Влияние химических добавок на свойства гипсового вяжущего

Д. В. Амелина, Л. И. Сычева

Аннотация

В работе проанализировано влияние добавок, часто применяемых в технологии сухих строительных смесей, на свойства гипсовых вяжущих.

Качество, надежность и долговечность – вот основные требования, которые предъявляются сегодня строительным материалам. Наиболее полно этим требованиям отвечают модифицированные сухие смеси, которые стали неотъемлемой частью современного строительства.

Сухие строительные смеси (ССС) представляют собой смесь вяжущих, заполнителей и различных добавок. В настоящее время широко применяются ССС на основе гипсового вяжущего. Гипсовые материалы обладают достаточными показателями прочности на сжатие и изгиб, высокими теплои звукоизоляционными свойствами. Изделия из гипсового вяжущего благодаря природному свойству гипса поглощать и отдавать влагу, обеспечивают оптимальный уровень влажности в жилых помещениях. Рецептурами большинства видов ССС предусматривается применение пластифицирующих, водоудерживающих добавок и редиспергируемых полимерных порошков.

Цель данной работы – анализ влияния химических добавок на морфологию кристаллов двуводного гипса и прочностные свойства гипсового камня.

В работе были использованы следующие добавки: эфир целлюлозы Culminal MHPC 6000PF, редиспергируемый полимерный порошок (РПП) Neolith P6300, поверхностно-активная добавка Esapon 1850.

Эфир целлюлозы является водоудерживающей добавкой. Эту добавку вводили в гипсовое тесто для снижения скорости потери влаги при твердении на воздухе. Добавка Neolith используется для диспергации гипсовых агломератов, повышает прочностные характеристики, пластичность структуры. Добавку Esapon вводили для повышения подвижности (удобоукладываемости) гипсового теста, а так же для создания особой поровой структуры затвердевшего материала. Такая структура гипсового камня способствует повышению трещиностойкости и морозостойкости.

Так как влияние модифицирующих добавок на свойства вяжущих материалов в первую очередь обусловлено изменением морфологии продуктов гидратации, для изучения последней, были искусственно получены кристаллы двуводного гипса.

Синтез кристаллов гипса проводили сливанием двух растворов СаСl₂ и Na₂SO₄, концентрации растворов подбирали таким образом, что бы выход продукта составил 10 г. Кристаллы гипса получали как в присутствии добавок, так и без них.

Концентрации добавок составляли: для эфира целлюлозы – 0,05%, для поверхностно-активной добавки Esapon – 0,1%, для редиспергируемого порошка Neolith – 2% от теоретической массы выхода продукта.

Гипс кристаллизуется в виде игольчатых призмы длинной 90 – 240 мкм. В присутствии всех добавок образуются короткие столбчатые кристаллы, сросшиеся по грани [110]. Эфир целлюлозы приводит к образованию призм длинной 20 – 55 мкм, кристаллы представлены в основном сростками.

Наличие добавок Neolith и Esapon способствует образованию, как сросшихся призм, так и тонких одиночных кристаллов. В присутствии добавки Esapon образуются кристаллические сростки длинной 20 – 55 мкм и тонкие призмы длиной 80 – 130 мкм. Добавка Neolith приводит к образованию кристаллических сростков длинной 60 – 110 мкм и игольчатых кристаллов длиной 110 – 170 мкм (рис.1).

Рис.1. Кристаллы гипса: а – без добавок, б – эфир целлюлозы, в – Esapon, г – Neolith. Увеличение 500х

Далее было оценено влияние добавок на прочностные свойства гипсового камня. Добавки вводили в гипсовое вяжужее с водой затворения, в следующих количествах: эфир целлюлозы – 0,05%, Neolith – 2% и Esapon – 0,1% от массы вяжущего. Кроме того добавки Neolith и Esapon вводили в гипсовое вяжущее комплексно в тех же количествах, что бы оценить их совместное влияние на прочность гипсового камня.

При твердении гипсового камня его прочность с течением времени увеличивается, что обусловлено уменьшением его пористости. Эфир целлюлозы MHPC 6000PF не влияет на прочность на ранних сроках твердения гипсового камня, но прочность на изгиб образцов твердевших 7 суток, содержащих добавку больше на 15%, а прочность на сжатие на 30%, чем прочность образцов без добавок (рис.2).

Добавки Neolith и Esapon не оказывают влияние на прочность влажных образцов, а прочность на изгиб сухих образцов, содержащих эти добавки превышает прочность бездобавочных на 20% (рис.2).

Рис.2. Прочность гипсового камня, модифицированного добавками: б/д – бездобавочный, Э.Ц. – эфир целлюлозы MHPC 6000 PF, Е – Esapon, N – Neolith, EN – комплексная добавка Neolith+ Esapon

В случае введения добавки Neolith это можно объяснить способностью этой добавки образовывать при испарении воды пленки обладающие высокой деформируемостью. Данные полимерные пленки имеют большую прочность на изгиб, чем минеральное вяжущее. На ранних сроках твердения данные добавки замедляют процесс гидратации, образуя на частицах вяжущего пленки, которые с течением времени разрываются, и процесс гидратации возобновляется. Образцы, содержащие добавку Esapon, имеют наименьшую прочность по сравнению с образцами, содержащими другие добавки. Эта добавка является ПАВом, она уменьшает поверхностное натяжение воды, и тем самым улучшает смачиваемость самых мелких частиц растворной смеси, что приводит к воздухововлечению и увеличению пористости (рис.3).Открытую пористость определяли для образцов твердевших 7 суток.

Рис. 3. Открытая пористость гипсового камня

Добавки, способствующие формированию коротких сросшихся кристаллов двуводного гипса, позволяют получить гипсовый камень с большей прочностью, чем гипсовый камень, образованный тонкими, игольчатыми кристаллами двуводного гипса.