Исследования показали что различные модификации сульфата кальция не вносят существенного изменения в характер новообразований, но влияют на скорость гидратации вяжущего и условия кристаллизации новообразований, что, в конечном счете, отражается на прочности вяжущего. Это принципиальное положение лежит в основе получения ГЦПВ повышенной прочности и долговечности. Так, используя высокопрочное гипсовое вяжущее или ангидритовый цемент, вместо обычного гипсового вяжущего при производстве ГЦПВ, можно получать быстротвердеющие водостойкие вяжущие повышенной прочности — марки М 300 и более.
В настоящее время наибольшее применение получили ГЦПВ примерно следующего состава, % по массе: гипсовое вяжущее 75-50, портландцемент 15-25, активная минеральная добавка (АМД) 10-25. В качестве АМД в нашей стране обычно используют трепел, диатомит, опоки, активные золы, кислые гранулированные доменные шлаки и т.д. В других странах для этих целей применяют золу-унос, образующуюся при сгорании бурых углей, трассы и т.п.
Последующие исследования по получению ВГВ, как у нас в стране, так и за рубежом, основывались на теоретических положениях, изложенных выше.
Опыт применения в строительстве изделий из бетонов на основе ГЦП вяжущих и результаты длительных натурных и лабораторных исследований показали их удовлетворительную эксплуатационную стойкость в разных климатических районах и температурно-влажностных условиях. В то же время, они выявили ряд недостатков, сдерживающих их широкое применение в строительстве.
Бетонные смеси на ГЦПВ обладают повышенной по сравнению со смесями на портландцементе, водопотребностью. Для снижения водопотребности можно использовать добавки поверхностно-активных веществ СДБ (ЛСТ), СНВ, ВРП-1, а также суперпластификаторы. Применение пластифицирующих добавок не только снижает водопотребность, но способствует повышению прочности, морозостойкости и других свойств.
Дальнейшие исследования по повышению эффективности ГВ позволили получить водостойкие гипсовые вяжущие (ВГВ) нового поколения — гидравлические композиционные гипсовые вяжущие (КГВ) и бетоны на их основе.
Технология их производства основана на достижениях в области механо-химической активации материалов с учетом особенностей твердения гипсоцементно-кремнеземистых вяжущих, позволяющих получать качественно новый уровень свойств материалов, ранее не достигаемый.
Рациональные области применения бетонов на основе водостойких гипсовых вяжущих
Новые вяжущие представляют собой гомогенную активированную смесь любого гипсового вяжущего с гидравлическим компонентом, предварительно получаемым совместной механо-химической активацией портландцемента, кремнеземистой добавки и суперпластификатора. Этот гидравлический компонент является органо-минеральным модификатором (ОММ) гипсовых вяжущих и может быть приготовлен заранее и использован по мере необходимости. ОММ содействует повышению скорости и степени гидратации портландцемента в КГВ и увеличению активности кремнеземистых компонентов, повышению реакционной способности трехкальциевого алюмината и других минералов, что способствует образованию эттрингита в начальный период твердения. В дальнейшем исчезают условия образования эттрингита ввиду израсходования алюминатных составляющих клинкера и резкого понижения концентрации гидроксида кальция за счет его связывания активированным кремнеземом. Это способствует образованию нового типа структуры, обеспечивающей высокие показатели свойств разработанных вяжущих, повышение прочности и долговечности.
Для получения КГВ могут использоваться любые модификации гипсовых вяжущих (бэта- и альфа-полугидрат сульфата кальция, ангидрит, эстрих-гипс) или их сочетания, кремнеземистая добавка, в качестве которой можно использовать золу-унос, керамическую пыль, отходы производства кирпича и других керамических изделий, стеклянный бой, молотый кварцевый песок, микрокремнезем, кремнегель, отработанный силикагель и т.п. материалы; портландцемент любой разновидности, в том числе сульфатостойкий; сухая пластифицирующая добавка (суперпластификатор С-3, лигносульфонаты технические и др.). Кроме того, для регулирования сроков схватывания можно вводить винную или виннокаменную кислоты, цитраты некоторых солей и другие замедлители схватывания.
Производство КГВ включает следующие переделы: дозирование и совместный помол портландцемента, кремнеземистой добавки и пластификатора; смешивание гипсового вяжущего с полученным ОММ с дополнительным помолом или без него. Производство может быть организовано на гипсовых заводах, в цехах по производству сухих строительных смесей или на специально выделенных участках при реконструкции предприятий, в том числе на заводах сборного железобетона.
Вяжущие, получаемые по данной технологии, и бетоны на их основе характеризуются новым уровнем технологических и технических свойств по сравнению с ранее известными водостойкими гипсовыми вяжущими и бетонами, и отличаются улучшенными эксплуатационными свойствами.
КГВ на основе строительного гипса имеют прочность при сжатии после 28 сут. твердения во влажных условиях от 15 до 35 МПа, коэффициент размягчения — от 0, 74 до 0,87, водопотребность вяжущего — 0,33…0,38, в зависимости от вида компонентов и состава вяжущего.
КГВ на основе высокопрочного гипсового вяжущего имеет водопотребность от 0,22 до 0,32, прочность от 35 до 50 МПа, коэффициент размягчения от 0,77 до 0,88.
Разработаны различные бетоны на основе КГВ: тяжелые — классов В7,5…В35, мелкозернистые, в том числе золобетон, — В5…В35 (в зависимости от состава и способа уплотнения), легкие на пористых заполнителях В2,5…В10 при средней плотности от 700 до 1300 кг/м3, опилкобетон — В 1,5…В5 при средней плотности 600…900 кг/м3, пенобетон — В0,5:В3,5 при средней плотности 400:800 кг/м3.
Области применения водостойких вяжущих и бетонов достаточно широки (см. таблицу).
Производство и применение изделий из бетонов на основе ВГВ, при сохранении положительных свойств гипсовых вяжущих, характеризуются рядом преимуществ перед изделиями из бетонов на других вяжущих, в том числе и на портландцементе, а именно:
-изготовление изделий осуществляется без тепловой обработки;
-увеличивается оборачиваемость формовочного оборудования (бортоснастки, опалубки, форм) в несколько раз, т.к. уже через 15…20 мин может осуществляться распалубка;
-не требуется искусственная сушка изделий;
-снижается себестоимость за счет использования местного сырья и техногенных отходов с одновременным решением экологических проблем.
Таким образом, созданы гидравлические композиционные вяжущие, с сохранением положительных свойств гипсовых вяжущих (особенно, быстроты твердения и отличные формовочные свойства) и приобретением гидравлических свойств портландцемента. Это открывает новые возможности для стройиндустрии и строителей по производству и применению эффективных материалов и изделий, разработку технологий которых проводят ГУП «НИИМосстрой» в содружестве с МГСУ (кафедра технологии вяжущих веществ и бетонов).