Гіпсові будівельні матеріали підвищеної міцності і водостійкості (фізико-хімічні і енергетичні основи)

Abstract

UA: Дисертація присвячена розробці наукових основ одержання гіпсових і гіпсов-місних будівельних матеріалів підвищеної міцності та водостійкості з урахуванням фізико-хімічних процесів в системі CaSO4∙2H2O - CaSO4∙0,5H2О - H2O. В роботі приведені результати термодинамічних і кінетичних досліджень реакцій термічного розкладання двоводного гіпсу, реакцій гідратації і твердіння напівводного гіпсу, а також дано наукове обґрунтування технічних заходів ефективного покращення його властивостей. Встановлено умовні структурні формули сульфатів кальцію та їх структурний кістяк у вигляді 2[CaSO4]. Виявлено наявність в поровому електроліті радикалу CaSO4оaq, який формує структуру гіпсового каменю. Експериментальними дослідженнями кінетики процесів дегідратації гіпсу при його випалі в турбулентному потоці газоподібного теплоносія встановлено, що при такому режимі швидкість повного перетворення двогідрату на напівгідрат більш ніж на три порядки вища ніж при режимі випалу у варочних казанах. Моделювання процесу випалу у турбулентному потоці газоподібного теплоносія дозволило розробити основні параметри дослідно-промислової установки з реактором-конфузором. Виконано термодинамічні розрахунки іонних рівноваг процесу гідратації гіпсу і розраховані константи швидкостей реакцій розчинення, гідролізу та кристалізації. Результати цих досліджень показали, що процес гідратації протікає переважно по крізьрозчинному механізму, а найповільнішою стадією є процес кристалізації. Вивчені закономірності процесів структуроутворення і механізм об’ємних змін гіпсового каменю і встановлено вплив на них колоїдно-хімічних явищ. Теоретично обґрунтовано способи підвищення міцності і водостійкості гіпсу за рахунок замішування гіпсових сумішей насиченим розчином дво- або напівгідрату сульфату кальцію і введення комплексної добавки, яка містить сульфат алюмінію, вапно і аеросил. Розроблені склади піно- і газогіпсобетонів, а також склади цементного пінобетону на безгіпсовому цементі (БГЦ) з добавкою гіпсу у вигляді насиченого розчину, які пройшли дослідно-промислове випробування з одержанням значного економічного ефекту.

EN: The dissertation work is devoted to development of scientific fundamentals of manufacture of gypsum and gypsum-containing building materials with improved strength and water resistance with due consideration of physicochemical processes in the system CaSO4∙2H2O –CaSO4 ∙0,5H2O – H2O. The work specifies the results of thermodynamic and kinetic studies of reactions of gypsum dihydrate thermal decomposition, gypsum semihydrate hydration and solidification as well as scientific substantiation of manufacturing processes of common and cellular gypsum concretes with improved strength and water resistance. Conditional structural formulas obtained of calcium sulfates and their structural basis in the form of 2[CaSO4]. CaSO4oaq radical detected in pore electrolyte which forms the structure of gypsum rock. Regularities studied in structure formation processes as well as mechanism of voluminous changes in gypsum rock and the role of colloid phenomena in these defined. Theoretical substantiation given for the ways of gypsum and gypsum-containing materials strength and water resistance improvement due to introduction of a saturated calcium sulfate dihydrate or semihydrate solution as well as aluminum sulfate, lime and silica gel. Compositions of foam and gas gypsum concretes developed and plot-tested as well as cement foam concrete compositions on a purely clinker binder with an addition of gypsum to show a substantial cost efficiency.