Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам гипсовых вяжущих веществ.
Известно смешанное гипсовое вяжущее [1], содержащее, мас. %:
полуводный гипс 78.4– 81.6
микрокремнезём 10– 12
оксид кальция (известь) 8– 9
суперпластификатор С-3 0.4– 0.6.
Твердение гипсового вяжущего происходит в течении 14 сут, при этом водостойкость гипсового камня по коэффициенту размягчения 0.73– 0.79.
Также известно смешанное гипсовое вяжущее [2],содержащее,мас.%:
полуводный гипс 75.9– 81.95
биокремнезём 5.7– 9.7
карбидный ил 10.1– 15.7
тетраборат натрия (бура) 0.05– 5
суперпластификатор С– 3 0.35– 0.75.
Также данное гипсовое вяжущее твердеет в течение 14 суток, при этом водостойкость вяжущего по коэффициенту размягчения 0.72– 0.88.
В составах обоих известных смешанных гипсовых вяжущих входят более дорогостоящие компоненты: микрокремнезём (биокремнезём), карбидный ил, тетраборат натрия и суперпластификатор С–3. При этом, водостойкость вяжущих по значению коэффициента размягчения всего 0.72 – 0.88, что сравнительно низкая.
Наиболее близким к предлагаемому смешанному гипсовому вяжущему является гипсовое вяжущее [3], содержащее, мас.%:
полуводный гипс 88.3 – 94.3
щелочный экстракт стеблей хлопчатника 0.4 – 1.0
микрокристаллическая целлюлоза 0.3 – 0.7
керамзитовая пыль 5.0– 10.0.
Данное гипсовое вяжущее имеет прочность при изгибе в пределах 2.1– 2.15 МПа; прочность при сжатие 3.1– 3.25 МПа; водопоглощение 0.91– 1.2% и коэффициент размягчения 0.91– 0.95.
Целью изобретения является использования сравнительно дешёвых компонентов и снижения количество полуводного гипса в составе смешанного гипсового вяжущего для повышения прочности и водостойкости гипсового камня.
Поставленная цель достигается тем, что смешанное гипсовое вяжущее, содержащее полуводный гипс, минеральную и органическую добавок, причем в качестве минеральной добавки содержит золу угля, а в качестве органической добавки – щелочной экстракт стеблей камыша (далее ЩЭСК) при следующим соотношении компонентов, мас.%:
полуводный гипс 79.7– 94.9
зола угля 5– 20
щелочной экстракт стеблей
камыша (ЩЭСК) 0.1 – 0.3.
Приготовление и испытание свойств смешанного гипсового вяжущего.
Приготовление гипсового вяжущего осуществляют следующим образом: золу угля получают сжиганием угля, а щелочной экстракт стеблей камыша получают горячим экстрагированием из состава измельченных стеблей камыша раствором 0,1 н КOH при температурах 110– 120оС. Приготовление вяжущего осуществляется смешиванием полуводного гипса и золы угля, а ЩЭСК вводится с водой затворения вяжущего при приготовление гипсового теста. Качество используемого для приготовления смешанного гипсового вяжущего строительного гипса должно cоответствовать требованиям ГОСТ 125– 2018 [4].
Характеристики использованных материалов для приготовления смешанного гипсового вяжущего:
· полуводный гипс марки Г-3 производство ООО «Ангара» (Таджикистан) со свойствами: нормальная густота – 60 %; сроки схватывания, мин.: начало – 13, окончание – 28. Свойства используемого полуводного гипса соответствует требованиям ГОСТ 125– 2018 [4].
· зола-угля от сжигания угля Фон-Ягнобского месторождения на ТЭЦ– 2 г.Душанбе. Характеристики золы: размер частиц 5–140 мкм; средний химический состав, мас.%: SiO2 – 56.86; Fe2O3 – 3.27; Al2O3 – 18.79; CaO + MgO – 1.48; TiO2 – 1.04; K2O+ Na2O – 5.1; P2O5 – 0.13; S, SO3 – 0.47; H2O– 0.06; ппп– 10.86.
· щелочной экстракт стеблей камыша, полученный обработкой измельчённых стеблей камыша раствором 0.1 н KOH при температурах 110– 120оС в сосуде с обратным холодильником.
Испытание свойств смешанного гипсового вяжущего проводят согласно требованиям ГОСТ 23789– 2018 [5]. Первоначально определяют нормальную густоту и сроков схватывания гипсового теста. Затем приготовливают балочки размерами 40х40х160 мм и после 24 часов их твердения в нормальных условиях часть из них испытывают на прочность при изгибе (Rиз.) и при сжатие (Rсж.), другую часть эквивалентных образцов помещают в сосуд с водой для водонасыщения. Определяют водонасыщение образцов гипсового камня, затем их испытывают на прочность. По значениям прочности эквивалентных образцов гипсового камня без водопоглощения и в водонасыщенном состояние вычисляют его коэффициент размягчения К по формуле
К= Rв / R, (1)
где R – прочность образца нормального твердения без водопоглощения, МПа; Rв – прочность эквивалентного образца в водонасыщенном состояние, МПа.
По значению коэффициента размягчения оценивают водостойкость гипсового камня.
Результаты примеров приготовления составов смешанного гипсового вяжущего и испытания их свойств приведены в табл.1– табл.4.
В табл.1 приведены составы гипсового вяжущего и пакозатели его нормальной густоты.
С повышением содержаний золы и ЩЭСК в составе смешанного гипсового вяжущего снижается его водопотребность для получения теста нормальной густоты, что будет положительно влиять на прочность гипсового камня.
В табл.2. приведены данные, характеризующие влияние ЩЭСК на изменения сроков схватывания гипсового вяжущего.
Зола угля практически не влияет на сроков схватывания строительного гипса. В то же время ЩЭСК замедляет сроков схватывание гипса и в смеси с золой сроки схватывания смешанного вяжущего почти в два раза меньше, чем для полуводного гипса в смеси с ЩЭСК. ЩЭСК и зола совместно придают полуводному гипсу оптимальное время схватывания.
Влияние золы угля и ЩЭСК на изменение прочности гипсового камня (Rиз – прочность при изгибе; Rсж. – прочность при сжатие), как при отдельном их введение, так и при их совместном введение в составе полуводного гипса, характеризуется данными табл.3.
При замене до 20 % полуводного гипса в составе вяжущего на золу угля прочность гипсового камня возрастает: при изгибе – от 23.2 до 31.1%; при сжатие – от 11.8 до 20.1%. Также, при введение ЩЭСК в составе полуводного гипса прирост прочности гипсового камня составит, при изгибе до 15.8%, а при сжатии до 41.1%. Наибольшее повышение прочности гипсового камня происходит при совместном введении золы угля и ЩЭСК в составе полуводного гипса вместо 5 – 20 % его массы. Для предлагаемого состава смешанного гипсового вяжущего прирост прочности по сравнению с прочностью исходного полуводного гипса составит, при изгибе – от 4.21 до 52.6%; при сжатие – от 8.8 до 70.6%.
В табл.4 приведены показатели водопоглощения (В) и коэффициента размягчения (К) гипсового камня, полученного из: а) полуводного гипса; б) полуводного гипса с ЩЭСК; в)полуводного гипса с золой и ЩЭСК для предлагаемых составов гипсового вяжущего.
Сравнение данных табл. 4 показывает, что гипсовый камень из предлагаемых составов с ЩЭСК имеет сравнительно меньшие показатели водопоглощения ( В=1.80 – 2.12 %) против водопоглощение гипсового камня из гипса (В=2.22 %) и камня из гипсо–зольного вяжущего (В=1.86 – 2.12%). При этом, значение коэффициента размягчения гипсового камня из предлагаемого состава вяжущего 0.91 – 0.94 против 0.88 для камня из гипса без добавок и 0.89-0.91 для камня из гипсо–зольного вяжущего.
Таким образом, предлагаемое смешанное гипсовое вяжущее, обладает более высокую прочность, низкое водопоглощение и повышенную водостойкость. Цель изобретения по снижению стоимости производства вяжущего достигается использованием золы угля – отхода производства тепла от сжигания угля и получением органической добавки из камыша, который растёт во многих местах. Технология получения ЩЭСК очень простая и малозатратная, выражающаяся в экстрагирование измельчённых стеблей камыша раствором 0.1н щелочи KOH при температурах 110–120оС с последующим охлаждением экстрагированных веществ.
Таким образом, использование предлагаемого вяжущего в производствах строительных изделий, одновременно со снижением стоимости этих изделий, обеспечивает более повышенные показатели по прочности и водостойкости гипсового камня в них.
