Введение. Современные тенденции развития строительного материаловедения связаны с необходимостью разработки новых ресурсо- и энергосберегающих способов повышения прочности и водостойкости гипсовых вяжущих и материалов на их основе, которые при относительно низкой стоимости обладают экологичностью и пожаробезопасностью.Одним из высокоэффективных способов регулирования прочности и водостойкости гипсовых вяжущих является введение различных видов минеральных и органических добавок, способствующих образованию труднорастворимых соединений, покрывающих кристаллы двуводного гипса и формирующих плотную, прочную и менее водопроницаемую гипсовую матрицу [1–3].Обзор известных литературных источников показал, что для повышения прочности и водостойкости гипсовых материалов широко используются  тонкодисперсные минеральные добавки природного (диатомит, опока, трепел, пуццолана, цеолит, шунгит и др.) [4–6] и искусственного (портландцемент, известь, метакаолин, микрокремнезем, керамзитовая и металлургическая пыль, отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и др.) происхождения как отдельно, так и в комплексе с органическими модификаторами (гипер- и суперпластификаторы, гидрофобизаторы, углеродные нанотрубки, эфиры целлюлозы и др.) [7–12].   В настоящее время среди органических добавок-регуляторов свойств различных строительных материалов, в том числе на основе гипсовых вяжущих, большой научно-практический интерес представляют структурные модификации целлюлозы (линейного природного полимера-полисахарида с общей формулой (С6Н10О5)n или [С6Н7О2(ОН)3]n), в частности микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ) [13–16].   МКЦ – это продукт химической деструкции фибриллярной структуры частиц исходной целлюлозы (чаще всего хлопковой и древесной), который образуется в результате разрушения отдельных элементов целлюлозных волокон (аморфных прослоек), играющих роль связок между фибриллами.Микрокристаллическая целлюлоза представляет собой белое сыпучее порошкообразное вещество с удельной поверхностью в сухом состоянии 3,5–4,5 м2/г, состоящее из частиц в виде агрегатов иглоподобных микрокристаллитов целлюлозы, деструктированной до предельной степени полимеризации, величина которой для хлопковой МКЦ составляет 200–300, для древесной МКЦ – 120–280 [13–16].Характерной особенностью МКЦ, имеющей высокоразвитую гидрофильную поверхность с большим числом активных гидроксильных групп, является ее способность при взаимодействии с водой набухать, диспергироваться и образовывать относительно устойчивые тиксотропные гидрогели, обладающие водоудерживающими свойствами.   Высокая химическая чистота и физиологическая инертность в сочетании с другими ценными качествами (химическая стойкость, нерастворимость в воде и органических растворителях, отсутствие запаха и цвета) определяют широкое применение МКЦ в качестве наполнителя, стабилизатора и эмульгатора в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности [13–16].   В строительной отрасли МКЦ используют, в основном, в качестве наполнителя в производстве пластических масс, керамических огнеупоров и фарфора, стабилизатора водных красок и различных эмульсий. При этом существует необходимость в изучении влияния МКЦ, как водоудерживающей добавки, на свойства строительных материалов, в том числе гипсовых.Целью работы является исследование влияния МКЦ на консистенцию, сроки схватывания, прочность, среднюю плотность, водостойкость и структуру строительного гипса.Методика. При проведении исследования использовались следующие материалы:- нормальнотвердеющий строительный гипс марки по прочности Г-2 (ЗАО «Самарский гипсовый комбинат», г. Самара);- пищевая хлопковая МКЦ в виде сухого вещества с удельной поверхностью частиц 3,5 м2/г, степенью полимеризации 250 (ЗАО «Эвалар», г. Бийск).Консистенция гипсового теста (ГТ) определялась по диаметру расплыва ГТ на вискозиметре Суттарда; сроки схватывания – по глубине погружения иглы прибора Вика в ГТ стандартной консистенции; прочность – по пределу прочности при сжатии половинок образцов-балочек размерами 4×4×16 см, изготавливаемых из ГТ стандартной консистенции и испытываемых через 2 ч после контакта гипса с водой; средняя плотность и водостойкость – по отношению массы к объему и по коэффициенту размягчения половинок балочек, предварительно высушенных до постоянной массы при температуре 50 °С.Пробы гипсового теста с микрокристаллической целлюлозой приготавливались в следующей последовательности: добавление в воду микродоз МКЦ (в количестве от 1,7×10-4 до 18,7×10-4 % от массы вяжущего), первичное перемешивание, засыпка гипса, вторичное перемешивание. Количество воды, необходимое для получения контрольных проб ГТ стандартной консистенции, составляло 63 %, а модифици-рованных – 54 %. Анализ влияния МКЦ на структуру строительного гипса проводился методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) сколов образцов гипсового камня (ГК) с помощью микроскопа SUPRA 25-30-34.Основная часть. Результаты испытаний показали, что консистенция гипсового теста при введении МКЦ изменяется экстремально (рис. 1). При повышении количества МКЦ от 1,7×10-4 до 11×10-4 % диаметр расплыва ГТ увеличивается от 156 до 180 мм, то есть на 15 %.Последующее повышение количества МКЦ от 11×10-4 до 18,7×10-4 % приводит к уменьшению диаметра расплыва ГТ на 19 % (от 180 до 146 мм).  Рис. 1. Зависимость консистенции гипсового теста от количества МКЦ  Изменение прочности на сжатие гипсового камня с добавкой МКЦ также носит экстремальный характер (рис. 2).Минимумы предела прочности при сжатии (1,7 и 3,8 МПа) наблюдаются при количествах МКЦ, равных 7×10-4 и 17×10-4 %, а максимумы (1,9 и 4,3 МПа) – при 4,5×10-4 и 13×10-4 % соответственно.   Рис. 2. Зависимость прочности на сжатие гипсового камня от количества МКЦ  Оптимальным количеством МКЦ, с точки зрения получения гипсового теста стандартной консистенции (диаметр расплыва составляет 178 мм) и максимального повышения прочности на сжатие гипсового камня (предел прочности при сжатии равен 4,1 МПа), является 12×10-4 % от массы гипса.Анализ влияния МКЦ на свойства строительного гипса показал, что его водопотребность снижается в 1,2 раза (от 63 до 54 %) при сохранении стандартной консистенции гипсового теста. При этом сроки схватывания ГТ сокращаются: начало от 14 до 10 мин, конец от 16 до 13 мин. Средняя плотность гипсового камня увеличивается от 1343 до 1374 кг/м3. Предел прочности при изгибе ГК повышается в 1,8 раза (от 1,5 до 2,7 МПа), при сжатии – в 1,5 раза (от 2,8 до 4,1 МПа), а коэффициент размягчения возрастает в 1,2 раза (от 0,59 до 0,71) (табл. 1).  Таблица 1Свойства строительного гипсаСоставГипсовое тестоГипсовый каменьДиаметр расплыва, ммСроки схватывания, минСредняя плотность в сухом состоянии, кг/м3Предел прочности через 2 ч, МПаКоэффициентразмягченияначалоконецпри изгибепри сжатиибез МКЦ,В/Г = 0,63178141613431,52,80,59с 12×10-4 % МКЦ,В/Г = 0,54178101313742,74,10,71 Кроме того, МКЦ положительно влияет на изменение прочности гипсового камня в зависимости от времени хранения (рис. 3). Так, предел прочности при сжатии ГК через 1 сутки повышается от 5,2 до 6,7 МПа (на 29 %), через 3 суток – от 10,9 до 14,3 МПа (на 31 %), через 7 суток – от 12,7 до 17,5 МПа (на 38 %), через 28 суток – от 17,1 до 19,6 МПа (на 15 %). Результаты РЭМ показали, что структура ГК контрольного состава представлена удлиненными пластинчатыми кристаллами двугидрата сульфата кальция, которые имеют между собой точечные связи (рис. 4, а). Кроме того, кристаллы двугидрата сульфата кальция в контрольных образцах ГК характеризуются наличием межконтактных полостей, в которые, по данным В.Ф. Коровякова [17], может проникать вода, ослабляя связи, что приводит к значительному снижению прочности и водостойкости строительного гипса.В то же время, МКЦ способствует уплотнению пространства между кристаллогидратами двуводного гипса (рис. 4, б).  Рис. 3. Изменение прочности на сжатие гипсового камня в зависимости от времени хранения   а)   б)   Рис. 4. Структура гипсового камня: а – без МКЦ; б – с МКЦ  Выводы. На основании выполненных исследований выявлен характер влияния тонкодисперсной микрокристаллической хлопковой целлюлозы на консистенцию, сроки схватывания, прочность, среднюю плотность, водостойкость и структуру строительного гипса, а также определена оптимальная дозировка добавки (12×10-4 % от массы гипса). Установлено, что микрокристаллическая целлюлоза позволяет снизить водопотребность строительного гипса в 1,2 раза, сократить сроки схватывания гипсового теста, повысить прочность (на изгиб в 1,8 раза, на сжатие в 1,5 раза) и коэффициент размягчения (в 1,2 раза) гипсового камня. Улучшение свойств строительного гипса с микрокристаллической целлюлозой обусловлено ускорением процесса гидратации полуводного гипса за счет водоудерживающей способности добавки, а также уплотнением пространства между кристаллогидратами двуводного гипса.