Структура и прочность двугидрата, образующегося при гидратации полуводного гипса

Искусственный камень при твердении цементов и гипса образуется в результате возникновения гидратов в кристаллическом состоянии. Размеры и форма кристаллов новообразований, степень их дисперсности в конечном итоге определяют важнейшие прочностные и деформативные свойства затвердевшего вяжущего, а следовательно, и бетона.

В последние годы эта проблема все чаще привлекает внимание специалистов. В ММСИ нм. В. В. Куйбышева с 1955 г. ведутся систематические исследования зависимости свойств искусственного камня от его структуры.

Изучение свойств твердеющего гипса и продуктов гидратации в ходе реакции связано с определенными экспериментальная и трудностями. Поэтому в литературе обычно излагаются результаты опытов на конечной стадии гидратации, когда структура камня почти полностью сложилась. В наших опытах для установления связи между дисперсностью продуктов гидратации, их количеством и прочностью при сжатии гипсового камня его свойства изучались на образцах, приготовленных с разными показателями исходного водогипсового отношения (от 0,05 до 0,3). В этом случае твердение полуводного гипса протекало как при резком недостатке воды для полной его гидратации, так и при теоретически не обходимом и избыточном ее количестве

Можно было предположить, что в условиях недостатка воды для потной гидратации гипса и при быстром взаимодействии его с водой образующиеся кристаллы двугидрата будут фиксироваться в высокодисперсном состоянии без перекристатлизации в более крупные из-за Отсутствия жидкой фазы в системе. Вследствие этого должны возникнуть структуры с высокодисперсными частицами новообразований, отличающиеся более высокой прочностью по сравнению с теми, твердение которых проходило с повышенным количеством воды, создающим балгоприятные условия для укрупнения кристаллов и ухудшения их связующих свойств.

Цилиндры диаметром 3,7 и высотой 1 см формовались прессованием. Объемная масса образцов по по.ту водному гипсу в первой серии опытов была постоянном (1,70—1,74 г/см3, т юл. 1). Объемная масса затвердевших образцов изменялась только в зависимости от количества присоединившейся к гипсу воды. Последняя определялась по потерям при прокаливании при 400°С. Для предотвращения преждевременного схватывания полугидрата производилось прессование горячей смеси (95—100°С). В некоторых опытах по той же причине применялось затворение 0,2% водным раствором кератина. Перед испытанием на прочность образцы в течение 7 сут. выдерживались в эксикаторе над натронной известью.

Изменения в размерах кристаллов двугидрата в процессе гидратации и твердения гипса определялись с помощью дифференциально-термического анализа. При этом учитывалась зависимость величины теплового эффекта и температуры его наступления от степени веществаа. Отдельные пробы исследозались электронно-микроскопическим методом с помощью реплик, снятых со следа.

В табл. 1 приведены данные, характеризующие свойства прессованных образцов, изготовленных из полуводного гипса Расторгуевого комбината. Он содержит 5,3% химически связанной воды. Двуводный гипс этой же разновидности содержит 20,2% химически связанной воды (в пересчете на прокаленное вещество). По данным табл. I, фактическое ВТ меньше заданного, что объясняется испарением влаги при горячем прессовании, выдавливанием и последующей потерей ее при высушивании.



Зависимость прочности от степени гидратации представлена на рис. 3. Для всех видов гипса характерен сброс прочности при степени гидратации 85—95%.

Во второй серии опытов (применялся квалификации ч. д. а.) фактическая объемная масса образцов после гидратации была постоянной, что исключило ее влияние на прочность. Образцы-цилиндры формовались и испытывались описанными выше методами с тон лишь разницей, что объемная масса по полу водному гипсу подбиралась с учетом В/Г таким образом, чтобы после гидратации она практически не менялась (табл. 2).

Из данных табл. 2 видно, что при сохранении образцами постоянной или близкой объемной массы (1,61— 1,65 г/см3) и примерно одинаковой пористости прочность при сжатии достигает максимальной величины, когда водогипсовое отношение обеспечивает степень гидратации около 50—60%. Дальнейшее повышение В/Г, хотя и приводит к увеличению степени гидратации, но даже при некотором повышении объемной массы вызывает не рост прочности, а ее снижение тем больше, чем выше исходное В/Г и достигнутая степень гидратации.

Таким образом можно полагать, что в условиях наших опытов при В/Г более 0,1 создаются предпосылки к значительной перекристаллизации и укрупнению частиц двугидрата, образующихся при гидратации полуводиого гипса, со снижением их связующей способности и прочности структур. ДТА этих образцов (рис. 4) подтверждает факт укрупнения кристаллов двугидрата. В табл. 2 приведены показатели условной прочности образцов, какую они могли бы иметь при 100% ной гидратации полу гидрата, но с микроструктурой образующегося продукта, возникающей при пониженных значениях В/Г. При этом прочность определялась делением фактической прочности на соответствующий показатель степени гидратации и умножением ча 100.






Помимо теоретического значения установленная закономерность играет роль в определении оптимальных условии изготовления изделий из полуводного гипса (и других вяжущих) методом прессования.

Влияние «огрубления» частиц новообразований на прочностные показатели затвердевшего гипса изучалось также на пропаренных образцах. Образцы из те ста (В/Г=0,5) твердели в течение I, 4 и 24 ч в закрытых формах, затем определялась прочность при сжатий влажных и высушенных образцов.

Подобные же образцы после указанных сроков твердения пропаривались iipsi 60°С в течение 9 и 24 ч, после его определялась прочность во влажном и в высушенном состоянии. Был проведен ДТА проб из этих образцов. Результаты (табл. 3) показывают, что тепловлажностная обработка вызывает падение прочности. Перекристаллизация затвердевшего гипса происходит и при воздуновлажных условиях, но медленнее.

Из сравнения данных табл. 2 и 3 видно, что укрупнение частиц двуводного гипса особенно интенсивно протекаает во времени в период начальной стадии гидратации полугидрата. При этом кристаллы двугидрата даже при В/Г чуть меньше теоретической водопотребности быстро приобретают почти конечные размеры. Последующее их укрупнение даже в специальных условиях термообработки в течение 24 ч при 60°С мало заметно и незначительно отражается на прочности гипсового камня.