Свойства вспененного легкого высокоэффективного тройного связующего на основе фосфогипса

Физические и механические свойства
Физические свойства вяжущих пен тройной системы приведены в таблице 5. Из-за более крупных пор насыпная плотность пен GCP-ШГТ ниже по сравнению с пенами GCP-ФГ. В зависимости от количества пасты, смешанной с пенопластами, получен легкий материал плотностью 368 и 486 кг/м3. Плотность пенопластов ГКП-ПГ увеличилась до 634 и 697 кг/м3 соответственно, что связано с меньшим размером пор, образующихся в процессе производства. Общая пористость была выше для GCP-ШГТ, что объясняет более низкую объемную плотность. Общая пористость составила 84 и 79 об.% для ГКП-ШГТ и 72 и 70 мас.% для ГКП-ПГ. Важным открытием было то, что открытая пористость формировалась для пен GCP-ШГТ, в то время как для GCP-ФГ было больше закрытых пор. Об этом также свидетельствует тот факт, что при испытании на водопоглощение пены GCP-ФГ сохраняли текучесть после полного погружения в воду (общее время испытания составило 72 ч). Водопоглощение составило 105 и 91 мас.% для пен ГКП-ПГ, а для ГКП-ПГ - 46 и 39 мас.% соответственно. Плотность водонасыщенных образцов увеличилась и находилась в пределах 758–901 кг/м3.
Таблица 5. Физические свойства вяжущего на основе вспененной тройной системы.

Сочинение	ρо, кг/м^3	ρowet, кг/м3	Вода Абсорбция, мас.%	открытая пористость, об.%	Закрытая пористость, об.%	Общая пористость, об.%	теплопроводность, λ, Вт/м·К
GCP-ШГТ-1	368	758	105	39	45	84	0.086
GCP-ШГТ-2	486	901	91	43	36	79	0.123
GCP-ФГ-1	634	876	46	28	45	72	0.111
GCP-ФГ-2	697	901	39	25	44	70	0.153

Самая низкая теплопроводность изготовленных образцов была у ГКП-ШГТ-1. При наименьшей объемной плотности теплопроводность составляла всего 0,086 Вт/м·К. Увеличение насыпной плотности для GCP-ШГТ повысил теплопроводность до 0,123 Вт/м·К. Кроме того, ГКП-ПГ-1 имел более высокую насыпную плотность, а за счет более мелкого распределения пор по размерам теплопроводность была ниже по сравнению с ГКП-ШГТ-2 и составляла 0,111. Теплопроводность ГКП-ПГ-2 составила 0,153 Вт/м·К.
Результаты прочности на сжатие приготовленных вяжущих пен тройной системы приведены на рисунке 9. Прочность на сжатие ГКП-ШГТ-1 составила 0,33 МПа и увеличилась до 1,0 для ГКП-ШГТ-2. Увеличение прочности на сжатие наблюдалось для GCP-ФГ. Для ГЦП-ПГ-1 оно составило 2,4 МПа и увеличилось до 5,4 МПа для ГПУ-ПГ-2. Повышение прочности связано с увеличением объемной плотности пенопласта и размером образующихся в процессе производства макропор. Для образцов, изготовленных из ПС, поры были меньше. Образцы пенопласта после испытаний на водопоглощение испытывали на сжатие для определения коэффициента размягчения пен. Поскольку гипс не является водонепроницаемым материалом, а в предлагаемом вяжущем он составляет большую часть компонента вяжущих (50 мас.%), были проанализированы опасения относительно водонепроницаемости (таблица 6). Установлено, что коэффициент умягчения воды находится в пределах 0,50–0,64. Подобные тенденции ранее наблюдались для пенобетона - прочность на сжатие снижается с увеличением объемной влажности для каждой плотности в диапазоне от 300 до 800 кг/м3, но скорость размягчения была ниже - прочность на сжатие в состоянии погруженного насыщения составляет около 0,86. – в 0,89 раза больше, чем в стандартном отвержденном состоянии.


Прочность на сжатие, МПа

6 700

Плотность, кг/м³

650
5

600
4
550

3 500

450
2
400
1
350

0
GCP-ШГТ-1 GCP-ШГТ-2 GCP-ФГ-1 GCP-ФГ-2

Сочинение

Рисунок 9. Зависимость между насыпной плотностью и теплопроводностью вспененного вяжущего тройной системы.

Таблица 6. Физические свойства вяжущего на основе вспененной тройной системы.

Состав	Прочность на сжатие в сухом состоянии, МПа	Прочность на сжатие в насыщенном состоянии, МПа	Коэффициент размягчения
GCP-ШГТ-1	0.3 ± 0.06	0.2 ± 0.02	0.56
GCP-ШГТ-2	1.0 ± 0.10	0.6 ± 0.06	0.59
GCP-ФГ-1	2.4 ± 0.37	1.2 ± 0.06	0.50
GCP-ФГ-2	5.4 ± 0.52	3.5 ± 0.17	0.64

Выводы
Разработано высокопрочное вяжущее тройной системы, содержащее большую часть гипса, метакаолина и портландцемента. Предложен вариант валоризации отходов фосфогипса и метакаолина путем включения этих материалов в высокоэффективные вяжущие композиты и получения высокопористых легких пеноматериалов. Предлагаемое вяжущее имеет технологические свойства, аналогичные традиционным цементным вяжущим на основе портландцемента. Состав смеси с низким соотношением В/В 0,34 разработан с добавлением суперпластификатора. Время схватывания вяжущего регулируется с помощью замедлителя схватывания, и оно сравнимо с портландцементом. Достигнута впечатляющая прочность на сжатие до 88 МПа. Вяжущее оказалось пригодным для производства строительного раствора с прочностью до 50 МПа. Образцы были приготовлены по простой методике, которая вместе с использованием отходов способствует повышению устойчивости процесса. Получен вспененный тройной системный вяжущий материал плотностью 368–697 кг/м3 с пределом прочности при сжатии от 0,33 до 3,5 МПа. Помимо технологических свойств, следует оценивать долговременные свойства, такие как долговечность, усадка/набухание, так как гипс с цементом может образовывать опасные соединения, такие как эттрингит, что может привести к потере целостности материала.