В практике строительства при выполнении отделочных работ все большее применение находят сухие строительные смеси (ССС). В России, в том числе и на территории Поволжья, имеются значительные запасы диатомита, который может быть применен при изготовлении  теплоизоляционных ССС.

Известно, что активность диатомита обусловлена содержанием в диатомитах веществ в химически активной форме, поэтому характер и интенсивность взаимодействия со средой различны в зависимости от количества аморфного SiO₂, содержание которого в диатомитах может колебаться от 40% до 100% к общему количеству SiO₂. Помимо кремнезема в состав диатомита входят кристаллы солей Ca, Na, Fe, Al, органические вещества (до 9%). В настоящее время предложено несколько способов активации диатомита [1,2,3,4]

Для активации диатомита предложено осуществлять модификацию его поверхности путем его обработки гидроксидом натрия и кальцинированной содой.  С этой целью проводили совместный помол диатомита в шаровых мельницах с гидроксидом натрия и кальцинированной содой  в различных соотношениях. Помол осуществлялся до величины удельной поверхности S_уд, составляющей S_уд = 11248см²/см³.

При рентгенофазовом анализе (РФА) установлено, что на рентгенограмме образцов, полученных совместным помолом диатомита и гидроксида натрия NaOH в соотношении 1:0,2, присутствуют дифракционные линии (Å) следующих соединений:

-кремнезем: 3,349;2,966;2,364;

-гидросиликаты натрия: 2,555; 2,449;2,364; 1,815;

-карбонат натрия: 1,706;1,668;1,404.

Анализ рентгенограмм образцов показывает, что степень закристаллизованности образцов невысокая (рис.1). Методом  рентгенофазового анализа (РФА) установлено, что на рентгенограмме образцов базового диатомита (без активации) присутствуют дифракционные линии (Å) следующих соединений:     

-каолинит (d = 3,3265 Ǻ; d = 1,9803 Ǻ).

-кварц: 4,242;3,338; 2,455;2,128;

При изучении состава диатомита, измельченного в присутствии кальцинированной соды, установлено, что фазовый состав представлен следующими соединениями (рис. 2):

-карбонат натрия (d, Å)- 1,500; 1,200;

-кварц (d, Å)-4,267; 2,455;2,281; 2,128;1,993;1,817; 1,671; 1,373;

-цеолит(d, Å)-9,949;4,473; 4,267;2,772;

-силикат натрия (d, Å) – 2,963; 2,651; 2,593; 2,459; 2,372;1,886; 

а) базовый диатомит

б) активированного гидроксидом натрия

Рис. 1. Рентгенограмма диатомита

Результаты РФА, сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) свидетельствуют об изменении структуры и состава диатомита в результате  щелочной его активации, появлении новых дополнительных соединений, которые при взаимодействии диатомита с известью способны образовывать дополнительные химические соединения[5].

Рис. 2. Рентгенограмма образцов диатомита, модифицированного кальцинированной содой

Эффективность активации оценивали по показателям прочности известково-диатомитовых композитов. Предварительными исследованиями установлено оптимальное соотношение известь:диатомит, составляющее 1:4. В работе применяли известь 2 и 3 сортов с активностью  соответственно 84% и  72%. Образцы  формовались  с водоизвестковым отношением В/И, равным В/И=6,0 и твердели в воздушно-сухих условиях при температуре окружающего воздуха 18-20^оС и относительной влажности 60-70%. Результаты исследований приведены в таблице.

Таблица. Влияние активации диатомита на прочность известково-диатомитовых композитов

Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что активация диатомита щелочью приводит к значительному увеличению прочности при сжатии известково-диатомитовых композитов. Так, прочность при сжатии контрольного состава (без активации диатомита) в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения составляет R_сж=1,82 МПа, а с использованием активированного гидроксидом натрия NaOH – 3,6-6,24 МПа.

С применением модифицированного диатомита разработаны составы известковой  теплоизоляционной сухой строительной смеси, предназначенной для отделки стен зданий[6]. Покрытия на основе разработанной смеси характеризуются хорошей наносимостью, высокой прочностью сцепления, составляющей 1,4-1,6МПа. Установлено, что при применении в качестве штукатурки разработанного известково-диатомитового состава наблюдается смещение нулевой  изотермы на 4-9 мм в сторону пониженных температур.

Известковые составы образуют покрытия, которые характеризуются высокой пористостью и высоким показателем водопоглощения. В проведенных ранее исследованиях было установлено, что введение в рецептуру синтетических гидросиликатов кальция (ГСК), приводит к уменьшению
пористости [1,2]. Известковые составы с применением ГСК образуют покрытия повышенной водостойкости (коэффициент размягчения составляет К_разм=0,61-0,73).

Синтетические ГСК представляют собой смесь низкоосновных и высокоосновных гидросиликатов. Учитывая, что низкоосновные гидросиликаты кальция обладают более высокой прочностью, в продолжение дальнейших исследований при синтезе модифицирующей добавки использовали вещества, содержащие аморфный кремнезем, в частности, диатомит Инзенского месторождения.

В работе использовались следующие режимы синтеза ГСК: 1 режим – осаждение в присутствии 15%-ного раствора СаСl₂ в количестве 50% от массы жидкого натриевого стекла; 2 режим – осаждение в присутствии 10%-ного раствора СаСl₂ в количестве 50% от массы жидкого натриевого стекла с добавлением диатомита, при этом соотношение жидкость:твердая фаза (Ж:Т) составляло (Ж:Т)=1:2. Полученный осадок высушивался при температуре 100^оС.

Синтезированные добавки применялись для разработки рецептуры известковой отделочной ССС.

Разработанный состав отделочной ССС состоит: известь пушонка 1 сорта, кварцевый песок 80% фракции 0,63-0,315, 20% фракции 0,315 – 0,14. Для регулирования структурно – механических характеристик известкового композита в рецептуру были введены пластифицирующая добавка Кратасол — ПФМ в количестве 1,1% от массы извести, редиспергируемый порошок Nеоlith Р-4400 в количестве 0,4% от массы извести, гидрофобизатор Zinсum -5 в количестве 0,6% от массы извести. При этом содержание добавки ГСК составляло 30% от массы извести. Готовились смеси с водоизвестковым отношением В/И=1,2.

Установлено, что в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения предел прочности при сжатии R_сж известковых образцов с гидросиликатной добавкой, синтезированной по 2-му режиму, выше и составляет R_сж= 5,6 МПа, в то время как у известковых образцов с гидросиликатной добавкой, синтезированной по 1-му режиму, – R_сж= 2,9 МПа. Прочность при сжатии контрольного образца составляет R_сж= 1,5 МПа [3].

Анализ данных показал, что введение в рецептуру известковых смесей гидросиликатных добавок приводит к снижению пористости образцов. Так, пористость образцов с гидросиликатной добавкой, синтезированной без применения диатомита, составляет П=29,7% (табл. 1), а с гидросиликатной добавкой, синтезированной с применением диатомита – 26,7% (табл. 1).

Таблица 1-Пористость известковых образцов

Выявлено, что известковые покрытия на основе составов с гидросиликатной добавкой характеризуются повышенной водостойкостью. Так, коэффициент размягчения у известковых образцов с гидросиликатной добавкой, синтезированной по 1-му режиму, составляет K_разм=0,61, в то время как у известковых образцов с гидросиликатной добавкой, синтезированной по 2-му режиму – K_разм=0,73. Коэффициент размягчения контрольных известковых образцов составляет K_разм=0,29.

Рисунок.1 – Водопоглощение по массе известковых образцов: 1- контрольный состав на известковом вяжущем; 2 –состав с гидросиликатной добавкой, синтезированной по 1-му режиму; 3 – состав с гидросиликатной добавкой, синтезированной по 2-му режиму

Из рисунка 1 и таблицы 2, следует, что у известковых образцов с гидросиликатной добавкой, синтезированной по 2-му режиму, водопоглощение по массе и коэффициент водопоглощения при капиллярном всасывании ниже, чем с гидросиликатной добавкой, синтезированной по 1-му режиму.

Таблица 2-Коэффициент водопоглощения при капиллярном всасывании

Таким образом, составы с гидросиликатной добавкой, синтезированной в присутствии диатомита, формируют покрытия с повышенной водостойкостью и с низким значением показателя водопоглощения.

Установлено, что синтезированные гидросиликаты кальция обладают разной основностью. По данным [4] низкоосновные ГСК кальция характеризуются более высокой прочностью. Учитывая это, с целью получения низкоосновных гидросиликатов кальция нами при приготовлении добавки дополнительно были введены материалы, которые содержат кремнезем, в частности, диатомит Инзенского месторождения с удельной поверхностью S_уд =19000 см²/г.

В работе было использовано два режима синтеза добавки ГСК: 1 режим – осаждение с применением 15%-ного раствора хлорида кальция в количестве 50% от массы жидкого натриевого стекла; 2 режим – осаждение с применением 10%-ного раствора хлорида кальция в количестве 50% от массы жидкого натриевого стекла и суспензии диатомита, при этом отношение твердая:жидкая фаза (Т:Ж) составило (Т:Ж) = 1:2. Приготовленная смесь перемешивалась и отфильтровывалась. Осадок высушивался при температуре 100^оС.

В исследованиях использовалась известь 2 сорта с активностью 86%. При этом содержание добавки ГСК составляло 30% от массы извести.

В работе был установлен оксидный и элементный состав добавки ГСК, синтезированной в присутствии диатомита. Установлено, что в составе добавки на основе ГСК, синтезированный с применением диатомита, преобладают оксиды кремния, составляющие 81,81 % (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав добавки, синтезированной в присутствии диатомита

В таблице 2 представлен гранулометрический состав добавки гидросиликатов кальция, синтезированной в присутствии диатомита. Выявлено, что 3,30% составляют частицы размером 0,010–2,0 мкм, содержание частиц размером 200,000–300,000 мкм составляет 0,15%.

Таблица 2. Гранулометрический состав добавки на основе гидросиликатов кальция

В таблице 3 представлены значения активности и растворимости добавок ГСК на основе гидросиликатов кальция.

Таблица 3 – Активность и растворимость синтезированных гидросиликатов кальция

Так, активность А и растворимость М добавки гидросиликатов, приготовленной в присутствии диатомита, выше и составляют А=370 мг/г, М=70% (таблица 3), чем у добавки ГСК, синтезированной без диатомита, составляют А=320 мг/г, М=65% (таблица 3).

Таким образом, введение добавки на основе гидросиликатов кальция, синтезированной с применением диатомита, в отделочных известковых сухих строительных смесях позволит повысить эксплуатационную стойкость известковых составов.