Влияние химической природы пластификаторов на свойства гипсового теста и камня.
Подготовил Огородников А.А.
Вода в строительных материалах на основе минеральных вяжущих гидратационного твердения (портландцемента, гипса, силикатов и др.) выполняет две функции: технологическую (точнее, реологическую) для получения удобоукладываемого (пластичного) теста и структурообразующую – для превращения этого теста в твердый камень в результате химических реакций гидратации, приводящих к образованию кристаллогидратов. В реальной практике количество воды затворения кратно превышает стехиометрическое значение, необходимое для полноты реакций гидратации вяжущего, в «угоду» технологическим задачам. Оставшаяся вода – свободная или, в большей степени, абсорбционно связанная, частично испаряется, образуя капиллярные поры, а другая часть остается в твердом теле материала в виде замкнутых микрокапель или адсорбционных прослоек в виде слоев Штерна и Гюи. Функционально и то и другое являются дефектами структуры отвердевшего вяжущего, снижающего его основные эксплуатационно-технические показатели: прочность, модуль упругости, морозостойкость, водо-, химстойкость. Поэтому непреходящей задачей технолога-материаловедов является изыскание способов снижения водовяжущего отношения (В/Вж) получаемой композиции с обеспечением формирования из неё изделия с заданными параметрами.
Кардинальным, высокоэффективным и повсеместно распространенным способом снижения В/Вж является введение в получаемую композицию поверхностно-активных водорастворимых веществ (ПАВ), называемых в зависимости от ожидаемого эффекта разжижителями (водоредуцирующее действие) или пластификаторами (реологически активные). Механизм пластификации или редуцирования заключается в доминирующей роли в этом эффекте воды, «освобожденной» из её адсорбционных твердоподобных слоев молекулами ПАВ, внедренных в раствор или «посаженными» на поверхность твердых частиц вяжущего.
В гипсовое вяжущее с водой затворения вводят промышленные пластификаторы, широко применяемые в технологии цементных бетонов. На практике отмечается их высокая эффективность в гипсовых материалах. Так, суперпластификаторы карбоксилатного типа, введенные в количестве 1% от гипсового вяжущего, уменьшают В/Г на 15%, сокращают сроки схватывания гипсового теста почти в два раза, увеличивают прочность при сжатии гипсового камня на 72% и коэффициент размягчения на 8%. Суперпластификаторы сульфонафталинформальдегидного типа снижают нормальную густоту наполненного керамзитовой пылью гипсового вяжущего с 0,55 до 0,32-0,35 при 1% добавок, увеличивают на 1-1,5 часа сроки схватывания, а также плотность и прочность твердого материала соответственно на 20% и 50 %.
К примеру, на базе Казанского государственного архитектурно-строительного университета в 2019 году проведены экспериментальные исследования влияния добавок разных видов промышленных пластификаторов - С-3 (натриевая соль сульфонафталинформальдегидной кислоты), гиперпластификаторов карбоксилатного типа Melflux 2651F и Stachement 2280 на технологические и физико-механические свойства гипсового вяжущего марки Г-5 (производство ООО «Гипсовая компания» РТ) применительно к литым гипсовым композициям при производстве пазогребневых плит (ПГП).
Исследование показало, что введение рассматриваемых суперпластификаторов приводит к уменьшению в разной степени водопотребности. Если С-3 при 0,4% снижает водогипсовое отношение с 0,75 до 0,62, а при увеличении его концентрации В/Г растет, то поликарбоксилаты экспоненциально снижают водопотребность до содержания 0,7%. Суперпластификатор Stachement 2280 уменьшает водопотребность при 0,4% до 0,58%, и далее она уменьшается до 0,54% при 0,7%. Наибольшее водоредукцирующее действие на гипсовое тесто оказывает Melflux 2651F.
Таким образом, все суперпластификаторы проявляют сильный водопонижающий эффект, зависящий, как и в цементных композитах, от их химической природы: наибольшее водоредуцирующее действие проявляют поликарбоксилаты, а именно, Melflux 2651F.
Сроки схватывания как показатель жизнеспособности водовяжущей композиции гипсового теста, по сравнению с цементным, как известно, малы. Исследовавшиеся добавки по-разному изменяют сроки схватывания гипсового теста. С-3 уменьшает время начала и конца сроков схватывания монотонно. Наименьшим временем конца схватывания – 6.17 минут характеризуется состав, который содержит 0,6% С-3. Суперпластификаторы Stachement 2280 и Melflux 2651F, наоборот, замедляют конец схватывания. Так, суперпластификатор Melflux существенно увеличивает сроки схватывания по сравнению с контрольным составом – начало с 5.30 до 10.22 минут и конец с 7.30 до 17.50 минут. Применительно к производству пазогребневых плит это замедление сроков схватывания нежелательно.
В качестве основного положительного момента, отмечается, что прочностные характеристики гипсового камня при введении пластификаторов до 0,6% увеличиваются – при сжатии отвержденного гипсового вяжущего в 5 раз и при изгибе в 3,5 раза по сравнению с немодифицированным вяжущим. Данные обстоятельства дают возможность снижения расхода гипса в единице объема производства изделий при сохранении их потребительских свойств.
По материалам ежемесячного научно-технического и производственного журнала «Строительные материалы», № 10-2019.
