УДК 691.51/55
Х.-Б. Фишер, С.С. Шленкина, М.С. Гаркави
Ваймарский строительный университет, Магнитогорский государственный технический университет
Процесс «старения» гипсового вяжущего заключается в его гидратации парами воды, содержащимися в окружающей среде. Этот процесс зависит от температурно-влажностных условий хранения гипсового вяжущего, а при прочих равных условиях – от вида вяжущего, определяемого способом его изготовления.
В качестве объектов экспериментального исследования были использованы a— и b-модификации полуводного гипса, свойства которых приведены в таблице.
Различие в технологии получения гипсовых вяжущих предопределяет разницу в их кристаллическом строении при практически одинаковом химическом составе. Проведенный рентгенофазовый анализ показал, что в структуре кристаллов a-модификации меньше микроискажений, чем в кристаллической решетке b-модификации. Следует отметить также и более высокую степень кристалличности частиц a-полугидрата. Проведенные сорбционные исследования показали, что при более высокой удельной поверхности вяжущее b-модификации имеет частицы большего размера, чем вяжущее a-модификации. Это обусловлено тем, что каждая частица b-полугидрата представляет собой поликристаллический блок с пористостью порядка 28% при среднем размере пор 50-60 Ао. Именно высокая пористость кристаллического блока b-полугидрата обусловливает его значительную водопотребность и низкую прочность при сжатии (см. таблицу).
Процесс «старения» гипсовых вяжущих обеспечивался их хранением в течение 28 сут при температуре 20оС и относительной влажности воздуха 65%.
В процессе «старения» происходит изменение структуры частиц гипсовых вяжущих. Проведенный рентгенофазовый анализ показал, что у вяжущего a- модификации характер основного отражения d = 3,008А остается практически неизменным, а у вяжущего b-модификации наблюдается уширение этого отражения и увеличение его интенсивности. В соответствии с [1] это связано с уменьшением размера частиц исходного вяжущего и ростом числа микроискажений в их структуре. Последнее обусловлено разрушением кристаллического блока b-полугидрата в результате его гидратации парами воды вследствие его высокой пористости, о чем свидетельствует появление на рентгенограмме слабого отражения d = 7,655А, соответствующего CaSO4*2H2O.
Результаты проведенного дифференциально-термического анализа (рис. 1) указывают и на происходящие изменения в структуре a-полугидрата, о чем свидетельствует появление дополнительного эндотермического эффекта при температуре 74,1оС. Наличие этого эффекта указывает на снижение степени кристалличности частиц a-полугидрата, что связано с их частичным разрушение в результате снижения свободной поверхностной энергии вследствие адсорбции молекул воды.
Для b-полугидрата характерно увеличение эндотермического эффекта при температуре 79оС (рис.2), что указывает на существенные изменения его структуры в процессе «старения». Таким образом, полученные данные позволяют заключить, что гипсовое вяжущее b-модификации вследствие пористой кристаллической структуры более подвержено «старению» по сравнению с вяжущим a-модификации.
Этот вывод подтверждают и результаты электронно-микроскопического исследования (рис. 3), из которых следует, что у a-полугидрата происходит лишь поверхностная коррозия частиц вяжущего в результате снижения их поверхностной энергии и появления мелких частиц CaSO4*2H2O.
Структура b-полугидрата претерпевает значительные изменения, что характеризуется также значительным снижением его удельной поверхности (рис. 4) за счет кольматации пор образующимся в процессе «старения» частицами двуводного гипса.
Установленные изменения структуры гипсовых вяжущих, имеющие место при их «старении», закономерно отражаются и на характере их твердения. Исследование процесса твердения проводилось с использованием микрокалориметрического и электрофизического методов [2].
На рис. 5 и 6 приведены кривые изменения интенсивности тепловыделения при гидратации гипсовых вяжущих до и после «старения». Представленные данные свидетельствуют о том, что при общей их идентичности длительность и интенсивность основных периодов существенно различны. Высокая скорость тепловыделения при гидратации b-полугидрата с непродолжительным индукционным периодом отражает известную высокую реакционную способность этой модификации гипсового вяжущего. Это обусловлено высокой удельной поверхностью частиц b-полугидрата и их пористой структурой. Гидратация a-полугидрата характеризуется ярко выраженным индукционным периодом и невысокой скоростью тепловыделения.
Как следует из представленных данных, a-полугидрат после «старения» практически не изменяет своего характера гидратации, однако данные электрофизического исследования (рис. 7) свидетельствуют об ускорении его процесса структурообразования. Это обусловлено наличием CaSO4*2H2O, который является центром кристаллизации, что способствует возрастанию скорости образования в структуре гипсового камня межчастичных псевдоконденсационных контактов.
При гидратации b-полугидрата, подвергнутого «старению», имеет место более существенное изменение в характере этого процесса, что сопровождается снижением и временным сдвигом максимального значения интенсивности тепловыделения (рис. 5). Это связано, по-видимому, с тем, что при «старении» b-полугидрата происходит образование CaSO4*2H2O и отложение его в порах кристаллического блока, а это затрудняет доступ воды к активной поверхности вяжущего. Для b-полугидрата, подвергнутого «старению», характерно замедление процесса структурообразования (рис. 8). Следует отметить появление дополнительного экстремума на кривой изменения амплитуды электрического сигнала для b-полугидрата, подвергнутого «старению». Его наличие связано с формирование первичной структуры гипсового камня с участием двугидрата, образовавшегося в порах исходного вяжущего.
Таким образом, проведенные исследования показывают, что гипсовое вяжущее b-модификации при хранении в окружающей среде с относительной влажностью 65% значительно изменяет свою структуру и характер твердения, а вяжущее a-модификации практически не подвержено «старению». Следовательно, при производстве и применении гипсовых вяжущих b-модификации следует использовать мероприятия, способствующие снижению относительной влажности окружающей среды, в которой происходит хранение вяжущих.
Библиографический список
- Ромашков А.В. Образование и рост зародышей при фазовых превращениях в системе сульфат кальция – вода. // Автореф. … дис. канд. хим. наук. – М., 1986. – 25 с.
- GARKAVI M.S., DOLDZENKOV A.V., ZALHAROV A.J. Electrophysical Control of Hardening Cement. Inetrnational Conference » CONCRETE — 2000 «, Dundee, 1993.
