УДК 691.175.746

НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

Логанина Валентина Ивановна1, Макарова Людмила Викторовна2, Сергеева Кристина Анатольевна3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, д.т.н., профессор
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., доцент
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н.

Аннотация
Представлены результаты разработки технологии получения конкурентоспособных тонкодисперсных наполнителей на основе силикатов кальция, востребованных современной промышленностью. Показано, что применение наполнителей на основе силикатов кальция в составах сухих строительных смесей способствует повышению функциональных и эстетических свойств получаемых покрытий.

Ключевые слова: активность, гидросиликаты кальция, известковые сухие строительные смеси, минералогический состав, прочность


THE FILLERS FOR DRY STRUCTURAL MIXTURES

Loganina Valentina Ivanovna1, Makarova Ludmila Viktorovna2, Sergeeva Christine Anatolyevna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Doctor of technical Sciences, professor
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of technical sciences, associate professor
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of technical sciences

Abstract
Results of development of technology of receiving competitive finely dispersed fillers based on the calcium silicates demanded by the modern industry are presented. It is shown that application of fillers based on calcium silicates in compositions of dry structural mixtures promotes to increase of the functional and esthetic properties of received coverings.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Логанина В.И., Макарова Л.В., Сергеева К.А. Наполнители для сухих строительных смесей // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 6. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/06/35242 (дата обращения: 03.06.2017).

Для реставрации зданий исторической застройки, памятников архитектуры широкое применение находят известковые отделочные составы. Для повышения стойкости известковых составов в их рецептуру вводят различные модифицирующие добавки [1,2].  Перспективным направлением в рецептуре ССС является применение тонкодисперсных наполнителей на основе силикатов кальция [3]. В настоящее время наполнители – синтетический силикат кальция (волластонит), аморфный и кристаллический гидросиликат кальция (ксонотлит) можно промышленно производить из фосфогипса (крупнотоннажного отхода химических предприятий) с использованием технологии низкотемпературного гидротермального синтеза, который осуществляется при температуре менее 100ºС и атмосферном давлении. Сушка и кристаллизация полученного продукта осуществляется при температуре 1150ºС [4]. В связи этим весьма актуальным является разработка энергосберегающей технологии синтеза наполнителей на основе силикатов кальция. В работе использована технология получения высокодисперсных наполнителей, заключающаяся в их синтезе из жидкого натриевого стекла в присутствии добавок осадителей, последующем высушивании осадка 105-300оС и его измельчении [5]. Для получения цветных наполнителей использовались добавки-хромофоры. Установлено, что оптимальной является плотность жидкого стекла 1070-1130 кг/м3. Полученный наполнитель характеризуется высокой дисперсностью. Оценку гранулометрического состава полученных наполнителей проводили с помощью автоматического лазерного дифрактометра Fritsch Particle Sizer Analysette 22. При величине удельной поверхности Sуд =5935 см2/см3 средний диаметр частиц составляет 28,64 мкм, преобладают размеры частиц в диапазоне 20-45 мкм – 34,57%, 10-20 мкм -18,46% и 5-10 мкм -12,88%, при этом более 90% составляют частицы с размером менее или равным 61,5 мкм. Содержание частиц в диапазоне 0,05-1мкм составляет 1%, а в диапазоне 45-100 мкм-23,48 %. (рис.1, а). У образцов наполнителей, синтезируемых в присутствии добавки CaCl2 с добавкой-хромофора FeCl3 величина удельной поверхности варьируется в диапазоне значений 4359-5031 см2/см3, средний диаметр частиц составляет 42 мкм, преобладают размеры частиц в диапазоне 20-45 мкм – 30,1%, 10-20 мкм -14,2% и  5-10 мкм -8%, при этом более 90% составляют частицы с размером менее или равно 71,5 мкм (рис.1, б).

Введение добавки-хромофора способствует росту кристаллов силикатов кальция. Возрастает содержание частиц размером 45-100 мкм,  составляющее 42, 3% и появляются кристаллы размером 100-200 мкм – 2,7%.

Наполнители, с удельной поверхностью Sуд=3000 см2/см3 синтезируемые в присутствии только добавки-хромофора FeCl3, имеют средний диаметр частиц равный 60,7 мкм. Преобладают размеры частиц в диапазоне 20-45 мкм – 21,1%, 10-20 мкм -2,48% и 5-10 мкм -2,4%, при этом более 90% составляют частицы с размером менее или равно 97,5 мкм. (рис.1, в)

 

а) наполнитель, синтезируемый в присутствии добавки-осадителя CaCl2 в виде 15% раствора

 

б) наполнитель, синтезируемый в присутствии добавки-осадителя CaCl2 и добавки-хромофора FeCl3 в виде 15% раствора

 

в) наполнитель, синтезируемый в присутствии добавки-хромофора FeCl3 в виде 15% раствора

Рис. 1 Изображения кристаллов наполнителей, полученных с помощью микроскопа с увеличением 120х

Анализ ионизационных рентгенограмм образцов наполнителя, синтезированного при введении  добавки-хромофора FeCl3, полученных на дифрактометре ДРОН-2, показал, что в образцах присутствуют дифракционные линии (Å) следующих соединений: гидросиликаты железа: 14,141; 3,934;3,738; 3,569;2,81; 2,356; 2,151; 11,946; 4,506; 5,698; 2.058 4,506; 3,427; 3,10; гидрогалиты: 4,969; 2,993; 2,706; 2.11; гетиты: 2,589; 2,478; 2,004; 1,908; 1,812 (рис. 2), а образцы наполнителя, синтезированного при введении добавки CaCl2, имеют следующие соединения: гидросиликаты кальция натрия: 3.995; 2.823; 1.995; 1.770; 1.608; 1.430; гидрогалиты: 3.255; 1.411; 1.261; клинотобермориты: 6.074; 5.993; 4.927; 2.640; 2.373; гидросиликаты кальция: 5.024; 3.573; 3.337; 3.042; 1.923; 1.630; 1.152 (рис. 3).

 

Рис. 2 Рентгенограмма образцов наполнителя, синтезированного при введении добавки-хромофора FeCl3

 

Рис. 3 Рентгенограмма образцов наполнителя, синтезированного при введении добавки-осадителя CaCl2

Исследование гигроскопических свойств наполнителей показало, что они обладают высокой сорбционной ёмкостью. Так, при относительной влажности воздуха 72% сорбционное увлажнении спустя 10 суток составляет 20%, а при относительной влажности 100% – 95%.

Исследовалось влияние сроков и условий хранения наполнителя на его активность. С этой целью часть наполнителя, осажденного из жидкого стекла плотностью 1130кг/м3 и высушенного при температуре 105оС, хранилась в  условиях, исключающих доступ влаги к наполнителю, а часть – на открытом воздухе при относительной влажности 70-75% и температуре 18-20оС. После хранения  наполнителя в течение 10…40 суток были заформованы образцы состава известь:наполнитель=1:0,3 при водоизвестковом отношении В/И=0,65 и 0,9. Образцы  твердели при относительной влажности воздуха 70% и температуре 18-20оС. В табл.1 приведены значения предела прочности при сжатии образцов в возрасте 28 суток твердения. В качестве контрольного приняты образцы, заформованные сразу же после высушивания наполнителя.

Таблица 1. Влияние условий хранения на активность наполнителя

 Водоизвестковое отношение, В/И

Предел прочности при сжатии, МПа

Время хранения наполнителя, сут.

0

10

20

30

40

0,65

5,94

5, 95/5,69

5,89/5,16

5,39/4,79

4,79/4,16

0,9

4,56

4,59/1,99

4,58/1,97

4,14/1,92

3,39/1,43

Примечание. Над чертой приведены значения предела прочности при сжатии при хранении наполнителя в условиях, исключающих доступ влаги, под чертой -  при хранении на воздухе.

Результаты исследований, приведенные в табл.1, свидетельствуют, что при хранении наполнителя в условиях, исключающих доступ влаги, активность наполнителя практически не изменяется. Так, значение предела прочности при сжатии образцов, заформованных при В/И=0,65 на наполнителе сразу же после его высушивания, составляет Rсж=5,94, а заформованных на наполнителе после его хранения в течение 10…20 суток – 5,95-5,89МПа. Некоторые колебания значений предела прочности при сжатии связаны со статистической изменчивостью. Спустя 20 суток хранения в условиях, исключающих доступ влаги, активность его несколько снижается. Снижение предела прочности при сжатии образцов, заформованных при В/И=0,65 на наполнителе после хранения в течение 30…40 суток, составляет  9,3-19,4%, а при В/И=0,9 – 9,2-25,7%.

Хранение наполнителей в воздушно-сухих условиях резко изменяет его активность. Так, снижение предела прочности при сжатии известковых композиций, заформованных при В/И=0,9 на наполнителе после хранения в течение 30…40 суток, составляет 57,9-68,6%.

Известковые композиты с наполнителем, полученном синтезом при различном сочетании добавок осадителей и хромофоров характеризуется значением предела прочности при сжатии, составляющим 2,8-4,1 МПа (табл.2).

Таблица 2. Предел прочности при сжатии известкового композита

Условия синтеза наполнителя

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток, МПа*
Осаждение  в присутствии добавки хромофора  FeCl3 в виде 15%-го раствора в количестве 90% от массы жидкого стекла

2,8

Осаждение в присутствии добавки-осадителя CaCl2 в виде 15%-го раствора в количестве 90% от массы жидкого стекла

3,3

Осаждение в присутствии добавки-осадителя  CaCl2 (70% от массы жидкого стекла) и добавки-хромофора  FeCl3 (30% от массы жидкого стекла) в виде 15%-го раствора

4,1

Осаждение в присутствии добавки-осадителя CaCl2 (50% от массы жидкого стекла) и добавки-хромофора FeCl3 (50% от массы жидкого стекла) в виде 15% раствора

3,8

Осаждение в присутствии добавки-осадителя CaCl2 (30% от массы жидкого стекла) и добавки-хромофора FeCl3 (70% от массы жидкого стекла) в виде 15% раствора

3,6

Примечание:

 1) Синтез наполнителя осуществляли из жидкого стекла с модулем М =2,9;

2) Водоизвестковое отношение В/И=0,7, и отношение известь: наполнитель И:Н=1:0,3.

Установлено, что прочность известковых растворов на  наполнителях, синтезируемых в присутствии добавки-осадителя CaCl2 и добавки-хромофора FeCl3 выше на 20% по сравнению с составами на наполнителях, синтезируемых в присутствии только CaCl2. Так, прочность известковых композиций состава 1:0,3 при В/И=0,7 с применением окрашенных наполнителей на основе хлорида железа(III) FeCl3  варьируется в диапазоне значений 3,6-4,1 МПа, в то время как при применении неокрашенных наполнителей (контрольного образца) составляет– 3,3 МПа.

Выявлено, что активность наполнителей зависит от температуры высушивания. Наибольшей активностью обладает наполнитель, высушенный после фильтрации при температуре 300оС . Предел прочности при сжатии Rсж в возрасте 28 суток твердения в воздушно-сухих условиях состава 1:0,3 (известь: наполнитель) и В/И=0,7 при использовании наполнителя, высушенного при температуре 300оС, составляет Rсж=6,5 МПа, а состава с применением наполнителя, высушенного при температуре 105оС, – 3,3 МПа, т.е. прирост предела прочности при сжатии составляет 100% (рис.4). Аналогичные закономерности наблюдаются и при изменении предела прочности при изгибе.

Рис. 4. Влияние температуры высушивания наполнителя на предел прочности при сжатии состава 1:0,3 (известь:наполнитель)

Результаты проведенного эксперимента показывают, что составы на основе извести с предлагаемыми наполнителями являются трещиностойкими. Так в немецком стандарте DIN 18550 часть 2 указывается, что долговечность и сопротивление внешним воздействиям, а также высокая трещиностойкость обеспечиваются, когда отделочный раствор имеет предел прочности при сжатии в диапазоне значений от 2 до 5 МПа. Составы ССС на основе извести с применением предлагаемых наполнителей обладают ускоренными сроками высыхания. Время высыхания известкового состава до степени 3 составляет 10-15 мин, до степени 5- 20-25 мин, в то время как аналогичные составы с применением тонкомолотой опоки соответственно 30 и 50 мин. Известковые составы хорошо наносятся на отделываемую поверхность цементно- и известковопесканной штукатурки. Класс качества составляет IV-VI. Значения адгезионной прочности покрытий на основе составов с предлагаемыми наполнителями варьируютя в пределах 0,5-0,9 МПа.

Таким образом, использование тонкодисперсных наполнителей в рецептуре сухих строительных смесей, предназначенных для реставрации зданий исторической застройки и отделки стен, вновь возводимых объектов, приводит к повышению функциональных и эстетических свойств получаемых покрытий.


Библиографический список
  1. Логанина В.И., Давыдова О.А., Симонов Е.Е. Влияние активации диатомита на свойства известковых композитов // Известия вузов. Строительство.-2011.-№3.-С.20-23;
  2. Логанина В.И., Давыдова О.А. Известковые составы на основе золь-гель-технологии // Строительные материалы.-2009.-№3.-С.50-51;
  3. Логанина В.И., Макарова Л.В., Папшева К.А. Влияние технологии синтеза силикатных   наполнителей на свойства известковых отделочных составов // Региональная архитектура и строительство.-2011.-№2.- С.66-69;
  4. Гордиенко П. С., Супонина А.П., Ярусова С. Б., Буланова С. Б., Крысенко Г. Ф., Колзунов В. А. Исследование кинетических особенностей формирования моносиликата кальция в модельной системе  // Журнал прикладной химии.-2009.-Г.82, Вып.9-С.1409-1413;
  5. Логанина В.И., Макарова Л.В. Штукатурные составы для реставрационных работ с применением окрашенных наполнителей  //Региональная архитектура и строительство.-2009. – №1. – с.38-41.


Все статьи автора «Макарова Людмила Викторовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: