Гіпс, отриманий шляхом десульфуризації, – це димовий газ, що утворюється в результаті спалювання сірковмісного палива (вугілля, нафта), промислових твердих відходів, що утворюються в процесі десульфуризації, та напівгідрату гіпсу (хімічна формула CaSO4·0.5H2O), характеристики якого порівнянні з натуральним будівельним гіпсом. Тому з'являється все більше досліджень та застосувань використання десульфурованого гіпсу замість натурального гіпсу для виробництва самовирівнювальних матеріалів. Органічні полімерні добавки, такі як водознижувальний агент, водоутримуючий агент та сповільнювач, є важливими функціональними компонентами у складі самовирівнювальних розчинів. Взаємодія та механізм цих двох речовин з цементними матеріалами є питаннями, що заслуговують на увагу. Через особливості процесу формування, тонкість десульфурованого гіпсу невелика (розмір частинок переважно розподілений між 40 та 60 мкм), а градація порошку нерозумна, тому реологічні властивості десульфурованого гіпсу погані, і розчинна суспензія, приготована з його допомогою, часто легше піддається сегрегації, розшаруванню та розсіюванню. Целюлозний ефір є найпоширенішою добавкою в розчинах, а його спільне використання з водозменшувачем є важливою гарантією реалізації комплексних характеристик самовирівнювальних матеріалів на основі десульфурованого гіпсу, таких як будівельні характеристики, а також механічні та довговічні характеристики.
У цій роботі значення плинності використовується як контрольний показник (ступінь розтікання 145 мм ± 5 мм), зосереджуючись на впливі вмісту целюлозного ефіру та молекулярної маси (значення в'язкості) на споживання води самовирівнювальними матеріалами на основі десульфурованого гіпсу, втраті плинності з часом та коагуляції. Закон впливу основних властивостей, таких як час та ранні механічні властивості; водночас перевіряється закон впливу целюлозного ефіру на тепловиділення та швидкість тепловиділення гідратацією десульфурованого гіпсу, аналізується його вплив на процес гідратації десульфурованого гіпсу та спочатку обговорюється сумісність цього типу домішки з гелеутворюючою системою десульфурованого гіпсу.
1. Сировина та методи випробувань
1.1 Сировина
Гіпсовий порошок: десульфурований гіпсовий порошок, вироблений компанією в Таншані, основним мінеральним складом є напівгідрат гіпсу, його хімічний склад наведено в таблиці 1, а фізичні властивості - в таблиці 2.
малюнок
малюнок
До добавок належать: ефір целюлози (гідроксипропілметилцелюлоза, скорочено ГПМЦ); суперпластифікатор WR; піногасник B-1; порошок редиспергованого латексу EVA S-05, усі з яких є комерційно доступними.
Заповнювач: природний річковий пісок, дрібний пісок власного виробництва, просіяний через сито 0,6 мм.
1.2 Метод випробування
Фіксований гіпс для десульфуризації: пісок: вода = 1:0,5:0,45, відповідна кількість інших домішок, показник плинності як контрольний (розширення 145 мм ± 5 мм), шляхом регулювання витрати води, відповідно змішується з цементними матеріалами (гіпс для десульфуризації + цемент) 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ ефір целюлози (HPMC-20 000); Далі зафіксуйте дозування целюлозного ефіру на рівні 1‰, оберіть гідроксипропілметилцелюлозні ефіри HPMC-20 000, HPMC-40 000, HPMC-75 000 та HPMC-100 000 з різною молекулярною масою (відповідні номери - H2, H4, H7,5 та H10 відповідно), щоб дослідити дозування та молекулярну масу (значення в'язкості) целюлозного ефіру. Обговорюється вплив змін на властивості самовирівнюючого розчину на основі гіпсу, а також вплив цих двох факторів на текучість, час тужавіння та ранні механічні властивості самовирівнюючої розчинової суміші з десульфурованого гіпсу. Конкретний метод випробувань проводиться відповідно до вимог GB/T 17669.3-1999 «Визначення механічних властивостей будівельного гіпсу».
Випробування на теплоту гідратації проводять з використанням холостого зразка десульфурованого гіпсу та зразків із вмістом ефіру целюлози 0,5‰ та 3‰ відповідно, а використовуваний прилад – тестер теплоти гідратації типу TA-AIR.
2. Результати та аналіз
2.1 Вплив вмісту целюлозного ефіру на основні властивості розчину
Зі збільшенням вмісту значно покращуються оброблюваність та когезія розчину, значно зменшується втрата плинності з часом, а будівельні характеристики стають кращими, затверділий розчин не має явища розшарування, а гладкість поверхні, гладкість та естетика значно покращуються. Водночас значно збільшується споживання води розчином для досягнення такої ж плинності. При 5‰ споживання води збільшується на 102%, а кінцевий час тужавіння подовжується на 100 хвилин, що в 2,5 рази більше, ніж у холостого зразка. Ранні механічні властивості розчину значно знижуються зі збільшенням вмісту ефіру целюлози. При вмісті ефіру целюлози 5‰ 24-годинна міцність на вигин та міцність на стиск зменшуються до 18,75% та 11,29% від холостого зразка відповідно. Міцність на стиск становить 39,47% та 23,45% від холостого зразка відповідно. Варто зазначити, що зі збільшенням кількості водоутримуючого агента об'ємна щільність розчину також значно зменшилася, з 2069 кг/м3 при 0 до 1747 кг/м3 при 5‰, що становить зменшення на 15,56%. Щільність розчину зменшується, а пористість збільшується, що є однією з причин очевидного зниження механічних властивостей розчину.
Целюлозний ефір – це неіонний полімер. Гідроксильні групи в ланцюзі целюлозного ефіру та атоми кисню в ефірному зв'язку можуть з'єднуватися з молекулами води, утворюючи водневі зв'язки, перетворюючи вільну воду на зв'язану, тим самим відіграючи роль в утриманні води. Макроскопічно це проявляється у збільшенні когезивності суспензії [5]. Збільшення в'язкості суспензії не тільки збільшить споживання води, але й розчинений целюлозний ефір буде адсорбуватися на поверхні гіпсових частинок, перешкоджаючи реакції гідратації та подовжуючи час тужавлення; під час процесу перемішування також утворюється велика кількість бульбашок повітря. Порожнечі утворюватимуться під час твердіння розчину, що зрештою зменшить його міцність. Враховуючи одностороннє споживання води розчиновою сумішшю, будівельні характеристики, час тужавлення та механічні властивості, а також подальшу довговічність тощо, вміст целюлозного ефіру в самовирівнювальному розчині на основі десульфурованого гіпсу не повинен перевищувати 1‰.
2.2 Вплив молекулярної маси целюлозного ефіру на характеристики розчину
Зазвичай, чим вища в'язкість і чим дрібніший подрібнений ефір целюлози, тим краще утримується вода і збільшується міцність зчеплення. Це негативно впливає на характеристики розчинів. Тому було додатково протестовано вплив ефірів целюлози різної молекулярної маси на основні властивості самовирівнювальних розчинів на основі гіпсу. Потреба у воді розчину певною мірою збільшилася, але не мала помітного впливу на час тужавіння та плинність. Водночас, міцність розчину на вигин та стиск у різних станах демонструвала тенденцію до зниження, але це зниження було набагато меншим, ніж вплив вмісту ефіру целюлози на механічні властивості. Таким чином, збільшення молекулярної маси ефіру целюлози не має помітного впливу на характеристики розчинових сумішей. Враховуючи зручність будівництва, як самовирівнювальні матеріали на основі десульфурованого гіпсу слід вибирати ефіри целюлози з низькою в'язкістю та малою молекулярною масою.
2.3 Вплив целюлозного ефіру на теплоту гідратації десульфурованого гіпсу
Зі збільшенням вмісту целюлозного ефіру екзотермічний пік гідратації десульфурованого гіпсу поступово зменшувався, а час положення піку дещо затримувався, тоді як екзотермічна теплота гідратації зменшувалася, але не помітно. Це показує, що целюлозний ефір може певною мірою уповільнювати швидкість гідратації та ступінь гідратації десульфурованого гіпсу, тому дозування не повинно бути занадто великим і повинно контролюватися в межах 1‰. Видно, що колоїдна плівка, що утворюється після зустрічі целюлозного ефіру з водою, адсорбується на поверхні частинок десульфурованого гіпсу, що знижує швидкість гідратації гіпсу до 2 годин. Водночас, його унікальний ефект утримання та загущення води уповільнює випаровування води з суспензії, а її дисипація сприяє подальшій гідратації десульфурованого гіпсу на пізнішій стадії. Підсумовуючи, при контролі відповідного дозування целюлозний ефір має обмежений вплив на швидкість гідратації та ступінь гідратації самого десульфурованого гіпсу. Водночас збільшення вмісту целюлозного ефіру та молекулярної маси значно підвищує в'язкість суспензії та демонструє чудові водоутримуючі властивості. Для забезпечення плинності самовирівнюючого розчину з десульфурованого гіпсу значно зросте витрата води, що пов'язано з тривалим часом тужавіння розчину. Основна причина - зниження механічних властивостей.
3. Висновок
(1) Коли плинність використовується як контрольний показник, зі збільшенням вмісту целюлозного ефіру час тужавіння самовирівнювального розчину на основі десульфурованого гіпсу значно подовжується, а механічні властивості значно знижуються; порівняно з вмістом, молекулярна маса целюлозного ефіру. Збільшення мало впливає на вищезазначені властивості розчину. У комплексному плані, целюлозний ефір слід вибирати з малою молекулярною масою (значення в'язкості нижче 20 000 Па·с), а дозування слід контролювати в межах 1‰ від цементного матеріалу.
(2) Результати випробувань теплоти гідратації десульфурованого гіпсу показують, що в рамках цього випробування целюлозний ефір має обмежений вплив на швидкість гідратації та процес гідратації десульфурованого гіпсу. Збільшення споживання води та зменшення насипної щільності є основними причинами зниження механічних властивостей розчину на основі десульфурованого гіпсу.
Час публікації: 08 травня 2023 р.