Aplikace modifikovaného pojiva na bázi syntetického anhydritu pro výplňové směsi – Konstrukce. Materiály. Zařízení. Technologie.

N. A. GALTSEVA, postgraduální student, A. F. Burjanov, doktor technických věd, profesor katedry technologie pojiv a betonů, Národní výzkumná univerzita „Moskevská státní univerzita stavebního inženýrství“ (NRU MGSU), Moskva

Klíčová slova: syntetický anhydrit, přísady, plnicí směsi, sádrová pojiva, omítková malta, suché stavební směsi
Klíčová slova: syntetický anhydrit, přísady, zásypová směs, sádrová pojiva, omítka, suché směsi

Výzkum aktivace anhydritu probíhá již století a v současné době jsou známé různé přísady, které umožňují získání materiálů se specifickými vlastnostmi. V Rusku byl výzkum a vývoj průmyslové výroby anhydritového pojiva (anhydritového cementu) poprvé proveden na počátku 1920. let XNUMX. století pod vedením akademika P. P. Budnikova.

V současné době tvoří podíl anhydritových a vícefázových sádrových pojiv, vyráběných převážně v zemích západní a východní Evropy a Blízkého východu, až třetinu celkové produkce sádrových pojiv.

Výhodami anhydritového pojiva ve srovnání s jinými typy sádrových pojiv jsou relativně vysoká pevnost, pomalé doby tuhnutí a absence objemové expanze během tvrdnutí [1]. Podle domácí i zahraniční stavební praxe je oblastí použití anhydritového pojiva výroba omítkových a zdicích malt, podlahových potěrů, malt pro vyplňování důlních děl, dekorativních obkladových desek, architektonických detailů a drobných zdících kamenů [2]. Kromě toho je anhydrit II získaný vypalováním sádrových surovin v množství 40-70 % zahrnut ve složení vícefázových sádrových pojiv (sádrových sádrových sádrů), které také obsahují 30-60 % β- nebo α-hemihydrátu síranu vápenatého, jež tvoří základ suchých směsí pro přípravu omítkových malt.

Podle názorů většiny moderních badatelů dochází k procesu tvrdnutí anhydritového pojiva především v důsledku hydratace během rozpouštění anhydritu II ve vodě a následné krystalizace výsledného sádrovce.

Zrychlení hydratace a tvrdnutí anhydritu II na technicky přijatelné podmínky se dosahuje zavedením přísad – aktivátorů tvrdnutí. Podle klasifikace J. Ardense se látky aktivující proces tvrdnutí anhydritu II dělí do 3 skupin:

1) kyseliny a kyselé soli, které dodávají vodné roztoky ionty H+;

2) sírany alkalických a těžkých kovů, které ve vodných roztocích vytvářejí neutrální nebo mírně kyselou reakci;

3) sloučeniny alkalické povahy, které dodávají vodným roztokům OH- ionty [1].

V průmyslové praxi se jako aktivátory tvrdnutí anhydritového pojiva používají látky, které mají společný iont s CaSO4.₄rozpustné sírany některých kovů (NaSO₄, NaHSO₄K₂SO₄, Al₂(TAK₄)₃ atd.) v množství až 3 % hmotnostních, jakož i látky alkalické povahy (vápno, portlandský cement, zásadité granulované strusky atd.) v množství až 7 % hmotnostních [3]. Aktivátory tvrdnutí se do pojiva zavádějí během mletí a rozpustné sírany se zavádějí se záměsovou vodou [4].

Při výběru chemických přísad byly tyto přísady – aktivátory tvrdnutí anhydritového pojiva (rozpustné) zaváděny ve formě roztoku spolu se záměsovou vodou. Z publikovaných prací je známo, že sulfátové aktivátory zvyšují pevnost a alkalické dodávají vytvrzenému roztoku konstantní objem [3]. Proto jsme při výběru optimálního složení pojiva vycházeli ze smíšené metody aktivace tvrdnutí anhydritu z přírodního kamene.

Následně byly během mletí zavedeny nejslibnější urychlovací přísady vybrané v první fázi testování, předem smíchané s drceným anhydritem.

Vlastnosti anhydritových pojiv byly stanoveny dle TU 21-0284757-1-90 „Sádrová a anhydritová pojiva“ s upravenými skladovacími podmínkami a dobami stanovení pevnosti. Skladovací podmínky pro vzorky nosníků o rozměrech 4x4x16 cm byly: 7 dní nad vodou a 21 dní za normálních teplotních a vlhkostních podmínek. Pevnost byla stanovena po 7 a 28 dnech tvrdnutí vzorku.

Byl studován vliv aktivátorů, jako je cement M400D0, pálené vápno (CaO=70 %), KOH, K, na procesy tvrdnutí anhydritového pojiva.₂S₂O7, FeSOXNUMX₄, AlK(SO₄)₂x12H₂O, chrom-draselný kamenec a kombinace těchto přísad.

Jak ukázaly studie, mezi testovanými aktivátory tvrdnutí anhydritového pojiva byly nejlepší výsledky z hlediska doby tuhnutí pojiva dosaženy s použitím 2,5% AlK(SOXNUMX₄)₂x12H₂O, stejně jako komplexní přísady sestávající z 3-5% portlandského cementu + 1-1,5% K₂SO₄ + 0,2–0,5 % FeSOXNUMX₄ (první možnost) a 5 % páleného vápna + 1,5 % K₂SO₄ + 0,2–0,5 % FeSOXNUMX₄ (druhá možnost).

Stabilní ukazatele hlavních technologických vlastností čerstvě připravených a ztvrdlých roztoků byly získány za použití přísad do portlandského cementu a aktivátorů tvrdnutí síranem K ve složení anhydritového pojiva.₂SO₄ a FeSO4₄ [5].

Při použití komplexní přísady v anhydritovém pojivu, sestávající z 5 % portlandského cementu PC400-500D0, 1 % síranu draselného a 0,5 % síranu železnatého, byla po 28 dnech tuhnutí dosažena pevnost v tlaku roztoku v rozmezí 25–30 MPa. Takové ukazatele pevnosti byly získány pouze v případě kombinovaného mletí anhydritového kamene a chemických přísad.

Pyrometalurgické zpracování surovin obsahujících měď, zinek, nikl a olovo je spojeno s uvolňováním velkého množství oxidu siřičitého. Například podle Naftala M.N. činilo v roce 2009 množství SO2 emitované podniky polární divize (ZF) společnosti OJSC MMC Norilsk Nickel 2 miliony tun. Jednou z běžných metod využití SO2 v závodech neželezné metalurgie je jeho zpracování na kyselinu sírovou kontaktní metodou. Koncentrovaný H₂ se pak₂SO₄ S přihlédnutím k logistice jej nelze vždy zpracovat na tradiční cílové produkty (minerální hnojiva atd.) s dosažením pozitivní ekonomické efektivity [6].

Možný přebytek kyseliny sírové v podnicích neželezné metalurgie zvyšuje relevantnost nových (alternativních) směrů využití kyseliny sírové, například jejím zpracováním neutralizačními činidly obsahujícími vápník (vápenec, křída, vápno, vápenné mléko) za účelem získání různých modifikací síranu vápenatého, které se nakonec používají jako sádrová pojiva [7]. Zejména v tomto směru provedla společnost ZF OAO MMC Norilsk Nickel laboratorní práci na získání technogenního anhydritu síranu vápenatého z kyseliny sírové s jeho následným použitím k přípravě zásypových směsí pro zaplňování vytěženého prostoru dolů.

Pro výzkum byl použit syntetický anhydrid dodaný společností JSC NIUIF. Vlastnosti dodaných vzorků syntetického anhydritu jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1. Charakteristiky vstupní suroviny

Výsledky testů ukázaly, že surovina získaná od společnosti JSC NIUIF je prakticky inertní. Pro získání anhydritového pojiva z této suroviny je nutná její mechanická aktivace a modifikace.

Na základě provedených laboratorních studií bylo zjištěno, že získání anhydritového pojiva z poskytnutých surovin je možné při jejich dodatečném společném mletí s portlandským cementem v množství 5 % a síranem draselným v množství 2 % hmotnosti surovin na měrný povrch 4500 cm2/g.

Získané anhydritové pojivo svými hlavními vlastnostmi, s výjimkou pevnosti v ohybu, splňuje požadavky TU 21-0284757-1-90 „Sádrová a anhydritová pojiva“, kladené na pomalu tuhnoucí anhydritové pojivo třídy 100.

Výběr zkušebních metod pro zásypové směsi vyrobené z modifikovaného anhydritového pojiva a stavebního písku byl založen na metodických doporučeních pro kontrolu kvality zásypových směsí a platných regulačních dokumentech pro zkoušení stavebních materiálů.

Na základě provedených experimentů bylo zvoleno optimální složení zásypových směsí. Jako plnivo bylo použito pouze jemné kamenivo – stavební písek. Jako modifikované pojivo bylo zvoleno složení s přísadami portlandského cementu PC 500D0 – 2,5 % a K.₂SO₄ – 1%.

V počáteční fázi studie se poměr pojiva a plniva měnil od 0,29 do 1, přičemž množství vody bylo stanoveno experimentálně na základě požadavků na zpracovatelnost zásypových směsí. V důsledku studií bylo zjištěno, že při poměru pojiva a plniva 1:2 (0,5) a vyšším se pevnost v tlaku zásypových směsí zvyšuje z 8,7 na 20,7 MPa, součinitel vodotěsnosti je 0,51-0,6, přičemž technologické vlastnosti zásypových směsí odpovídají požadovaným parametrům.

Pro získání zásypových směsí s průměrnou pevností ve vodou nasyceném stavu asi 10 MPa byly vyvinuty složení zásypových směsí s přídavným obsahem cementu a strusky.

V důsledku provedeného výzkumu byla stanovena dvě složení instalačních směsí, která nejlépe splňují požadavky kladené na instalační směsi. Složení instalačních směsí a jejich vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 2. Tato složení splňují všechny požadavky kladené na instalační směsi z hlediska technologických a fyzikálně-mechanických vlastností.

Tabulka 2. Optimální složení a vlastnosti směsí pro uložení

* – jako pojivo byl použit syntetický síran vápenatý mletý na měrný povrch 3500–4500 cm2/g s přídavkem portlandského cementu PC500D0 a síranu draselného v množství 2,5 a 1,0 % hmotnostních

Získané výsledky výzkumu ukázaly možnost a perspektivy použití modifikovaného syntetického síranu vápenatého ve složení zásypových směsí. Použití různých lokálních plniv (velkých i malých) při vývoji složení zásypových směsí různých značek na bázi modifikovaného syntetického síranu vápenatého umožní dosáhnout výsledků získaných v této studii a v některých případech možná i vyšších výsledků.

Bibliografický seznam

1. Kozlov N.V., Panchenko A.I., Buryanov A.F., Solovjov V.G. Mikrostruktura sádrového pojiva se zvýšenou vodotěsností // Stavební materiály, č. 5, 2014, s. 72-75.

2. Buldyžova E.N., Galceva N.A., Burjanov A.F., Petropavlovská V.B. Technické, ekonomické a environmentální aspekty výroby a použití sádrových materiálů a výrobků // Aktuální problémy moderní vědy, techniky a vzdělávání. Sv. 2, č. 71, 2013, s. 197-200.

3. Buryanov A.F., Buldyzhova E.N., Galtseva N.A. Modifikace struktury anhydritových a sádrových pojiv. Konstrukce – formování životního prostředí. Sborník zpráv z 16. mezinárodní meziuniverzitní vědeckopraktické konference studentů, magisterských, postgraduálních a mladých vědců, 2013, s. 468-470.

4. Grinevich A.V., Kiselev A.A., Buryanov A.F., Kuzněcov E.M., Moshkova V.G. Způsob výroby síranu vápenatého. Patent Ruské federace č. 2445267, zveřejněno 20.03.2012, Bulletin č. 8.

5. Belov V.V., Buryanov A.F., Yakovlev G.I. a kol., Modifikace struktury a vlastností stavebních kompozitů na bázi síranu vápenatého. Monografie. Editoval A.F. Buryanov. – M.: Vydavatelství De Nova, 2012, – 196 s.

6. Fischer H.-B., Vtorov B. II. mezinárodní konference o chemii a technologii cementu. Recenzní zprávy. Sv. 2. – Moskva, Mendělejevova univerzita chemicko-technologická v Rusku, 4.–8. prosince 2000, s. 53–61.

7. Grinevič A.V., Kiselev A.A., Kuzněcov E.M., Burjanov A.F. Výroba syntetického anhydritu síranu vápenatého z koncentrované kyseliny sírové a mletého vápence // Stavební materiály, č. 11, 2013, s. 16-19.