Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

ГЦПВ получают, смешивая полуводный гипс (строительный или высокопрочный), портландцемент и ту или иную кислую активную минеральную (пуццолановую) добавку.

Как известно, смеси гипсовых вяжущих веществ с портландцементом при твердении характеризуются неустойчивостью. При затворении водой они вначале интенсивно твердеют, но через 1—3 мес, 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 высокооснбвных алюминатов кальция, содержащихся в портландцементе, и сульфата кальция.

Представлялась заманчивой возможность сочетания гипсовых материалов с портландцементом в любых соотношениях и получения вяжущих, твердеющих без разрушительных деформаций и характеризующихся водостойкостью, высокой сульфатостойкостью и быстротой роста прочности, т. е. положительными свойствами, присущими отдельным компонентам.

Эти системы под руководством А. В. Волжемского исследовали Р. В. Иванникова, В. И. Стамбулко, Г. С. Коган, А. В. Ферронская, 3. С. Краснослободская и др. Было установлено, что если в смеси гипсовых вяжущих веществ с портландцементом вводить надлежащее количество пуццолановых (гидравлических) добавок, содержащих кремнезем в активной форме, то достигаются полная их стабильность и рост прочности при длительном твердении в воздушной или водной среде без разрушительных деформаций.

При твердении вяжущих из смеси гипса, портландцемента и пуццолановой добавки роль последней сводится вначале к снижению концентрации гидроксида кальция в водной среде до такого уровня, при котором нарушаются условия стабильного существования высоко-основных гидроалюминатов кальция (-^СаО-АЦОг 13Н20 и ЗСаО-А1203-6Н20) и создаются предпосылки к переходу их в более устойчивые низкоосновные. При этом Са'(ОН)2 и Si02 дают гидросиликаты типа CSH(B), по Р. Боггу, или С—S—Н(1), по X. 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, по-видимому, односульфатная форма ЗСаО-А1203-Са504- 12H20, гидрогранаты ЗСаО-Al203-nSi02(6—2/г)Н20, гидросиликоалюминат 3CaO-Al203-CaSi03- 12H20, гипс CaSCr •2Н20 и их твердые растворы.

Переход эттрингита в односульфатную форму по схеме. ЗСаО • А1203 • 3CaS04 • 31 Н20->ЗСаО • А1203' CaS04-•12H20+2CaS04'2H204-15H20 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 гидроалюмосиликатов 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  «цементной бациллы» 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 °/о содержания портландцемента в трехкомпонентной смеси.

В качестве пуццолановых добавок используют обычно такие материалы, как трепел, опоки, диатомит, активные вулканические породы, глины, обожженные при 600—700 °С, некоторые активные золы и т. п. Желательно применять высокоактивные кислые минеральные добавки по ОСТ 21-9-74.

В настоящее время используются гипсоцементно-пуццоллановые вяжущие примерно следующего состава (% по массе):

Полуводиый гипс                 75—50

Портландцемент                  15—25

Пуццолаиовая добавка (трепел, опока, диатомит)

активностью не менее 200 мг/г      10—25

Вместо портландцемента целесообразно применять пуццолановый портландцемент с надлежащим количеством активной гидравлической добавки и, наконец, шлакопортландцемент. Если имеются гранулированные доменные шлаки, то целесообразно изготовлять гипсошла-коцемеитные 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 активизации вяжущих свойств шлаков. При повышенной основности доменных шлаков возникает необходимость ввода в ГШЦВ также пуццолаиовых добавок (10—15%) для снижения концентрации гидроксида кальция до безопасных пределов.

Г. И. Книгина предложила готовить подобные вяжущие совместным помолом или тщательным смешением измельченного двуводного гипса, доменного шлака и горелых пород, содержащих в активной форме кремнезем и глинозем.

В связи с тем, что на устойчивость этих систем при твердении решающее влияние оказывают активность и содержание пуццолановой добавки, очень важно строго ее дозировать. Для этого по методике МИСИ им. Куйбышева титрованием определяют концентрацию СаО в водной суспензии гипса, портландцемента и пуццолановой добавки. Концентрация СаО должна быть не выше 1,1 г/л через 5 сут и ниже 0,85 г/л через 7 сут. Если концентрация при титровании окажется более высокой, то количество добавки по отношению к цементу увеличивают. Свойства этих вяжущих должны соответствовать требованиям ОСТ 21-9-81.

Гипсоцементно-пуццолановые и гипсошлакоцементные вяжущие получают тщательным смешением всех составляющих. При этом пуццолановая добавка или доменный шлак должны быть предварительно высушены и измельчены до остатка не более 10 % на сите № 008.

Из ГЦПВ, изготовленных на основе строительного гипса, и портландцемента марки 400 (по ОСТ 10178—76) 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 ч после изготовления достигает 30—40 % марочной.

Бетоны из ГЦПВ с использованием высокопрочного а-гипса имеют через 2—3 ч прочность на сжатие 10— 12 МПа, а через 7—15 сут 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 изделий из ГЦПВ их можно пропаривать при 70—80 °С в течение 4—6 ч, причем достигаемая прочность составляет 70—90 % конечной. Стальную арматуру в изделиях на ГЦПВ нужно защищать соответствующими покрытиями или добавками NaNO*.

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 портландцемента м.

С 1956 г. гипсоцементно-пуццолановые вяжущие успешно применяют в строительстве. На их основе методом проката на стане И. 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 поливинилацетатного полимера или дивинилстирольного латекеа 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 свойствами и долговечностью.