Универсальные органоминеральные модификаторы гипсовых вяжущих веществ

  Традиционность использования гипсовых материалов в ненесущих конструкциях, эксплуатируемых внутри помещений с нормальным и сухим влажностным режимом, связана с их основными отрицательными свойствами: недостаточной водостойкостью, невысокой прочностью, большой ползучестью, низкой морозостойкостью. В то же время страна обладает огромными запасами гипсового природного сырья и гипсосодержащих отходов, использование которых составляет не более 10 %. Гипсовые материалы отличаются рядом уникальных свойств, которых нет у других минеральных вяжущих материалов. В первую очередь надо отметить малую энергоемкость производства вяжущих (используется в 4,5 раза меньше топлива и в 4,9 раза меньше электроэнергии по сравнению с производством портландцемента), быстроту схватывания и твердения, хорошую формуемость. Изделия из гипсовых вяжущих характеризуются гигиеничностью, относительно небольшой средней плотностью, высокой тепло- и звукоизолирующей способностью, огнестойкостью, архитектурной выразительностью, высокими технико-экономическими показателями.
   Гипсовые вяжущие применяют в основном для изготовления гипсокартонных листов, перегородочных плит и панелей, гипсоволокнистых плит, стеновых блоков и камней, звукопоглощающих и декоративно-отделочных плит, применяемых внутри помещений.
   Из гипсовых вяжущих повышенной водостойкости делают вентиляционные блоки, санитарно-технические кабины, стеновые блоки и камни, и то в очень ограниченных объемах.
   Отечественный и зарубежный опыт применения гипсовых материалов в строительстве и результаты научно-исследовательских разработок в этой области позволили выделить следующие перспективные направления их использования в строительстве:
   • изделия для внутренних перегородок;
   • сборные и сборно-монолитные конструкции из гипсокартонных листов, гипсоволокнистых плит для устройства перегородок, подвесных потолков и отделки помещений, а также изготовления слоистых конструкций;
   • декоративные и акустические изделия, в том числе полимергипсовые, для отделки интерьеров зданий различного назначения;
   • шпаклевки, клеи, отделочные и штукатурные растворы и смеси, в том числе сухие;
   • теплоизоляционные материалы и изделия, в том числе пенополимергипсовые;
   • фосфогипс и вяжущие из него в дорожном строительстве для оснований автомобильных дорог и в качестве добавок в асфальтобетонные смеси;
   • для закладочных смесей в шахтных выработках, захоронения вредных химических веществ, в том числе радиоактивных;
   • устройство стяжек и оснований под полы из гипсовых вяжущих низкой водопотребности;
   • бетоны из водостойких гипсовых вяжущих в монолитном строительстве, в том числе и при зимнем бетонировании;
   • стеновые материалы (кирпич, камни, блоки, панели) из бетонов на основе водостойких гипсовых вяжущих;
   • санитарно-технические кабины и вентиляционные блоки из водостойких гипсовых вяжущих.
   Однако гипсовые вяжущие применяются далеко не во всех названных областях. Причинами такого положения являются недостаточная долговечность изделий из гипсовых вяжущих и ряд других недостатков, связанных с их свойствами: очень быстрые сроки схватывания, неводостойкость, сравнительно небольшая прочность при высокой плотности, ограниченное применение заполнителей в гипсобетонах, высокая гигроскопичность вяжущего при хранении и др.
   Устранить многие недостатки можно введением в гипсовые бетоны и растворы соответствующих добавок, регулирующих те или иные свойства вяжущего, например замедляющие схватывание, пластифицирующие, гидрофобизирующие и т. д.

   Гораздо эффективнее применение полифункциональных добавок, которые одновременно улучшают свойства гипсобетонов.
   Нами разработаны органоминеральные модификаторы гипсовых вяжущих, позволяющие не только повысить водостойкость гипсовых вяжущих, но и регулировать другие свойства в требуемом направлении.
   Органоминеральные модификаторы (ОММ) получают механохимической активацией набора компонентов, обладающих конкретным модифицирующим эффектом. Поскольку необходимо повышать водостойкость почти всех гипсовых вяжущих, то в состав органоминерального модификатора входит портландцемент или другое минеральное вяжущее и кремнеземсодержащий компонент. В их качестве могут применяться различные техногенные отходы (шлаки и золы, стеклянный бой, керамическая пыль, мелкий кварцевый песок и тому подобные материалы), а также другие тонкомолотые минеральные компоненты, например, микрокремнезем, графит, пигменты, добавляемые с определенными целями. Кроме того, обязательным компонентом ОММ является суперпластификатор или обычный пластификатор. В качестве других модифицирующих компонентов могут применяться добавки – замедлители схватывания, пенообразующие или воздуховлекающие добавки, пеногасители, гидрофобизаторы, пигменты, волокнистые дисперсные материалы и другие, в зависимости от требуемых характеристик готового гипсового материала.
   Получаемый ОММ представляет собой гидравлический компонент с многоцелевыми модифицирующими свойствами. Он может применяться для получения гидравлического композиционного гипсового вяжущего (КГВ) либо для улучшения определенных характеристик гипсовых вяжущих и бетонов. Особенно перспективно применение ОММ для получения вяжущих с регулируемыми сроками схватывания в широком диапазоне снижения плотности бетона, регулирования периода структурообразования, повышения долговечности изделий, улучшения внешнего вида, удлинения сроков хранения вяжущего и для других целей.
   Механохимическая активация компонентов ОММ способствует значительному высвобождению энергии частиц клинкера и кремнеземистых добавок, что приводит к быстрому образованию гидросульфоалюмината кальция (ГСАК) и гидроксида кальция при затворении водой композиционных гипсосодержащих вяжущих в начальные сроки твердения, повышению активности кремнезема минеральных компонентов. Это содействует тому, что степень гидратации цемента, содержащегося в КГВ, достигает максимума к 90–120 сут, концентрация
   Са(ОН)2 и количество алюминатов снижаются до пределов, при которых эттрингит почти не образуется, и опасность гидросульфоалюминатного разрушения или снижения прочности материала исключается.
   Производство ОММ можно организовать централизованно, например, на заводах сухих строительных смесей. Благодаря универсальным модифицирующим возможностям ОММ композиционные гипсосодержащие вяжущие, получаемые с его применением, приобретают ряд новых технологических, функциональных и эксплуатационных свойств, более характерных для портландцемента, при сохранении основного преимущества гипсовых вяжущих веществ (быстрое схватывание и твердение). При этом КГВ обладают низкой водопотребностью, что открывает возможность изготовления изделий без всякой тепловой обработки. В таблице приведены сравнительные характеристики гипсовых вяжущих на основе строительного гипса.
   На рисунке приведены графики, показывающие изменение прочности образцов из КГВ во времени.
   Эти данные подтверждают, что композиционные гипсовые вяжущие, получаемые смешиванием строительного гипса с органоминеральным модификатором, являются водостойкими гидравлическими вяжущими.
   В связи с этим области применения указанных вяжущих достаточно широки: производство сборных изделий и конструкций наружных и внутренних стен зданий, в том числе и несущих; монолитное возведение малоэтажных зданий; изготовление междуэтажных перекрытий сборных или монолитных, а также производство сухих смесей различного назначения, включая смеси для саморазравнивающихся оснований под полы, штукатурные и отделочные, теплоизолирующие и др.
   Кроме того, композиционные гипсовые вяжущие могут применяться взамен гипсовых вяжущих при производстве гипсоволокнистых плит и и гипсокартонных листов для придания этим материалам водостойкости и повышения эксплуатационных характеристик, производстве санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков и других изделий.