Гальваническая реакция гипс цемент

Почему нельзя просто смешать гипс и цемент и что такое ГЦПВ ?

Цемент обеспечивает высокую прочность и морозостойкость, гипс — быстрый набор прочности. Напрашивается вариант смешать гипс и цемент и получить высокопрочное вяжущее с быстрым набором прочности. Но делать так категорически нельзя и вот почему.

При затворении такой смеси водой (гидратации) идет реакция алюминатных составляющих клинкера с полуводным гипсом при которой образуется высокосульфатная форма гидросульфоалюмината кальция — эттрингит (другое название «цементная бацилла»). Эттрингит (гидросульфоалюминат кальция) в процессе набора прочности (гидратации) сильно увеличивается в обьеме и буквально «разрывает» цементный камень.

Именно поэтому если просто смешать полуводный гипс с цементом – через небольшой срок бетон на основе такого комплексного вяжущего (цемент-гипс) просто разрушится из за развития «цементной бациллы» (образования и гидратации эттрингита).

Для предотвращения образования эттрингита в композицию гипс + цемент необходимо добавить пуццолановые добавки природного (трепел, опока, диатомит) или искусственного происхождения (метакаолин, микрокремнезем, белая сажа). Механизм действия пуццолановых (гидравлических) добавок, содержащих кремнезем в активной форме – уменьшение концентрации гидрооксида кальция в гипсо-цементной системе, что позволяет практически полностью избежать образования эттрингита ( «цементной бацилы»).

В результате получим – гипсо-цементно-пуццолановое вяжущее ГЦПВ. На основе ГЦПВ можно получать бетоны прочностью 15-80 МПа с морозостойкостью 25-300 циклов и выше.
Современные ГЦПВ содержат в своем составе набор тщательно подобранных по количественному составу вяжущих, пуццолановых, пластифицирующих, порогасящих и других добавок и наполнителей. Такие смеси (напр. Камнедел, БыстроБетон) позволяют изготавливать камень твердеющий менее чем за 60 минут и имеющий конечную прочность до 80 МПа и морозостойкость до 300 циклов, что позволяет с успехом использовать его для изготовления искусственного камня для отделки фасада.

Если Вы не хотите самостоятельно заниматься составлением ГЦПВ, с риском образования «цементной бациллы» и возможного разрушения камня, вы можете почти в 10 раз увеличить прочность обычного гипса при использовании специальной добавки- активатора прочности гипса СВВ-500. Эта добавка для гипса при небольшом расходе (до 5% от массы гипса) позволяет на порядок увеличить прочность готового гипсового камня.
Также можно использовать поликарбоксилатный гиперпластификатор MasterGlenium-115, или пластификатор нового поколения на основе полиарилатов MasterPolyHeed 3043 который на 35-40% снижает количество воды затворения (при одинаковой текучести смеси), что в несколько раз увеличивает прочность изделий из такого гипса.

Источник

Влияние активного кремнезема на процессы взаимодействия алюминатных составляющих портландцементмого клинкера с гипсом

Широкое развитие производства изделий из гидроцементнопуццолановых вяжущих вызывает интерес к вопросам механизма гидратации и твердения этих вяжущих.

Известно, что при взаимодействии гипса с компонентами портландцементного клинкера, наряду с благоприятными продуктами гидратации образуются соединения в виде гидросульфоалюминатов н гидросульфоферритов кальция, которые в зависимости от условий их возникновения либо способствуют упрочнению структуры твердеющего вяжущего, либо ослабляют или даже разрушают ее. Гидросульфоалюминат кальция может иметь низкосульфатную форму ЗСаО • АЬОз CaSOe 12Н20 или высокосульфатную — ЗСаО А(20з • ЗСаЬО, • (30—32) Н20.

Образование эттрингита по гипотезе Ляфюма, признаваемой многими исследователями, происходит различно в зависимости от концентрации гидрата окиси кальция в растворе. При концентрации окиси кальция в растворе в количестве 1.08 г п выше возникает при прямом присоединении сульфата кальция и воды к СЛ • aq, находящемуся в твердой фазе и практически не растворяющемуся в растворе гидроокиси кальция, близком к насыщению. Объем твердого четырехкальциевого гидроалюмината при переходе в эттрннгит и гидрат окиси кальция увеличивается почти в 3 раза и поэтому в твердеющем цементном камне возникают внутренние напряжения, разрушающие его структуру. При концентрации же окиси кальция ниже 1,08 г/л, по мнению Ллфюма, образуются менее основные алюминаты кальция, частично растворяющиеся в вспе, поэтому создаются условия для образования эггрингита (ЗСаО А120з 3CaS04 31Н20) в водной среде.

Хотя в данном случае также образуется эттрннгит, но это не сопровождается разрушением цементного камня, так как новообразования, возникающие в водной среде, не вызывают виутренних напряжений в твердеющей системе. Следовательно, руководствуясь гипотезой Ляфюма, чтобы исключить возникновение разрушающих напряжений в твердеющих смесях гипса и портландцемента необходимо уметь управлять условиями -образования эттрингита Этого можно было бы достигнуть регулированием концентрации гидрата окиси кальция, содержащегося в растворе и, в частности, введением в портландцемент гидравлических добавок, содержащих аморфный кремнезем я легко вступающих в реакцию с гидратом окиси кальция.

Исследования, проведенные в СССР и за рубежом (К.А. Торонов. С. Д. Окороков, Флинт и Уэлс, Цур-Штрассен и др.), свидетельствуют о том, что в системе портландцемент — гипс — активный кремнезем — вода могут даже при обычных температурах возникать вместо эттрингнта такие новообразования, как гидросиликаты и пирс-алюминаты кальция с пониженной основностью, гидрогранаты, гидросиликоалюминаты, гидросульфосиликоалюминаты и т. д. Так как все перечисленные новообразования характеризуются значительно меньшим содержанием гидратной воды в н молекулах (обычно не более 12—14 Н20) и по сравнению с содержанием воды в молекуле эттрингита, их образование может не вызывать таких разрушающих напряжений в твердеющей смеси портландцемента с гипсом, как это наблюдается при образовании эттрингита.

Отсутствие единой точки зрения на роль активного кремнезема при твердении, в частности пуццолановых портландцементов, а также новые данные, полученные А. В. Волженским и его сотрудниками при исследованиях гипсоцементнопуццолановых и гипсоцементношлаковых систем, необъяснимые гипотезой Ляфюма, предопределили необходимость проведения специальных исследований в этом направлении. Так как гипс в основном взаимодействует с алюминатами и алюмоферритами цемента, то в основу данных исследований было положено изучение влияния активного кремнезема на процесс взаимодействия минералов цементного клинкера — СзА и C

Для изучения влияния гидрата окиси кальция на скорость образования гндросульфоалюминатов кальция образцы изготовлялись из теста, затворенного дистиллированной водой, а также раствором с концентрацией СаО —0,4 и и 1,1 г В этом случае образам домешали в аналогичные растворы гидрата окиси кальция.

При взаимодействии СзА с гипсом в присутствии активного кремнезема (опыты № 4, 5, 6) количество связанной воды резко уменьшается (в 2 раза и больше), причем ее содержание в составе новообразований достигает почти максимума уже через одни сутки. Поэтому можно предположить, что в этом случае вместо эттрингита образуются соединения, характеризующиеся максимально возможным содержанием (до 13—15) молекул гидратной воды в молекуле комплексного соединения. Образование соединении, молекулы которых значительно менее громоздки по сравнению с молекулами эттрингита, создает предпосылки к длительному твердению смеси СзА, гипса и кремнезема не только без разрушения, но и при непрерывном росте прочности образцов в течение 360 сут.

Аналогичные результаты получены и при исследовании процессов гидратации си тем CAF+CaS04 • 0,5 П2С н C4AF+ -t- CaSC4 • 0,5Н2О + Si02. Процесс образования гидросульфоалюмината кальция

В дальнейшем процесс гидратации заметно ускоряется и уже к 7 сут. образцы из теста, затворенного дистиллированной водой, а к 10 сут.— растворами гидрата окиси (опыты № 8 и 9) заметно увеличиваются в объеме и полностью теряют прочность.

При добавке аморфного кремнезема (опыты № 10, 11, 12) увеличения объема образцов н появления трещин не наблюдается. Наоборот, при более длительных сроках твердения образцов в воде продолжается дальнейший рост их прочности.

И в этом случае введение активного кремнезема в смесь C4AF и CaS04 • 0,5 Н20 приводит к снижению содержания гидратной воды почти в ЛЕЗ раза по сравнению с тем, что наблюдается при гидратации C4AF + CaS04 • • 0,5 Н20 без кремнезема.

Кинетика взаимодействия СзА и C4AF С ГИПСОМ без добавки аморфного кремнезема и с добавкой его изучалась по поглощению гипса указанными минералами из насыщенного гипсового п известкового-гипсового растворов.

Были приготовлены три раствора насыщенный гипсовый (раствор 1), известково-гипсовый концентрацией СаО 0,4 г/л — (раствор 2) н известково-гипсовый концентрацией СаО 1,1 г/л — (раствор 3).

Результаты определения кинетики связывания гипса минералом СзА приведены на рис. I и 2, а минералом C4AF на рис. 3 и 4.

Наибольшее количество гипса связывается минералом СзА из насыщенного гипсового раствора. Присутствие в растворе гидрата окиси кальция замедляет процесс связывания и особенно в первые сутки гидратации. В последующие сроки гидратации эта разница несколько уменьшается, но даже к 90 сут. гипса связывается меньше, чем в случае отсутствия в растворе гидрата окиси кальция.

При добавке аморфного кремнезема к минералу С3А скорость связывания гипса в насыщенном гипсовом растворе уменьшается более, чем в два раза, а в последующие сроки связывание прекращается. Однако в присутствии гидрата окиси кальция количество связанного гипса увеличивается и становится тем больше, чем выше концентрация Са(ОН)2 в растворе.

Это явление можно, по-видимому, объяснить тем, что при отсутствии в растворе гидрата окиси кальция аморфный кремнезем отщепляет (даже при обычных температурах) часть СаО от СзЛ с образованием двукальциевого гидроалюмнната н однокальциевого гидросиликата, что вполне согласуется с данными С. Д. Окорокова. Благодаря этому меньшее количество С3А вступает в реакцию с гипсом. Кроме того, часть гипса может замещаться активным кремнеземом с образованием соединений типа гидросиликоалюминатов кальция ЗСаО • А1203 • CaSi03 -12—13 Н20, которые совместно с гидросульфоалюминатамн кальция способны, по мнению Калоусека, образовывать твердые растворы при различных соотношениях исходных компонентов.

Несколько иная картина наблюдается при гидратации C

Присутствие гидрата окиси кальция в гипсовом растворе замедляет скорость связывания гипса минералом C

В панной работе исследовалась также устойчивость гидросульфоалюминатов кальция во времени в зависимости от изменения концентрации гидрата окиси растворе и присутствия активного кремнезема.

С этой целью получены синтетические гидросульфоалюминаты кальция из минералов С3А и C(AF.

Результаты опытов, помещенные в табл. 2, показывают, что высокосульфатные гидросульфоалюминаты и гидросульфоферриты кальция являются неустойчивыми соединениями — они разрешаются в дистиллированной воде даже без добавки активного кремнезема. При добавке последнего разрушение продолжается и тем значитенее, чем больше эта добавка. В растворе гидрата окисидальцня гидросульфоалюминат и гндросульфоферрит кальция являются устойчивыми соединениями даже в том случае, когда в состав вводится активный кремнезем. Устойчивость этих минералов сохраняется до тех пор, пока в растворе имеется гидрат окиси кальция.

На основании описанных опытов можно полагать, что роль активного кремнезема в гипсоцементнопуццолановых вяжущих сводится к снижению концентрации гидрата окиси кальция в растворе и устранению условий устойчивого существования гидросульфоалюмината кальция. Избыток активного кремнезема полностью предотвращает образование гидросульфоалюмината кальция из минерала C

В настоящее время ведутся исследования фаз, образующихся в описанных системах.

Источник

Как подружить гипс с цементом

Можно ли и как смешивать гипс с цементом для ускорения застывания раствора без разрушения отливаемого изделия? Этот вопрос часто задают домашние мастера при изготовлении из гипса и цемента поделок для сада.

На самом деле многие так и делают, не вдаваясь в суть этого вопроса. Такое действие вызвано тем, что добавка гипса заметно ускоряет твердение смеси и работы в целом.

Понять самоделкиных можно: хочется быстрее увидеть конечный результат своих трудов.

1. Гипс с цементом в поделках для сада.
2. Гипс с цементом для изготовления искусственного камня на основе ГЦПВ.
3. Примеры состава ГЦПВ.
4. Возможные проблемы при использовании метакаолина.

Гипс с цементом в поделках для сада

О нежелательном включении гипса в состав цементной смеси уже не раз указывалось в статьях на kamsaddeco.com.

При смешении гипса с цементом через некоторое время в изделии (в зависимости от количества компонентов) появляются трещины.

Это вызвано несколькими причинами.

Первая – различное время отверждения гипса и цемента.

Вторая – разный коэффициент расширения.

При соединении гипса с водой он расширяется. А цемент сжимается. При этом образуются неконтролируемые дополнительные частицы, которые разрывают еще неокрепший камень. Как результат – микротрещины.

Многие удивляются: а в чем проблема? Если хотите убыстрить процесс, добавьте вместо гипса ускоритель. Так делает большинство мастеров по изготовлению бетонных плиток.

При этом изделия получаются значительно прочнее. К тому же и более влагостойкие. Конечно это не только из-за отсутствия гипса. Тут главная причина в уплотнении массы камня за счет вибрирования. А ускорение многие достигают также за счет пропаривания бетонных отливок.

Но если все же хочется использовать гипс. И как-то проще. Это же не для серийного производства, а небольшие поделки. Или сделать на стенку облегченный камень. Или декор для дома.

В этом случае можно использовать чистый гипс с известью.

Но цемент все-таки добавляет прочности.

Так что же может подружить гипс с цементом? Об этом в следующем разделе.

Гипс с цементом для изготовления искусственного камня и декора на основе ГЦПВ

Сразу отметим, что материал дается на основе практического опыта многих мастеров по изготовлению гипсовых изделий.

Для упрочнения последних в смесь добавляется цемент. Но что мастера делают, чтобы избежать ранее описанных проблем?

Для этого в смесь включают пуццоланы.

Ранее в качестве таких активных минеральных добавок использовались: трепел, опока, диатомит, кислые шлаки и золы, вулканический пепел, трасс и другие.

Но их времена уже прошли и теперь используется самый современный пуццолан – высоко активный метакаолин (ВМК).

Также сегодня многие используют менее активный, но более дешевый микрокремнезем.

Их сравнительные характеристики достаточно подробно были изложены в соответствующей статье на kamsaddeco.com.

Смесь, которая включает гипс, цемент и пуццоланы, называется ГЦПВ – гипсоцементное пуццолановое вяжущее.

Включение цемента в гипсовую основу связано не только с укреплением изделия. Часто чисто гипсовые отливки при высыхании коробятся. Они меняют свою геометрию.

Добавка цемента компенсирует деформацию. Расширение и усадка уравновешивают материал.

К тому же поверхность такого изделия на следующий день значительно прочнее, чем из чистого гипса. Она более сухая и ее можно красить. Это также ускоряет процесс.

Теперь более подробно о составе ГЦПВ

Кроме гипса, цемента и пуццоланы в смесь добавляют различные пластификаторы .

Какой именно пластификатор использовать, зависит от типа применяемой пуццолановой добавки.

Так разработчики ВМК при его использовании рекомендуют включать в состав ГЦПВ пластификатор на основе поликарбоксилатов.

Количество используемого в смеси пуццоланы зависит от ее активности.

Если взять обычные природные пуццоланы (например, диатомит), то количество добавки будет значительно большим, чем при использовании микрокремнезема.

Но даже его нельзя увеличивать больше определенного значения (20%). Большие объемы начинают работать не как активные добавки, а как обычный наполнитель.

При этом может уменьшится прочность камня. Это связано с ухудшением процесса гидратации из-за избыточного количества наполнителя. Также как при избытке красителя.

Примеры состава ГЦПВ

Количественный состав ГЦПВ зависит от марки применяемого гипса, цемента и типа пластификатора.

Если использовать строительный гипс Г5, то его надо значительно больше, чем архитектурного Г16.

Для примера состав ГЦПВ, рекомендуемый мастерами для получения высококачественного изделия:

Белый цемент М500 – 10%

Метакаолин – 10% от массы цемента

Гиперпластификатор – 1,5% от массы цемента

В среднем соотношение составляющих ГЦПВ следующее: гипс – 50…75%, цемент – 15…25%, пуццолановая добавка – 10…25%.

Возможные проблемы при использовании метакаолина

Ранее указывалось на недопустимость передозировки микрокремнезема. То же самое касается и метакаолина.

Вот некоторые рекомендации разработчика ВМК при его использовании в составе ГЦПВ.

Для надежного предотвращения неконтролируемого образования эттрингита в ГЦПВ составах, достаточно введения 10% метакаолина к портландцементу.

Это приводит к дозировке ВМК всего лишь в количестве 1-2% от состава.

Равно как и микрокремнезем ВМК является тонкодисперсионным порошком. Он склонен к флокуляции и требует обязательного введения эффективного диспергатора (пластификатора).

Также необходимо тщательное перемешивание раствора.

Несмотря на многие рекомендации вводить ВМК в количествах до 20%, опыт показал, что передозировка может отрицательно сказаться на прочности камня.

Это связано с двумя причинами:

1. При недостатке извести и других материалов, с которыми мог бы прореагировать ВМК, он становится инертным наполнителем.
2. Высокие дозировки ВМК существенно изменяют гранулометрию всего состава.

Источник