авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Эффективные композиционные материалы на основе низкомарочного строительного гипса

-- [ Страница 3 ] --

Анализ уравнений регрессии, описывающих изменение прочности (R) и водостойкости (Кр) гипсового камня от тонкости помола и содержания минерального модификатора в составе композиции, позволил нам сделать следующее заключение: направление движения влияющих факторов от вида добавки не меняется, отличаются лишь абсолютные значения коэффициентов регрессии, которые характеризуют степень влияния того или иного наполнителя на свойства композиционного вяжущего.

Степень и характер влияния каждой из добавок, входящих в бинарные системы на основе болотной железной руды, на прочность (R) и водостойкость (Кр) гипсового камня были описаны с помощью следующих адекватных уравнений регрессии:

-при использовании известняка (Х1) и болотной железной руды (Х2)

(13)

(14)

-при введении цеолитсодержащей породы (Х1) совместно с болотной железной рудой (Х2)

(15)

(16)

-при совместном использовании кварцевого песка (Х1) и руды (Х2)

(17)

(18)

(19)

(20)

Количество наполнителей изменяли от 5 до 15%.

Анализ уравнений показал, что применение исследованных добавок сверх оптимального количества приводит к снижению прочности и водостойкости гипсового камня. При этом в бинарных системах «руда- известняк», «руда-кварцевый песок» более значимым фактором, снижающим эксплуатационные характеристики материала, является количество руды. В случае совместного использования ее с цеолитсодержащей породой оба фактора в равной степени оказывают влияние на прочность и водостойкость гипсового камня.

Графо-аналитически в работе было установлено и экспериментально подтверждено, что для получения вяжущих с оптимальными свойствами необходимо использовать в качестве наполнителей бинарные добавки при следующей дозировке компонентов: 6% известняка и 6% руды, либо 7% цеолитсодержащей породы и 5% руды, либо 5% кварцевого песка без предварительной подготовки и 8% руды, или 5% отмытого кварцевого песка в сочетании с 5% болотной железной руды. При этом в композициях с наполнителем «руда-известняк» прочность гипсового камня повышается на 17%, «руда-цеолитсодержащая порода»- на 20%, «руда-кварцевый песок» (отмытый)- на 30%. Введение оптимального количества кварцевого песка (5%) без его предварительной подготовки позволило снизить расход вяжущего без снижения прочности гипсового камня. Коэффициент размягчения гипсового камня при использовании бинарных наполнителей повысился с 0,3 (вяжущее без добавок) до 0,43-0,51.

Максимальная степень наполнения гипсового вяжущего бинарными добавками, при которой не наблюдается снижения прочности гипсового камня, составляет 16% в случае использования руды (11%) и кварцевого песка (5%) без его предварительной подготовки, 23% при совместном введении руды (8%) и отмытого кварцевого песка (15%), 19% для бинарной системы, включающей руду (5%) и известняк (14%), 20% для композиций, модифицированных цеолитсодержащей породой (15%) и болотной железной рудой (5%).

Электронно-микроскопические исследования образцов гипсового камня на основе композиционного вяжущего оптимального состава и из состава, не входящего в эту область, показали различие в плотности упаковки новообразованных кристаллов гипса и их морфологии (рис. 6).

а) б)

в) г)

Рис. 6 Микроструктура различных участков гипсового камня на основе композиционного вяжущего оптимального состава (а,б) и не входящего в оптимальную область (в,г) при увеличении х2000

Гипсовый камень, полученный в результате твердения вяжущего оптимального состава, имеет больший размер зерен новообразованного гипса и меньшую плотность агрегатов. Образующиеся более крупные зерна обеспечивают большую плотность кристаллизационных контактов между ними, что объясняет повышение плотности, прочности и водостойкости исследованных образцов. Тем самым в работе подтверждается, что для создания благоприятных условий кристаллизации гипса необходимо вводить наполнители в оптимальном количестве и при оптимальной тонкости помола.

Вместе с тем, выполненные в работе исследования показали, что на сроки схватывания модифицированных гипсовых композиций будут оказывать влияние не только количество и тонкость помола наполнителя, но и происхождение (механическое или химическое) дисперсности наполнителя. Например, установлено, что карбонатсодержащая добавка из шлама водоумягчения ТЭЦ и бинарные системы на ее основе позволяют замедлить схватывание гипсового вяжущего. При этом ни один из изученных в работе природных наполнителей, в том числе и карбонатные породы, даже при достаточно высокой степени помола не оказали влияние на схватывание гипсового теста. Это объясняется, на наш взгляд, различиями в механизме действия наполнителей в зависимости от природы их дисперсности.

Техногенная добавка обладает высокой удельной поверхностью (1000-1200 м2/кг), имеющей химической природу, и относится к коллоидным дисперсиям. Обладая высокой адсорбционной способностью и низкой смачиваемостью, такой наполнитель как бы оттягивает на себя воду, удерживая ее на своей поверхности, и затрудняет доступ воды к частицам вяжущего. Это замедляет схватывание и дает возможность вступить в реакцию с водой большему количеству полугидрата. Повышается степень гидратации вяжущего, и снижается риск возникновения гидратационных процессов после образования жесткого каркаса. Таким образом, механизм действия карбонатсодержащего наполнителя подобен действию пластифицирующих добавок, что позволяет нам считать его минеральным пластификатором. Исследование методом ИК-спектроскопии гипсового камня, модифицированного карбонатсодержащей добавкой, показало, что она оказывает влияние, прежде всего на состояние воды, усиливая донорно-акцепторные и водородные связи ее молекул и групп ОН-.

Адсорбционная способность механически диспергированных частиц значительно ниже, чем у техногенной добавки. И никакое механическое воздействие не позволяет достичь их коллоидного состояния. Поэтому даже при достаточно тонком измельчении они не оказывают существенного влияния на сроки схватывания, в том числе и при повышении их содержания в составе композиции. Кроме того, увеличивается их смачиваемость, и значительно облегчается доступ воды к частицам вяжущего. Природные модификаторы в данном случае играют роль абразива и улучшают гранулометрию вяжущего, за счет чего повышается плотность гипсового камня, его прочность и водостойкость, но процессы схватывания гипсового теста существенно не изменяются.

Анализ экспериментальных данных, выполненный с помощью метода многошагового регрессионного анализа, позволил нам получить обобщенные зависимости изменения сроков схватывания гипсового вяжущего от количества, тонкости помола и природы дисперсности наполнителя (рис. 7).

а) б)

Математическое описание влияния добавок различной природы на свойства строительного гипса показало, что в композициях с бинарными наполнителями существенную роль играет техногенная составляющая. Для вяжущих, в которые природная добавка вводилась совместно с карбонатсодержащим наполнителем, уравнения, описывающие влияние их количества на сроки начала (НС) и конца (КС) схватывания, прочность (R) и водостойкость (Кр) гипсового камня, имеют вид:

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29) (30) ( (31)

(32)

Анализ этих уравнений регрессии показал, что на сроки схватывания гипсовых композиций с бинарными наполнителями различной природы в большей степени оказывает влияние количество карбонатсодержащей добавки: его увеличение способствует замедлению схватывания. Установлено, что при повышении содержания как природных, так и техногенной добавок сверх оптимального, прочность и водостойкость гипсового камня будут снижаться.

Графо-аналитически нами было определено, что оптимальная степень наполнения вяжущего составляет 16-17% при введении карбонатсодержащей добавки (11-12%) в сочетании с 5% цеолитсодержащей породы, болотной железной руды или тонкомолотого кварцевого песка. Сроки начала схваты-вания полученных композиций находятся в пределах 20-25 минут. При этом прочность гипсового камня повышается на 20-23% при использовании в качестве одного из компонентов бинарной системы кварцевого песка или болотной железной руды, на 8%- при введении цеолитсодержащей породы.

Таким образом, применение минеральных добавок при оптимальной тонкости помола и дозировке с учетом природы их дисперсности позволило существенно улучшить технологические и физико-технические свойства низкомарочного строительного гипса при одновременном решении задачи рационального использования минеральных сырьевых ресурсов и проблемы утилизации техногенных отходов.

Полученные в главе 4 уравнения регрессии были использованы при разработке алгоритма компьютерного расчета рецептурных параметров гипсовых вяжущих, модифицированных минеральными наполнителями, который обеспечивает оптимизацию состава и требуемые эксплуатационные свойства.

Способы дальнейшей модификации гипсовых вяжущих во многом зависели от требований, которые предъявляются к материалам на их основе. Например, композиции для изготовления изделий и конструкций должны обладать достаточной прочностью и водостойкостью. При этом короткие сроки схватывания будут способствовать повышению эффективности производства, поскольку исключается необходимость длительной и высокотемпературной тепловой обработки изделий, а также повышается оборачиваемость форм. Использование гипсовых вяжущих в сухих отделочных смесях выдвигает на первый план задачу замедления сроков схватывания для увеличения жизнеспособности растворов на их основе. В этом случае прочность гипсового камня регламентируется назначением композиций и условиями эксплуатации растворов.

В качестве одного из эффективных методов направленного регулирования структуры и свойств гипсовых композиций в работе было предложено комплексное применение отечественных химических добавок и минеральных наполнителей различной природы. Были изучены физико-химические основы их рационального выбора с учетом функционального назначения. Исследовано влияние вида пластифицирующих добавок, способов их подготовки и применения на структуру и свойства композиционных гипсовых вяжущих. Установлено положительное влияние отечественных пластификаторов С-3, «Дефомикс», «Реламикс», «Линамикс», С-3М-15 и ПФМ-НЛК на технологические и эксплуатационные свойства гипсовых композиций, в том числе в присутствии минеральных наполнителей (болотная железная руда, карбонатсодержащая добавка, бинарные системы на их основе). Рациональное количество добавок «Дефомикс», «Реламикс», «Линамикс», С-3М-15 и ПФМ-НЛК составляет 0,1% от массы вяжущего, суперпластификатора С-3 – 0,5%. При этом прочность гипсового камня повышается на 20-25%, улучшаются показатели его плотности и водостойкости.

На примере суперпластификатора С-3 было показано, что применение пластифицирующих добавок в наполненных гипсовых композициях позволяет повысить прочность гипсового камня на 10-25%, при этом увеличив степень наполнения до 15% при использовании болотной железной руды и известняка, до 20% в случае введения руды и цеолитсодержащей породы, до 21 и 25% при модификации вяжущего рудой и кварцевым песком (исходным и отмытым соответственно).

Получены основные зависимости физико-технических свойств наполненных гипсовых композиций от вида и способа применения пластифицирующих добавок: водопотребность вяжущих более эффективно снижается при использовании химических модификаторов в жидком виде, сроки схватывания от порядка введения не зависят и сохраняются на уровне контрольных значений (без добавки). Установлено, что С-3 и «Реламикс» наиболее целесообразно применять в твердофазном состоянии (при этом наблюдается повышение прочности на 15 и 20% соответственно), добавки «Дефомикс» и ПФМ-НЛК- с водой затворения (прочность гипсового камня повышается на 25 и 16% соответственно). Порядок введения пластификаторов С-3М-15 и «Линамикс» существенного влияния на прочность гипсового камня не оказывает (сохраняется на уровне контрольного значении). Вместе с тем результаты наших исследований позволили установить, что добавка «Линамикс» может быть рекомендована для замедления схватывания гипсовых композиций без снижения прочности гипсового камня. При дозировке 0,5% от массы вяжущего в присутствии кальциевой извести она замедляет схватывание с 6-8 минут до 40, а при введении ее совместно с лимонной кислотой количество добавки может быть снижено до 0,1%.

В главе 4 было также исследовано влияние ряда отечественных и зарубежных добавок-замедлителей на физико-технические свойства гипсовых композиций, установлено их рациональное количество, при котором замедление схватывания не сопровождается снижением прочности гипсового камня: 0,1% для борной кислоты, не более 0,02% для добавок Plast Retard и винной кислоты, не более 0,06%- для замедлителя Retardan. Эффективность лимонной кислоты (рациональное количество- 0,06%) была достигнута при использовании ее в комплексе с отечественными суперпластификаторами.

Проектирование эффективных составов гипсовых композиций, рациональный выбор способов регулирования структуры и свойств материалов на их основе базировались не только на знаниях о закономерностях влияния тех и иных добавок, их дозировке и способах применения, но также и на теоретических основах процессов твердения и старения композиционных гипсовых вяжущих.

Вопросы гидратации и твердения гипсовых вяжущих относятся к числу проблем, имеющих большое практическое значение и разрабатываемых отечественными и зарубежными учеными на достаточно высоком экспериментальном и теоретическом уровне. Они получили развитие в работах М.Г. Алтыкиса, М.С. Гаркави, А.Ю. Ласиса, О.П. Мчедлова-Петросяна, А.Ф. Полака, В.Б. Ратинова, Т.И. Розенберг, П.А. Ребиндера, Е.Е. Сегаловой, а также др. ученых и легли в основу современных представлений.

Неоднозначны высказываемые мнения и по вопросу изменения свойств гипсовых вяжущих в процессе длительного хранения. Они изложены в работах М.Г. Алтыкиса, В.П. Балдина, Г.Г. Булычева, А.В. Волженского, А.Ю. Ласиса, В.В. Эвальда, С.И. Юрчика и других ученых. Сведения, приводимые в научно-технической литературе о сроках хранения строительного гипса без снижения его активности, а также о характере изменения его физико-технических свойств, противоречивы.

В главе 5 рассмотрены особенности гидратации, твердения и старения композиционных гипсовых вяжущих, модифицированных комплексом добавок, развиты научные представления об этих процессах.

Установлено, что гидратация, твердение и старение сложных композиций, состоящих из различных компонентов (вяжущие, минеральные наполнители, добавки различного рода), имеют ряд особенностей.

Кондуктометрическим методом в работе были получены кинетические кривые изменения силы тока в водных суспензиях гипсовых вяжущих (рис.8-10). Выявлено, что характер их взаимодействия с водой и формирование прочности гипсового камня зависят от наличия и вида используемых добавок. Он различен для быстро- и медленнотвердеющих вяжущих, а в композициях на основе их смеси процессы структурных преобразований бассанита и ангидрита в стабильный гипс носят аддитивный характер (рис.8).

На каждой кинетической кривой (за исключением нерастворимого ангидрита) условно было выделено 5 участков, описывающих процессы при

Рис.8 Кинетические кривые изменения силы тока в водных суспензиях строительного гипса (1), нерастворимого ангидрита (2), и их смеси (3)

Рис.9 Кинетические кривые изменения силы тока в водных суспензиях смеси строительного гипса и нерастворимого ангидрита: 1- в присутствии 5% кальциевой извести, 2- в присутствии 5% кальциевой извести и суперпластификатора С-3

 инетические кривые изменения-25

Рис. 10 Кинетические кривые изменения силы тока в водных суспензиях смеси строительного гипса и нерастворимого ангидрита: 1- с добавками 5% кальциевой извести, 0,5% суперпластификатора С-3 и 10% известняка; 2- то же с добавкой 5% исходного кварцевого песка, 3- то же с добавкой 10% отмытого кварцевого песка

гидратации и твердении. Участок I резкого повышения электропроводности характеризует интенсивное растворение полугидрата. Практически одновременно с ним начинается процесс образования кристаллов двугидрата (участок II), в результате чего скорость, с которой растет сила тока, снижается. Участок III максимальной электропроводности свидетельствует о насыщении раствора ионами Ca2+ и SO42-. Из пересыщенного раствора выкристаллизовывается двугидрат, вследствие чего концентрация ионов Ca2+ и SO42- в растворе снижается. Этот процесс характеризуется падением силы тока (участок IV). Горизонтальная линия на участке V свидетельствует об отсутствии процессов растворения. В этот период происходит интенсивный рост кристаллов двугидрата.

Существенные отличия имеет кривая, описывающая процесс твердения нерастворимого ангидрита (рис. 8, кривая 2). На ней можно выделить лишь два характерных участка, что связано с иным, нежели у строительного гипса, механизмом взаимодействия с водой. Известно, что в отсутствие активаторов твердения преобразование ангидрита в гипс происходит крайне медленно, на что указывает характер участка I (медленное незначительное повышение силы тока в течение длительного времени). Взаимодействие с водой в данном случае происходит, по нашему мнению, благодаря наличию в ангидрите частиц различной гранулометрии, в том числе и размером менее 0,05 мкм, которые, как известно, способны гидратироваться в отсутствие активаторов твердения. Вследствие этого нерастворимый ангидрит взаимодействует с водой, образуя некоторое количество двугидрата, который в свою очередь активирует дальнейший процесс гидратации. Этому, вероятно, будет способствовать также и примесь полугидрата, присутствующая в незначительных количествах в составе нерастворимого ангидрита. На кривой нет явно выраженного участка насыщения, что может свидетельствовать об одновременном протекании процессов растворения и кристаллизации.

Участок II характеризуется субгоризонтальной линией, характер которой не позволяет нам говорить о прекращении процессов растворения и кристаллизации; они, очевидно, продолжаются и в более поздние сроки. Это было подтверждено результатами физико-технических испытаний.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.