книги / Эффективные строительные материалы на основе гипса и фосфогипса

таллы в большинстве случаев не имели четкой кристаллографической огранки, т.е. они находились в стадии перекристаллизации.

Прессованный гипсовый материал на основе вяжущего Минского завода без добавок (рис. 1.18, а —в, 1.19, а, б, д, е) имеет плотную высокоорганизо­ ванную структуру из призматических или пластинчатых кристаллов, для кото­ рых характерно упорядоченное расположение в пределах небольших участков (блоков), угол между которыми зависит от особенностей кристаллографиче­ ского строения двуводного гипса. При этом отмечается весьма специфиче­ ское параллельное расположение кристаллов в "диагональ" и "елочку". От­ ношение длины и поперечных размеров кристаллов в этих образцах суще­ ственно меньше, чем в образцах стандартного твердения (табл. 1.9 ).

Табл. 1.9. Характерные размеры кристаллов гипсового камня

В работах [18, 19] высказано предположение, что в условиях недостатка воды для полной гидратации гипсового вяжущего и при быстром взаимодей­ ствии его с водой образующиеся кристаллы дигидрата сульфата кальция мо­ гут фиксироваться в высокодисперсном состоянии без перекристаллизации в крупные кристаллы вследствие отсутствия жидкой фазы в системе. В отличие от обычных структур с избыточным водосодержанием, в которых создаются условия для роста кристаллов и перекристаллизации, в рассматриваемом слу­ чае должны образовываться высокопрочные структуры с высокодисперсны­ ми частицами новообразований. Эти условия частично реализуются при фильт­ рационном прессовании обычных высокопластичных смесей: структурообразование системы идет при дефиците жидкой фазы, подавляются процессы роста кристаллов и перекристаллизации, образуется высокопрочная мелко­ кристаллическая структура (см. табл. 1.9).

Высокая плотность, мелкозернистость и значительное увеличение общей площади контакта частиц обеспечивают высокую начальную прочность мате­ риала. Начиная с 3-дневного возраста, в прессованных образцах отмечается срастание по грани (010 ) отдельных, расположенных параллельно друг другу, кристаллов. Со временем этот процесс развивается, количество таких зон увеличивается, размеры их возрастают и в то же время исчезает рисунок границ между срастающимися кристаллами. В двухнедельном возрасте об­ разцов участки сросшихся кристаллов занимают значительную площадь и понятие поперечного размера кристаллов теряет смысл. Помимо срастания ориентированных параллельно друг другу кристаллов гипса между собой,

отмечается также срастание их блоков. Этот процесс (см. рис. 1.18,6, 1.19, е) идет более медленно (от одного до 3...4 месяцев) и обеспечивает монолитизацию материала. Если срастание параллельно расположенных кристаллов происходит по плоскости (0 1 0 ), то срастание блоков — по плоскостям ( 111) и (110), а также (103). Двойникование кристаллов двуводного гипса, впер­ вые отмечаемое в образцах 14-суточного возраста, происходит по Плоскости (100). В результате по мере увеличения возраста образцов в них все более обширными становятся зоны, сложенные стопками-двойниками. В образ­ цах 2-месячного возраста наблюдаются большие массивы, обладающие такой структурой, и они доминируют все значительнее с увеличением возраста образ­ цов. К 4-месячному возрасту прессованный гипсовый материал превращается в монолитный камень, армированный двойниками (см. рис. 1.18, в) . Омоноличивание структуры и армирование ее полисинтетическими двойниками и является причиной длительного нарастания во времени прочности прессо­ ванного материала. Необходимые условия для этого обеспечиваются благо­ даря длительности процесса гидратации вяжущего в такой системе (см. § 1.5)

Упомянутые выше блоки кристаллической структуры прессованного гип­ сового материала можно считать разновидностью кластеров [48]. Кластеры образуются в процессе прессования вокруг зародышевых кристаллов и затем "достраиваются" за счет срастания параллельно ориентированных кристал­ лов, а межкластерные контакты растут за счет заполнения просветов между кристаллическими новообразованиями. В более позднем возрасте системы кластеры по структуре приближаются к монокристаллическим образовани­ ям, цельная же монокристаллическая их структура невозможна из-за разной относительной ориентации кластеров. Поэтому прочность прессованных гипсовых материалов, очевидно, будет определяться прежде всего межклас­ терными контактами, которые, формируясь в "стесненных" условиях, яв­ ляются весьма совершенными.

Укажем некоторые особенности структурообразования в системах на ос­ нове других вяжущих (рис. 1.2 0 , 1.2 1 ).

Структура прессованного гипсового материала на вяжущем ЛитНИИСиА в возрасте 1,5 ч сложена достаточно плотно упакованными мелкими блоками.

В самих блоках кристаллы двуводного гипса, как и в камне на основе /3-полу- гидрата Минского завода, полученного из природного гипсового камня Ново­ московского месторождения Тульской области, расположены в высшей сте­ пени упорядоченно, причем в пределах одного блока кристаллы по размерам очень однородны.

В материале, полученном прессованием из обожженного фосфогипса, кристаллы дигидрата сульфата кальция с размерами в основном 3...4 мкм характеризуются достаточно высокой степенью ориентации и хорошей крис­ таллографической ориентацией. Промежутки между кристаллами заполнены массой мелких (порядка 0,1 мкм) частиц, причем нет признаков упорядочен­ ности последних. Однородность размеров кристаллов обеих групп очень высокая (см. рис. 1.20, а) . В образцах месячного возраста процесс монолитизации происходит несколько более медленно, чем в образцах на вяжущих /3-модификации.

Исследовалась и структура твердой фазы прессованного материала на ос­ нове вяжущих а-модификации.

вильной формы. Многие кристаллы гипса покрыты гелевидным веществом (см. рис. 1.21, в ) . В месячном возрасте образцов (см. рис. 1.21, г) гелевид­ ное покрытие в значительной степени кристаллизуется, кристаллы из геля имеют четкую ориентацию по плоскости спайности кристаллов двуводного гипса.

Таким образом, структурообразование прессованных гипсовых материа­ лов на вяжущих всех видов протекает по общей схеме: ориентированная упо­

Для прессованного материала с добавкой извести характерна некоторая дефектность кристаллографической огранки гипсовых кристаллов, как бы "коррозия" кристаллов Срастание параллельно расположенных кристаллов и блоков между собой в этой системе происходит более активно и начинается раньше, чем в материале без добавки извести.

В прессованном гипсовом материале с добавкой ГКЖ-94 (см. рис. 1.19, в) наблюдается обволакивание кристаллов двуводного гипса пленкой гидро­ фобной жидкости, вследствие чего контакты между параллельно располо­ женными кристаллами ослабляются, появляются длинные, очень узкие щеле­ видные поры. Кристаллы при этом растут преимущественно по одной оси, длина их достигает 10 м км и более, а поперечные размеры их малы — не более 0,2...0,5 мкм. В таких локальных зонах срастание параллельно расположен­ ных кристаллов происходит очень медленно и соответственно замедляется процесс упрочнения материала. Однако возможности для улучшения водо­ стойкости материала здесь больше, чем в случае материала без добавок, по­ скольку повышение упорядоченности кристаллов обеспечивает потенциаль­ ное их контактообразование на больших площадях, затрудняет проникновение воды в материал и ослабление контактов частиц при его увлажнении.

Подобный характер имеет структура прессованного гипсового материала с добавкой портландцемента и ГКЖ. Микрофотографии структуры таких материалов (рис. 1.22) свидетельствуют о специфических особенностях ис­ следованных материалов: наличии гелевидной фазы и замедлении процесса структурообразования вплоть до 6-месячного возраста (см. рис. 1.2 2 , в).

Структура прессованного гипсопесчаного материала (рис. 1.23) характе­ ризуется плотной упаковкой кристаллов с размерами от 2...3 до 0,5 мкм по длине и от 0,75 до 0,25 мкм в поперечнике, т.е. значительно меньшими, чем в прессованном гипсовом материале без добавок песка. Плотность упа­ ковки кристаллов обусловливает малые размеры межкристаллических пор — в среднем 0,25 мкм (максимум 0,5 м к м ). Структура материала в 7-суточном возрасте (см. рис. 1.23, б) характеризуется увеличением размеров кристал­ лов и улучшением их огранки. Плотность упаковки кристаллов остается вы­ сокой, однако отмечаются следы сдвиговых явлений. Двойникования кристал­ лов не обнаруживается, т.е. снижение механических напряжений здесь пр(ис­ ходит, вероятно, за счет неодинаковой плотности материала в зонах над зер­ ном кварца и между его зернами. В образцах возраста 1 месяц значительно улучшается огранка кристаллов, увеличиваются доля крупных кристаллов, размеры пор (до 1...1,5 м км ), при этом преобладают щелевидные поры. Основной процесс в этом возрасте образцов — монолитизация материала,

причем этот процесс захватывает значительную часть его объема (см. рис. 1.23, в).

Получение мелкопористой структуры, сложенной из значительно более мелких (в 5...10 раз) кристаллов дигидрата сульфата кальция, чем в материа­ ле без добавки кварцевого песка, по-видимому, можно объяснить возникнове­ нием значительных давлений на границе раздела твердый минерал (кварц) - мягкий (гипс) В § 1.2 была показана возможность увеличения числа зароды­ шей новой фазы и уменьшения их линейных размеров при повышении давле­ ния прессования и одновременном отводе жидкой фазы. С целью эксперимен­ тальной проверки этого положения были проведены эксперименты на образцах чисто гипсового состава (без песка) при давлениях 1000 и 2000 МПа, подтвер­ дившие возможность получения структуры, подобной структуре гипсопесчано­ го камня, сформированной при давлении 10 МПа (рис. 1.24).

Структура прессованного гипсоволокнистого материала исследовалась только методом растровой электронной микроскопии из-за невозможности напыления образцов с целлюлозным волокном на вакуумном посту в соответ­ ствии с методикой просвечивающей электронной микроскопии. На фотогра­ фиях (см. рис. 1.23, д, е) видно армирование гипсового материала волокнами целлюлозы,при чем в условиях фильтрационного прессования, предполагавше­ гося ориентирования структуры не наблюдалось, что можно объяснить значи­

правило, определяется направленностью волокон целлюлозы. В процессе твер­ дения происходит зарастание пор кристаллами гипса при гидратации гипсово­ го вяжущего за счет воды, которую отдают впитавшие ее, как губка, целлю­ лозные волокна.

Выполненные исследования кинетики гидратации и структурообразования в прессованных гипсовых системах позволили обнаружить закономерность упрочнения их кристаллической структуры после завершения процесса гидра­ тации вяжущего (см. табл. 1.9). Степень гидратации прессованного материа­ ла без добавок в б-месячном возрасте приближается к 100 %, а прочностные показатели продолжают возрастать в течение 1...1,5>лет. Подобная картина наблюдается и для гипсовых систем с гидравлическими и специальными добавками, волокнистыми и зернистыми включениями.

Объяснить полученные результаты можно следующим образом. В работе [70] впервые экспериментально рентгенографическим методом установлено наличие в дисперсной структуре твердения гипса внутренних напряжений и высказано предположение о положительной структурообразующей их роли. Внутренние напряжения являются следствием остаточных деформаций мате­ риала, возникающих в результате кристаллизационного давления. Обычно кристаллизационное давление в процессе роста кристаллов обусловливает деструктивные явления, понижение прочности системы. Однако при формиро вании кристаллизационных структур на основе такого мягкого минерала, каким является гипс, столь четко выраженное разрушающее действие внутрен­ них напряжений может и не проявляться.

В процессе фильтрационного прессования осуществляется сближение или даже смятие ориентированных в пространстве кристаллических частиц. После