ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН НА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ГІДРАТОВАНОГО ГІПСОВОГО В'ЯЖУЧОГО

Relevance. Ukrainian and foreign researches consider gypsum the most effective material due to its peculiar properties. You can hardly find a material like this that would have the same characteristics, sustainability, and ensure adequate standard of living. The production of building materials based on gypsum binders is not associated with hazardous wastes and emissions and does not cause negative environmental impacts. Besides, the manufacture of gypsum binders requires 3…5 times less energy compared to lime and cement. These advantages encourage researchers to proceed with further attempts to obtain a gypsum structure exhibiting the properties of cement binders. One of the trends involving the formation of this kind of structure is studying the impact of additives on the hydration process. The use of plasticizers is of particular interest in this research area. Problem statement. Structure formation process generally depends on the initial content of binding substances and substances interacting during the hydration process. The analysis of technical publications shows that production of composite binders is a priority in the manufacture of mineral binders. A second priority is the use of various additives and factors affecting the hydration process. Most studies using additives involve the structuring of gypsum- and cement-based materials in order to improve physical and mechanical properties. The literature review conducted shows that there is insufficient information on the hydration process mechanism and impact of plasticizers on the structure formation of mineral binders. The purpose of the article. Assessing the effects of surfactants on the mechanism of structure formation and hydration processes in gypsum binders. Conclusion. The studies conducted helped to identify the effects of surfactants on the structure and properties of hydrated gypsum binder; furthermore, the most effective additives were identified, allowing to reduce water-togypsum ratio significantly, improve strength values, and obtain a binder with a higher density structure. If crystals are grown using СаСІ2 + Nа2SO4 + 2Н2O → СаSО4 ∙ 2Н2О + 2NaCl solution, gypsum specimens will have a high-porosity fibrous microstructure. During counterdiffusion growth of gypsum crystals in the presence of surfactants, filling of interlayer voids can be observed in the microphotographs. Crystals begin to grow from one point, which is due to changes in surface tension. The studies have revealed that plasticizers promote the growth of crystals and the surface energy can be modified depending on the type of additive, which can affect the hardened binder structure. The best results have been achieved with Sika and ACE 430 plasticizers. The X-ray diffraction analysis of the produced СаSО4 ∙ 2Н2О crystals has shown that binder hydration process intensity is related to the impact of additives on the shape and size of calcium sulfate crystals and calcium sulfate dihydrate and depends on facial surface energy.
Актуальность. Украинские и зарубежные специалисты, включая работников здравоохранения, считают гипс наиболее эффективным материалом благодаря его специфическим свойствам. По своим качествам, экологической чистоте трудно найти более подходящий материал, обеспечивающий комфортные условия для жизнедеятельности человека. Производство строительных материалов на основе гипсового вяжущего не имеет вредных отходов и выбросов, поэтому не создает проблем для окружающей среды. К тому же на производство гипсовых вяжущих тратится в 3...5 раз меньше энергии по сравнению с известью и цементом. Эти преимущества побуждают исследователей возвращаться к попыткам получения гипсовой структуры со свойствами цементных вяжущих веществ. Одним из направлений формирования такой структуры является исследование влияния добавок на процесс гидратации. Особенно большой интерес вызывает использование пластификаторов в данной области исследований. Постановка проблемы. Процесс структурообразования в общем виде зависит от начального состава вяжущих веществ и веществ, которые взаимодействуют в процессе гидратации. Анализ технической литературы показывает, что при изготовлении минеральных вяжущих веществ предпочтение отдается созданию композиционных вяжущих, а во вторую очередь − использованию различных добавок и факторов влияния на процесс гидратации. Большинство исследований с использованием добавок связано со структурированием гипсовых и цементных материалов с целью улучшения физико-механических свойств. Анализ литературы показал недостаточное наличие информации о механизме процесса гидратации и влиянии пластификаторов на структурообразование минеральных вяжущих веществ. Цель статьи − определение влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) на механизм процесса гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих. Вывод. В результате проведенных исследований определено влияние ПАВ на структуру и свойства гидратированного гипсового вяжущего, а также выделены наиболее эффективные добавки, позволяющие значительно снизить водогипсовое соотношение, повысить показатели прочности и получить вяжущее более плотной структуры. При выращивании кристаллов, образованных раствором СаСІ2 + Nа2SO4 + 2Н2O → СаSО4 ∙ 2Н2О + 2NaCl, микроструктура гипсовых образцов является волокнистой с большим количеством пор. При встречном выращивании кристаллов гипса в присутствии поверхностно-активных веществ на микрофотографиях наблюдается зарастание пустот между слоями. Рост кристаллов начинается с одной точки, что связано с изменением поверхностного натяжения. Исследования показали, что пластификаторы способствуют росту кристаллов и в зависимости от типа добавки можно менять поверхностную энергию кристаллов, что позволит влиять на структуру затвердевшего вяжущего. Наилучшие результаты наблюдаются при использовании пластификаторов Sika и АСЕ 430. Рентгеноструктурный анализ полученных кристаллов СаSО4 ∙ 2Н2О показал, что интенсивность процесса гидратации вяжущего связана с влиянием добавок на форму и размеры кристаллов двуводного сульфата кальция и зависят от поверхностной энергии грани.
Актуальність. Українські та зарубіжні фахівці, включаючи працівників охорони здоров'я, вважають гіпс найефективнішим матеріалом завдяки його специфічним властивостям. За своїми якостями, екологічній чистоті важко знайти більш підходящий матеріал, що забезпечує комфортні умови для життєдіяльності людини. Виробництво будівельних матеріалів на основі гіпсового в'яжучого не має шкідливих відходів і викидів, тому не створює проблем для навколишнього середовища. До того ж, на виробництво гіпсових в'яжучих витрачається у 3...5 разів менше енергії порівняно з вапном і цементом. Ці переваги спонукають дослідників повертатись до спроб одержання гіпсової структури із властивостями цементних в'яжучих речовин. Один із напрямків формування такої структури − дослідження впливу добавок на процес гідратації. Особливо великий інтерес викликає використання пластифікаторів у цій сфері досліджень. Постановка проблеми. Процес структуроутворення в загальному вигляді залежить від початкового складу в'яжучих речовин і речовин, які взаємодіють у процесі гідратації. Аналіз технічної літератури показує, що у виготовленні мінеральних в'яжучих речовин перевага віддається створенню композиційних в'яжучих, а у другу чергу − використанню різних добавок і факторів впливу на процес гідратації. Більшість досліджень з використанням добавок пов’язано зі структуруванням гіпсових та цементних матеріалів із метою поліпшення фізико-механічних властивостей. Аналіз літератури показав недостатню наявність інформації про механізм процесу гідратації та вплив пластифікаторів на структуроутворення мінеральних в'яжучих речовин. Мета статті − визначення впливу поверхнево-активних речовин (ПАР) на механізм процесу гідратації та структуроутворення гіпсових в'яжучих. Висновок. У результаті проведених досліджень визначено вплив ПАР на структуру і властивості гідратованого гіпсового в'яжучого, а також виділено найбільш ефективні добавки, що дозволяють значно знизити водогіпсове співвідношення, підвищити показники міцності та отримати в’яжуче більш щільної структури. За вирощування кристалів, утворених розчином СаСІ2 + Nа2SO4 + 2Н2O → СаSО4 ∙ 2Н2О + 2NaCl, мікроструктура гіпсових зразків волокниста із значною кількістю пор. За зустрічного вирощування кристалів гіпсу за присутності поверхнево-активних речовин на мікрофотографіях спостерігається заростання пустот між шарами. Ріст кристалів починається з однієї точки, що пов'язано зі зміною поверхневого натягу. Дослідження показали, що пластифікатори сприяють росту кристалів і залежно від типу добавки можна змінювати поверхневу енергію кристалів, що дозволить впливати на структуру затверділого в’яжучого. Найкращі результати спостерігаються за умови використання пластифікаторів Sika і АСЕ 430. Рентгеноструктурний аналіз одержаних кристалів СаSО4 ∙ 2Н2О показав, що інтенсивність процесу гідратації в’яжучого пов'язана із впливом добавок на форму та розміри кристалів двоводного сульфату кальцію і залежить від поверхневої енергії грані.