Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Сухие теплоизоляционные строительные смеси 8
1.2. Применение диатомита в сухих строительных смесях 15
1.3. Цели и задачи исследования 24
Глава 2. Характеристика материалов. Методика проведения исследований 26
2.1. Характеристика материалов 26
2.2 Методика оценки реологических, технологических и физико-механических свойств отделочных покрытий 28
2.3. Прочие исследования 33
2.4 Статистическая обработка данных 41
Глава 3. Повышение эффективности использования диатомита в сухих строительных смесях 48
3.1 Физико-химические основы модификации диатомита 48
3.1.1 Закономерности модификации диатомита золем кремниевой кислоты 50
3.1.2 Закономерности щелочной модификации диатомита 58
3.2 Выбор вида модификации диатомита 62
Глава 4. Закономерности структурообразования известково-диатомитовых композитов 65
4.1 Исследование закономерностей структурообразования известково диатомитовых композиций на основе модифицированного кремнезолем диатомита 65
4.2 Реологические и технологические свойства известково-диатомитовых смесей 76
Глава 5. Эксплуатационные свойства покрытий на основе сухих строительных смесей 83
5.1 Эксплуатационная стойкость покрытий на основе ССС 83
5.1.1 Трещиностоикость известково-диатомитовых отделочных покрытий 83
5.1.2. Оценка морозостойкости 86
5.1.3 Гидрофизические свойства 88
5.1.4 Влияние пигментов на свойства отделочного состава 90
5.1.5 Адгезионная прочность покрытий на основе ССС
5.2 Расчет тепловлажностного состояния ограждающих конструкций при наличии отделочного слоя 93
5.3 Технология производства с модифицированным диатомитом 109
5.4 Технико-экономические показатели 114
Библиографический список 121
- Применение диатомита в сухих строительных смесях
- Методика оценки реологических, технологических и физико-механических свойств отделочных покрытий
- Закономерности модификации диатомита золем кремниевой кислоты
- Трещиностоикость известково-диатомитовых отделочных покрытий
Введение к работе
Актуальность. Устойчивая тенденция повышения стоимости топливно-энергетических ресурсов приводит к необходимости повышения теплозащиты зданий. Одним из рациональных способов повышения теплозащиты эксплуатируемых зданий является дополнительное наружное утепление их ограждающих конструкций за счет применения теплоизоляционного отделочного слоя. В практике строительства при выполнении отделочных работ все большее применение находят сухие строительные смеси (ССС). В структуре цены ССС себестоимость сырья составляет от 30-40 %. В связи с этим актуальным является применение местных материалов в рецептуре ССС.
В России, в том числе и на территории Поволжья, имеются значительные запасы диатомита, который может быть применен при изготовлении ССС. Диатомит, состоящий преимущественно из аморфного кремнезема, в тонкодисперсном состоянии в присутствии влаги взаимодействует с вяжущими, но прочность таких растворов при воздушно-сухом твердении невелика. Применяющийся в настоящее время метод активации диатомита заключается в его термообработке при температуре 900-950 оС. Разработка альтернативного способа повышения активности диатомита является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит снизить энергозатраты при активации диатомита и создать теплоизоляционные ССС, покрытия на основе которых будут обладать повышенной эксплуатационной стойкостью.
Диссертационная работа выполнялась в рамках госконтракта с Министерством образования и науки РФ № 13.G25.31.0092 от 22 октября 2010 г. «Создание наукоемкого производства по выпуску пеностеклокерамики на основе опал-кристобалитовых пород».
Цель работы. Разработка рецептуры теплоизоляционной декоративной сухой строительной смеси с применением модифицированного диатомита.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- исследовать закономерности модификации диатомита золем кремниевой кислоты;
разработать составы и технологию получения теплоизоляционных декоративных сухих строительных смесей;
- подготовить нормативные документы для реализации результатов исследований.
Научная новизна. Установлены закономерности модификации диатомита золем кремниевой кислоты. Методом спектроскопии установлено повышение на 5,4 % содержания кремнезема SiO2 в диатомите, модифицированном золем кремниевой кислоты. Выявлено увеличение активности модифицированного золем кремниевой кислоты диатомита как гидравлической добавки. Показано, что активность модифицированного диатомита составляет 400 мг/г, а активность немодифицированного диатомита – 370 мг/г. Выявлено, что обработка диатомита золем кремниевой кислоты способствует гидрофилизации его поверхности.
Методом сканирующей зондовой микроскопии установлено повышение однородности структуры диатомита, модифицированного золем кремниевой кислоты. Показано, что структура модифицированного диатомита характеризуется порами диаметром от 75 до 150 нм, а немодифицированного диатомита – от 150 до 650 нм. Значение фрактальной размерности поверхностного фрактала немодифицированного диатомита составляет
D = 2,52, а модифицированного диатомита D = 2,05.
Методом РФА, ДТА, оптической микроскопии установлено, что известково-диатомитовые составы с применением диатомита, модифицированного золем кремниевой кислоты, характеризуются большим количеством гидросиликатов кальция, уменьшением портландита.
Установлено, что при применении в качестве отделочного слоя разработанного известково-диатомитового состава наблюдается смещение нулевой изотермы в сторону пониженных температур на 4-9 мм в зависимости от конструктивного решения ограждения, вида утеплителя и климатических условий эксплуатации.
Практическая значимость. Разработан состав для наружной и внутренней отделки стен зданий в виде сухой смеси, включающей гашеную известь, диатомит, модифицированный золем кремниевой кислоты, кварцевый песок, пластификатор С-3 и редиспергируемый порошок Neolith P7200 и позволяющий получить растворные смеси с водоудерживающей способностью 95-96 %, временем высыхания до степени «5» 25-30 мин, жизнеспособностью 8-10 часов. Покрытия на основе предлагаемой ССС характеризуются коэффициентом теплопроводности 0,16 Вт/(мС), прочностью сцепления 0,6-0,9 МПа, прочностью при сжатии 3-4 МПа. Расход сухой смеси составляет 0,6-0,8 кг/м2 при толщине отделочного слоя 5 мм.
Разработана технологическая схема производства сухой отделочной смеси и рассчитана технико-экономическая эффективность их применения. Разработан нормативный документ – проект стандарт организации
СТО 3.003-2012 «Смеси сухие строительные», регламентирующий основные свойства разработанных составов.
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 200500 «Метрология, стандартизация и сертификация», 270800.62 «Строительство» профилей 270800.62-05 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Апробация работы. Основные результаты работы представлены и доложены на научно-практической конференции «У.М.Н.И.К.» (г.Пенза, 2011); Международной конференции «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (г.Пенза, 2012); Международном форуме «Евразия» (г.Екатеринбург, 2011); Всероссийском конкурсе «Российским инновациям – Российский капитал» (г.Нижний Новгород, 2012); Всероссийском конкурсе «Эврика» (г.Новочеркасск, 2011); молодёжной конференции в рамках международного экономического форума (г.Астана, 2011); Всероссийском молодежном форуме «Селигер» (г.Тверь, 2011); «Инерка» (г.Саранск, 2012).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 15 научных публикациях, в том числе 9 статей в журналах, входящих в перечень ВАК. Получен патент РФ 2456255 «Состав для отделки» Бюл. №20, опубл. 20.07.2012 г.
Достоверность результатов работы обеспечивается сопоставлением результатов экспериментальных исследований с производственным апробированием, статистической обработкой результатов экспериментальных исследований, проведением исследований на оборудовании, прошедшем метрологическую поверку.
На защиту выносятся:
-
составы и технология теплоизоляционных декоративных ССС для отделки стен зданий;
-
результаты исследований процессов структурообразования известковых теплоизоляционных декоративных ССС;
-
закономерности модификации диатомита золем кремниевой кислоты
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 40 таблиц, список литературы из 150 наименований, 2 приложения.
Автор выражает искреннюю признательность канд. техн. наук, доценту О.В. Карповой, канд. техн. наук О.А. Давыдовой за советы и помощь по организации и проведению экспериментальных исследований.
Применение диатомита в сухих строительных смесях
Ввиду увеличения стоимости топливно-энергетических ресурсов возникает необходимость повышать теплозащиту зданий [106, 121]. Одно из направлений решения задачи экономии энергоносителей - применение в строительстве новых эффективных теплоизоляционных строительных материалов [15]. Благодаря созданию, производству и рациональному их применению снижается материалоёмкость ограждающих конструкций зданий и сооружений, а также уменьшаются потери тепла в окружающую среду. Это снижает остроту проблем, возникших с переходом к новым нормам проектирования и строительства.
В настоящее время в коммунальном хозяйстве России, где расходуется до 20 % всех энергетических ресурсов страны, наблюдаются низкие темпы роста энергосбережения. А в странах Европы на единицу жилой площади расходуется в 2-3 раза меньше энергии. Жилые многоэтажные здания в России потребляют от 350 до 550 кВтч/м2 в год, индивидуальные дома коттеджного типа - от 600 до 800 кВтч/м2 в год. Усадебные дома в Германии потребляют в среднем по стране около 250 кВтч/м2 в год, в Швеции - 135 кВтч/м2 в год, а лучшие зарубежные их образцы потребляют от 90 до 120 кВтч/м2 в год.
Известно, что 1 м3 теплоизоляции обеспечивает экономию 1,4-1,6 тонны условного топлива в год. Использование современных теплоизоляционных материалов в энергосберегающем строительстве считается в 3-4 раза эффективнее традиционного строительства, которое требует энергоемкого производства строительных материалов, освоения новых месторождений топлива, его добычи, транспортировки, переработки и сжигания.
Одним из рациональных способов повышения теплозащиты эксплуатируемых зданий относится дополнительное наружное утепление их ограждающих конструкций за счет применения теплоизоляционного отделочного слоя [108]. В практике строительства при выполнении отделочных работ все большее применение находят ССС [4, 13]. Сейчас отечественный рынок сухих смесей стал одним из сегментов отрасли строительных материалов, развивающихся наиболее динамично. Ежегодно происходит увеличение объемов выпуска сухих строительных смесей на 40-50% [95, 109].
По оценкам специалистов, сегодня российский потребитель ежегодно с учетом импорта смесей использует около 2 млн т сухих смесей. Причем большую часть прироста рынка обеспечивают российские смеси [44, 55, 75]. Потенциальную же емкость рынка можно оценить в 3,5 млн т - это годовой оборот всех сухих строительных смесей, как модифицированных, так и простых строительных составов.
Среди наиболее крупных производителей сухих строительных смесей необходимо назвать следующие:
1) торговая марка "БОЛАРС" предприятия "Боларс" (Московская область, Воскресенский район), введеный в эксплуатацию в 2001 году высокотехнологичный завод которого оснащен оборудованием фирмой "Вселуг" и производит сухие строительные смеси, а также другую продукцию -всего более 38 наименований;
2) ООО "Вефт" (Московская область, г. Королев), представляющее строительную продукцию под торговой маркой "Монолит»;
3) ЗАО "Глимс Продакшн" (г. Москва), с 1995 года выпускающее уникальные фасадные, выравнивающие шпатлевки, гидроизолирующие цементные смеси, полимерные жидкости и наливные полы на минеральной основе торговой марки «Глимс»;
4) ЗАО "ЕК Кемикал" (г. Нижний Новгород), выпускающее 36 тыс. тонн в год продукции под торговой маркой "ЕК";
5) ЗАО ПП "Крепе" (г. Санкт-Петербург), торговая марка "КРЕПС" с объемом производства 30 тыс. тонн в год;
6) ООО "Старатели" (Московская область), с 1992 года специализирующаяся на производстве стройматериалов для отделки двух групп
(сухие смеси и лакокрасочные материалы), производя также плиточные клеи, самонивелирующиеся полы и затирки для плиточных швов;
7) ООО "Юнистром-Трейдинг" (г. Москва) более 8 лет представляет торговую марку "Юнис" на рынке сухих отделочных строительных материалов; среди продукции компании: клеи для плитки, шпатлевочные и штукатурные смеси, материалы для устройства полов, затирка для швов между керамическими плитками, грунтовка для внутренних работ;
8) предприятие MC-Bauchemie Russia, созданное в 2001 году на основе группы компаний из России "ОТЛИ" (Россия) и германского концерна MC-Bauchemie, объем производства которого составляет более 100 тыс. т в год, представляет торговую марку "Плитонит", насчитывающую более 30 наименований;
9) предприятия группы «КНАУФ», включающей 13 производственных предприятий на территории России (в Астраханской, Московской, Нижегородской областях, Краснодарском крае, Санкт-Петербурге и Челябинске), основную продукцию которых составляют гипсокартонные и гипсоволокнистые листы, гипсовые пазогребневые плиты, металлические профили, изделия строительной керамики, пенополистирольные плиты, сухие строительные и клеевые смеси на гипсовой и цементной основе, а также смеси для наливного пола, заполнители швов, грунтовки, герметики, мастики.
Ежегодно в Росси потребляется около 200 тыс. тонн импортных сухих строительных смесей, причем в последнее время импортирование наиболее популярных сухих строительных смесей марки «Бетонит» финской фирмы «Optiroc» остается стабильным и составляет 120-130 тыс. тонн в год.
Также на российском рынке предлагаются ССС фирм из Польши («Atlas», «Sopro») и Германии («Henkel», «Pufas»), производящих достаточно широкий спектр продукции для внутренней и внешней отделки зданий.
Использование сухих смесей в развитых западных странах составляет до 50% от общего объема выпуска растворов, поэтому можно прогнозировать дальнейший рост производства сухих смесей. При этом, несомненно, будет развиваться наметившаяся тенденция повсеместного замещения импорта национальной продукцией. Однако отечественным производителям сухих строительных смесей необходимо не только увеличивать объемы производства, но и улучшать качество выпускаемой продукции, расширять его ассортимент и повышать эффективность использования модифицирующих добавок в составах строительных смесей.
Теплоизоляционные сухие строительные смеси, появившиеся 12-13 лет назад, не только уменьшают энергопотребление при отоплении, но и снижают себестоимость строительства за счет сокращения использования бетона, древесины и кирпича [8, 71, 103]. Применение данных ССС возможно как в строительстве, так и при реконструкции зданий, особенно исторически ценных, без видоизменения внешнего облика.
В рецептуру теплоизоляционной сухой строительной смеси входят портландцемент, глиноземистый цемент, РПП, гидратная известь, волокна, заполнители, наполнители (в том числе пористый), ускорители схватывания, воздухововлекающая и воздухоудерживающая добавки, гидрофобизатор. Компоненты, входящие в состав смеси, оказывают влияние на её характеристики и свойства уже затвердевшего раствора. Применяется портландцемент марки 400 и марки 500. Используется и БТЦ СЕМ 142,5R. В зависимости от необходимых свойств раствора варьируется содержание данного компонента. Для ускорения твердения используется глиноземистый цемент. Для улучшения реологических свойств смесей в состав вводится гидратная известь, увеличивающая также водоудержание. Кварцевый песок дисперсностью до 1,5 мм может использоваться в качестве заполнителя. Во многих рецептурах является единственным тонкий наполнитель, в качестве которого используется известняковая мука ( 0,1 мм). В качестве пористого заполнителя используются керамзит (до 3 мм), перлит (марки 100 с размером частиц до 1 мм), пенополистирол (1-2 мм), вермикулит (марки 150, размером частиц до 1-2 мм).
Методика оценки реологических, технологических и физико-механических свойств отделочных покрытий
В последние годы активизировалась изобретательская деятельность в Китае и Южной Кореи. При этом для патентов, подаваемых в Корее и Японии, характерен упор на создание диатомитовых материалов с новыми потребительскими качествами, обеспечивающими строительство экологически чистых, комфортных и «здоровых» зданий [130, 138, 149, 150].
В патенте РФ 2326085 Н. Г. Чумаченко, Е. В. Мироненко для снижения высолообразования в кладочных растворах на основе портландцемента предлагается применение диатомита, термически обработанного при температуре 200С[84].
Селяевым В. П. и другими соавторами предлагается состав ССС, используемых для кладки блоков из ячеистых бетонов и содержащий предварительно измельченный и высушенный до постоянной массы диатомит [82].
Диатомит представляет собой пористую кремнистую породу, состоящую из скелетов диатомей размером до 0,5 мм, с диапазоном диаметра пор 10-35 нм. Диатомовые скелеты состоят из ренгеноаморфного опала, обладающего изотропностью и интенсивной микротрещиноватостью, свидетельствующей о его коллоидной природе. Эти свойства диатомитов широко используют при производстве товарного бетона, строительных растворов и сухих строительных смесей различного назначения. ССС на основе диатомита позволят получить конкурентоспособный продукт. При взаимодействии диатомита с минеральными вяжущими (цемент, известь) активность минеральных добавок, каковой является диатомит, обусловлена высоким содержанием в них водного кремнезёма и значительно возрастает с повышением тонкости их помола. По мнению ряда исследователей, частицы водного кремнезёма, содержащие в структуре группы Si-OH, взаимодействуют с Са(ОН)2 с образованием соединения С8Н(В),близкого по химическому составу к (0,8-1) CaOSiCV O [1].
Одновременно за счёт разрыва связей -SiO-SiO- в тетраэдрах кремнезёма вследствие гидролиза образуются новые группы -Si-О...Н, которые обеспечивают дальнейшее течение указанной реакции. Гидролизу способствует повышенная концентрация гидроксильных ионов (рН=12-12,5) в результате растворения гидрата окиси кальция в воде. Гидросиликаты кальция образуются в виде гелевидных продуктов с размером первичных полукристаллических частиц 100-250 А. Новообразования обычно имеют вид тонких волокон, пластинок и лепестков неправильной формы.
В работе [62] для повышения эффективности применения диатомита в сухих строительных смесях предлагается проводить его активацию термообработкой при температуре 800-900С. Известно, что поверхность дисперсных материалов отличается от объема повышенным энергетическим потенциалом, наличием избыточной поверхностной энергии, и многие процессы протекают самопроизвольно именно на ее активных центрах. Поэтому активные центры поверхности заполнителей и наполнителей в первую очередь будут обуславливать их реакционную способность и влияние на процессы взаимодействия в системе "вяжущее-наполнитель". Исследование активных центров поверхности диатомита проводили индикаторным методом распределения центров адсорбции (РИА). Исследования производились в области бренстедовских кислотных (рКа от 0 до 7) и основных (рКа от 7 до 13) центров и льюисовских кислотных (рКа 13) центров. Количественное определение центров адсорбции (qPKaX, мг-экв/г или мг-экв/м2) данной кислотной силы проводили фотометрическим методом.
На рисунке 1.5 представлены кривые распределения центров адсорбции (РЦА) на поверхности диатомита в естественном состоянии и диатомита, подвергнутого термической обработке при температуре t=700C, построенные в координатах нРКа уу , где qpKa - содержание активных центров, эквивалентное количеству адсорбированного индикатора определенной кислотной силы - рКа (по данным И. С. Великановой).
Результаты исследований свидетельствуют о значительном различии в активности поверхности обожженного и необожженного диатомита, причем отличается не только количество центров адсорбции различных типов, но и суммарное содержание центров адсорбции [1].
Воздействие температурного фактора привело к изменению энергетического состояния поверхности материала, проявившееся в изменении распределения центров адсорбции, выраженное в сдвиге спектра РЦА. Сравнение распределения адсорбционных центров на поверхности исследуемых материалов, имеющих практически одинаковый химический, минералогический и гранулометрический составы, свидетельствует о том, что число бренстедовских кислотных центров на поверхности термически обработанного диатомита превышает число таких же центров на поверхности необожженного диатомита.
Так, количество активных центров при рКа от 0 до 7 на поверхности обожженного диатомита составило 1,215-Ю-5 моль/г, в то время как на поверхности необожженного диатомита - 0,975-Ю-5 моль/г. В области основных бренстедовских центров (рКа от 7 до 13) наблюдалось некоторое снижение числа активных центров на поверхности термически обработанного диатомита.
В таблице 1.6 приведены значения прочности при сжатии известкового композита в зависимости от температуры термообработки диатомита. Анализ данных, представленных в таблице 1.6, свидетельствует, что термообработка диатомита при невысоких температурах (200С и 300С) не вызывает существенного влияния на значение прочности при сжатии составов. Увеличение температуры до 700С приводит к существенному повышению прочности до 11 =4,3 8МПа. Однако наибольший эффект достигается при термообработке диатомита при температуре 900С, значение прочности при сжатии составляет КсЖ=5,1МПа. При температуре обжига 700С - 900С диатомит приобретает ярко оранжевый оттенок, что позволяет разнообразить цветовую гамму отделочного слоя без введения пигментов. С точки зрения энергозатрат более целесообразно термообработка диатомита при температуре 700С.
Закономерности модификации диатомита золем кремниевой кислоты
Истинную плотность определяли прибором Ле-Шателье. Прибор наполняли обезвоженным керосином по нижнему мениску до нижней нулевой метки, после чего верхнюю свободную от керосина его часть протирали тампоном из фильтровальной бумаги. Исследуемый материал перед испытанием высушивали до постоянной массы при температуре 105-110 С в сушильном шкафу. 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 (см ). Истинную плотность исследуемого материала р вычисляли по формуле: где т\ - первоначальная масса порошка со стаканчиком, г; т2 - масса остатка порошка со стаканчиком, г. Удельную поверхность определяли на приборе «ПСХ-9».(Рисунок2.3.)
В приборе использован общепринятый в мировой практике метод газопроницаемости Козени и Кармана. Прибор стандартизирован в качестве средств контроля дисперсности строительных материалов (ГОСТ 3102, ГОСТ 23789). Диапазон измерения удельной поверхности, см /г.
Фазовый состав образцов материала определяли с помощью рентгенофазового анализа. Ионизационные рентгенограммы исследуемых образцов были сняты на дифрактометре марки Thermo Scientific модели ARL XTRA (рисунок 2.4) фирмы Thermo Electron S А (Швейцария). Рисунок 2.4 - Прибор для определения фазового состава фирмы Thermo Scientific модель X TRA При расшифровке рентгенограмм сравнивали межплоскостные расстояния и интенсивности соответствующих линий на полученных рентгенограммах с данными для эталонных веществ.
Рентгеновская трубка фирмы THALES (Франция). Технические данные трубки: 60 кВ; 2200 Вт; МС 61-04x12 - длиннофокусная трубка 0,4 ммх12 мм Си К а , Ni- фильтр; рабочее напряжение на трубке - 40 кВ; сила тока - 35 мА; частота - 50 Гц. Щели коллимации: у трубки: дивергенционная щель - 2 мм, рассеивающая щель - 4 мм; у детектора: рассеивающая щель - 0,9 мм, принимающая щель - 0,3 мм. Гониометр стандартный в геометрии Тета: Тета. Точность измерения - 0,001 град; скорость сканирования - 0,04 град\с; детектор Пелтье - полупроводниковый; съемка производилась с вращением образца.
Химический состав образцов материала определяли на спектрометре марки Thermo Scientific модели ARL OPTIM X (рисунок 2.5). Рисунок 2.5 - Прибор для определения химического состава фирмы Thermo Scientific модель ARL OPTIM X Данный оптический прибор используется для накопления спектра в исследованиях, а также для количественной обработки спектра и его последующего анализа. При воздействии на исследуемое вещество каким-либо излучением (искровым воздействием, лазерным или рентгеновским излучением) с последующей регистрацией флуоресценции и получается анализируемый спектр. При этом могут измеряться энергия (длина волны, частота) и интенсивность излучения, поляризационное состояние. Спектрометры работают в широком диапазоне длин волн: от гамма до инфракрасного.
Теплопровоодность материала определяли на приборе ИТП МГ-4 (рисунок 2.6.). Прибор ИТП-МГ4«100» предназначен для определения теплопроводности и термического сопротивления строительных материалов, а также материалов, предназначенных для теплоизоляции промышленного оборудования и трубопроводов при стационарном режиме по ГОСТ 7076.
Исходную минеральную добавку измельчали до полного прохождения через сито №008 и высушивали до постоянной массы в сушильном шкафу в течение 2 часов при температуре 105-110 С. Высушенную добавку помещали в стеклянный стакан и заливали 20%-ым раствором КОН. Полученный раствор помещали на 3 часа в кипящую водяную баню, после чего отстоявшийся раствор отфильтровывали через неплотный беззольный фильтр. Промытый осадок вместе с фильтром на воронке высушивали до постоянной массы. Количество растворимого в КОН вещества минеральной добавки определяли по формуле: М = —5--100%, (2.12) где Р - исходная навеска, г; о Pi - навеска после растворения в КОН и высушивания при 105-110 С, г. Зависимость между величиной растворимости в 20%-ом растворе КОН и активностью добавки определяли по графику согласно Волженскому.
Химическое взаимодействие с известью определяли методом титрования. Предварительно измельченную и просеянную через сито № 0,08 навеску весом в 1г помещают в коническую колбу емкостью 250 мл. Наливают в колбу 150 мл дистиллированной воды, закрывают часовым стеклом или стеклянной воронкой и нагревают в течение 5-7 минут, не доводя до кипения. После остывания добавляют 2-3 капли однопроцентного спиртового раствора фенолфталеина и титруют 1Н раствором соляной кислоты до полного обесцвечивания содержимого. Титрование следует производить медленно, добавляя кислоту по каплям. Если при периодическом взбалтывании раствор остаётся бесцветным, то титрование считается законченным.
Трещиностоикость известково-диатомитовых отделочных покрытий
Различают следующие механизмы твердения известковых композиций: карбонатное, гидратное и гидросиликатное [22]. Карбонатным твердением называют процесс постепенного затвердевания растворных смесей, изготовленных на гашеной извести, при воздействии на них углекислоты. Твердение извести обусловлено одновременным протеканием двух процессов: кристаллизации гидроксида кальция из насыщенного водного раствора и образования карбоната кальция. При испарении воды из раствора гелевидная масса известкового теста уплотняется и упрочняется.
Кристаллы образующегося карбоната срастаются друг с другом, с частицами Са (ОЦЬ и песка, обусловливая твердение. Объем твердой фазы увеличивается, что приводит к дополнительному уплотнению и упрочнению, твердеющего раствора. Наряду с карбонатом кальция возможно также образование соединений типа СаС03-пСа(ОН)2-пН20.
Испарение влаги и карбонизация растворов протекают очень медленно. Последняя захватывает преимущественно поверхностные слои, что объясняется малой концентрацией С02 в воздухе (0,03 %) и большой плотностью пленки образующегося карбоната, сильно затрудняющей дальнейшее проникание углекислоты к внутренним слоям раствора. При введении в известь активных кремнеземсодержащих добавок процесс твердения дополнительно обуславливается образованием гидросиликатов кальция [67]. В работах [63] отмечается увеличение механизма гидросиликатного твердения за счет модификации диатомита как добавки к известковым композициям. Установлено, что термообработка диатомита при температуре 900С увеличивает активность взаимодействия с минеральным вяжущим. Вследствие этого увеличивается прочность конечного продукта.
Для оценки влияния на процессы структурообразования в известковых композициях модифицированного золем кремниевой кислоты диатомита были проведены следующие исследования. Определено оптимальное соотношение известь:диатомит. Образцы с использованием диатомита удельной поверхности Syfl =10982 см /г формовались с водоизвестковым отношением В/И, равным 2,8 и 6,0 и твердели в воздушно-сухих условиях при температуре окружающего воздуха 18-20С и относительной влажности 60-70%. Результаты исследования показаны в таблице 4.1.
Установлено, что оптимальное соотношение известь: диатомит составляет 1:4. При данном соотношении достигается максимальное значение прочности в возрасте 28 суток, равное R =1,82 МПа. Полученные результаты хорошо согласуются с данными [6, 10, 96].
Для исследования влияния дисперсности частиц диатомита на свойства известково-диатомитового композита были проведены испытания образцов составов на прочность при сжатии (таблица 4. 2).
Установлено, что дисперсность частиц диатомита оказывает существенное влияние на показатели прочности при сжатии известковых композиций. Увеличение дисперсности частиц способствует возрастанию прочности при сжатии известково-диатомитовых образцов. В возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения прочность при сжатии образцов с использованием диатомита S уд = 5500 см /г составила R сж=1,5 МПа, у состава с Syfl =10982 см /г - R сж= 1,82 МПа.
По результатам испытания образцов была подобрана оптимальная удельная поверхность частиц диатомита S уд =10982 см /г, так как дальнейшее измельчение частиц диатомита связано со значительными энергозатратами, а прирост прочность незначителен.
Для исследования закономерностей влияния соотношения золь: диатомит на свойства известково-диатомитовых композитов, были проведены испытания образцов на прочность при сжатии.
Образцы с применением диатомита удельной поверхности Syfl=10982 см /г формовались с водоизвестковым отношением В/И, равным 2,8; 6,0, и твердели в воздушно-сухих условиях при температуре окружающего воздуха 18-20С и относительной влажности 60-70% (таблица 4. 3). Таблица 4.3 - Прочность при сжатии известково-диатомитовых композиций
Выявлено, что с увеличением содержания золя кремниевой кислоты, применённого на модификацию, происходит увеличение прочности известково-диатомитовых композитов на основе модифицированного диатомита. Составы на основе немодифицированного диатомита имеют прочность при сжатии в возрасте 28 суток твердения в зависимости от водоизвесткового отношения, равную 1,6-1,82 МПа, а с применением диатомита, модифицированного золем кремниевой кислоты, - 3,12-3,92МПа, то есть увеличение прочности составляет в 1,95-2,15 раз. В соответствии с DIN 18550 такие составы являются трещиностойкими.
Для создания модели прочности известково-диатомитового композита в работе применяли методы математического планирования эксперимента [2]. Рассмотрены три основных фактора: удельная поверхность диатомита (я,), известково-диатомитовое (х2) и водоизвестковое отношения (х3). Условия изменения переменных и матрица планирования приведена в таблицах 4.4, 4.5. Таблица 4.4 - Условия изменения переменных Наименование Кодированное обозначение Переменные X, х2 х3 Нижний уровень -1 5000 2,8 0,2 Верхний уровень + 1 11000 6,0 1,0 Основной уровень 0 8000 4,4 0,6 Интервал варьирования А 3000 1,6 0,4 Таблица 4.5 - Матрица планирования № опыта i х2 з 12 -1 + 1 -1 -1 -1 -1 3 -1 + 1 -1 4 + 1 + 1 -1 5 -1 -1 + 1 6 + 1 -1 + 1 7 -1 + 1 ,+1 8 + 1 + 1 + 1 После обработки экспериментальных данных было получено уравнение регрессии, характеризующее зависимость прочности известково-диатомитового композита от указанных факторов. у = 1,39 + 0,15х, -0,097x2 -0,13х3 - 0,0093 7х,х2 -0,02Цх3 + 0,028JC2JC3 + 0,16Х1;С2Л:3 С4-1) (4.1) Однородность дисперсий проверялась по критерию Кохрена, адекватность модели проверялась по критерию Фишера, а значимость коэффициентов - по критерию Стьюдента. После исключения из уравнения регрессии незначимых коэффициентов уравнение приобрело следующий вид: у = 1,39 + 0,15х, - 0,097х2 - 0,1 Зх3 (4.2) Графическая интерпретация полученных данных представлена на рисунках 4.1-4.3.
Полученные коэффициенты уравнения регрессии свидетельствуют о том, что повышения прочности известково-диатомитового композита можно достичь за счет увеличения удельной поверхности диатомита и одновременном уменьшении водоизвесткового отношения. Известково-диатомитовое отношение в совокупности с рассматриваемыми факторами серьезного влияния на прочность композита не оказывает.
