научно-справочное издание / В. В. Белов, А. Ф. Бурьянов, В. Б. Петропавловская; под общ. ред. А. Ф. Бурьянова, г. Тверь, 2007. 132 с.

2. http://www.novomix.ru/NX1/DOC/DOC2/doc_vygychie.html

3. http://www.allshtukatur.ru/materials-minerals-3.html

4. http://betonoved.ru/data/newtehno/nt7.php