Особенности формирования структуры и свойств природного ангидрита при комплексной активации

Введение. Предмет исследования — повышение физико-механических характеристик вяжущего на основе природного ангидрита Ергачевского месторождения, применение которого обеспечит производство строительных материалов на базе безообжиговых, малоэнергозатратных вяжущих. Для улучшения характеристик предлагается комплексная активация твердения. Оптимизированы составы от количества и содержания химического активатора. Предложено использование металлургической пыли в качестве дополнительного компонента комплексной добавки, обеспечивающего улучшение гидрофизических характеристик.

Материалы и методы. Для изготовления вяжущего природный ангидритовый камень дробили в щековой дробилке, измельчали в лабораторной дисковой мельнице. Определение прочностных параметров и установление оптимального активатора проводились с помощью гидравлического лабораторного пресса. Анализ химического состава металлургической пыли выполнен на рентгеновском флуоресцентном спектрометре с волновой дисперсией. Характер структурообразования и наличие новообразований определяли с использованием растровых электронных микроскопов и дифференциально-сканирующего калориметра.

Результаты. Проведен сравнительный анализ влияния активаторов твердения на прочностные характеристики вяжущего на основе природного ангидрита. Проанализирована активация сульфатом железа (мелантерит) и гидросульфитом натрия; гидроксидом натрия и калия; воздушной известью и цементом. Установлено, что применение химических активаторов приводит к повышению прочностных характеристик и изменению морфологии кристаллогидратов, оптимальным является мелантерит. Однако комплексное воздействие модификаторов достигается только при сочетании химических и минеральных активаторов твердения и обеспечивает не только повышение прочностных характеристик, но и водостойкости. Определено, что сочетание металлургической пыли и гидросульфита натрия обеспечивает формирование сульфата железа, которое при совместном введении с портландцементом способствует улучшению физико-механических характеристик.

Выводы. Комплексная активация твердения природного ангидрита обеспечивает формирование матрицы повышенной плотности, сложенной из кристаллогидратов гипса оптимальной морфологии, дополнительно связанных аморфными новообразованиями на основе гидросиликатов, гидросульфоалюмосиликатов или гидроферритов кальция, что обеспечивает физико-механические характеристики на уровне, достаточном для производства стеновых строительных блоков.

1. Попов К.Н. Строительные материалы и изделия : учебник. М. : Высшая школа, 2001. 366 с.

2. Ферронская А.В. Гипс — эколого-экономические аспекты его применения в строительстве // Строительные материалы. 1999. № 4. С. 13–15.

3. Yao G., Cui T., Jia Z., Sun S., Anning C., Qiu J. et al. Effect of anhydrite on hydration properties of mechanically activated muscovite in the presence of calcium oxide // Applied Clay Science. 2020. Vol. 196. P. 105742. DOI: 10.1016/j.clay.2020.105742

4. Žvironaitė J., Kizinievič V. Researches into possibility of application of Lithuanian anhydrite // Modern Building Materials, Structures and Techniques : 10th International Conference. 2010. Pp. 346–350.

5. Каклюгин А.В., Трищенко И.В., Козлов А.В., Чижов А.В. Стеновые камни на основе безобжигового ангидритового вяжущего // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2016. № 3 (18). С. 70–77. DOI: 10.21285/2227-2917-2016-3-70-77. EDN WMNBBP.

6. Фишер Х.-Б., Второв Б. Влияние активаторов твердения на свойства природного ангидрита // II Междунар. совещание по химии и технологии цемента. Т. 2. 2000. С. 53–61.

7. Токарев Ю.В., Яковлев Г.И., Бурьянов А.Ф. Ангидритовые композиции, модифицированные ультрадисперсной добавкой на основе MgO // Строительные материалы. 2012. № 7. С. 17–19.

8. Коровяков В.Ф. Гипсовые вяжущие и их применение в строительстве // Российский химический журнал. 2003. Т. XLVII. № 4. С. 18–25.

9. Lillo-Polo C. Optimization of the activation process for natural anhydrite. ZKG 1. 2021.

10. Фишер Х.Б., Второв Б.Б., Бурьянов А.Ф. Исследование влияния многокомпонентных активаторов твердения на свойства природного ангидрита // Строительные материалы. 2023. № 1–2. С. 63–68. DOI: 10.31659/0585-430X-2023-810-1-2-63-68. EDN ANOOUE.

11. Бурьянов А.Ф., Фишер Х.Б., Гальцева Н.А., Махортов Д.Н., Хасаншин Р.Р. Исследование влияния различных активизирующих добавок на свойства ангидритового вяжущего // Строительные материалы. 2020. № 7. С. 4–9. DOI: 10.31659/0585-430X-2020-782-7-4-9. EDN ZTOEJI.

12. Gazdič D., Stachová J., Magrla R. Modification of natural anhydrite by mixed exciter // Advanced Materials Research. 2015. Vol. 1100. Pp. 56–59. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1100.56

13. Трунилова Д.С., Гаркави М.С., Шленкина С.С. Особенности твердения ангидрита в присутствии извести и асбеста // Вестник ЮУрГУ. Серия: строительство и архитектура. 2010. № 15 (191). С. 54–55. EDN MNJOMT.

14. Будников П.П. Гипс, его исследование и применение. М. : Стройиздат, 1951. 418 с.

15. Рузина Н.С., Чулкин Н.Н., Холмогоров М.Е. Композиционное вяжущее на основе природного ангидрита с техногенной добавкой // Современные научные исследования и разработки. 2018. Т. 1. № 11 (28). С. 614–617. EDN YULARV.

16. Sychugov S., Tokarev Y., Plekhanova T., Kazantseva A., Gaynetdinova D. Binders based on natural anhydrite and modified by finely-dispersed galvanic and petrochemical waste // Procedia Engineering. 2013. Vol. 57. Pp. 1022–1028. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.04.129

17. Sychugov S., Tokarev Y., Plekhanova T., Mikhailova O., Pudov I., Faizullin R. et al. Line of approach to a problem of water resistance of anhydrite cements // Procedia Engineering. 2017. Vol. 172. Pp. 982–990. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.02.124

18. Sievert T., Wolter A., Singh N.B. Hydration of anhydrite of gypsum (CaSO4.II) in a ball mill // Cement and Concrete Research. 2005. Vol. 35. Issue 4. Pp. 623–630. DOI: 10.1016/j.cemconres.2004.02.010

19. Гаркави М.С., Артамонов А.В., Колодяжная Е.В., Бурьянов А.Ф. Композиционное ангидритошлаковое вяжущее центробежно-ударного измельчения // Строительные материалы. 2014. № 7. C. 16–18. EDN SHPHPR.

20. Сычев М.М. Твердение вяжущих веществ. Л. : Стройиздат, 1974. 80 с.