Поризованный, акустический гипс

Таблица 3 – Влияние добавки  хлористого алюминия на свойства газогипса

 

Марка вяжущего	Количество добавки, % от массы гипсового вяжущего		Соотношение газообразователь: карбонат кальция	Прочность, МПа		Плотность, кг/м3
	АlCl3	СаСО3		Rизг	Rсж
Г4	2 2 2 2,5 5 10	2 2 1 1 5 10	0,5:1 1:1 2:1 1:0,8 1:1 1:1	3,0 2,0 2,3 0,8 0,6 0,4	6,7 4,7 4,9 2,4 1,4 1,1	1033 940 965 740 728 687
Г7	1 2 5 10	2 2 2 10	1:2 1:1 2,5:1 1:1	2,9 1,9 1,4 1,0	7,3 4,0 3,1 2,2	1140 960 856 740
Г13	1 2 5 10	2 2 2 10	1:2 1:1 2,5:1 1:1	4,0 2,6 2,4 1,9	9,3 6,3 4,6 3,2	1270 1080 985 878

        Таблица 4 – Влияние добавки сернокислого алюминия на свойства               газогипса

 

Марка вяжущего	Количество добавки, % от массы гипсового вяжущего		Соотношение газообразователь: карбонат	Прочность, МПа		Плотность, кг/м3
	Аl2(SO4)3× 18Н2О	СаСО3		Rизг	Rсж
Г4	1 2 5 10	2 2 2 5	0,5:1 1:1 2,5:1 2:1	3,2 2,5 1,6 1,1	7,7 5,2 2,3 1,7	1095 1007 880 750
Г7	1 2 5 10	2 2 2 5	0,5:1 1:1 2,5:1 2:1	4,7 3,3 1,7 1,9	8,6 7,9 3,6 2,6	1180 1020 834 706
Г13	1 2 5 10	2 2 2 5	0,5:1 1:1 2,5:1 2:1	7,6 3,9 2,6 1,9	18,1 10,1 6,3 2,5	1260 1095 855 740

  

Данные таблиц 3 и 4 показывают, что применение солей сильных  кислот в качестве газообразующих добавок  нецелесообразно вследствие несогласующихся сроков схватывания гипсовой смеси и сроков газовыделения, а также низких прочностных характеристик. Кроме того, при увлажнении образцы газогипса теряли от 50 до 80% прочности, т.е. являлись неводостойкими. Это частично может быть объяснено присутствием водорастворимых новообразований типа СаСl₂, снижающим прочность в водонасыщенном состоянии.

01.3.2 Структурообразование газогипса на основе сильных кислот

В качестве сильных кислот для получения газогипса было исследовано действие серной, соляной  и фосфорных кислот.

Исследования показывают, что прочность  гипсовых образцов на основе серной кислоты  выше, чем на основе соляной и фосфорной кислот (рис. 1,2).  При  формовании составов количество карбонатной добавки было рассчитано по стехиометрическому соотношению газообразователь: карбонат по следующим химическим реакциям:

СаSO₄×0,5Н₂О+Н₂SO₄+СаСО ®2СаSO₄×2Н₂О+СО₂

СаSO₄×0,5Н₂О+2НСl+СаСО₃ ®СаSO₄×2Н₂О+СаСl+СО₂

СаSO₄×0,5Н₂О+2Н₃РО₄+3СаСО₃ ®СаSO₄×2Н₂О+Са₃(РО₄)₂+3СО₂+Н₂О.

Соотношение газообразователь : карбонат приведено в таблице 5

 

 

 

 

 

Таблица 5 – Соотношение  газообразователь – карбонат

 

Кислота	Соотношение карбонат : газообразователь
Н2SO4	1:1
НCl	1:0,7
Н3РО4	1:0,5

 

Как видно из приведенных данных (рисунок 2), пределы прочности газогипса на основе Н₂SO₄ выше, чем на основе НCl и Н₃РО₄, особенно это видно при снижении плотности образцов.

Отличительными особенностями  всех составов на основе соляной кислоты является слабая растекаемость газогипсовой смеси с образованием непрочного и легкодегидратируемого кристаллогидрата СаСl₂×6Н₂О, что также обусловливает низкую прочность в сухом и увлажненном состоянии (не выше 0,25). Средний коэффициент размягчения газогипса на основе серной кислоты несколько  выше – до 0,32.

Наименее пригодной для получения  газогипса является ортофосфорная  кислота, которая замедляет сроки  схватывания до 1,0-4 часов (в зависимости  от концентрации), в результате  чего поры деформируются в эллипсы, возникают поперечные трещины и поры частично коалесцируют между собой. В результате этого  процесса газогипс на основе даже высокопрочного гипсового вяжущего и фосфорной кислоты имеет коэффициент размягчения не превышающий 0,30.

01.3.3 Структурообразование газогипса  на основе кислот средней силы

При исследовании структурообразования на основе кислот средней силы в  качестве карбонатной  составляющей смеси были использованы карбонат кальция  и доломит, вводимые в смесь в количестве, необходимом для нейтрализации кислот. Во всех экспериментах была принята следующая последовательность приготовления смеси. В воду затворения  вводили отдозированные количества гипсового вяжущего и карбонатной составляющей смеси. Смесь тщательно перемешивали и, не прекращая перемешивания,  добавляли газообразователь. Время перемешивания после ввода газообразователя не превышало 15-20 сек. Установлено, что процесс гидратации гипсового вяжущего на основе кислот средней силы неоднозначен.

Лимонная кислота в течение 40 мин практически не приводит к схватыванию гипсовой смеси. При ее вводе наблюдается отслоение воды, которая затем полностью поглощается гипсовой отливкой.

Винная и уксусная кислоты также  замедляют гидратацию, но в меньшей  степени, чем лимонная кислота (примерно на 25 мин). Затем вяжущее начинает активно схватываться.

Малеиновая и малоновая кислоты  оказывают примерно одинаковое воздействие на твердение вяжущего, замедляя его на 5-7 мин.

Щавелевая и сульфосалициловая  кислоты, практически, не приводят к изменению скорости схватывания гипсового вяжущего.

На рисунке 3 приведена кинетика выделения СО₂ из газогипсовой смеси, полученной на основе кислот средней силы. Из рисунка 3 видно, что все кислоты средней силы дают устойчивый эффект газообразования, однако продолжительность газовыделения из них не одинаковые.

Сульфосалициловая и малеиновая кислоты  активно вступают в химическое взаимодействие с карбонатами кальция и к концу второй минуты образуется основное количество СО₂, которое частично расходуется на вспучивание и частично удаляется  через поверхность. Однако полностью реакция взаимодействия  и эффект газообразования заканчиваются уже в процессе гидратации и структурообразования газогипса (~ 15 мин).

Винная, лимонная, малоновая  и уксусная кислоты  характеризуются  медленным взаимодействием с карбонатами, поэтому к 15 мин. этот процесс не заканчивается, но и процесс гидратации полугидрата сульфата кальция в водном растворе этих кислот практически не начинается (кроме малоновой).

Щавелевая кислота сразу  вступает во  взаимодействие с карбонатами  кальция сырьевой смеси и к 1,5-2 мин этот процесс полностью завершается, при этом рН среды становится нейтральным. Здесь наблюдается полная согласованность времени газообразования и структурообразования системы.

Для определения характера  вспучивания  была принята методика определения кратности вспучивания, когда определяется первоначальный объем смеси (V_о) и объем смеси после вспучивания (V_к). По разности значений (V_к-V_о) определяли объем вспучивания смеси DV по формуле:

, где

V_к и V₀ – соответственно конечный и начальный объем газогипсовой массы.

Разный  характер взаимодействия кислот средней силы с карбонатами  кальция определяет и разный характер вспучивания газогипсовой массы. Большинство из этих  кислот (лимонная, винная, малоновая и уксусная), за счет медленных процессов взаимодействия с карбонатами кальция и структурообразования вызывают длительное вспучивание и только сульфосалициловая, малеиновая и щавелевая кислота дают вспучивание в течение 1,5-2,5 мин, т.е. являются  технологичными добавками для производства газогипса (рисунок 4).

Необходимо отметить, что сульфосалициловая, малиновая  и уксусная кислоты обладают таким отрицательным свойством, как коррозия металла, поэтому, в случае их применения, технологическое оборудование необходимо выполнять из антикоррозионных материалов. Вообще же факт сильной коррозии можно объяснить только тем, что реакция взаимодействия этих кислот с карбонатами проходит не до конца.

Исходя из выше отмеченного, а также технологичности использования  добавок, подбор состава газобетона проводился только при использовании  в качестве газообразователя щавелевой  кислоты. Карбонатная добавка вводилась  как в виде мела (СаСО₃), так и доломита (CaCO₃·MgCO₃).

В таблице 6 приведены  результаты влияния количества добавки  щавелевой кислоты и вида карбонатной добавки на свойства газогипса

Таблица 6 – Влияние  добавки щавелевой кислоты на свойства газогипса

 

Марка вяжущего	Количество добавки, % от массы вяжущего		Соотношение газообразователь- карбонат	Прочность, МПа		Плотность, кг/м3
	щавелевая кислота	доломит		Rизг.	Rсж
Г4	0,25 0,5 0,5 1 2	0,25 0,5 1 1 2	1:1 1:1,5 1:3 1:1,5 1:1,5	1,7 1,0 0,8 0,5 0,3	2,9 2,0 1,6 1,1 0,5	983 567 585 498 396
Г7	0,5 1 2	0,5 1 2	1:1,5 1:1,5 1:1,5	2,8 1,9 0,9	5,2 2,8 1,8	966 721 492
	СаСО3
	1 2	1 2	1:1,5 1:1,5	0,6 0,4	1,4 1,2	875 702
Г13	0,5 1 2	0,5 1 2	1:1,5 1:1,5 1:1,5	3,9 1,8 1,0	7,4 4,9 2,4	985 540 470
	СаСО3
	1 2	1 2	1:1,5 1:1,5	1,3 0,7	3,5 2,0	902 740

 

Из данных таблицы 6 видно, что с увеличением марки используемого  гипсового вяжущего увеличиваются  прочностные показатели газогипса. Увеличение добавки доломита не приводит к увеличению прочностных показателей. Наиболее высокие прочностные показатели получены при соотношении щавелевая кислота:доломит равном 1:1,5. При использовании в качестве карбонатной добавки карбоната кальция реакция газообразования начинается  быстрее, чем при использовании доломита. Смесь плохо перемешивается и, как видно из данных таблицы 6, физико-технические свойства (прочность и плотность образцов газогипса) хуже, чем при использовании доломита.

Технологической особенностью применения щавелевой кислоты в  качестве газообразователя для получения газогипса является то, что начало активного газообразования, независимо от  ее  концентрации начинается примерно через 30 сек. после ее ввода в гипсовую смесь. Поэтому важным параметром, определяющим прочность, является время перемешивания смеси (таблица 7). Для получения сопоставимых данных эксперименты проводились на гипсовом вяжущем марки Г13 с вводом щавелевой кислоты в количестве 1% от массы гипсового вяжущего.

 

Таблица 7 – Влияние  времени перемешивания на прочность  и плотность газогипса

Характеристики газогипса	Время перемешивания, с
	15	30	45	60	90	120	150	180
Плотность, кг/м3	522	530	535	540	556	658	868	956
Rсж, МПа	1,7	1,8	2,1	2,1	2,4	3,0	5,8	70

 

Из данных таблицы 7 видно, что время  перемешивания газогипсовой смеси до 90с не вызывает значительного изменения плотности газогипса. Увеличение времени перемешивания сверх 90с вызывает самоуплотнение газогипсовой смеси и, значит, неэффективное использование газообразователя.

Последовательность ввода  щавелевой кислоты не оказывает  существенного влияния на физико-технические свойства газогипса. Ее можно вводить в однородную смеси гипсового вяжущего, карбонатной добавки и воды в сухом состоянии и перемешивать 20-30с, можно использовать раствор щавелевой кислоты, который также необходимо вводить в однородную гипсовую массу. Оптимальная температура для приготовления раствора щавелевой кислоты (25-30)⁰С. Необходимо отметить, что при понижении температуры окружающей среды ниже 20⁰С. Сроки газообразования и схватывания смеси замедляются.