Композиционное водостойкое гипсовое вяжущее

Сухие строительные смеси на основе гипсовых вяжущих (далее гипсовые сухие смеси) находят все большее применение при реконструкции, ремонте и строительстве зданий. И, как показала практика, это применение является очень эффективным. Наибольшее распространение получили штукатурные и шпаклевочные смеси, эффективность которых обязана ряду уникальных свойств гипсовых вяжущих. К ним относятся:

• возможность регулирования сроков схватывания в широких диапазонах;
• достаточная прочность и твердость затвердевшего материала и быстрота их достижения;
• сравнительно низкая теплопроводность и хорошая звукоизолирующая способность;
• высокая паропроницаемость;
• высокая огнестойкость;
• экологическая чистота.

Все эти свойства применимы и к растворам из гипсовых сухих смесей. Кроме того, как показывают исследова-ния фирмы «Кнауф», применение гипсовых сухих смесей более эффективно, чем известково-цементных, поскольку, благодаря меньшей плотности гипсового раствора. Из одной тонны гипсовой сухой смеси получают в два раза боль-шую площадь оштукатуренной поверхности. Очень перспективно изготовление готовых сухих гипсосодержащих смесей, которые могли бы применяться при изготовлении не только растворных и шпаклевочных смесей для внутренней отделки, но и для наружной, а также для производства различных изделий из монолитного бетонирования.

Но этому препятствовали такие отрицательные свойства гипсовых вяжущих и материалов из них, как их высо-кая водопотребность и низкая водостойкость. Кроме того, гипсовым бетонам присущи значительная ползучесть при увлажнении, малая морозостойкость, необходимость длительной сушки изделий при их производстве и др. Благодаря оригинальным отечественным разработкам, ряд существенных недостатков гипсовых вяжущих уда-лось устранить в созданных водостойких гипсовых вяжущих. Наиболее известными и изученными являются гипсоце-ментно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ) которые достаточно широко используются при производстве санитарно-технических кабин, вентилляционных блоков, стеновых камней, панелей оснований под полы, крупнопанельных и па-зогребневых перегородок, растворных и шпаклевочных смесей. Однако, использование ГЦПВ и других водостойких гипсовых вяжущих (ВГВ) также далеко от их потенциаль-ных возможностей.

Значительным прорывом в повышении эффективности ВГВ являются исследования кафедры технологии вя-жущих веществ и бетонов МГСУ по созданию ГЦП вяжущих нового поколения, к которым относятся композицион-ные гипсовые вяжущие низкой водопотребности (КГВ).

В настоящее время в городе Куровское, Орехово-Зуевского района, Московской области на производственной базе завода сухих строительных смесей «Эволит-Пром» начато экспериментальное производство смесей на основе во-достойких гипсовых вяжущих, согласно ТУ 5744-06-53743439-03.

Новые вяжущие представляют собой гомогенную α- и β-модификацию гипсового вяжущего с гидравлическим компонентом, предварительно получаемым с гидравлическим компонентом, предварительно получаемым совместной активацией портландцемента, кремнеземистой добавки и суперпластификатора. Этот гидравлический компонент яв-ляется органоминеральным модификатором (ОММ) гипсовых вяжущих и может быть приготовлен заранее и исполь-зован по мере необходимости. Получение ОММ механо-химической активацией содействует повышению скорости и степени гидратации портландцемента в КГВ и увеличению активности кремнеземистых компонентов, повышению ре-акционной способности трехкальциевого алюмината и других минералов, что способствует повышению прочности и долговечности сформировавшейся структуры затвердевшего вяжущего во времени. Кроме того, необходимо вводить регуляторы схватывания и твердения, полимерные добавки, загустители и другие модификаторы свойств.

Производство КГВ включает следующие пределы: дозировка и совместный дополнительный помол портланд-цемента, кремнеземистой добавки и пластификатора; смешивание гипсового вяжущего с полученным ОММ.

Вяжущие, получаемые по данной технологии, бетоны и растворы на их основе характеризуются новым уровнем технологических и технических свойств по сравнению с ранее известными водостойкими гипсовыми вяжущими и от-личаются повышенными эксплуатационными свойствами.

Структура затвердевшего камня из этого вяжущего представляет собой следующую модель. Кристаллы дигид-рата сульфата кальция, образующие каркас первоначальной структуры сразу после затворения водой вяжущего, и эт-трингит, который также образуется на ранней стадии твердения, будут в разной степени, в зависимости от состава, защищены стабильными новообразованиями, полученными в результате гидратации активированного портландце-мента и реакций между продуктами его гидратации и тонкодисперсным кремнеземом. Одновременно со снижением концентрации гидроксида кальция постепенно исчезают условия образования высокоосновных гидроалюминатов кальция и эттрингита.

Полости между кристаллами дигидрата сульфата кальция заполняются мельчайшими частицами новообразова-ний и ультрадиспесными частицами, входящими в состав ОММ. Это способствует увеличению контактов между кри-сталлами и повышению плотности. Плотность упаковки новообразований обеспечивается высокой степенью гидрата-ции портландцемента и их высокой дисперсностью, низким водосодержанием за счет пластификатора, адсорбирован-ного на поверхности активированных частиц, коллоидно-химическими явлениями, обеспечивающими максимум кон-тактов кристаллов дигидрата сульфата кальция, достигаемых правильным выбором компонентов. Все это способству-ет повышению прочности и долговечности затвердевшего вяжущего. Получение такой структуры может достигаться оптимальной дисперсностью и активностью компонентов благодаря их механо-химической активации на стадии при-готовления композиций. Это обеспечивает долговечность затвердевшего камня и повышает эффективность использо-вания клинкерной составляющей; предопределяет низкую пористость, высокую прочность и водостойкость бетонов на их основе. Механо-химическая активация приводит к механической деструкции компонентов и элементов их структуры, частично диспергирует зерна цемента и кремнезема по слабым связям. Это способствует существенному увеличению количества активных центров в единице объема материала.

При этом высвобождается значительное количество энергии, которое способствует повышению активности минералов цементного клинкера, особенно трехкальциевого алюмината, и поверхностной активности зерен кремнезе-ма компонентов и адсорбцией молекул органического пластификатора на их поверхности. Все это как бы готовит по-верхность твердой диспесной фазы к взаимодействию с жидкой дисперсионной средой, то есть водой.

Полученный в результате механо-химической активации смеси портландцемента, кремнеземистой добавки и суперпластификатора органоминеральный модификатор (ОММ) является гидравлическим компонентом для компози-ционного гипсового вяжущего (КГВ). Благодаря его дисперсности и высокой активности частиц, после затворения вяжущего водой обеспечивается достаточно быстрая гидратация минералов цементного клинкера и постепенное свя-зывание выделяющегося гидроксида кальция активированным кремнеземом, образование эттрингита происходит в начальные сроки твердения. Диспергирующее действие пластификатора препятствует флокуляции зерен цемента, что также способствует достаточно быстрой и полной гидратации цементной составляющей вяжущего, способствуя по-вышению водостойкости.

Таким образом, области применения композиционных гипсовых вяжущих и сухих смесей, в том числе цветных на их основе, могут быть достаточно широки:

• производство штукатурных и других отделочных работ;
• строительство зданий методом торкретирования;
• монолитное бетонирование несущих и ненесущих конструкций малоэтажных зданий (стен, перекрытий, перемычек и др.), в том числе, в зимнее время;
• изготовление мелкоштучных стеновых материалов (кирпича, камней, блоков, элементов декора), причем, без тепловой обработки;
• при устройстве саморазравнивающихся стяжек под полы;
• взамен обычного гипсового вяжущего при производстве гипсокартонных листов, гипсоволокнистых плит, перегородочных плит и др. для повышения их водостойкости и расширения областей применения.

Строительные растворы из сухих смесей классифицируют по:

• основному назначению; 
• применяемому вяжущему; 
•  средней плотности.

По основному назначению растворы подразделяют на:

• кладочные (в том числе и для монтажных работ); 
• облицовочные; 
• штукатурные.

По применяемым вяжущим растворы подразделяют на:

• гипсовые (на гипсовом вяжущем );
• сложные (на смешанных водостойких гипсовых вяжущих).

По средней плотности растворы подразделяют на:

• тяжелые; 
• легкие.

Среднесуточная температура наружного воздуха, 0°С	Температура растворной смеси, 0 °С, не менее
	Кладочный материал
	кирпич		камни
	При скорости ветра, м/с
	До 6	Св. 6	До 6	Св. 6
До минус 10	10	10	10	15
От минус 10 до 20	10	15	15	20
Ниже минус 20	15	20	20	25

Основные характеристики КГВ: - водопотребность 28-38%; - Коэффициент размягчения 0,75-0,85; - Сроки схватывания (см.табл.).

Вид вяжущего по срокам схватывания	Условное обозначение	Сроки схватывания, мин
		Начало, не ранее	Конец, не позднее
Быстросхватывающиеся	БС	2	15
Нормальносхватывающиеся	НС	4	20
Медленносхватывающиеся	МС	20	120
Особомедленносхватывающиеся	ОМС	20	180

Производство и дальнейшее использование данного вяжущего позволит изменить технологии “мокрых” процессов в строительстве, существенно сократить сроки строительства, снизить трудозатраты, энергозатраты (отказаться от сушки или иных тепловых процессов даже в зимних условиях) как при производстве сборных изделий и конструкций в заводских условиях, так и в условиях строительной площадки. Работы могут производиться без тепловой обработки. Преимущества использования бетонов на КГВ вместо аналогичных бетонов на портландцементе:

• экономия до 200 кг портландцемента на 1 куб.м. бетона;
• немедленная распалубка, увеличение оборачиваемости форм или оснастки в 8-10 раз, сокращение парка форм;
• достижение отпускной влажности стеновых изделий без сушки;
• повышение производительности труда в два и более раза;
• соответствие требованиям строительных норм и правил по сорбционным характеристикам и влажности;
• теплопроводность несколько ниже, чем бетонов на портландцементе.

Марка вяжущего	Предел прочности образцов-балочек, размерами 40х40х160 мм, не менее МПа
	При изгибе	При сжатии
150	4,0	15,0
200	5,0	20,0
250	6,0	25,0

Применение легких заполнителей, технологий поризации и пенообразования при производстве материалов данного вида, позволяет производить теплоизоляционные (300-500 кг/куб.м), теплоизоляционно-конструкционные (500-1500 кг/куб.м) изделия, а также выполнять монолитные работы на строительной площадке.

Модификатор ОММ (модификатор гипсовых вяжущих и бетонов) представляет собой порошкообразный продукт на органо-минеральной основе, содержащий в своем составе портландцемент, микрокремнезем конденсированный (ТУ 5743-048-02495332-96) или другой кремнеземистый компонент необходимой активности по поглощению извести и суперпластификатор С-3 (ТУ 6-35-020-4229-625-90**). Модификатор ОММ может поставляться в мягких контейнерах типа МКР («Биг-Бэги»), многослойных бумажных мешках или насыпью в крытых железнодорожных вагонах, приспособленных для перевозки цемента. Применение модификатора ОММ не требует дополнительного использования суперпластификатора С-З при производстве гипсобетонных изделий. Модификатор ОММГ предназначен для получения водостойких быстротвердеющих гипсовых вяжущих и бетонов на их основе на базе гипсовых и ангидритовых вяжущих. Производство изделий из бетонов на основе гипсового или ангидритового вяжущего, модифицированного ОММ существенно упрощает технологию, т.к. не требуется тепловая обработка изделий, что существенно снижает энергозатратность продукции, а также увеличивает коэффициент использования формооснастки, благодаря быстроте набора распалубочной прочности (15…30 мин.). На модифицированном вяжущем изготовляют различные бетоны (тяжелые, легкие, ячеистые, на органических заполнителях, фибробетоны и др.) которые могут применяться для производства стеновых изделий (кирпич, камни, блоки), для монолитного возведения стен и элементов перекрытий, для изготовления отделочных и декоративных изделий, в том числе для наружного применения.

Гипсовые вяжущие, модифицированные ОММ,  называются композиционными водостойкими гипсовыми вяжущими низкой водопотребности (КВГВ) и имеют следующие свойства:

• марки по прочности на сжатие (кгс/см²) 150; 200; 250; 300; 350; 400;
• водопотребность вяжущего (нормальная густота) – 0,38…0,22;
• коэффициент размягчения 0, 65…0,9;
• коэффициент водостойкости (отношение прочности образцов, твердевших в воде, к прочности образцов, твердевших в комнатных условиях, не менее 0,9

Информация о композицинных водостойких гипсовых вяжущих:

Основные сведения о гипсовых вяжущих веществах

Современные достижения в области создания гипсовых вяжущих

Эколого-экономические аспекты применения гипса

Как снизить стоимость строительства?