Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Сухие строительные смеси для реставрации и отделки зданий и сооружений 8
1.1. Применение сухих строительных смесей при реставрации зданий исторической застройки и отделке зданий и сооружений 8
1.2. Тонкодисперсные наполнители на основе силикатов кальция для сухих строительных смесей 21
1.3. Цели и задачи исследования 27
Глава 2. Характеристика сырьевых материалов. Методика проведения исследований 28
2.1. Характеристика сырьевых материалов 28
2.2. Методика проведения исследований 29
2.3. Статистическая обработка данных 41
Глава 3. Структура и свойства тонкодисперсных наполнителей на основе силикатов кальция для сухих строительных смесей 42
3.1. Закономерности синтеза гидросиликатов кальция 42
3.2. Свойства наполнителей 55
Выводы к главе 3 62
Глава 4. Закономерности структурообразования известковых композиций в присутствии добавок ГСК 64
4.1. Закономерности формирования структуры известковых композиций 64
4.2. Влияние наполнителя на прочность известкового камня 71
4.3. Закономерности изменения технологических и реологических свойств известковых составов с наполнителем на основе ГСК 78
Выводы к главе 4 91
Глава 5. Эксплуатационные свойства композитов на основе сухих строительных смесей 93
5.1. Стойкость декоративных покрытий с применением наполнителя на основе ГСК
5.2. Свойства материалов по отношению к действию влаги 103
5.3. Технология приготовления сухой смеси. Технико-экономическая эффективность 108
Выводы к главе 5 114
Основные выводы 116
Список литературы
- Тонкодисперсные наполнители на основе силикатов кальция для сухих строительных смесей
- Статистическая обработка данных
- Свойства наполнителей
- Закономерности изменения технологических и реологических свойств известковых составов с наполнителем на основе ГСК
Введение к работе
Актуальность работы. Для реставрации зданий и сооружений исторической застройки, а также отделки вновь возводимых объектов широкое применение находят сухие строительные смеси (ССС). Традиционными материалами, на протяжении многих лет применявшимися для окрашивания фасадов, были известковые составы. Однако низкая эксплуатационная стойкость известковых покрытий приводит к увеличению затрат на содержание и ремонт зданий. В связи с этим актуальным является разработка технологического решения, обеспечивающего повышение долговечности покрытий на основе известковых сухих смесей. Стойкость известковых композиций может быть достигнута использованием высокоэффективных добавок на основе гидросиликатов кальция (ГСК). Однако данная проблема не получила значимого отражения в научно-технической литературе. Решение этой проблемы позволит увеличить межремонтный срок эксплуатации и снизить затраты на ремонт фасадов зданий.
Диссертационная работа выполнялась в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по мероприятию 1.4 (госконтракт с Федеральным агентством по образованию РФ № П1456), госконтракта № 14.В37.21.2055 «Исследование нового поколения перспективных наноструктурных систем твердения, добавок и наномодификаторов и их влияния на физико-механические свойства строительных материалов», программы «У.М.Н.И.К» при участи Федерального фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Целью работы является разработка составов и технологии известковых ССС, покрытия на основе которых характеризуются повышенной эксплуатационной стойкостью.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
установить закономерности синтеза тонкодисперсных наполнителей на основе ГСК;
изучить структурообразование известковых систем в присутствии наполнителей на основе ГСК;
разработать составы известковых ССС и определить технологические, реологические и эксплуатационные свойства растворов на основе разработанных составов.
Научная новизна. Методом рентгенофазового анализа (РФА), оптической микроскопии проведена оценка влияния наполнителя на основе ГСК на процессы твердения известковой композиции. Выявлено химическое взаимодействие наполнителя на основе ГСК с известью. Установлено уменьшение в 2,2 раза количества свободной извести в известковых композитах в присутствии добавки ГСК относительно контрольного состава.
Установлены закономерности изменения прочности известкового композита в зависимости от тонкости помола наполнителя, его содержания и количества воды затворения. Выявлено, что введение ГСК в известковый состав приводит к уменьшению пористости и увеличению объема закрытых пор композита. Установлены закономерности влияния наполнителя на основе ГСК на свойства покрытий, заключающиеся в том, что введение наполнителя в рецептуру известковых отделочных составов приводит к повышению адгезионной прочности до 60 %, снижению усадочных деформаций до 45 %, повышению водостойкости на 35 %.
Установлены закономерности синтеза наполнителя в зависимости от плотности и модуля жидкого стекла, количества добавки-осадителя, концентрации ее раствора, скорости ее введения, режима высушивания. Методами РФА, инфракрасной спектроскопии (ИКС) и оптической микроскопии выявлен фазовый состав наполнителя, характеризующийся наличием гидросиликатов кальция, гидрогалитов, кальцита.
Установлены закономерности изменения реологических и технологических свойств известковых отделочных составов в зависимости от условий синтеза наполнителя и его содержания, вида пластифицирующей добавки. Показано, введение наполнителя на основе ГСК способствует повышению пластифицирующего эффекта добавок, а также более быстрому набору пластической прочности.
Практическая значимость работы. Разработаны известковые составы, предназначенные для реставрации памятников архитектуры, зданий исторической застройки, а также отделки фасадов вновь возводимых зданий, включающие гашенную известь, наполнитель на основе ГСК, кварцевый песок, пластификатор С-3 и редиспергируемый порошок Neolith P7200 и позволяющие получить растворные смеси с водоудерживающей способностью 98-99%, временем высыхания до степени «5» 15-20 мин, жизнеспособностью 1-1,5 часа. Покрытия на основе предлагаемой ССС характеризуются коэффициентом паропроницаемости 0,050,07 мг/(м-ч-Па), прочностью сцепления 0,6-0,9 МПа, прочностью при сжатии 3-4 МПа. Расход сухой смеси составляет 1,0-1,2 кг/м
Для производства известковых ССС предложена энергосберегающая технология синтеза тонкодисперсных наполнителей на основе ГСК, заключающаяся в их синтезе из жидкого натриевого стекла в присутствии добавки-осадителя в количестве 30-50 % от массы жидкого стекла в виде 7,5-15 % раствора и последующим высушивании при температуре 105 оС. Оптимальная плотность жидкого стекла составляет р=1130-1663 кг/м в зависимости от модуля жидкого стекла.
Разработана технологическая схема производства сухой отделочной смеси. Разработан нормативный документ по производству сухой смеси с применением наполнителя на основе ГСК - проект стандарта организации СТО 2.003-2012 «Смеси сухие строительные».
Внедрение результатов исследований. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлялась на предприятии ООО РСУ «Спецработ».
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлению 270800.62 «Строительство» профилей 270800.62-05 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись на II Международном семинаре-конкурсе молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих строительных смесей (г.Москва, Экспоцентр, 2011), на Международной научной конференции "Проблемы современного строительства" (г.Пенза, 2011), на VII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (г.Пенза, 2012), на Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ аспирантов и молодых ученых Эврика 2011 (г.Новочеркасск, 2011), на Всероссийском конкурсе «Инновационный потенциал молодежи» (г.Ульяновск, 2011), на молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К.» (г.Пенза, 2011), на IV Российском форуме «Российским инновациям - российский капитал» (г.Оренбург, 2011), на региональной молодежной выставке «Научное творчество и исследовательские работы студентов и обучающихся» (г.Пенза, 2011), на Международном форуме «International Conference on European Science and Technology» (Wiesbaden, Germany, 2012).
Достоверность результатов работы обеспечивается сопоставлением результатов экспериментальных исследований с производственным апробированием, статистической обработкой результатов экспериментальных исследований, проведением исследований на оборудовании, прошедшем метрологическую поверку.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 статей в научных журналах и сборниках статей и докладов, в том числе 8 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, 2 статьи за рубежом, 3 статьи в моноавторстве.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, 2 приложений. Общий объем диссертации 129 страниц машинописного текста, включающего 38 рисунков, 32 таблицы.
Тонкодисперсные наполнители на основе силикатов кальция для сухих строительных смесей
В настоящее время наибольшей популярностью среди штукатурных смесей пользуются цементные и гипсовые смеси. На известковые смеси спрос немного ниже вследствие низкой прочности и водостойкости. Однако, известковые штукатурные смеси имеют ряд преимуществ: они обладают хорошими теплоизоляционными и огнеупорными свойствами; экологичны; имеют хорошее сцепление с деревянными, кирпичными и шлакобетонными поверхностями; устойчивы к биоповреждениям за счет высокой щелочности извести; эластичны и легки в работе; имеют высокую паропроницаемость, что позволяет стене дышать, не скапливая конденсата, тем самым способствуя улучшению микроклимата отделанных ими помещений за счет регулирования влажности среды. Известковые покрытия гвоздимы. Штукатурные смеси на основе извести можно наносить на отделываемую поверхность при низких положительных и умеренно отрицательных температурах [10, 11]. Все большее применение находят известковые сухие строительные смеси в реставрации памятников, санирования и ремонта зданий [12].
В России все здания и сооружения, возведенные до конца ХІХв. - начала XX в. построены на известковом связующем и отштукатурены известковыми составами. Это объясняется тем, что промышленное производство и применение цемента в России началось только после 1880 г. Так как известковая штукатурка несовместима с современными отделочными материалами, реставрация исторических зданий, сохранивших в той или иной степени первоначальную отделку, затруднительна. Замена известковых растворов на цементные или цементно-известковые при проведении реставрационных работ может привести к выпадению точки росы между слоями известковой и цементной штукатурки, что может вызвать разрушение и отслоение отделочных покрытий при переменном замораживании и оттаивании, а также привести к снижению паропроницаемости и трещиностойкости покрытия. Как известно, прочность массива известковой штукатурки на отделываемой поверхности сравнительно невелика. Лакокрасочные пленки, образуемые органическими красками на слабых подложках, быстро растрескиваются и отслаиваются, нередко вместе с мелкими фрагментами верхнего слоя известковой штукатурки [13].
В настоящее время при проведении реставрационных работ для отделки применяют в основном известковые составы, поставляемые зарубежными фирмами «Tikkurila», «Caparol» и др., что удорожает стоимость работ и делает их зависимыми от импортных поставок. На сегодняшний день одной из самых популярных известковых красок является краска «Холви» производства компании «Финнколор». Особенность этой краски в том, что она выпускается уже готовая к применению, то есть не в виде сухой смеси, а в виде пасты. Этот материал использовался при реставрации гостиницы «Англетер» и отделки Витебского вокзала [14]. Стоимость такой краски на сегодняшний день составляет около 3500 рублей за 25 кг.
Не уступает по популярности фасадные краски немецкой фирмы Caparol (цена около 3700 рублей за 10 л). Краски фирмы Caparol использовалась при реставрации Музея истории города Санкт-Петербург, Большого дворца Петергофа, а так же корпусов Ольгина, Царицына и Марли [14].
Технологический процесс создания краски на основе извести достаточно сложный и не всегда удаётся достичь необходимых характеристик. Поэтому отечественных производителей известковой краски не так много. Одним из них является петербургская фирма «Топаз Плюс», выпускающая краску «Силакра-известковая» (цена около 100 рублей за кг). Краска использовалась при реставрации корпуса Бенуа в Петродворце [14].
На рынке известна компания «Крепе», успешно выпускающая несколько видов известковых штукатурок с гидравлической добавкой и без нее - серия «Крепе Антик» [15]. Известковые штукатурки «Антик 1» и «Антик 2» предназначены для оштукатуривания стен внутри и снаружи зданий, их можно наносить на старые кирпичные, бетонные, оштукатуренные составами на известковом вяжущем стены. Различие в фракционном составе наполнителя позволяет использовать «Антик 1» и «Антик 2» при различных видах отделочных работ.
Для ремонта, реконструкции и реставрации старых зданий и историко-архитектурных памятников, различных бетонных и железобетонных сооружений предложен ассортимент продукции под торговой маркой "БИРСС" и "Баумит".
Комплексная система "БИРСС" идеальна для реставрации подверженных солеобразованию строений и сильно увлажненных поверхностей. Она была успешно применена при реконструкции стен и подвалов зданий Казанского кремля, при реставрационных работах в Казанском университете и здании мэрии [16]. Штукатурные смеси для реставрации исторических памятников и сооружений данной марки представлены следующие: известково-песчаная штукатурная смесь «БИРСС 43», известково-цементно-песчаная штукатурная смесь «БИРСС 43 С-3».
Компания "Баумит" - считается одним из лидеров в Европе по производству материалов для реставрации и реконструкции памятников архитектуры [17]. Штукатурные смеси для реставрации памятников архитектуры данной марки представлены следующие: Baumit HandPutz 1 Winter - зимняя известково-цементная штукатурка, применяющаяся для внутренних и наружных работ в зимних условиях при средней температуре окружающего воздуха около 0С; санирующая штукатурка Baumit SanovaPutz L применяется для оштукатуривания влажных, подверженных вредному воздействию солей минеральных оснований для внутренних и наружных работ; Baumit GrundPutz Leicht - известково-цементная штукатурка заводского приготовления, с легким наполнителем, для ручного и машинного нанесения, для внутренних и наружных работ.
В настоящее время на рынке представлены также известковые сухие смеси для реставрационных и отделочных работ такими марками как Рунит, Umax, Атлант. Технические характеристики штукатурных смесей представлены в таблице 1.2
Одним из значимых параметров отделочных составов является их трещиностойкость. Представленью данные Шангиной Н.Н. и Харитоновым A.M. свидетельствуют о более высокой трещиностойкости известковых растворов по сравнению с цементными в соответствии с рисунком 1.3 [13]. Вместе с тем, применение для реставрации памятников архитектуры известковых составов вызывает определенные трудности, связанные с их низкой водо стойко стью.
Статистическая обработка данных
Водопоглощение определяли по ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы испытаний». Для этого изготавливали образцы различных составов размером 1x1x5 см, которые после 28 суток воздушно-сухого твердения высушивали до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 100-110С, взвешивали на аналитических весах. После чего помещали образцы в емкость, наполненную водой с таким расчетом, чтобы уровень воды в емкости был выше верхнего уровня уложенных образцов примерно на 5 мм. Образцы укладывали на прокладки так, чтобы высота образца была минимальной. Температура воды в емкости составляла (20 ± 2) С. Образцы взвешивали через каждые 24 ч водопоглощения на обычных или гидростатических весах с погрешностью не более 0,1 %. При взвешивании на обычных весах образцы, вынутые из воды, предварительно вытирались отжатой влажной тканью. Испытание проводят до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,1 %. Образцы, испытываемые в состоянии естественной влажности, после окончания процесса водонасыщения высушивали до постоянной массы. Водопоглощение раствора рассчитывали по формуле: W=m" mc -100%, (2.7) где тс — масса высушенного образца, г; тв — масса водонасыщенного образца, г. Коэффициент водопоглощения определяли по DIN 52617 [63]. Образцы помещали в воду на глубину 2-10мм, предварительно изолировав боковые поверхности от проникновения воды. Температура воды 20С. Образцы взвешивали через 10, 30 мин., затем каждые 6 час. Испытания проводили до тех пор, пока на противоположной поверхности не станет заметным увлажнение. Коэффициент водопоглощения рассчитывали по формуле: ,=-ж 2-8 где m-водопоглощение в кг; А-площадь испытываемой поверхности в м2; t-время в ч.
При определении типа покрытия пользовались таблицей 2.3. Таблица 2.3 - Определение типа покрытия Коэффициент водопоглощения, [кг/м2 ч0,5] Тип покрытия 0,1 В одонепроницаемые 0,1-0,5 водоотталкивающие(гидрофобные) 0,5-2,0 Водосдерживающие 2,0 Водопроницаемые Водостойкость оценивали по коэффициенту размягчения, который равен отношению предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой, к прочности сухого материала. Кр=Ъ . (2.9) сух Сорбционную способность отделочных составов определяли по ГОСТ 21513-76 «Материалы лакокрасочные. Методы определения водо- и влагопоглащения лакокрасочной пленкой» [64]. Для этого изготавливали образцы различных составов размером 1 х 1 х5 см, которые после 28 суток воздушно-сухого твердения высушивали до постоянной массы в сушильном шкафу при тумпературе 100-110 С, взвешивали на аналитических весах и помещали в эксикаторы с плотно притертыми крышками. В эксикаторах создавали относительную влажность воздуха 25%, 50%, 75% и 96%. В каждой эксикатор были помещены по три образца каждого состава. Периодически проводили взвешивание образцов на аналитических весах. Испытания продолжали до равновесного состояния. Влагопоглощение по массе рассчитывали по формуле: РГт = т" тЧ00%, (2.10) те где тс -масса образца в сухом состоянии, г; тн -масса образца после выдержки в эксикаторе с определенной влажностью воздуха
Прибор для определения гранулометрического состава «Analizette» Определение гранулометрического состава проводили с помощью прибора «Анализетте» (рисунок 2.2). 36 Анализаторы для определения распределения частиц по размерам посредством лазерной дифракции используют физический принцип рассеяния электро-магнитных волн. Частицы в параллельном лазерном луче рассеивают свет на постоянный телесный угол, величина которого зависит от диаметра частиц. Линза собирает рассеянный свет кольцеобразно на детекторе, который установлен в фокальной плоскости линзы. Нерассеянный свет всегда сходится в фокальной точке на оптической оси. С помощью комплексной математики из распределения интенсивности рассеянного света можно рассчитать распределение частиц по размерам в коллективе рассеивающихся частиц. В результате получают диаметр частицы лазерной дифракции, диаметр которой эквивалентен шару с одинаковым распределением рассеянного света.
Фазовый состав образцов материала определяли с помощью рентгенофазового анализа. Ионизационные рентгенограммы исследуемых образцов были сняты на дифрактометре марки Thermo Scientific модели ARL X TRA фирмы Thermo Electron S А (Швейцария). При расшифровке рентгенограмм сравнивали межплоскостные расстояния и интенсивности соответствующих линий на полученных рентгенограммах с данными для эталонных веществ [65,66,67,68].
Истинную плотность определяли с помощью прибора Ле-Шателье. Прибор наполняли обезвоженным керосином до нижней нулевой метки (по нижнему мениску), после чего верхнюю свободную от керосина часть прибора протирали тампоном из фильтровальной бумаги. Исследуемый материал перед испытанием высушивали в сушильном шкафу при температуре Ю5...110С до постоянной массы. На технических весах в стаканчике взвешивали навеску порошка массой около 70 г с погрешностью не более 0,01 г. Порошок высыпали в прибор ложечкой через воронку небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в приборе не достигнет одного из делений в пределах верхней градуированной части. Остаток порошка со стаканчиком взвешивали. Определяли уровень жидкости в приборе. Разность отсчетов между конечным и начальным уровнями жидкости соответствует объему высыпанного порошка V (см3). Истинную плотность исследуемого материала р вычисляли по формуле: р=к ; (2Л1) где Ш\ - первоначальная масса порошка со стаканчиком, г; тг - масса остатка порошка со стаканчиком, г.
Свойства наполнителей
Активность наполнителей зависит от температуры высушивания. Наибольшей активностью обладает наполнитель, высушенный после фильтрации при температуре 300С. Прочность при сжатии R образцов в возрасте 28 суток твердения в воздушно-сухих условиях состава 1:0,3 (известь: наполнитель) по массе при В/И=0,7, при использовании наполнителя, высушенного при температуре 300С, составляет 1 =6,79 МПа, а состава с применением наполнителя, высушенного при температуре 105С, - 4,56 МПа, т.е. прирост прочности при сжатии составляет 50% (таблица 3.9).
Исследование гигроскопических свойств наполнителей показало, что они обладают высокой сорбционной ёмкостью. Так, при сорбционном увлажнении при относительной влажности воздуха 72%, сорбционное увлажнении спустя 10 суток составляет 20% , а при относительной влажности 100%) - 95%. Таблица 3.9 - Прочность известковых композиций
Примечание - Значение доверительного интервала для значений прочности при сжатии и прочности на растяжение при изгибе указаны с надежностью 0,95.
Исследовались влияние сроков и условий хранения наполнителя на его активность. С этой целью часть наполнителя хранилась в условиях, исключающих доступ влаги, а часть - на открытом воздухе при относительной влажности 70-75% и температуре 18-20С. После хранения наполнителя в течение 10...40 суток были заформованы образцы состава известь:наполнитель=1:0,3 при водоизвестковом отношении В/И=0,7 и 0,9. Образцы твердели при относительной влажности воздуха 70% и температуре 18-20С. В таблице 3.10 приведены значения прочности при сжатии и изгибе образцов в возрасте 28 суток твердения. В качестве контрольного приняты образцы, заформованные сразу же после высушивания наполнителя.
Результаты исследований, приведенные в таблице 3.10, свидетельствуют, что при хранении наполнителя в условиях, исключающих доступ влаги, активность наполнителя практически не изменяется. Так, значение прочности при сжатии образцов, заформованных при В/И=0,7 на наполнителе сразу же после его высушивания, составляет RCK=4,56 МПа, а заформованных на наполнителе после его хранения в течение 10.. .20 суток - 4,56-4,50 МПа.
Влияние условий хранения на активность наполнителя Водоизвестково е отношение,в/и Прочность при сжатии, МПа Время хранения наполнителя, сут. 10 20 30 40 0,7 4,56 4,56/4,32 4,50/3,82 4,22/3,40 3,68/2,84 0,9 3,62 3,62/1,82 3,62/1,82 3,34/1,76 2,83/1,37 Примечание - над чертой приведены значения прочности при сжатии при хранении наполнителя в условиях, исключающих доступ влаги, под чертой - при хранении на воздухе.
Некоторые колебания значений прочности при сжатии связаны со статистической изменчивостью. Спустя 20 суток хранения в условиях, исключающих доступ влаги, активность его снижается на 1,3%. Снижение прочности при сжатии образцов, заформованных при В/И=0,7 на наполнителе после хранения в течение 30...40 суток, составляет 7,4-19,3%, а при В/И=0,9 - 7,7-21,8%.
Хранение наполнителей в воздушно-сухих условиях резко изменяет его активность. Так, снижение прочности при сжатии известковых композиций, заформованных при В/И=0,9 на наполнителе после хранения в течение 30...40 суток, составляет 51,4-62,2%).
1. Предложена энергосберегающая технология синтеза тонкодисперсных наполнителей на основе ГСК, заключающаяся в их синтезе из жидкого натриевого стекла в присутствии добавки-осадителя и последующем высушивании при температуре 105 С.
2. Установлены закономерности изменения свойств наполнителя в зависимости от условий синтеза (температуры, плотности и модуля жидкого стекла, количества, вида и концентрации раствора добавки-осадителя, скорости ее введения, режима высушивания). Установлено оптимальное содержание добавки-осадителя, составляющее 30-50% от массы жидкого стекла в виде 7,5-15%-ного раствора. Определена оптимальная плотность жидкого стекла, составляющая р = 1130-1663 кг/м3 в зависимости от модуля жидкого стекла.
3. Методами РФА, ИКС и оптической микроскопии выявлен фазовый состав наполнителя, характеризующийся наличием гидросиликатов кальция CSH (I) и CSH (II), кальцитов, гидрогалитов. Определено рН суспензии наполнителя, составляющее рН =9,6-12,6 в зависимости от условий синтеза.
4. Определены основные свойства наполнителя на основе ГСК. Истинная плотность наполнителя составляет 2200 кг/м3, насыпная плотность 448 кг/м3. Установлена высокая сорбционная ёмкость наполнителя, составляющая при 100%-ной влажности 95%. Показано, что кривые распределения частиц по размерам силикатсодержащего наполнителя имеют полифракционный характер. Средний диаметр частиц составляет 20-30 мкм в зависимости от синтеза наполнителя.
5. Установлено, что наполнитель на основе ГСК обладает гидравлической активностью, составляющей в зависимости от режима синтеза 178-289 мг/г.
6 Установлены условия хранения наполнителя. Выявлено, что при хранении наполнителя в условиях, исключающих доступ влаги, активность наполнителя не изменяется. Спустя 20 суток хранения в условиях, исключающих доступ влаги, снижение активности наполнителя составляет 5%, после хранения в течение З0...40суток-8..20%.
Закономерности изменения технологических и реологических свойств известковых составов с наполнителем на основе ГСК
Твердение растворов на гашёной извести обусловлено протеканием двух процессов: кристаллизации Са(ОН)2 при высыхании растворов и карбонизации гидрооксида. Этот процесс протекает в первую очередь в поверхностных слоях. Карбонизация глубинных слоев длительна, поскольку, во-первых, количество С02 в атмосфере составляет лишь 0,04%, а, во-вторых, образующаяся плёнка СаСОз обладает низкой проницаемостью. Поэтому в центральной части хорошо уплотнённых растворов долгое время сохраняется значительное количество Са(ОН)2. Испарение воды из раствора также способствует увеличению прочности. Образование СаСОэ обуславливает повышение прочности и водостойкости изделий. Если в качестве наполнителя использовать активные добавки, наряду с образованием карбонатов возможно появление и гидросиликатов кальция, повышающих прочность растворов. Образованием значительного количества гидросиликатов, улучшающих сцепление вяжущего с заполнителем, и объясняется высокая прочность известковых растворов. Карбонизация наиболее интенсивно протекает при влажности изделий 5-8%. При полном высыхании изделий, как и при чрезмерном их увлажнении, процесс прекращается [29,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97].
Введение в известковую композицию наполнителя на основе ГСК изменяет характер структурообразования [98]. Для оценки процессов структурообразования был проведён термодинамический анализ возможных реакций при взаимодействии компонентов смеси (извести, наполнителя на основе ГСК и воды затворения) в соответствии со вторым законом термодинамики, который устанавливает связь между тепловым эффектом химически необратимого процесса и работой соответствующего необратимого процесса и определяется уравнением Гиббса-Гельмгольца [99,100,101,102]: AG = tJiv 4- T (4.1) где AG - энергия Гиббса; AHP - энтальпия процесса; Г-температура, К.
Учитывая, что структурообразование исследуемой системы протекает при температуре (293 К), близкой к стандартной (298 К), тепловой эффект реакции и изменение энергии Гиббса определяли только при стандартном состоянии и рассчитывали как разность сумм соответствующих показателей продуктов реакции и исходных веществ. Результаты расчетов термодинамических параметров представлены в таблице 4.1.
Результаты расчётов свидетельствуют о вероятности протекания всех рассмотренных реакций в прямом направлении (отрицательные значения АН298-)-Большое числовое значение AG0298 найдено для реакции образования 1,5-2CaOSi02l,5-2H20 позволяет с достаточной вероятностью говорить о возможности протекания реакции не только при стандартной температуре (25С), но и при других температурах [99,100,101].
Низкоосновные гидросиликаты кальция характеризуются хорошо оформленными кристаллами, которые вступают в химическое взаимодействие с известью с образованием высокоосновных, что повышает атмосферостойкость и морозостойкость материалов [85,103,104,105].
Для исследования твердофазных реакций, происходящих в процессе структурообразования известковых отделочных композиций [98,106,107], был применен качественный рентгеноструктурный анализ на дифрактометре марки Thermo Scientific модели ARL X TRA, были сняты рентгенограммы в интервале брегговских углов 20 = 4...80, представленные на рисунках 4.1, 4.2.
Анализ ионизационных рентгенограмм показал, что в образцах известкового композита с синтезированным наполнителем на основе ГСК присутствуют дифракционные линии (А) гидросиликатов кальция CSH(I) и CSH(II): 20,312; 14,853; 12,363; 10,983; 9,612; 8,672; 7,628; 6,511; 5,698; 5,324; 4,611; 3,746; 3,192; 3,048; 2,827; 2,722; 2,633; 2,501; 2,42; 2,292; 2,101; 1,92; 1,879; 1,723; портландтитов: 4,928; 2,633; 1,967; 1,799; 1,689; кальцитов: 3,48; 2,912; 2,141; 2,209; гидрогалитов: 3,867; 3,302 1,998 [65,66,67,68,83,84,85] (рисунок 4.1). Увеличение количества пиков на рентгенограмме образцов известкового композита с наполнителем на основе ГСК позволяет утверждать, что данный наполнитель обладает высокой активностью и свидетельствует о химическом взаимодействии с известью [105,108,109].
Установлено, что количество свободной извести в контрольных образцах после 28 суток воздушно-сухого твердения составило 60%, а в образцах с наполнителем ГСК состава И:ГСК=1:0,3 при В/И=0,9 - 27%, что свидетельствует о химическом взаимодействии гидросиликатов кальция с известью. Количество свободной извести при применении в качестве наполнителя волластонита составляет 49% (рисунок 4.2).
Полученные данные нашли дополнительное подтверждение при проведении дифференциально-термического анализа. 2000 со
Выявлено, что эндотермический эффект при нагреве до 400С обуславливается удалением свободной воды в составах известкового камня с применением наполнителя на основе ГСК, сопровождающийся потерей массы до 16% (рисунок 4.3), а в контрольном образце до 33% (рисунок 4.4). Свыше 400С происходит удаление химической связной воды. Установлено, что в образцах известкового композита с наполнителем на основе ГСК наряду с разложением гидрокисида кальция и диссоциацией кальцита наблюдается дегидратация гидросиликатов кальция CSH(I) и CSH(II) при температуре 454,2С, 471,2С, 541,2 С, 645,7С, продуктами которых являются силикаты кальция Р и у модификации, волластонит и кристобалит (рисунок 4.3).
