CC BY
15Нелюбова В.В., аспирант, Гончарова Т.Ю., студент, Шанчук Ю.С., студент Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
О ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ОКРАШЕННОГО СИЛИКАТНОГО АВТОКЛАВНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННОЙ ВЯЖУЩЕЙ СИСТЕМЫ
Силикатный кирпич, который начали производить на рубеже веков, стал очень популярным строительным материалом во многих частях мира. Что касается Европы, большое количество такого кирпича производится, главным образом, в Германии, Нидерландах, Англии, Швейцарии, Дании и Швеции. Помимо цельного силикатного кирпича с гладкой поверхностью, для облицовочной кладки также часто используют рифленые блоки с поверхно -стью под натуральный камень. Облицовка из гладкого, а в особенности из рифленого силикатного кирпича, создает особый архитектурный эффект.
Этот эффект еще больше усиливается при использовании цветного силикатного кирпича. Подходящие синтетические цветные пигменты сегодня предлагаются для этой цели и дают кирпичу приятную ровную окраску. Дизайн облицовки с применением цветного силикатного кирпича, использование которого более или менее практикуется в некоторых местах, подчеркивает многосторонние возможности, которые дает этот материал.
Белгородская область является достаточно перспективной для производства силикатного кирпича, которое обосновывается не только удобным расположением сырья, но и широкие возможности реализации продукции.
Интенсивное развитие строительной отрасли повлекло за собой значительное увеличение потребления пиг-
ментов производителями стройматериалов. Сейчас наметилась тенденция к увеличению спроса на цветные строительные материалы, отличающиеся более высокими декоративными характеристиками. На сегодняшний день структура потребления пигментов в России приближается к мировой, где объемы потребления пигментов для строительных материалов приближается к -объемам потребления пигментов для производства лакокрасочных материалов (рис. 1) [1].
45%
ШЛКМ в Строительные материалы □ Пластмассы а Прочее
Рис. 1. Долевое распределение основных потребностей пигментов на мировом рынке
Из достаточно большого числа известных в настоящее время пигментов при окрашивании силикатного кирпича используется весьма узкий спектр: пигменты на основе оксида железа, оксида хрома, некоторые виды органических пигментов, некоторые виды сажи. По способу получения пигменты подразделяются на природ-
ные и синтетические. Самый многочисленный класс пигментов - железоокисные пигменты [2].
В зависимости от того, каким воздействиям будут подвергаться пигменты в процессе технологической обработки окрашенных ими материалов и в каких условиях эксплуатации они будут находиться, к ним предъявляют различные требования.
Пигменты, которые добавляют к силикатной смеси должны быть устойчивыми к действию высоких температур и влажности, возможно меньше реагировать с компонентами смеси при автоклавной обработке быть щелочеустойчивыми, свето- и атмосферостойкими [3].
Качество природных пигментов для объемного окрашивания, определяется в первую очередь степенью их инертности по отношению к компонентам силикатной смеси при автоклавной обработке и дисперсностью.
Растворимые в щелочной среде частицы пигмента вступают при автоклавной обработке в химическое взаимодействие с окисью кальция, теряют собственную окраску и ослабляют окраску силикатной смеси. Растворяясь в слабой кремневой кислоте, такие пигменты взаимодействуют и с кремнеземом.
Несколькими учеными [4, 5] был доказан тот факт, что введение пигмента в силикатную смесь снижает прочность изделия. Кроме того, к лицевому кирпичу предъявляются требования по плотности, а, следовательно, и по пористости. Пористость лицевого кирпича должна быть низкой во избежание загрязнения пылью, а также для уменьшения взаимодействия с агрессивными газами, содержащимися в воздухе. Повышения прочно-
сти, плотности и долговечности силикатных материалов можно добиться путем введения в формовочную смесь определенного количества молотых кремнеземистых добавок (обычно 5-18 %), например, высококонцентрированной вяжущей суспензии (ВКВС), полученной методом мокрого помола [6]. В системе ВКВС в результате механохимической активации основной твердой фазы уже на стадии помола формируется примерно 1-3 % частиц наноразмерного уровня [7]. Наличие в ВКВС на-ночастиц оказывает комплексное положительное влияние. Последнее касается как микроструктуры и технологических аспектов производства ВКВС, так и технико-эксплуатационных характеристик получаемых на их основе материалов [8].
В связи с этим, целью работы является разработка технологии объемного окрашивания наноструктуриро-ванного силикатного автоклавного материала.
Для исследований использовались песок Разуменс-кого месторождения, известь, вода, высококонцентрированная вяжущая суспензия (ВКВС) вышеназванного песка, которая используется в качестве тонкомолотой добавки, пигменты фирмы Bayer, Германия. Все материалы удовлетворяют требованиям ГОСТ на данную продукцию.
Установлено [9], что на действующих предприятиях существует проблема перемешивания пигментов с сырьевой смесью.
Объемное окрашивание силикатной смеси происходит следующим образом. При смешении тонкодисперсные зерна пигмента, как более мелкие по сравнению с другими компонентами смеси, адсорбируются на по-
100
90
80
70
>о
о
«я 60
(Н
'т 50
1
■Я 40
30
20
10
0,0
—' —1 / ч \
\ • —
\ -ВКВС — -К(Германия)
/\ L
» 1
1 1 / \ 1
■ \ V 1 \ « / \
\ I 1 1 \ / *** V S,
t \ 1 ! «' 1/ / ч\
3 ч 3 Ч
н oi I-!
Размары частиц, мкм
Рис. 2. Весовое распределение частиц пигмента и ВКВС
'S а о О! ¡О Vo СГбб ■ 00 я я Oi S!
я 'S Vo 10 а 00 3 ä 8
верхности зерен кварца и извести. Для обеспечения покрытия пигментом всех зерен силикатной смеси их удельные поверхности должны находиться, в определенном соотношении.
Красящая способность пигментов зависит от их дисперсности. Интенсивность окраски образцов возрастает с увеличением удельной поверхности пигментов при одном и том же их содержании в смеси. Наибольшая интенсивность данного цвета обеспечивается, когда частицы пигмента покрывают сплошным одинарным слоем зерна песка. Толщина этого слоя определяется средним размером частиц пигмента. Если покрыть зерна песка, например, двойным слоем пигмента, то возрастет его расход, но интенсивность цвета не увеличится. Если же не вся поверхность зерен песка будет покрыта частицами пигмента интенсивность цвета уменьшится [3].
Зерновой состав пигментов и ВКВС кварцевого песка определяли методом лазерной гранулометрии, позволяющим непосредственно определять размеры частиц и процент их содержания в анализируемом материале (рис.2).
По результатам анализа дисперсности можно сделать вывод о том, что германский красный пигмент является полифракционным, что способствует лучшему его распределению в смеси по объему и увеличению плотности упаковки частиц, так как при добавлении в систему более мелкой фракции плотность упаковки увеличивается [8].
Сравнительный анализ дисперсности ВКВС и пигмента показывает, что дисперсность пигмента сопоставима с дисперсностью высококонцентрированной вяжущей суспензии, что нельзя сказать о дисперсности известко-во-песчаного вяжущего и пигментов.
Результаты исследования влияния ВКВС на распределение пигмента по объему подтверждают данные сравнительного анализа дисперсности сырьевых компонентов . При смешивании ВКВС и пигмента наблюдается лучшее распределение по объему, нежели в смеси пигмента и известково-песчаного вяжущего. Во втором случае наблюдалась агрегация пигмента, что приводит к снижению яркости цвета.
Дальше испытания происходили при формовании образцов трех составов, а именно:
1 состав - контрольный состав, который полностью соответствует заводскому;
2 состав - пигмент до гашения;
3 состав - пигмент после гашения.
При приготовлении формовочной смеси контрольного образца было отмечено ряд недостатков:
- пигмент агрегировал, плохо растирался с гашеной смесью, т.е. полное распределение пигмента по объему затруднялось;
- окрашивание происходило медленно, цвет получился недостаточно ярким, так как известно, что известь влияет на окраску смеси. Это связано с тем, что пигменты вступают в химическое взаимодействие с окисью каль-
ция, теряя собственную окраску и ослабляя окраску смеси..
При приготовлении формовочной смеси второго состава отмечалось также агрегирование пигмента по объему, но окрашивание происходило интенсивнее.
При приготовлении формовочной смеси третьего состава мы выявили ряд положительных результатов. Гомогенизация ВКВС с пигментом прошла мгновенно. Окраска получилась насыщенной и однородной, тогда как смесь пигмента с ИПВ получилась более светлых тонов, при этом требовала больше усилий, так как пигмент агрегировал при смешении тонкодисперсные зерна пигмента, как более мелкие по сравнению с другими компонентами смеси, адсорбируются на поверхности зерен кварца и извести. Возможно, что ВКВС, обволакивая тонкой коллоидной пленкой частицы пигмента, препятствует его выцветанию. Так как не разъедает его как ИПВ. В конечном результате распределение пигмента по объему было наиболее равномерное.
С учетом проведенных исследований можно сделать вывод о перспективности объемного окрашивания на-ноструктурированного силикатного материала, поскольку высококонцентрированная вяжущая система способствует интенсификации процесса окрашивания силикатной смеси, что приводит к снижению расхода пигмента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Эфендиев, К.В. Ассортимент пигментов ЗАО «НПФ Тех-нохим» для окрашивания силикатного кирпича и изделий из бетона в массе / К.В. Эфендиев // Сб. докл. семинара «Практические вопросы применения цветных неорганических пигментов» - М., 2006. - С.3-9.
2. Измайлов, А.В. Современное состояние российского рынка пигментов для силикатного кирпича / А.В. Измайлов // Строительные материалы - 2007. - №10. - С.20 - 22.
3. Хавкин, Л.М. Технология силикатного кирпича / Л.М. Хав-кин. - М.: Стройиздат, 1982. - 384 с.
4. Книгина, Г.И. Окрашивание известково-песчанных масс и активности минеральных пигментов / Г.И. Книгина, Л.С. Факторович // Сб. докладов на XXVI конференции НИСИ -Новосибирск, 1969.
5. Троцко, Т.Т. Цветной силикатный кирпич / Т.Т. Троцко, В.Б. Барановский. - Киев: Будивельник, 1977. - 88 с.
6. Строкова, В.В. Силикатные автоклавные материалы на основе высококонцентрированной вяжущей суспензии /
B.В.Строкова, А.В.Череватова, В.В. Нелюбова // Строительные материалы - 2007. - №10. - С. 16 - 17.
7. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. М.: Металлургия. 1990. 270с.
8. Шаповалов Н.А., Строкова В.В., Череватова А.В. Оптимизация структуры наносистем на примере ВКВС. // Строит. Материалы. 2006. № 9. С. 16 - 18.
9. Никитина, Э.А. Исследование однородности распределения пигмента в силикатной шихте в зависимости от методов дозирования компонентов и способов их смешивания / Э.А. Никитина // Тез. докл. семинара ВХО. - М., 1972. -
C.9 - 13.
10. Хархардин, А.Н. Структурная топология дисперсных систем: учебное пособие / А.Н. Хархардин, В.В. Строкова. -Белгород: Изд-во БГТУ, 2007. - 132 с.
