Какие направления развития Росийской науки Вы считаете наиболее перспективными

Потенциометрический метод определения сроков схватывания и твердения гипсовых вяжущих

Установлено [1], что процессы, происходящие при гидратации и твердении гипсовых вяжущих, наглядно и информативно отображаются на кинетических кривых изменения рН и рСа. Причем, независимо от природы гипсового сырья на кинетических кривых выделяются 3 участка связанные с определенными периодами гидратации и твердения вяжущих. Начальный период на кинетических кривых связан с гидролизом и растворением строительного гипса. Величина рН при этом увеличивается, а величина рСа – уменьшается. Гидролиз b-CaSO4·0,5H2O протекает по механизму хемосорбции активными центрами ионов Н+ с выделением в раствор ионов ОН. На поверхности строительного гипса преобладают отрицательные активные центры. Кислые соли усиливают растворимость гипса. На кинетических кривых это связано с резким падением рСа и ростом концентрации ионов Са2+ в растворе. Данные процессы протекают в первые 10 мин гидратации гипса.

Далее наблюдается снижение концентрации ионов ОН и подкисление раствора. Величина рСа при этом растет; идет образование первичного двуводного гипса.

После окончания гидратации гипса концентрация ионов Са2+ опять начинает увеличиваться, а концентрация ионов Н+ – уменьшаться. Идет перекристаллизация первичного гипса, приводящая к некоторому падению прочности гипсосодержащих материалов.

Кривые изменения рН в этом интервале времени можно математически аппроксимировать функцией типа полинома, состоящей из трех компонент, каждая из которых имеет определенный физический смысл, задаваемый процессами твердения вяжущих.

Проведенные исследования показали, что форма кинетических кривых зависит от активности воды затворения и наличия примесей в гипсе. При начальной величине рН суспензий меньше 5 эффекты на потенциометрических кривых сглаживаются. Наиболее информативны кинетические кривые при начальной величине рН гипсовых суспензий 6–9. Суспензии строительного гипса имеют щелочную среду, что указывает на присутствие карбонатных примесей в исходном сырье. В связи с этим выбор активности жидкости затворения зависит от природы гипсового сырья; наличия в нем примесей, тонины помола, условий дегидратации. В интервале рН 2–6 форма кривых экспоненциальная.

Кислотность среды играет важную роль при гидратации и твердении вяжущих систем. Причем оптимальная величина рН среды зависит от типа вяжущего. Так у портландцемента она находится в сильно щелочной среде рН=12,6; для строительного гипса рекомендуется поддерживать рН в пределах 5–6. Наличие примесей в исходном гипсовом сырье приводит к изменению рН гидратирующихся систем и нарушает процесс их твердения. А это в свою очередь влияет на физико-механичесие характеристики материалов на их основе.

Исследования, проведенные нами на различных гипсовых вяжущих, показывают, что механическая прочность зависит от активности воды затворения, температурного режима получения вяжущего, количества гидратной воды. Причем эта зависимость имеет явно выраженные экстремумы. Резкое падение прочности наблюдается при величине рН воды затворения меньше 3. Для кинетических кривых гидратации вяжущих с таким значением рН воды затворения характерно незначительное изменение величины рН. Концентрация суспензий при потенциометрических исследованиях мало влияет на величину и положение экстремальных точек.

Потенциометрические исследования были использованы нами для определения сроков схватывания строительного гипса.

В настоящее время сроки схватывания гипсовых вяжущих определяются согласно ГОСТ 23789–79 с помощью прибора Вика. Данный метод морально устарел и имеет ряд существенных недостатков: высокую материалоемкость (на одно определение нужно 300–350 г вяжущего), большую погрешность и низкую оперативность определений, недостаточную информативность.

Нами предложен потенциометрический метод определения сроков схватывания и твердения гипсовых вяжущих, основанный на анализе кинетических кривых рН и рСа. Особенно информативны дифференциальные кривые. Для определения сроков схватывания снимались кинетические кривые изменения величины рН в течение 20 мин. По результатам измерений строились дифференциальные кривые изменения рН и по максимумам определялись сроки схватывания (рис. 1).

 

 

 

Рис. 1. Кинетика гидратации строительного гипса

1 – pH; 2 – pCa; 3DpH/Dt; а – начало схватывания; б – конец схватывания

1 2 3