АНГИДРИТОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МИКРОКРЕМНЕЗЕМОМ И ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОМ. ВКР. Обзор существующих композиций минеральных вяжущих на основе сульфата кальция 6

• Название: Обзор существующих композиций минеральных вяжущих на основе сульфата кальция 6
• Анкор: АНГИДРИТОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МИКРОКРЕМНЕЗЕМОМ И ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОМ
• Дата: 24.09.2022
• Размер: 1.73 Mb.
• Имя файла: ВКР.docx
• Тип: Глава; #693789
• страница: 2 из 13

Глава 1. Обзор существующих композиций минеральных вяжущих на основе сульфата кальция

1.1 Область применения композиционных материалов

на основе сульфата кальция

В наше время развитие композиционных материалов на основе сульфата кальция идет по двум направлениям: для изготовления изделий заводской готовности и производства сухих порошков [1, 2]. Материалы на основе сульфата кальция (минерал гипс и ангидрит), по сравнению с другими изделиями, имеют ряд преимуществ: гигиеничность, сравнительно небольшая средняя плотность, высокая тепло- и звукоизолирующая способность, огнестойкость, архитектурной выразительность и небольшие топливноэнергетические затраты [3, 4].

Материалы с минеральной матрицей на основе сульфата кальция в большинстве случаев используются во внутренних помещениях. Это связано с малой долговечностью, проявляемой в значительном снижении прочности при увлажнении. Кроме того, такие материалы подвержены деформациям ползучести, что ограничивает их применение в изгибаемых конструкциях. Дисперсные системы на основе сульфата кальция эффективно используются для получения перегородочных, облицовочных, тепло- и звукоизоляционных элементов, и огнестойких материалов [5]. При производстве материалов в основном используются связующие, полученные высокотемпературным обжигом, например, гипс.

Для получения композиционных изделий и материалов применяются легкие и тяжелые наполнители неорганической или органической природы. Назначение наполнителей – сократить расход вяжущего и улучшить некоторые свойства материала. Физико-механические параметры таких материалов зависят от свойств сформировавшейся матрицы, наполнителя и прочности связи матрицы и наполнителя [6].

В наружных конструкциях порошки на основе сульфата кальция применяются редко. На их основе изготавливаются блоки и камни для возведения стен малоэтажных зданий. Мониторинг наружных стен показал, что они долговечны в устойчиво-сухих и умеренно-влажных климатических условиях [7].

Эффективным является использование ячеистых бетонов на основе сульфата кальция в виде теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструктивных изделий [8, 9]. По свойствам они сравнимы с поризованным бетоном на портландцементной основе. Пено- и газобетоны эффективно используются в качестве наполнителя для обеспечения теплоизоляционных параметров конструкций и снижения их веса и при условии защиты от воздействия влаги могут применяться как и пенобетоны. В состав формующего раствора могут вводиться пенообразователи и газообразователи. При совместном твердении они выделяют кислород и молотый известняк, который образует углекислый газ, вспучивающий смесь [10].

Малая долговечность, обусловленная низкой водостойкостью, является одной из основных причин ограничения применения порошковых материалов на основе сульфата кальция. Низкую водостойкость объясняют две причины: высокая растворимость новообразований и поглощение влаги микродефектами материала [11]. Будников П.П. и Юнга В.Н. считают, что низкая водостойкость сульфата кальция обуславливается высокой растворимостью новообразований из двугидрата сульфата кальция. По этой причине связь между кристаллами при увлажнении ослабевает, и прочность снижается. При этом адсорбция дополняется большой пористостью закристаллизованных систем [12]. По мнению автора [13] низкая водостойкость изделий определяется высокой растворимостью новых кристаллитов в воде и пористостью структуры.

Повышения водостойкости возможно достичь за счет растворимости сульфата кальция в воде, уплотнением массы, пропиткой изделий веществами, которые препятствуют прониканию в него влаги, наружной защитой изделий [14]. Эти способы имеют следующие недостатки. Уплотнение ведет к повышенному расходу вяжущего и усложнению технологии производства. Для пропитки изделий применяются различные полимеры, и также усложняется технология изготовления. Растворимость уменьшается при добавлении фосфорнокислого кальция [15], введении портландцемента или гранулированных доменных шлаков совместно с активными минеральными добавками.

Область применения композиционных материалов на основе сульфата кальция может быть расширена за счет применения смешанных минеральных связующих. На основе гипсоцементнопуццолановых, гипсоцементношлакопуццолановых связующих (ГЦПС) могут изготавливаться материалы с высокой прочностью и водостойкостью со следующим соотношением компонентов: гипс – 50-80 %, портландцемент – 15-25 %, гидравлическая добавка – 10-25 %. Эти материалы могут быть использованы при возведении конструкций наружных стен жилых и производственных зданий, а также в качестве перегородок в сооружениях сельскохозяйственного и промышленного назначения [16]. Изделия на основе ГЦПС выпускаются в малом количестве, что вероятно связано с высоким расходом портландцементного вяжущего при производстве и отсутствием в некоторых регионах страны минеральных наполнителей.

Для изменения свойств композиционных материалов могут применяться армирующие компоненты такие как картонная оболочка, каркас из деревянных планок, металлические стержни, проволока или сетка, бумажная макулатура, стекловолокно и алюминий [17]. Измельченная макулатура имеет большой запас прочности на разрыв и изгиб и придает эти же свойства материалам. Использование металлической арматуры бессмысленно, т. к. ей необходима защита от коррозии и, кроме того, между минеральной матрицей и металлом плохое сцепление. При введении органических материалов с волокнами (дерево, бумага, шерсть животных) происходит их объемное увеличение под влиянием влаги и усадка при ее отдаче, что приводит к ухудшению сцепления, кроме того, эти волокнистые материалы неустойчивы к биологическим поражениям. Более широко распространены композиционные материалы на основе стекловолокна – стеклонити, стекловаты, стекложгута. Введение стекловолокна в фосфогипс [18] способствует повышению прочности на растяжение, изгиб и ударную прочность. Комплексное использование стекловолокна и полимерной эмульсии в минеральной матрице позволяет получить синергетический эффект со повышением прочности на изгиб [19]. Их применение значительно повышает прочность изделий, однако армирование способствует увеличению трудоемкости и усложняет технологию производства.

Все большее распространение получают композиционные материалы на основе безводного сульфата кальция (минерал ангидрит). Будниковым П.П. установлено, что в добавлении различных порошков нерастворимый ангидрит способен кристаллизоваться и отвердевать. Было выявлено, что при этом оказывается влияние комбинаций порошковых наполнителей на характеристики ангидритового связующего. Для производства материалов на основе природного ангидрита необходимо произвести очень тонкий помол ангидритового камня (менее 0,6 мм) [20]. Композиционные материалы на основе ангидрита обладают более высокой прочностью и долговечностью, по сравнению с материалами на основе гипса. Это объясняется остатком негидратированного ангидрита и повышенной плотностью.

Композиционные материалы на основе ангидрита могут использоваться при изготовлении штукатурных смесей и монолитных полов с применением активизаторов твердения и пластификаторов [21, 22, 23]. Полы на их основе обладают высокой точностью размеров, сохранением первоначального объема, быстрым твердением по сравнению с цементными растворами [24]. Увлажненные матрицы на основе ангидритовых порошков подвержены ползучести под действием нагрузки, но их величина значительно ниже, чем у систем на основе гипса.

Авторами [25] были предложены растворы и бетоны на основе ангидритового вяжущего с различными наполнителями. Ангидритовые смеси хорошо сцепляются с поверхностью, растворы на шлаковых песках более морозостойки, чем на речных песках. Шлаковые бетонные блоки морозостойки и водостойки. Они отличаются низкой удельной теплопроводностью, огнестойки и могут применяться для возведения ограждающих, несущих и теплозащитных конструкций. Блоки с добавлением опилок менее прочны и могут использоваться только в одноэтажном строительстве при оштукатуривании стен с двух сторон. Есть возможность использования порошковых систем на основе ангидрита для закрепления и заполнения выработанных пространств или для упрочнения горных пород [26].

Растет доля применения композиционных материалов, получаемых из отходов различных производств, особенно фторангидрита и фосфогипса. Авторами [27] отмечается возможность использования фосфогипса и фторангидрита для получения композиционных материалов. В работах [28] авторами указана эффективность применения фосфогипса при получении композиционных материалов на основе ангидрита для устройства самонивелирующихся стяжек полов. Использование фторангидрита для получения пазогребневых перегородок возможно путем его активации хлоридом кальция (до 3 %) или сульфатом калия (2-3 %), в штукатурной смеси, для получения полистиролбетона. В работе [29] активация фторангидрита производится цементной пылью для производства стеновых изделий, авторами статьи [30] предложена возможность использования техногенного гипса путем его прессования с пластификаторами и поливиниловым спиртом.

Обзор литературы показал, что с использованием минеральных матриц на основе сульфата кальция можно получить различные композиционные материалоы. Однако вследствие недостаточной прочности и долговечности они имеют малую область применения. Расширение применения возможно достигнуть использованием комплексных минеральных систем. При этом используется большое количество дефицитного сырья, которое повышает стоимость композиционных материалов. Инертные компоненты, которые используются как наполнители, не ведут к химическому взаимодействию с минеральной матрицей, взаимодействие происходит на физико-механическом уровне, что не позволяет достигать значительного улучшения физико-механических свойств материала. Свойства композиционных материалов с матрицей на основе порошков сульфата кальция в значительной степени определяются состоянием структуры матрицы. Введение активных добавок дает возможность влиять на структуру матрицы и достигать требуемых физико-механических характеристик. При производстве изделий целесообразно использовать материалы на основе ангидрита, обладающие высокой прочностью и долговечностью, чем гипс. Применение этих материалов снижает стоимость композиционного материала, так как при получении исключается операция обжига.