Гипсоцементнопуццолановое вяжущее

Гипсоцементнопуццолановое вяжущее (ГЦПВ) - многокомпонентное вяжущее на основе цемента, гипсового вяжущего и активной минеральной (пуццолановой) добавки.

ГЦПВ было разработано в 30-40 г.г. XX века под руководством А.В.Волженского 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.

Вяжущее из простой смеси портландцемента и гипсового вяжущего при затворении водой интенсивно твердеет, но через 1-3 месяца, а иногда и позднее в большинстве случаев возникают деформации, обусловливающие обычно не только падение прочности, но даже разрушение изделий. Такое поведение обусловлено образованием трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция из высокоосновных алюминатов кальция, содержащихся в портландцементе, и сульфата кальция.

Было установлено, что если в смеси гипсовых вяжущих веществ с портландцементом вводить определенное количество пуццолановых (гидравлических) добавок, содержащих кремнезем в активной форме, то достигается полная стабильность изделий на основе многокомпонентного вяжущего и рост прочности при длительном твердении в воздушной или водной среде без разрушительных деформаций.

Процессы при затворении ГЦПВ

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.

Трехсульфатная форма гидросульфоалюмината кальция в этих условиях прекращает образовываться и может разлагаться. 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 и способность к гидравлическому твердению обусловлены образованием малорастворимых соединений и в первую очередь гидросиликатов кальция, защищающих двуводный гипс от растворяющего действия воды.

Состав

Гипсовое вяжущее придает ГЦПВ способность к быстрому твердению. В качестве гипсового вяжущего могут быть использованы практически любые его виды. Марка ГЦПВ зависит от марки гипса, использование высокопрочного гипса повышает марку ГЦПВ и обеспечивает высокую раннюю прочность.

В качестве цементной составляющей ГЦПВ могут быть использованы практически любые виды цемента. Шлакопортландцемент или пуццолановый цемент, уже содержащие в своем составе минеральную добавку в ряде случаев могут использоваться в рецептуре ГЦПВ без дополнительного внесения минеральной добавки как отдельного компонента. Использование быстротвердеющих цементов, а также цементов более высоких марок (классов) позволяет достичь высокой прочности изделий из ГЦПВ в более ранние сроки.

Минеральная тонкомолотая добавка может быть изготовлена из трепела, диатомита, вулканический пепла, трасса, туфа, золы от сжигания угля, метакаолина. Добавки должны быть предварительно измельчены до остатка не более 10% на сите №008. Количество добавки зависит от условий твердения (близкие к нормальным или пропарка).

ГЦПВ обычно содержат 50-65% гипса, 15-25% пуццолановой добавки (с активностью по поглощению окиси кальция более 200-250 мг/г), 20-25% цемента. Соотношение между портландцементом и пуццолановой добавкой, от которого зависит долговечность изделий, определяется по специальной методике.

На основе гранулированных доменных шлаков может быть получено гипсошлакоцементное вяжущее (ГШЦВ) как разновидность ГЦПВ, включающее в состав 65-40% полуводного гипса, 30-50% кислого доменного шлака, 5-8% портландцемента. Роль цемента сводится к щелочной активации шлаков. При повышенной основности шлаков дополнительно вводится 10-15% пуццолановых добавок для снижения концентрации гидроксида кальция.

Достоинства ГЦПВ

Гипсоцементнопуццолановое вяжущее обладая такой же высокой скоростью схватывания и первоначального набора прочности как гипс лишено многих его недостатков. ГЦПВ обладает способностью к гидравлическому твердению. У изделий из ГЦПВ по сравнению с изделиями из гипса выше водостойкость и прочность, ниже ползучесть (пластические деформации под нагрузкой). Ползучесть бетонов из ГЦПВ с содержанием цемента 20-25% и более характеризуются показателями ползучести примерно равными таковым для бетонов на обычном цементе. По сульфатостойкости ГЦПВ равноценны сульфатостойким портландцементам.

На основе строительного гипса и портландцемента М400 и выше можно получить гипсобетоны классов до В15 (при расходе вяжущего 300-450 кг/м³) с коэффициентом размягчения 0,6-0,8. Преимуществом таких бетонов является высокая ранняя прочность без пропарки - через 2-3 часа до 30-40% от марочной прочности. Используя высокопрочный гипс можно получить бетон из ГЦПВ с прочностью в возрасте 2-3 часа до 10-12 МПа и в возрасте 15 суток до 40 МПа.

Бетоны на основе ГЦПВ можно подвергать пропарке при 70-80 градусах с достижением прочности 70-90% от марочной за 5-8 часов.

Морозостойкость бетонов и изделий из ГЦПВ характеризуются морозостойкостью F25-F50.

Недостатки ГЦПВ

При использовании стальной арматуры в изделиях из ГЦПВ необходимо вводить добавки-ингибиторы коррозии (такие как нитрит натрия) или использовать специальные обмазки для арматуры.

Производство ГЦПВ

В России производство ГЦПВ ведется АО "Гипсобетон" (г. Видное Московской области).

Применение ГЦПВ

С 1956 года ГЦПВ применялись в строительстве: прокатом на стане Козлова Н.Я. или в кассетах изготавливались панели для устройства стен ванных и душевых комнат, санитарных кабин, вентблоков, панели для верхних покрытий полов жилых зданий.

Изделия из ГЦПВ могут использоваться для возведения малоэтажных жилых домов, зданий сельскохозяйственного назначения.

Составы на основе ГЦПВ и водных дисперсий полимеров при содержании полимера 5-20% массы ГЦПВ могут применяться для внутренней и наружной отделки зданий.

ГЦПВ может применяться практически везде, где применяются гипсовые вяжущие.

Литература

1. Волженский А.В., Роговой М.И., Стамбулко В.И. Гипсоцементные и гипсошлаковые вяжущие изделия. Под ред. Волженского А.В. 1960, 168 с.

2. Волженский А.В., Стамбулко В.И., Ферронская А.В. Гипсоцементнопуццолановые вяжущие, бетоны и изделия / Под ред. лауреата Ленинской премии, д-ра техн. наук, проф. А.В. Волженского. - М.: Стройиздат, 1971. - 318 с.

3. Волженский А.В., Ферронская А.В., Креймер Я.Е., Матвеева Л.Г. Опыт применения изделий на основе гипсоцементнопуццолановых вяжущих в строительстве животноводческих помещений Киргизской ССР. Строительные материалы, №10, 1969.

4. Межреспубликанские технические условия "Гипсоцементнопуццолановое вяжущее" МРТУ 21-8-65. Стройиздат, 1965.

5. Волженский А.В., Коган Г.С., Цуканов Ю.С. Гипсоцементнопуццолановые вяжущие вещества и бетоны на их основе. Рязанская комплексная научно-исследовательская станция-лаборатория по сельскому строительству НИИСС АСиА СССР. Рязань, 1961.

6. Временные указания по изготовлению и применению крупноразмерных прокатных гипсоцементнобетонных панелей для оснований пола. Госстройиздат, 1962.

7. Временная инструкция по по производству и применению стеновых камней, ненесущих перемычек и теплоизоляционных плит из гипсоцементнопуццолановых и гипсовых бетонов для сельского строительства. Стройиздат, 1965.

8. Романов А.А. Прокатные панели оснований пола. Стройиздат, 1968.

9. Алксинс Ф.Ф. Твердение и деструкция гипсоцементных композиционных материалов. Л., Стройиздат, 1988. 103 с. ISBN 5-274-00162-9