книги / Эффективные строительные материалы на основе гипса и фосфогипса

Рис. 3.4. Химический потенциал м и удельная изотермическая массоемкость Ст гипсового камня в зависи­

мости от его влагосодержания:

1 - м для камня стандартного твер­ дения; 2 — то же, прессованного кам­ ня из жесткой смеси; 3 — то же, плаотичной смеси; 4 — С для камня стандартного твердения/77 5 - то же, прессованного из пластичной смеси

ставлены зависимости химического потенциала р и удельной изотермической массоемкости Ст от влагосодержания и для гипсовых образцов стандартного твердения и прессованных на основе жестких [131] и пластичных смесей. Полученные зависимости позволяют проанализировать различные формы свя­ зи влаги с материалом и установить области перехода адсорбционной влаги в капиллярную: и = 0,4...0,5 % для образца 1 и и = 1,0...1,2 % для образцов

2 и 3. Очевидно, что в гипсовом камне стандартного твердения большая часть

поровой структуры прессованного гипсового камня и значительно увели*

Рис. 3.5. Дифференциальные порограммы гипсовых образцов стандартного твердения (?) и прессованных на основе жесткой

(2) и пластичной {3) смесей в возрасте 28 сут

а затем и уменьшение общего объема пор. Таким образом, при хранении прес­ сованных образцов гипса в естественных условиях в них протекает процесс структурообразования, приводящий к уменьшению общей пористости и увели­ чению объема малых пор, вызывающий упрочнение материала.

Структура прессованных образцов, полученных на основе жесткой и плас­ тичной смесей,была исследована также методом ртутной порометрии.

Структурные характеристики, полученные этим методом (рис. 3.5), со­ гласуются с данными сорбционных измерений. Для образцов серии 2 характе­ рен резко выраженный максимум на дифференциальной кривой в области г ~1,8*10“ 9 м, а также в области г ^7-10” 9 м.В образце серии 3 преобладают в основном поры с радиусом от 1,8*10-9 до 10_а м, причем максимальное количество пор имеет радиус порядка (1,8...2,5) '10“ 9 м.

3.2. СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Адгезионные свойства. Адгезия мелкодисперсных частиц (например, пы­ ли) к поверхности материала обусловлена молекулярными, электрическими и капиллярными силами их взаимодействия [40].

Силы, определяющие адгезионное взаимодействие мелкодисперсных частиц с поверхностью тела, делятся на две группы. Первая группа сил ха­ рактеризует адгезию частиц до непосредственного соприкосновения их с по­ верхностью тела (молекулярные и кулоновские силы, значения которых рез­ ко убывают с увеличением расстояния между взаимодействующими объекта­ ми) . Силы второй группы возникают при контакте частиц с поверхностью. Это капиллярные силы и силы, обусловленные наличием двойного электриче­ ского слоя в зоне контакта.

. Молекулярная и капиллярная силы адгезии определяются краевым углом смачивания в поверхности капиллярно-пористого тела. Изменение молекуляр­ ного взаимодействия контактирующих тел может быть достигнуто путем их модификации. Степень модификации зависит от обработки контактирую­ щей поверхности определенными поверхностно-активными веществами и контролируется по значению 0. Электрическая составляющая силы адгезии характеризуется способностью материала накапливать заряды статического электричества, т.е. зависит от его удельного объемного pv и поверхностного р5 электросопротивления.

Установлено, что гидрофобизация, т.е. увеличение краевого угла сма­ чивания, приводит к уменьшению средней силы адгезии [40]. Так, например, увеличение краевого угла смачивания до 85...110° способствует значительно­ му уменьшению адгезии частиц к поверхности материала.

Для обеспечения слабой адгезии мелкодисперсных частиц к поверхности ма­ териала в пластичную гипсовую смесь перед прессованием вводились гидрофобизирующие кремнийорганические добавки. Г идрофобность такого материала объясняется образованием на его поверхности пленки, которая имеет опре­ деленную ориентацию молекул. Степень гидрофобизации поверхности мате­ риала зависит от типа кремнийорганических соединений и их концентрации [40].

Исследовано влияние различных поверхностно-активных веществ на адге­ зионные свойства прессованных гипсовых образцов (табл. 3.10). Установлено, что краевой угол смачивания образцов без добавок равен нулю. Введение

ЮЗ

Табл. 3.10. Краевой угол смачивания в поверхности прессованных гипсовых образцов

*Образцы смачивались раствором, в остальных случаях добавка вводилась

всмесь.

определенных реагентов в материал при затворении смеси приводит к моди­ фикации его поверхности и изменению гидрофобных свойств в зависимости от вида и концентрации соответствующей добавки. При введении в материал

ности изменяется в пределах от 19° до 63 °. Лучшими гидрофобизаторами ока­ зались кремнийорганическая жидкость ГКЖ -10 (1...2 %) и эмульсия ГКЖ -94

Для сравнения укажем, что полированный мрамор характеризуется краевым углом смачивания 6 0 °.

Проведено также исследование краевого угла смачивания гипсовых об­ разцов при нанесении на их поверхность гидрофобизирующих веществ: раство­ ров полистирола в бензоле, ГКЖ-10 и 50 %-й эмульсии ГКЖ-94. Растворы опре­ деленных концентраций наносили на поверхность образцов кистью (100...

200 г/м 2 ), или образцы окунали в раствор. Из табл. 3.10 видно, что наиболее эффективным (в = 84°) является поверхностное покрытие раствором эмуль­

сии ГКЖ-94 30 %-й концентрации (150 г/м2 ) .

С целью оценки электрической составляющей сил адгезии определялось удельное объемное и поверхностное сопротивление прессованных гипсовых образцов и образца природного мрамора.

"Добавка вводилась в смесь.

Проведенные исследования позволили заключить, что используемые для замены натурального облицовочного камня прессованные гипсовые мате­ риалы со специальными добавками обладают значительно меньшей адгезией к частицам пыли, чем образцы природного мрамора [44].

Адгезионные свойства плитных материалов исследованы также экспери­ ментально с учетом качества и структуры их поверхности (рис. 3.6) методом растровой электронной микроскопии. Пылеудерживающая способность по­ верхности плит определялась путем сдувания осажденных частиц потоком фильтрованного воздуха с использованием специальной установки [44, 60].

Проведенные эксперименты показали, что при скорости потока воздуха! до 160 м/с сдувается основная масса крупных частиц и около 50 % всех види­ мых остальных. При скорости потока 200 м/с остается некоторая часть частиц размером менее 7,5 мкм вследствие микронеоднородностей поверхности. Количество удаленных при сдуве частиц пыли зависит ot структуры поверх­ ности образцов.

Известно, что с уменьшением высоты микронеровностей поверхности вероятность осаждения крупных частиц уменьшается, возможность удаления осевших частиц возрастает. В результате проведенных исследований установ-

Табл. 3.12. Результаты исследования структуры поверхности мраморных

* Ширина выступов и впадин до 30 мкм.

лено, что по структуре поверхности и адгезионным свойствам гипсовые прессованные образцы Зг 4 и 6 (табл. 3.12) значительно превосходят природ­ ный мрамор.

На основании проведенных исследований можно заключить, что получен­ ный прессованный гипсовый материал может быть использован взамен при­ родного мрамора для облицовки интерьеров помещений со специальными са­ нитарно-гигиеническими требованиями (обеспыливание среды) [60].

Плотность, прочность и водостойкость. Как видно из табл. 3.13, для ком­ позиций с пуццолановым и шлакопортландцементом значения средней плот­ ности и пористости близки к соответствующим показателям для прессован­ ного камня без добавок. Включения кварцевого песка значительно повышают среднюю плотность материала, введение целлюлозного волокна обусловливает снижение почти на 30 % средней плотности материала при существенном по­ вышении его пористости.

Эффективное повышение водостойкости прессованных образцов на ос­ нове гипсового вяжущего достигалось путем сочетания его с доменным шлаком, цементом, гидрофобизирующими добавками. В качестве добавок ис­ пользовались кремнийорганические жидкости ГКЖ -10 и ГКЖ-94.

Из представленных в табл. 3.14 результатов видно, что прочностные ха­ рактеристики и водостойкость прессованных композиционных образцов пре­ восходят эти показатели для литых образцов на основе гипсоцементно-пуццо- лановых вяжущих, имеющих в своем составе высокопрочное вяжущее a-мо­ дификации [20, 28, 29].

Способ фильтрационного прессования смесей на основе низкомарочного вяжущего (З-модификации позволяет значительно повысить водостойкость гип­ сового композиционного материала [50] в сравнении с традиционными ком­ позиционными материалами на основе гипсоцементно-пуццолановых, гипсо-

Табл. 3.13. Физические характеристики прессованных композиционных гипсовых образцов в возрасте 28 сут