|
ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ |
|
Гипсоцементнопуццолановые вяжущие (ГЦПВ)
Применение гипсовых вяжущих в ряде случаев ограничивается из-за их недостаточной водостойкости, которая сопровождается такими отрицательными явлениями, как увеличение ползучести в гипсовых бетонах и значительное снижение прочности изделий при их увлажнении. Поэтому гипсовые изделия в конструкциях, подвергающихся увлажнению, не применяются. В настоящее время предложено много различных способов повышения водостойкости гипсовых изделий. Они основаны на уменьшении растворимости гипса, уплотнении гипсовой (гипсобетонной) массы, пропитке веществами, которые препятствуют прониканию влаги в изделие, на применении наружной защитной обмазки. Одним из наиболее эффективных и экономически целесообразных способов повышения водостойкости изделий из гипсовых вяжущих является введение в них портландцемента или молотого гранулированного доменного шлака совместно с активными гидравлическими добавками. Это смешанное вяжущее получило название гипсоцементнопуццоланового. Оно было предложено А.В.Волженским и под его руководством была разработана в МИСИ им.Куйбышева (в настоящее время - МГСУ им.Куйбышева) Р.В.Иванниковой, В.И.Стамбулко, А.В.Ферронской и во ВНИИНСМ б. АСиА СССР Г.С.Коганом, Ю.С.Цукановым, В.П.Щегловой и др. технология его производства и применения в различных изделиях и конструкциях. Как известно, смеси гипсовых вяжущих веществ с портландцементом при твердении характеризуется неустойчивостью. При затворении водой они вначале интенсивно твердеют, но через 1-3 месяца, а иногда и позднее возникают деформации, обусловливающие обычно не только падение прочности, но даже разрушение системы такое поведение смесей гипсовых вяжущих с портландцементом при твердении - следствие образования трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция из высокоосновных алюминатов кальция, содержащихся в портландцементе, и сульфата кальция. Представлялась заманчивой возможность сочетания гипсовых материалов с портландцементом в любых соотношениях и получение вяжущих, твердеющих без разрушительных деформаций и характеризующихся водостойкостью, высокой сульфатостойкостью и быстротой роста прочности, т.е. положительными свойствами, присущими отдельным компонентам. Было установлено, что если в смеси гипсовых вяжущих веществ с портландцементом вводить надлежащее количество пуццолановых (гидравлических) добавок, содержащих кремнезем в активной форме, то достигается полная их стабильность и рост прочности при длительном твердении в воздушной или водной среде без разрушительных деформаций.
Установлено, что в качестве кислых гидравлических добавок могут быть использованы различные материалы, имеющие в своем составе активный кремнезем (трепелы, диатомиты, вулканические пеплы, туфы и трасы, золы и др.) Эти добавки должны быть предварительно измельчены до остатка не более 10% на сите №008. Количество гидравлической добавки, вводимой в смесь гипса и цемента, зависит от ее активности и определяется по специальной методике. Гидравлическая добавка снижает концентрацию гидроксида кальция в водной суспензии гипс + цемент + гидравлическая добавка до такого уровня, при котором нарушаются условия стабильного существования высокоосновных гидроалюминатов кальция (4CaO·Al2O3·13H2O и 3CaO·Al2O3·6H2O) и создаются предпосылки к переходу их в более устойчивые низкоосновные. При этом Ca(OH)2 и SiO2 дают гидросиликаты типа CSH (B), по Р.Боггу, или C-S-H (I), по Х.Тейлору. Такой ход реакции предопределяет неустойчивость трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция, который образуется в начальной стадии твердения, прекращение его дальнейшего образования, а возможно, и разложение. В последнем случае образуется односульфатная форма 3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O, гидрогранаты 3CaO·Al2O3·nSiO2·(6-2n)H2O, гидросиликоалюминат 3CaO·Al2O3·CaSiO3·12H2O, гипс CaSO4·2H2O и их твердые растворы. Переход эттрингита в односульфатную форму по схеме 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O → 3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O + 2CaSO4·2H2O + 12H2O сопровождается уменьшением абсолютного объема твердой фазы исходного вещества в 1,55 раза и образованием воды в жидком виде. Это способствует значительному снижению опасных напряжений, которые могли вначале возникнуть в твердеющей системе вследствие образования эттрингита. Таким образом, активный кремнезем пуццолановых добавок может входить в состав гидроалюминатов указанного состава, не опасных для устойчивости системы. Силикаты кальция портландцемента (C3S и C2S) при взаимодействии с водой в этих условиях дают гидросиликаты типа CSH (B) с пониженной основностью. Отсутствие условий для стабильного существования эттрингита в смеси гипса, портландцемента и пуццолановой добавки обеспечивает полную устойчивость данной системы при длительном твердении. Водостойкость же и способность к гидравлическому твердению обусловлены образованием рассмотренных выше малорастворимых соединений и в первую очередь гидросиликатов кальция, защищающих двуводный гипс от растворяющего действия воды. В большой мере проявляется это защитное влияние на гипс, начиная с 15-20% содержания портландцемента в трехкомпонентной смеси. При применении в качестве активной гидравлической добавки трепелов гипсоцементнопуццолановое вяжущее имеет следующий ориентировочный состав (в % по весу):
Зола от сжигания подмосковного угля является малоактивной гидравлической добавкой и ее нужно вводить из расчета 3-4 вес.ч. на 1 вес.ч. портландцемента. В отдельных случаях при малой активности добавки следует использовать пуццолановый портландцемент. Применение пуццоланового портландцемента всегда предпочтительно, так как он в своем составе содержит активную кремнеземистую добавку. В случае же недостаточного содержания в пуццолановом портландцементе гидравлической добавки ее вводят в гипсоцементнопуццолановое вяжущее дополнительно в таком количестве, при котором достигается необходимое снижение концентрации окиси кальция в водных суспензиях. Если имеются гранулированные гипсовые шлаки, то целесообразно изготовлять гипсошлакоцементные вяжущие (ГШЦВ), содержащие 65-40% полуводного гипса или ангидрита, 30-50% кислого доменного шлака и 5-8% портландцемента. Основная роль портландцемента сводится в данном случае к щелочной активации вяжущих свойств шлаков. При повышенной основности доменных шлаков возникает необходимость ввода в ГШЦВ также пуццолановых добавок (10-15%) для снижения концентрации гидроксида кальция до безопасных пределов. Гипсоцементнопуццолановые вяжущие по пределу прочности при сжатии разделяются на две марки - 100 и 150. Сроки схватывания этих вяжущих: начало - не ранее 4 минут, конец - не позднее 20 минут. Тонкость помола (остаток в % по весу на сите №02) - не более 15% для марки 100 и 10% для марки 150. Если твердение бетонов и изделий на гипсоцементнопуццолановом вяжущем протекает при обычных температурах (20-25 °С), то подбирают оптимальное отношение цемента и добавки по методике, изложенной в МРТУ 21-8-65 [6] и во Временной инструкции по производству и применению стеновых камней, ненесущих перемычек и теплоизоляционных плит [9]. При твердении изделий на гипсоцементнопуццолановых вяжущих при повышенных температурах (например, сушка при 30-100 °С) необходимое отношение цемента к гидравлической добавке определяется по ускоренной методике [7]. Если выбранные соотношения по любой из приведенных методик не дадут требуемого снижения концентрации ионов кальция, то следует заменить гидравлическую добавку на более активную. Из ГЦПВ, изготовленных на основе строительного гипса, и портландцемента марки 400 и выше можно получать обычные бетоны марок до 15-20 МПа в зависимости от расхода вяжущего (300-450 кг/м3) и подвижности бетонных смесей. Коэффициент их размягчения 0,6-0,8. Прочность этих бетонов через 2-3 часа после изготовления достигает 30-40% марочной. Бетоны из ГЦПВ с использованием высокопрочного α-гипса имеют через 2-3 часа прочность на сжатие 10-12 МПа, а через 7-15 суток нормального твердения - 30-40 МПа. Эти бетоны характеризуются примерно теми же упругопластическими свойствами, что и бетоны на портландцементе равных по прочности марок. Весьма интенсивно твердеют ГЦПВ на высокопрочном гипсе и особобыстротвердеющем цементе марок 500 и 600. Важно отметить, что если гипсовые бетоны, особенно во влажном состоянии, отличаются высокими показателями ползучести, то ползучесть бетонов на ГЦПВ, содержащих 20-25% цемента и более, характеризуется примерно такой же, как и бетонов на портландцементе. Для ускорения твердения бетонов на ГЦПВ их можно пропаривать при 70-80 °С в течение 4-6 часов, причем достигаемая прочность составляет 70-90% конечной. Стальную арматуру в изделиях на ГЦПВ нужно защищать соответствующими покрытиями или добавками нитрита натрия. Бетоны и изделия на ГЦПВ характеризуются морозостойкостью 20-50 циклов в зависимости от состава вяжущих, их удельного расхода, вида, состава и плотности бетонов и других факторов. По сульфатостойкости эти вяжущие равноценны сульфатостойким портландцементам. С 1956 года ГЦПВ успешно применяют в строительстве. На их основе методом проката на стане Н.Я.Козлова или в кассетах готовят панели для устройства стен ванных и душевых комнат, а также санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков и т.п. Широко применяют в строительстве панели для верхних покрытий полов жилых зданий. Изделия из ГЦПВ используют также при возведении малоэтажных жилых домов и зданий сельскохозяйственного назначения в суровых условиях эксплуатации. ГЦПВ в смеси с водной эмульсией ПВА или дивинилстирольного латекса применяют для отделки наружных и внутренних поверхностей зданий, для крепления керамических плит и других видов отделочных работ. Содержание полимера в отдельных составах колеблется в пределах 5-10% массы ГЦПВ. Эти композиции характеризуются высокими адгезионными своствами и долговечностью. Литература 1. Крутов П.И., Цуканов Ю.С. Гипс и гипсовые изделия в сельском
хозяйстве. М., 1971
|