Для регулирования структуры и свойств сухих строительных смесей (ССС) в рецептуру вводят различные модифицирующие добавки, позволяющие значительно повысить эксплуатационные характеристики и регулировать структурообразование материала [5,6].

Повышение эксплуатационных свойств покрытий на основе ССС  может быть обеспечено путём введения в их рецептуру нанодисперсных добавок, способных регулировать структурообразование материала – синтезированных гидросиликатов кальция (ГСК), золя кремниевой кислоты, органоминеральных добавок [7 - 11].

Для регулирования структурообразования цементных ССС, предназначенных в качестве плиточного клея, предложено вводить в рецептуру синтезированные алюмосиликаты [12]. Синтез алюмосиликатов заключается в их осаждении из раствора сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ добавлением силиката натрия с последующим промыванием водой осадка.

Микроструктура синтезируемой добавки изучена с помощью электронного микроскопа  при увеличении в 20 000 раз (рисунок 1).

Рисунок 1- Микроструктура синтезированных алюмосиликатов

Установлено, что структура добавки представлена, в основном, частицами округлой формы размера 5,208-5,704µm, но встречаются частицы лещадной формы с размером 7,13-8,56µm. Удельная поверхность частиц, измеренная методом БЭТ, составляет S_уд=86,5±3,5 м₂/г [13].

В работе применялись очищенный технический сульфат алюминия первого сорта (ГОСТ 12966-85 с изм.1,2) производства ООО «АЛХИМ» (г. Тольятти), натриевое жидкое стекло с модулем М=2,7, Вольский портландцемент марки 400. Содержание синтезированной добавки составляло 10%, 20% и 30% от массы вяжущего.

Оценивалось влияние добавок на изменение сроков схватывания цемента. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1- Изменение нормальной густоты и сроков схватывания  цементного теста в зависимости от содержания добавки

Анализируя полученные данные установлено, что цементное вяжущее, содержащее добавку на основе синтезированных алюмосиликатов, имеет высокое значение нормальной густоты цементного теста в зависимости от процентного содержания синтезируемой добавки, составляющее 34-43%. Установлено, что сроки схватывания цементного теста с применением в рецептуре синтезированных алюмосиликатов ускоряются в зависимости от процента содержания добавки. Так, у цементного теста без содержания добавки начало и конец схватывания составляют соответственно 2ч 30мин и 5ч, а у цементного теста, содержащего 30% синтезированных алюмосиликатов, соответственно – 20мин и 1ч 15 мин.

На рисунке 2 приведены экспериментальные данные оценки прочности цементных образцов. Для изготовления образцов было выбрано оптимальное соотношение воды и цемента, отношение В/Ц, равное В/Ц=43%.

Рисунок 2 – Кинетика твердения в воздушно-сухих условиях цементных образцов: 1 – контрольный образец; 2 – композиционное вяжущее (содержание добавки синтезированного алюмосиликата 10% от массы цемента); 3 – композиционное вяжущее (содержание добавки 20% от массы цемента); 4 – композиционное вяжущее (содержание добавки 30% от массы цемента).

Анализ экспериментальных данных, приведенных на рисунке 2, свидетельствует, что введение в рецептуру синтезированной добавки приводит к повышению прочности при сжатии цементных образцов в возрасте 90 суток  воздушно-сухого твердения на 23,99-54,42% в зависимости от содержания добавки по сравнению с образцами на основе контрольных составов (без добавки). Очевидно, что твердение композиционного вяжущего происходит в более благоприятных влажностных условиях, т.е. синтезируемая добавка обладает влагоудерживающей способностью.

Изучен характер изменения пористости цементных систем различного состава (таблица 2).

Как видно из приведенных данных в таблице 2, в цементном камне на основе композиционного вяжущего по сравнению с контрольным образцом наблюдается уменьшение общей и капиллярной пористости и увеличение гелевой и контракционной пористости, что приводит к повышению стойкости цементного композита [14].

Таблица 2 – Изменение значения пористости цементных образцов в зависимости от содержания добавки

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют об эффективности применения синтезируемых алюмосиликатов в цементных композитах в качестве водоудерживающей и структурообразующей добавки. Установлено, что применение композиционного вяжущего, включающего синтезированные алюмосиликаты, приводит к формированию более прочной структуры цементного камня.

При производстве ССС в основном применяют модифицирующие добавки зарубежных производителей, позволяющие значительно повысить эксплуатационные характеристики и регулировать структурообразование материала. Однако, это влияет на себестоимость сухих строительных смесей. В связи с этим актуальным является решение задачи по разработке отечественных модифицирующих добавок, что позволит снизить стоимость ССС [1,2].

Ранее проведенные исследования подтверждают целесообразность применения в ССС нанодисперсных добавок – синтезированных гидросиликатов кальция (ГСК), золя кремниевой кислоты, органоминеральных добавок в рецептуре сухих строительных смесей для обеспечения повышения стойкости покрытия [3 - 5].

В данной работе предложено использовать для регулирования структурообразования цементных ССС в качестве модифицирующей добавки синтезированные алюмосиликаты. Технология получения синтезируемой добавки заключалась в осаждении алюмосиликатов из натриевого жидкого стекла сульфатом алюминия Al₂(SO₄)₃ [6].

Микроструктура и химический состав добавки на основе синтезируемых алюмосиликатов изучены при помощи электронного микроскопа при увеличении в 400 000 раз (рисунок 1, Таблица 1).

Рисунок 1- Микроструктура синтезированных алюмосиликатов

Выявлено, что микроструктура добавки представлена частицами округлой формы размера 5,208-5,704µm.. Удельная поверхность частиц, измеренная методом БЭТ, составляет S_уд=86,5±3,5 м₂/г [7].

Таблица 1 –Химическийсостав синтезируемой добавки

Анализируя полученные данные таблицы 1, выявлено высокое содержание химических элементов О, Si и Na – соответственно 54,57%, 18,68% и 16,56%.

Для разработки рецептуры ССС в работе применялся Вольский портландцемент марки 400. Образцы изготавливались с водоцементным отношением В/Ц, равным В/Ц=0,43.Содержание синтезированной добавки составляло 10%, 20% и 30% от массы вяжущего.Образцы твердели в воздушно-сухих условиях.

Оценивалось влияние добавок на изменение содержания свободной и химически связанной воды в цементе. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Таблица 2 –Содержание свободной и химически связанной воды в цементном камне

Как видно из приведенных в таблице 2 данных, в цементном камне, содержащем в рецептуре добавку на основе синтезированных алюмосиликатов, наблюдается уменьшение количества свободной воды  и увеличение химически связанной воды  по сравнению с контрольным образцом, что способствует созданию благоприятных условий для твердения цементного камня.

Проведены испытания на прочность при сжатии цементных образцов плиточного клея «ЮНИС – 2000» и плиточного клея с использованием в рецептуре синтезируемой добавки,набирающих прочность во влажных и воздушно-сухих условиях (рисунок 2).

Для изготовления плиточного клея на основе синтезированных алюмосиликатов был использован песок Чаадаевского месторождения с оптимальным соотношением фракций 0,63-0,315:0,315-0,14 соответственно 80:20 (%) с насыпной плотностью 1538,2 кг/м3, добавка на основе синтезируемых алюмосиликатов в составе 20% от массы цемента и подобрано оптимальное водоцементное отношение, В/Ц=0,28.

Образцы плиточного клея «ЮНИС – 2000» изготавливались согласно рецептуре, предложенной производителем.

Данные, полученные при испытании на сжатие образцов, твердевших в воздушно – сухих условиях (рисунок 2), показывают, что плиточный клей с содержанием в рецептуре синтезируемых алюмосиликатов по сравнению с плиточным клеем «ЮНИС – 2000» интенсивнее набирает прочность. Так, в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения плиточный клей с применением синтезируемой добавки превышает прочность плиточного клея «ЮНИС – 2000» на 35,66%.

Рисунок 2  – Кинетика набора прочности образцов, твердевших в воздушно-сухих условиях: 1 – плиточный клей (содержание добавки 20% от массы цемента), 2 –плиточный клей «ЮНИС-2000».

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования свидетельствуют, что введение в рецептуру синтезированной добавки приводит формированию более прочной структуры при твердении в воздушно-сухих условиях.  Очевидно, что твердение плиточного клея происходит в более благоприятных влажностных условиях, т.е. синтезируемая добавка обладает влагоудерживающей способностью. Установлено, что добавка на основе синтезированных алюмосиликатов может с применяться в качестве структурообразующей добавки в рецептуре плиточного клея, взамен импортных добавок (Bermokol и метилцеллюлозы).