Статья опубликована в рамках: XXVI Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 18 ноября 2014 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Архитектура, Строительство
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
КОМПОЗИЦИОННЫЕ ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГОРЕЛЫХ ПОРОД ДЛЯ ПЕНОБЕТОНОВ
Богдокумова Светлана Валериевна
студент 5 курса инженерно-технического института, РФ, г. Якутск
Email : Sveta_Bogd92@mail.ru
Егорова Анастасия Дмитриевна
научный руководитель, канд. тех. наук, доцент кафедры ПСМиК, ИТИ, СВФУ, РФ, г. Якутск
В практику малоэтажного строительства в настоящее время активно внедряются низкомарочные бетоны и материалы, основу которых составляет композиционное гипсовое вяжущее вещество (КГВ). Такие материалы по теплозащитным, звукоизолирующим свойствам и огнестойкости превосходят аналогичные бетоны и материалы на портландцементе, а по декоративным и экологическим показателям они не имеют себе равных в строительстве [1].
Актуальность : В условиях республики Саха (Якутия) актуальным является разработка экологически чистых энергоэффективных стеновых материалов, получаемых по энерго- и ресурсосберегающим технологиям.
Этим требованиям отвечают легкие бетоны на основе гипсового вяжущего вещества, в которое для повышения долговечности вводят гидравлические добавки.
Цели и задачи:
1. Оптимизация состава КГВ с применением горелых пород Кильдямского месторождения.
2. Разработка технологии производства неавтоклавного ячеистого бетона по плотности D500 и класса по прочности B1,5 на основе разработанного КГВ.
3. Получение зависимостей свойств пенобетона от его состава.
Пенобетон — это искусственный пористый камень получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из: композиционного гипсового вяжущего (портландцемента, горелой породы, суперпластификатора) воды и пенообразователя, регулирующего плотность.
Необходимо применение специальных модифицирующих добавок, замедляющих схватывание, повышающих прочность и водостойкость. Подобные составы вяжущих на основе модифицированного гипса известны давно и носят названия ГЦПВ (гипсоцементно-пуццолановое вяжущее) и КГВ (композиционное гипсовое вяжущее).
Исследование свойств сырьевых компонентов для производства композиционного гипсового вяжущего (КГВ):
1. Определялся химический состав исходных материалов.
2. Отрабатывалась технология получения гипсового вяжущего вещества.
3. Исследовалась возможность применения местного сырья для производства гипсового вяжущего.
Гипс — быстротвердеющее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция CaSO4 • 0,5Н2О, получаемого низкотемпературной (<200°С) обработкой гипсового сырья.
Сырьем для гипса служит в основном природный гипсовый камень, состоящий из двуводного сульфата кальция (CaSO4•2Н2О) и различных механических примесей (глины и др.). В качестве сырья могут использоваться также гипс содержащие промышленные отходы, например, фосфогипс, а также сульфат кальция, образующийся при химической очистке дымовых газов от оксидов серы с помощью известняка. Все это указывает на то, что проблем с сырьем для гипсовых вяжущих нет.
Получение гипса включает две операции:
· термообработку гипсового камня на воздухе при 150... 160 °С; при этом он теряет часть химически связанной воды, превращаясь в полуводный сульфат кальция β- модификации:
CaSO4 • 2Н2О → CaSO4 • 0,5Н2О + 1,5Н2О
· тонкий размол продукта, который можно производить как до, так и после термообработки; гипс — мягкий минерал (твердость по шкале Мооса — 2), поэтому размалывается он очень легко.
Таким способом производится основное количество гипса; обычно для этого используют гипсоварочные котлы. Доступность сырья, простота технологии и низкая энергоёмкость производства (в 4...5 раз меньше, чем для получения портландцемента) делают гипс дешевым и привлекательным вяжущим.
Горелые породы представляют собой метаморфизованные угленосные породы, подвергнутые обжигу при подземных пожарах. Необходимые фракции этого материала получают его дроблением с последующей сортировкой.
Горелые породы представляют собой продукты обжига песчаников и сланцев угленосной толщи.
Главной составной частью горелых пород является обожженная глина. Качество этих пород как гидравлических добавок определяется их составом и условиями обжига. В зависимости от вида преобладающих примесей различают несколько подгрупп горелых шахтных пород; чисто-глинистые белого, розового и светло-желтого цветов, железисто-глинистые темно-красного и ярко-красного цветов и песчанистые кирпичного цвета.
Были проведены исследования при кафедре «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» ИТИ СВФУ по разработке технологии производства ГВВ на базе сырья данного месторождения. Для этого был определен минералогический и химический составы гипсового камня.
Рентгенодифракционный анализ на дифрактометре D8 Discover with GADDS показал, что исследуемый материал состоит из гипса и доломита (рис. 1). Красные линии — линии гипса CaSO4·2H2O, синие — доломита CaMg(CO3)2.
Рисунок 1. Рентгенодифракционная диаграмма гипсового камня Даппарайского месторождения
Химические составы исследуемого гипсового камня и горелой породы определяли рентгеноспектральным анализом на спектромтере SRS-3400. Результаты приведены в табл. 1 и 2.
Таблица 1.
Химический состав гипсового камня Даппарайского месторождения
|
Содержание компонентов, % от общей массы |
|||||||
|
CaO |
SO3 |
MgO |
SiO2 |
Cl |
Al2O3 |
K2O |
п.п.п. |
|
34,21 |
56,5 |
5,37 |
3,4 |
0,27 |
0,095 |
0,023 |
0,132 |
Таблица 2.
Химический состав горелой породы Кильдямского месторождения
|
Содержание компонентов, % от общей массы |
|||||||||
|
CaO |
K2O |
Na2O |
Fe2O3 |
MgO |
Al2O3 |
SiO2 |
P2O5 |
Cl |
TiO2 |
|
0,544 |
3,37 |
1,27 |
3,261 |
0,096 |
9,61 |
81 |
0,32 |
0,16 |
0,162 |
В дальнейшем гипсовый камень был подвержен измельчению и термической обработке в сушильном шкафу СНОЛ 300 при температуре 150 ºС. Так как гипсовое сырье, отобранное для эксперимента содержало большое количество примеси доломита, было решено провести селекционный отбор с целью уменьшения его содержания. После термической обработки гипсовое вяжущее получили измельчением на лабораторной планетарной мельнице, а затем определили его основные свойства. Результаты эксперимента приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Результаты испытания режима тепловой обработки
|
Режим тепловой обработки гипсового камня |
Свойства |
|||||
|
Тонкость помола, % |
Нормальная густота, % |
Сроки схватывания |
Предел прочности при изгибе, МПа |
Предел прочности при сжатии, МПа |
||
|
Начало, мин |
Конец, мин |
|||||
|
t=150° |
19,06 |
55,4 |
6—30 |
8—45 |
2,55 |
3,1 |
|
t=140º |
23,00 |
58,0 |
1—00 |
5—30 |
1,43 |
1,2 |
|
t=160º |
9,66 |
58,0 |
2—00 |
8—00 |
2,43 |
2,6 |
|
На растворе солей (NaCl, NaHCO3) при t=90º |
19,96 |
43,0 |
5—30 |
7-00 |
3,19 |
4,2 |
Анализ полученных данных показывает, что уменьшение количества примесей доломита положительно влияет на марочную прочность. При этом сокращение его содержания на 15 % дает повышение предела прочности при сжатии в возрасте 2 часа на 2 МПа. Это позволяет предположить, что на чистом гипсовом сырье можно будет получить вяжущее марки Г5-Г6.
Были также определены свойства разных гипсовых вяжущих. Свойства показаны в табл. 4.
Таблица 4.
Результаты определения основных свойств разных ГВВ
|
ГВВ |
Свойства |
|||||
|
Тонкость помола, % |
Нормальная густота, % |
Сроки схватывания, |
Предел прочности |
|||
|
Начало мин - сек |
Конец мин - сек |
при изгибе, МПа |
при сжатии, МПа |
|||
|
Алебастр |
12,66 |
56 |
5—30 |
7—30 |
4,03 |
— |
|
Сунтарское сырье |
20,76 |
52 |
3—00 |
6—00 |
— |
8,14 |
|
Даппарайское сырье |
20 |
19,1 |
55,4 |
6—30 |
8—45 |
0,69 |
Для данного исследование был использован органический пенообразователь французского происхождения марки FoamCem.
Были изготовлены образцы пеногипсовых кубов с размерами ребра 10х10х10 см. Составы которых приведены в таблице 5 и 6.
Таблица 5.
Результаты испытания при плотности D 500
|
№ |
Наименование |
Масса гипса, грамм |
Объем пены, литр |
Кол-во воды |
Масса образца, грамм |
Плотность, гр/см3 |
Прочность, МПа |
|
1 |
Состав 1 |
500 |
0,5 |
280 |
480,52 |
0,490 |
0,729 |
|
2 |
Состав 9 |
500 |
0,5 |
280 |
530,58 |
0,541 |
0,675 |
|
3 |
Состав 11 |
500 |
0,5 |
280 |
549,09 |
0,560 |
1,206 |
|
4 |
Состав 13 |
500 |
0,5 |
280 |
559,73 |
0,583 |
0,775 |
|
5 |
Состав 7 |
500 |
0,6 |
280 |
513,81 |
0,513 |
0,443 |
|
6 |
Состав 8 |
500 |
0,6 |
280 |
489,65 |
0,525 |
0,216 |
Таблица 6.
Результаты испытания при плотности D 600
|
№ |
Наименование |
Масса гипса, грамм |
Объем пены, литр |
Кол-во воды |
Масса образца, грамм |
Плотность, гр/см3 |
Прочность, МПа |
|
1 |
Состав 3 |
600 |
0,4 |
336 |
672,93 |
0,731 |
1,738 |
|
2 |
Состав 4 |
600 |
0,4 |
336 |
626,3 |
0,632 |
1,806 |
|
3 |
Состав 10 |
600 |
0,5 |
336 |
594,38 |
0,600 |
0,938 |
|
4 |
Состав 12 |
600 |
0,5 |
336 |
656,69 |
0,684 |
2,224 |
|
5 |
Состав 2 |
600 |
0,5 |
336 |
514,22 |
0,514 |
0,858 |
|
6 |
Состав 14 |
600 |
0,5 |
336 |
592,92 |
0,581 |
0,920 |
|
7 |
Состав 6 |
600 |
0,5 |
336 |
625,48 |
0,651 |
1,114 |
|
8 |
Состав 5 |
600 |
0,5 |
336 |
641,1 |
0,654 |
0,678 |
Результаты показывают, что при плотности D500 образцы пеногипсовых кубов не дают достаточно высокую прочность. Увеличение содержания пены отрицательно влияет на прочность, а ее уменьшения приводит к снижению объема пеногипсового теста.
При плотности D600 и при количестве пены 0,4 л образцы показывают достаточно высокую прочность. В целях экономии гипсового вяжущего и пены планируется ввести добавку горелой породы Кильдямского месторождения.
В дальнейшем будет проведена исследование свойства горелой породы и ее влияние на свойства пеногипса.
Список литературы:
1.Волженский А.В. Вяжущие вещества. М., 1989.
2.Объяснительная записка к обзорной карте месторождений строительных материалов ЯАССР.Т. 1, Т. 2. М., 1988.
3.Ферронская А.В. Долговечность гипсовых материалов, изделий и конструкций. М., 1984
дипломов