CC BY
18Логанина В. И., д-р техн. наук, проф., Давыдова О. А., канд. техн. наук, Кислицына С. Н., канд. техн. наук, доц., Симонов Е. Е., аспирант
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В ОТДЕЛОЧНЫХ ИЗВЕСТКОВЫХ СОСТАВАХ МОДИФИЦИРОВАННОГО ДИАТОМИТА*
loganin@mail.ru
Установлено, что применение в известковых составах, предназначенных для реставрации зданий исторической застройки и отделки вновь возводимых объектов, модифицированного золем кремниевой кислоты диатомита приводит к повышению прочность композита.
Эффективность действия модифицированного диатомита определяется комплексом факторов, среди которых высокая активность взаимодействия с известью с образованием гидросиликатов кальция.
Ключевые слова: составы для отделки, известковый композит, модифицированный диатомит, пуццолановые реакции.
Для реставрации зданий исторической застройки в основном применяются составы на известковом связующем [1]. Рецептура таких смесей содержит многочисленные добавки (во-доудерживающие, редиспергирующие полимеры, ускорители и др.), которые доставляются из-за рубежа, что делает производство ССС зависимым от поставок.
В связи с этим актуальным является получение рецептуры известковых составов, содержащей минимальное количество модифицирующих добавок зарубежного производства.
При разработке рецептуры известковых составов в качестве наполнителя применяли диатомит Инзенского месторождения с содержанием кремнезема 85,81%, в качестве вяжущего -известь-пушонку 2 и 3-го сорта с активностью соответственно 84 и 71%. Для повышения активности диатомита проводили его модификацию, заключающуюся в его обработке золем кремниевой кислоты [2]. Технология введения золя предусматривала смешение молотого диатомита с удельной поверхностью Sw = 10982,58 см2/г с золем кремниевой кислоты в соотношении 1: 1,5. Полученная суспензия выдерживалась в течение 1час, после чего высушивалась по постоянной массы и измельчалась до той же величины удельной поверхности. Химический состав диатомита, выполеннный на спектрометре фирмы «Thermo Scientific), определялся в научно-технологическом центре (НТЦ) ООО «Диатомовый комбинат». Установлено, что содержание SiO2 в модифицированном диатомите увеличилось и составляет 89,29 %.
Дополнительно для оценки эффективности модификации диатомита определяли его активность как минеральной добавки по величине растворимости в 20 %-ом растворе КОН. Зависимость между величиной растворимости в 20 % растворе КОН и активностью добавки определя-
ли по графику согласно [3]. Установлено, что активность немодифицированного диатомита составляет 370 мг/г, а активность модифицированного диатомита 400 мг/г.
Оценивалось также количество свободной извести СаО в процессе твердения известкового композита, которое оценивали титрованием. Предварительные исследования показали, что оптимальное соотношение известь: диатомит составляет И:Д=1:4.На рис. 1 приведены данные, характеризующие изменение химически связанной извести в процессе твердения известковых композитов, изготовленных с применением извести 3-го сорта с активностью 71 %.
Установлено, что составы с наполнителем на основе модифицированного диатомита характеризуются большим количеством связанной извести. Уже в возрасте 7 суток твердения количество химически связной извести составляет 45,76 %, а в контрольном составе - 31,74 %, в возрасте 28 суток соответственно 48,5 % и 34,5 %.
Полученные данные хорошо коррелируют с результатами, полученными методами РФА и дифференциально-термического анализа (ДТА). Установлено, что на рентгенограмме известко-во-диатомовых образцов с применением модифицированного диатомита увеличена интенсивность линий, относящиеся к гидросиликатам. Кроме того, уменьшается интенсивность пиков, относящихся к портландиту.
При изучении термограмм выявлено, что в составах известкового композита с применением модифицированного диатомита эндотермический эффект, сопровождающийся потерей массы до 3,13 % происходят при нагреве до температур 114,6 оС и обуславливаются удалением свободной воды. В составах на основе диатомита, активизированного кремнезолем, исчезает ступенчатый эндоэффект, присутствующий в контрольных образцах. Дополнительный эндоэффект при
температуре 650 оС, отсутствующий на термограмме контрольных образцах, связан с дегидратацией гидросиликатов кальция C-S-H, что свидетельствует об их большем содержании в известковом композите с применением диатомита,
активированного кремнезолем. Общая потеря массы контрольных образцов составляет 20 %, а образцов с применением диатомита, активированного золем кремниевой кислоты, - 17,5 %.
§ 10
0 7 14 21 28
Время, сутки
Рис. 1. Изменение химически связанной извести в процессе твердения известковых композитов: 1 - известковый композит с применением немодифицированного диатомита; 2 - известковый композит с применением модифицированного диатомита.
Полученные данные РФА и ДТА свидетельствуют о формировании более прочной структуры известкового композита на основе активированного кремнезолем диатомита, что также подтверждено показателями прочности.
При разработке рецептуры для повышения пластичности составов применяли пластифика-
торы: Хидетал-ГП-9, Melflux 164^, Кратосол, С-3, Ме1теП F15Ci, Кратосол ПЛ, СП-3, Кратосол ПФМ. Реологические свойства определяли с помощью цилиндра Хагермана. В табл.1 приведены значения диаметра расплыва цилиндра известковых составов при введении в рецептуру различных добавок.
Таблица 1
Значения диаметра расплыва цилиндра известковых составов при введении в рецептуру
№ п/п Состав Вид добавки Содержание добавки, %, от массы вяжущего Водоизвест- ковое отношение, В/И Расплыв цилиндра, мм Водоре-дуцирую-щий эффект Вд
1 Известковое тесто - - 1,03 25 -
2 Известковое тесто С-3 0,7 1,03/0,607** 33/25* 1,7
3 Известковое тесто Melment F 150 1,0 1,03/0,57 35/25 1,8
4 Известковое тесто Кратосол ПФМ 0,8 1,03/0,607 32/25 1,7
5 Известковое тесто Melflux 1641 F 1,0 1,03/0,52 37/25 2
7 Известковое тесто Хидетал 0,7 1,03/0,79 28/25 1,3
8 Известковое тесто СП-3 1,0 1,03/0,74 29/25 1,4
9 Известковое тесто Кратосол 0,8 1,03/0,79 28/25 1,3
10 Известковое тесто Кратосол ПЛ 1,0 1,03/0,74 29/25 1,4
11 И:Д=1: 4 - - 6,66 25 -
12 И:Д=1: 4 С-3 0,7 6,66/4,96** 30/25* 1,34
13 И:Д=1: 4 Melment F 150 1,0 6,66/4,43 32/25 1,5
14 И:Д=1: 4 Кратосол ПФМ 0,8 6,66/5,13 28/25 1,3
15 И:Д=1: 4 Melflux 1641 F 1,0 6,66/3,93 35/25 1,7
16 И:МД=1 :4 - - 6.66/6,33 26/25 1,05
17 И:МД=1 :4 С-3 0,7 6,66/4,87 32/25 1,37
18 И:МД=1 :4 Melment F 150 1,0 6,66/4,33 34/25 1,54
19 И:МД=1 :4 Кратосол ПФМ 0,8 6.66/5,033 30/25 1,32
20 И:МД=1 :4 Melflux 1641 F 1,0 6,66/3,83 37/25 1,74
Примечание. Над чертой приведены значения диаметра расплыва цилиндра (мм) при водоизвестковом отношении, равном В/И=6,66, под чертой - значения диаметра расплыва цилиндра 25мм с учетом водоредуцирующего эффекта. Под чертой приведены значения водоизвесткового отношения при диаметре расплыва цилиндра 25 мм.
Анализ данных, приведенных в табл.1. свидетельствует, что в известково-диатомовых композициях добавки оказывают меньший пла-
стифицирующий эффект по сравнению с известковым тестом. Так, водоредуцирующий эффект при введении добавки МеШих 1641 F в количе-
стве 1% от массы извести в известковое тесто равен 2, а в известково-диатомовые композиции - 1,7. Аналогичные закономерности характерны и для других пластифицирующих добавок.
Известково-диатомовые составы на модифицированном диатомите обладают несколько большим пластифицирующим эффектом по сравнению с контрольным составом (без модификации диатомита). Так, при постоянном диаметре расплыве цилиндра, равном 25 мм, водо-известковое отношение контрольных составов составляет В/И= 6,66, а с применением модифицированного диатомита - В/И=6,33. Значение водоредуцирующего эффекта при введении добавки МеШих 1641 F в составы на основе модифицирующего диатомита составляет 1,74, а в составы с применением немодифицированного диатомита - 1,7. Очевидно, более высокие пластичные свойства составов связано с гидрофи-лизацией поверхности модифицированного диатомита. Проведенными нами испытания показали, что активация диатомита способствует гид-рофилизации его поверхности. Теплота смачивания активированного диатомита при соотношении известь:золь=1:1,5 равна Q=0,038 кДж, в то время как контрольного - 0,012669кДж [1].
Анализ данных, приведенных в табл.1, свидетельствует, что наибольший пластифицирующий эффект характерен при введении добавки МеШих1641 F, диаметр расплыва цилиндра при применении добавки МеШих1641 F составляет 35 -37мм. Наибольшее значение водоредуциру-
ющего эффекта характерно для добавок МеШих 1641 F, Кратосол ПФМ, С-3, Ме1теШ Б 15Сь, составляющего соответственно 1,7-1,74;1,3-1,32;1,34-1,37;1,5-1,54.
Учитывая высокую стоимость пластифицирующих добавок зарубежного производства и достаточный водоредуцирующий эффект добавок отечественного производства, в дальнейшем применяли добавки С-3, Кратосол ПФМ.
Установлено, что прочность при сжатии в возрасте 28 суток твердения в воздушно-сухих условиях известковых композитов состава из-весть:диатомит:цемент=И:Д:Ц=1:4:0,1 при
В/И=6,0 составляет Исж=2,4МПа, а при введении добавки С-3 в количестве 0,7% от массы извести с учетом водоредуцирующего эффекта -Исж=2,8МПа. Применение модифицированого диатомита приводит к повышению прочности при сжатии, составляющей ИсЖ=3,6МПа (составы были приготовлены на извести 2-го сорта).
Одним из регламентированных нормативными документами свойств смесей, готовых к применению, является водоудерживающая способность, которая должна составлять не менее 95% [2]. В связи с этим в работе оценивалась водоудерживающая способность известковых композиций. При разработке рецептуры в состав вводились модифицирующие добавки Месе1^е FMC 2094 и КМЦ марки 75/400.
В табл.2 приведены значения водоудержи-вающей способности известково-диатомовых композиций.
Таблица 2
Водоудерживающая способность известковых растворных смесей
Состав Вид Количество добавки, В одоудерживающая
добавки %, от массы извести способность, %
И:Д=1:4,В/И=6,0 - - 89,7
И:Д:Ц=1:4:0,1,В/И=6,0 - - 91
И:Д:Ц=1:4:0,1,В/И=6,0 Месе1^е FMC 2094 0,1 97
И:Д:Ц=1:4:0,1,В/И=6,0 КМЦ 75/400 0,1 97
И:МД:Ц=1:4:0,1,В/И=6,0 - - 92
И:МД:Ц=1:4:0,1,В/И=6,0 С-3 0,7 96
Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что известковые составы с добавкой цемента и С-3 в количестве 0,7% от массы извести обладают достаточной водоудерживающей способностью, составляющей 96%. В связи с этим отсутствует необходимость введения в рецептуру добавок Месе1^е или КМЦ, что приводит к снижению стоимости составов.
Таким образом, применение модифицированного диатомита в известковых отделочных составах с учетом регулирования рецептурно-технологических факторов позволяет получить достаточно прочные экономичные композиты.
*Работа выполнялась в рамках госконтракта с Министерством образования и науки РФ № 13.G25.31.0092.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Шангина, Н.Н. Особенности производства и применения сухих строительных смесей для реставрации памятников архитектуры/ Н.Н. Шангина, А.М.Харитонов // Сухие строительные смеси - 2011 - №4 - С.16-19
2. Логанина, В.И., Давыдова О.А., Симонов Е.Е.. Влияние активации диатомита на свойства известковых композиций/ В.И. Логанина, О.А. Давыдова, Е.Е. Симонов //Известия вузов. Строительство. - 2011 - № 3 - С.20-24.
3.Волженский, А.В. Гипсоцементнопуццо-лановые вяжущие, бетоны и изделия [Текст] / А.В. Волженский, В.И. Стамбулко, А.В. Ферро-нская. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1971. - С. 318.
