Свойства вспененного легкого высокоэффективного тройного связующего на основе фосфогипса

УДК 622.691.4 (571)
СВОЙСТВА ВСПЕНЕННОГО ЛЕГКОГО ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО ТРОЙНОГО СВЯЗУЮЩЕГО НА ОСНОВЕ ФОСФОГИПСА

Сатторов Зафар Мурадович к.т.н., проф. Узбекистан, Ташкент, Ташкентский архитектурно-строительный институт (ТАСИ)

Маматов Вахиджон Шухратович докторант PhD Ташкентский архитектурно-строительный институт, Ташкент, Узбекистан (ТАСИ)

Аннотация: Потенциал фосфогипса (ФГ) как вторичного сырья в строительной отрасли высок по сравнению с другим сырьем с точки зрения доступности, общего энергопотребления и выбросов СО2, образующихся при переработке материала. В данной работе исследуется зеленое гидравлическое вяжущее тройной системы на основе отходов фосфогипса (ФГ) для разработки устойчивых высокоэффективных строительных материалов. Кроме того, при простом, воспроизводимом и малозатратном производстве достигается утилизация ПС до 50 мас.% связующего. Для сравнения использовали промышленный гипс. Получено высокоэффективное вяжущее и на его основе разработан вспененный облегченный материал. Были приготовлены композиции смесей с низким соотношением вода-вяжущее. Для приготовления образцов использовали связующую пасту, строительный раствор и вспененное связующее. Оценены химический, минералогический состав и эксплуатационные характеристики вяжущего. Результаты показывают, что отработанные отходы могут быть успешно использованы для получения высокоэффективных вяжущих масс и даже растворов с пределом прочности при сжатии до 90 МПа. С применением пенообразователя получен легкий (370-700 кг/м3) пенобетон с теплопроводностью от 0,086 до 0,153 Вт/мК. Водонепроницаемость (коэффициент размягчения) такого вспененного материала составляла 0,5–0,64. Предлагаемый подход представляет собой жизнеспособное решение для уменьшения воздействия на окружающую среду, связанного с утилизацией отходов.

Ключевые слова: фосфогипс; тройное связующее; высокая производительность; прочность; мыло; легкий материал; теплопроводность.
Введение
Гипсовое вяжущее широко используется в строительстве благодаря простоте производства, доступности и невысокой цене. Физически гипс можно бесконечно перерабатывать; однако процесс переработки требует дополнительной энергии. Несмотря на эти преимущества, недостатком гипсового вяжущего является его хрупкость, плохая устойчивость к растрескиванию, непригодность для влажных условий. Традиционное использование гипсового вяжущего определено в EN 12859, где основное применение гипса связано с производством штукатурки, блоков, плитки и плит. Помимо природного гипса, для производства гипсовых изделий широко используется синтетический гипс, получаемый как побочный химический продукт. Существует более 50 различных видов гипсовых отходов. Однако наиболее распространенным побочным продуктом является фосфогипс (ФГ), гипс десульфурации дымовых газов и борогипс. Фосфогипс (ФГ) производится как побочный продукт производства фосфорных удобрений, годовой объем производства ФГ во всем мире достигает 280 млн. тонн, и только около 15% ФГ используется в качестве вторичного сырья, а остальная часть размещается в штабелях открытого типа. Частично или полностью синтетический гипс может заменять природный гипс в качестве добавок к цементу, штукатурок на гипсовой основе, гипсокартона. Исследования по получению традиционных гипсовых вяжущих на основе ФГ широко опубликованы, но имеют весьма ограниченное практическое применение из-за специфики ФГ. Более того, существуют законодательные ограничения и предубеждения общества в отношении ФГ, поэтому прямое использование ФГ в качестве заменителя природного гипса проблематично.Более сложным и эффективным способом использования ФГ является создание усовершенствованного и нового типа вяжущего, который имеет гораздо меньший углеродный след по сравнению с портландцементом, сохраняя при этом прочностные характеристики, близкие к портландцементу. Сообщалось, что добавление доменного шлака и цемента может эффективно улучшить механическую прочность ФГ. Однако летучая зола сыграла отрицательную роль в прочности на сжатие ФГ. С. Кумар описал свойства тройного вяжущего зола-унос-известь-фосфогипс, или недавно безводный гипс был использован для разработки известково-пуццоланового зеленого вяжущего. Были использованы два исходных материала, и в качестве основного ресурса была определена только известь, температура обжига (900–1100 ◦C) последней ниже по сравнению с портландцементом. При этом количество ФГ в связующем находилось в пределах 10–40 %. Однако недостатком по сравнению с портландцементом является низкая прочность на сжатие, которая может составлять от 2 до 4 МПа; тем не менее, это разумно, если сравнивать его с известковым вяжущим и гидравлическим известковым вяжущим. Более высокие прочностные показатели были получены в тройной системе вяжущего фосфогипс–металлошлак–гранулированный доменный шлак (ГГШК)–известняковый цемент, где содержание ФГ составляло от 25 до 65 %, а количество шлака – от 22 до 48 %. Полученная прочность в возрасте 28 суток составила до 45 МПа, при этом полученное вяжущее характеризуется быстрым временем схватывания (начальное время схватывания 6–9 мин, конечное 10–12 мин). Эти результаты более сопоставимы с традиционными вяжущими, хотя проблема может заключаться в быстром времени схватывания.Быстрое схватывание может не принести пользы инженерному применению, потому что не хватает времени для литья до того, как цемент схватится. В некоторых случаях сообщалось, что лимонная кислота в количестве от 0,03 до 0,15 мас.% цемента может значительно замедлить время схватывания. Использование лимонной кислоты позволило увеличить открытое время с 25 до 47 мин, при этом эта добавка имела тенденцию к незначительному снижению прочности вяжущего на сжатие. В тройных системах, в которых присутствует портландцемент, можно использовать суперпластификатор и добиться низкого соотношения вода-вяжущее. Традиционно дополнительные материалы, которые используются для замены обычного портландцемента, снижают удобоукладываемость вяжущих смесей, а суперпластификаторы, например, на основе поликарбоксилата, обычно добавляют в цемент для контроля его текучести. Использование суперпластификатора на основе поликарбоновой кислоты может быть использовано в количестве от 0,75 до 1,75 мас.%; однако в отчетах говорится, что это может немного снизить начальную прочность материала на сжатие, в то время как конечная прочность имеет тенденцию к увеличению. Эти аспекты использования ФГ в новых типах вяжущих учитывались в настоящей работе путем выбора состава смеси, в том числе с использованием химических добавок.
Продолжить разработку альтернативных связующих отходов при производстве новых материалов.
И повысить его валоризационные возможности, разработан новый легкий вспененный материал на основе разработанного тройного вяжущего. В строительной отрасли растет интерес к легким бетонам. Он сочетает в себе положительные свойства конструкционных и изоляционных материалов и характеризуется умеренной прочностью, малой плотностью и улучшенными тепловыми свойствами. Ячеистый бетон состоит из растворной матрицы и специально созданной системы воздушных ячеек, занимающих до 85% объема материала. Высокая пористость ограничивает потенциал механической прочности, но большой объем открытых пор является основной причиной повышенного водопоглощения и усадки при высыхании. Плотность традиционного гипса колеблется от 600 до 1500 кг/м3, как указано в п. 4.8.1. EN 12859. Этот известный стандарт охватывает диапазон применения гипса, и за пределами этого диапазона проводятся исследования, направленные на то, чтобы сделать гипсовый материал более устойчивым. Попытки получения легких гипсов с пенообразующими добавками позволили получить материал плотностью от 300 до 600 кг/м3. Такой материал имеет низкую плотность, превосходную звуко- и теплоизоляцию и может считаться устойчивым материалом с высокими эксплуатационными характеристиками. Высокоэффективный звукопоглощающий материал был также изготовлен из полипропилена, структура композиционного материала которого описана Baoguo Ma et al.Таким образом, целью работы было получение в лабораторных условиях легкого материала на основе тройной системы с плотностью менее 600 кг/м3, что выходит за традиционные рамки, чтобы привнести новизну исследования. Насыпная плотность и теплопроводность были заданы как целевые значения, которые должны быть определены вместе с технологическими свойствами, чтобы гипсовый материал можно было легко производить и обрабатывать (удобоукладываемость, прочность). Здесь были оценены и сопоставлены исследования по разработке высокопористого тройного системного вяжущего материала на основе гипса.