CC BY
81
УДК 691.534.2
ЛОГАНИНА В. И. АКЖИГИТОВА Э. Р
Оценка трещиностойкости покрытий на основе сухих строительных смесей с применением минерально-сырьевых ресурсов Поволжья
Логанина
Валентина
Ивановна
доктор технических наук, профессор,
зав. кафедрой «Управление качеством и технология производства»
ФГБОУ ВПО ПГУАС
e-mail: loganin@mail.ru
Акжигитова
Эльвира
Ринатовна
специалист
по УМ Р де каната
ТФ ФГБОУ ВПО ПГУАС
e-mail: marat999192@mail.ru
В статье приведены сведения по оценке трещиностойкости покрытий на основе сухих строительных смесей с применением минерально-сырьевых ресурсов Поволжья. Представлены результаты исследований усадочных деформаций, а также сведения о результатах расчета напряжений в отделочном штукатурном слое на основе сухой строительной смеси с применением органоминеральной и минеральной добавок на основе смешанослойных глин. Показано, что значения растягивающих напряжений не превышают когезионную прочность отделочного слоя. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части.
Ключевые слова: сухая строительная смесь, отделочное покрытие, трещиностойкость, усадочные деформации, прочность при растяжении, напряжения.
LOGANINA V. I.
AKZHIGITOVA E. R.
ASSESSMENT OF CRACK RESISTANCE OF COVERINGS ON THE BASIS OF DRY CONSTRUCTION MIXTURES WITH APPLICATION OF MINERAL RAW MATERIAL RESOURCES OF THE VOLGA REGION
Data are provided in article according to crack resistance of coverings on the basis of dry construction mixtures with application of mineral raw material resources of the Volga region. Results of researches of shrinkable deformations, and also data on results of calculation of tension in a finishing plaster layer on the basis of dry construction mixtures with application of organic-mineral and mineral additives on a basis of the mixed-clay are presented. It is shown that values of the stretching tension don't exceed the cohesive durability of a finishing layer.
Keywords: dry construction mixtures, finishing covering, crack resistance, shrinkable deformations, durability at stretching, tension.
Отделочные покрытия на основе известковых составов имеют высокие показатели паропроницаемости и биостойкости [1], что позволяет применять их в качестве традиционных материалов для восстановления памятников архитектуры и санации зданий в районах исторической застройки. В то же время известковые составы характеризуются низкими показателями прочности и долговечности, для урегулирования которых в рецептуру смеси вводятся дорогостоящие модифицирующие добавки [2, 3]. Одним из способов предотвращения преждевременного разрушения известковых отделочных покрытий является введение в рецептуру
модифицирующих добавок. В структуре цены отечественных сухих строительных смесей (ССС) модифицирующие импортные добавки составляют около 80 %, что делает зависимым производство декоративных смесей от зарубежных поставок. Использование местных минерально-сырьевых ресурсов в качестве сырья для производства добавок для декоративных смесей позволит либо отказаться от применения импортных модифицирующих добавок, либо снизить их расход.
В частности, при получении добавок и заполнителей для отделочных составов предлагается применение смешанослойных глин и кварцевых песков Поволжского региона [4].
Иллюстрация 1. Изменения усадочных деформаций в процессе твердения: 1 — состав № 1; 2 — состав № 2
На основании проведенных исследований разработаны составы ССС, предназначенные для отделки стен зданий, содержащие известь-пушонку, ухтинский кварцевый песок фракций 0,63-0,315 мм и 0,315-0,16 мм в соотношении соответственно 80 % : 20 % или нижнеаблязовский песок фракции 0,63-0,16 мм, органоминеральную, минеральную, пластифицирующую и полимерную добавки. Содержание минеральной, органоминеральной и пластифицирующей добавок бралось от массы вяжущего, содержание редиспер-гируемого порошка — от массы сухих веществ.
Технология получения органоминеральной добавки заключается в адсорбции органического вещества 0П-10 на смешанослойной глине с повышенным содержанием монтмориллонита [5, 6]. Минеральная добавка получается путем обжига смешанослойных глин с преобладанием каолинита при температурах 450-500 °С [7].
Разработанные составы известковых ССС приведены в Таблице 1 (№ 2 и № 4). Для сравнения исследовались также контрольные составы с ухтинским (№ 1) и нижне-аблязовским (№ 3) песками без добавок.
Цель дальнейших исследований заключалась в оценке трещиностойкости покрытий на основе разработанной известковой сухой строительной смеси. Трещиностой-кость покрытий оценивалась по показателям усадочных деформаций и напряжений, а также когезионной прочности. Усадочные деформации определялись с помощью оптического компаратора ИЗА-2 в процессе отверждения покрытий при температуре 20 ± 2 °С и относительной влажности воздуха p = 50-55 %. Когезионная прочность оценивалась по показателю прочности при растяжении при испытании на разрывной машине типа «ИР 5057-50». На Иллюстрациях 1 и 2 представлены графики изменения усадочных деформаций покрытий на основе составов, представленных в Таблице 1.
Анализ данных (Иллюстрации 1, 2) свидетельствует, что добавление в рецептуру ССС минеральных, органоминеральных, пластифицирующих и модифицирующих добавок способствует снижению усадочных деформаций. Так, у контрольного состава с применением нижнеабля-зовского песка (Иллюстрация 2) после 10 суток твердения
Таблица 1. Составы сухих строительных смесей
Иллюстрация 2. Изменения усадочных деформаций в процессе твердения: 1 — состав № 3; 2 — состав № 4
значение усадочных деформаций составило є = 0,0625 %, в то время как у 4-го состава за тот же период усадка достигла лишь є = 0,0327 %.
Наиболее интенсивный рост усадочных деформаций образцов происходит в течение 4 суток твердения, после чего наблюдается заметная стабилизация. Так, у 4-го состава в течение 5 суток твердения усадочные деформации возросли до є = 0,0317 %, а после 98 суток твердения усадка увеличилась лишь на 8 % и составила є = 0,0342 %.
Аналогичная закономерность наблюдается и у составов на ухтинском песке (Иллюстрация 1). При этом образцы на основе кварцевого песка по сравнению с образцами на нижнеаблязовском заполнителе характеризуются меньшими усадочными деформациями, составляющими после 98 суток твердения для 1-го состава є = 0,036 %, для 2-го состава — є = 0,027 %. По-видимому, данный факт обусловлен фракционными составами песков и коэффициентом угловатости их зерен. Кроме того, нижнеаблязовский песок характеризуется наличием глинистой составляющей.
В связи с тем, что трещины появляются также под действием внутренних и внешних факторов, вызывающих деформации растяжения, превышающие предельную растяжимость материала, дополнительно также был проведен
Y.
9
основа
Иллюстрация 3. Расчетная модель отделочного слоя
№ состава Состав В/И Содержание добавки, %
минеральной органомине- ральной С-3 Mowilith Pulver DM 1142 P
1 Известь: ухтинский песок = 1 : 4 1,4 - - - -
2 Известь: ухтинский песок = 1 : 4 1,07 10 1 1 1
э Известь: нижнеаблязовский песок = 1 : 4 1,75 - - - -
4 Известь: нижнеаблязовский песок = 1 : 4 1,27 10 1 2 0,5
Иллюстрация 4. Напряжения на отрыв сту: 1 — в точке 1; 2 — в точке 6; 3 — в точке 5
анализ деформативных свойств покрытий. Полученные результаты [8] свидетельствуют о том, что добавление в рецептуру минеральных, органоминеральных и полимерных добавок позволяет получить материал с прочностью при растяжении до Rkog = 0,35-0,36 МПа. Относительные деформации составили е = 0,015 мм/мм при применении ухтинского песка и 0,017 мм/мм при применении нижнеаблязовского песка. У образцов на основе контрольных составов разрушение происходит при деформации, равной е = 0,013 мм/мм. Таким образом, усадочные деформации в процессе отверждения не превышают значения предельной растяжимости. Полученные данные свидетельствуют о достаточной усадочной трещиностойкости отделочного слоя на основе предлагаемых рецептур.
В работах Г. И. Горчакова, Л. П. Орентлихер приведена расчетная схема оценки растрескивания отделочного слоя [9]. Данная схема была применена для оценки напряженного состояния отделочного слоя на основе разработанного состава ССС (Иллюстрация 3).
Был выполнен расчет напряжений, возникающих при усадке отделочного слоя, нанесенного на бетонное основание с помощью программного модуля SCAD Office 11.3. Число конечных элементов по высоте отделочного слоя при его толщине 5 мм составляло 10, а при высоте 10 мм — 20. По ширине и длине число конечных элементов составляло 16.
Рассматривался случай, когда усадочные проявления основы, на которую нанесен отделочный слой, полностью завершены, т. е. перемещения в зоне контакта отсутствуют. Расчет выполнялся для толщины отделочного слоя
5 и 10 мм. Размеры расчетной модели в плане были приняты равными 800 х 800 мм. По результатам расчета в программе SCAD Office 11.3 были построены графики распределения напряжений (Иллюстрации 4, 5).
Как показывают результаты расчетов, при толщине отделочного слоя 5 мм напряжения на отрыв сту по высоте
отделочного слоя в краевой зоне (точка 9) в контактном слое составляют ау = 489,15 х 10-5 МПа, а на поверхности — ау = 111,07 х10-5 МПа. При увеличении толщины отделочного слоя до 10 мм напряжения на отрыв уменьшаются соответственно до — сту = 88,79 х 10-5 МПа и сту = 15,83 х 10-5 МПа. В центре модели отделочного покрытия (точка 1) при толщине отделочного слоя 10 мм напряжения на отрыв сту в зоне контакта являются растягивающими и составляют сту = 0,48 х 10-5 МПа, а на поверхности — сжимающими и составляют сту = 0,18 х 10-5 МПа (Иллюстрация 4, кривая 1). По мере удаления от центра модели напряжения возрастают и в точке 5 в зоне контакта составляют сту = 5,41 х10-5 МПа (растягивающие), а на поверхности — сту = 2,11 х 10-5 МПа (сжимающие) (Иллюстрация 4, кривая 3).
В зоне контакта отделочного слоя с основанием напряжения по оси X ст1 и по оси Z az равны и их максимальные значения составляют ах = az = 7,4 х10-5 МПа (Иллюстрация 5).
Полученные значения растягивающих напряжений в отделочном слое свидетельствуют, что они значительно меньше когезионной прочности, составляющей Rkog = 0,36 МПа. Это обеспечивает усадочную трещиностойкость штукатурного слоя.
Заключение
Представленные результаты позволяют сделать вывод о том, что составы из ССС на основе местного сырья удовлетворяют условиям трещиностойкости отделочных составов и могут применяться для декоративной внутренней отделки стен зданий и сооружений.
Список использованной литературы
1 Шангина Н. Н., Харитонов А. М. Особенности производства и применения сухих строительных смесей для реставрации памятников архитектуры // Сухие строительные смеси. 2011. № 4. С. 16-19.
2 Балмасов Г. Ф., Прохоренко М. А., Душин Н. А. Современные добавки для производства сухих строительных смесей // Строительные материалы. 2005. № 4. С. 36-38.
3 Горегляд С. Ю. Использование модифицирующих добавок при производстве сухих строительных смесей // Строительные материалы. 2001. № 8. С. 28-29.
4 Садыков Р. К., Сенаторов П. П., Рахимов Р. З. Минерально-производственный комплекс Пензенской области. Казань, 2002.
5 Логанина В. И., Петухова Н. А., Горбунов В. Н. и др. Перспективы изготовления органоминеральной добавки на основе отечественного сырья // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2009. № 9. С. 36-39.
6 Логанина В. И., Кислицына С. Н., Черячукин В. В. и др. Эффективность применения в сухих строительных смесях органоминеральных добавок на основе смеша-нослойных глин // Региональная архитектура и строительство. 2012. № 3. С. 57-60.
7 Логанина В. И., Акжигитова Э. Р. Оценка эффективности применения смешанослойных глин в рецептуре известковых отделочных составов // Вестник ВолгГАСУ. 2013. № 30 (49). С. 169-173.
8 Логанина В. И., Акжигитова Э. Р. Трещиностойкость отделочных покрытий на основе сухих строительных смесей с применением сырья Пензенского региона // Приволжский научный журнал. 2013. № 3 (27). С. 34-39.
9 Горчаков Г. И., Орентлихер Л. П., Мурадов Э. Г. Трещиностойкость и водостойкость легких бетонов. М., 1971.
Л X
ЇЗ о
CL
О
X
Иллюстрация 5. Нормальные напряжения в зоне контакта штукатурки с отделываемым покрытием по линии 1-7: 1 — по оси X стх ; 2 — по оси 2 ст.
