CC BY
30
УДК 666.97
В. В. УШАКОВ И. В. БУКИН
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
ОТДЕЛОЧНЫЕ СОСТАВЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛЕКСНОЙ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ НА ОСНОВЕ ГИДРОФОБИЗИРУЮЩЕГО И ДИСПЕРГИРУЮЩЕГО КОМПОНЕНТОВ
В статье приведены теоретические предпосылки и результаты практических испытаний отделочного состава на основе портландцемента с применением комплексной модифицирующей добавки. Приведены основные положения технологии приготовления модифицирующей добавки на основе комплексного гидрофобизатора и механизм усиления гидрофобизирующего и интенсифицирующего помол действия комплексного гидрофобизирующего модификатора.
Введение. При проведении гидроизоляционных и отделочных работ в зданиях промышленного и гражданского назначения одной из существенных проблем является повышение долговечности штукатурных композиций. К. основным агрессивным факторам можно отнести морозную деструкцию, химическую и физическую коррозии. Все они непосредственно связаны со значением водопо-глощения и смачивания поверхности отделочного слоя и массива конструкции
Описание и постановка задачи. Высоло-образование на поверхности ограждающей конструкции (ОК), химическая и физическая коррозия затвердевшего раствора, неизбежная в силу знакопеременных колебаний температуры, высокой минерализованное™ грунтовых вод, отсутствия дренажных систем, приводят к малому сроку службы, неудовлетворительным эксплуатационным характеристикам и внешнему виду отделочных составов.
Одним из путей решения данной проблемы является применение штукатурных композиций с пониженным водопоглощением (гидрофобизация отделочных материалов), что является действенным способом повышения долговечности, морозостойкости, стойкости к различным формам коррозии; и I паропропицасмостью, значительно превышающей I наропроницаемость ОК. С одной стороны, это I повышает срок службы отделочных составов (пред-| отвращает высолообразование, что благоприятно сказывается и на внешнем виде штукатурки); с другой — обеспечивает санацию строительных конструкций, что благоприятно сказывается на основных эксплуатационных характеристиках ОК. ] Метод решения. Для обеспечения долговечности | отделочного слоя необходимо, чтобы отделочный ' слой имел значения паропроницаемости в 2,5-3 раза I выше, чем сама ОК — для предотвращения отслаи-} вания покрытия и возможности удаления влаги при | ее конденсации внутри стен и обеспечения эффекта санации, поэтому одним из основных требований к [_, штукатурному покрытию должна быть заданная условиями эксплуатации паропроницаемость адгези-
ва. Для придания растворам гидрофобных свойств чаще всего используются кремнийорганические гидрофобизаторы — по типу водорастворимых иво-донерастворимых кремнийорганических соединений (КОС). Добавка данных составов позволяет повысить не только эксплуатационные, но и реологические характеристики строительных растворов — таких, как пластичность, подвижность, жизнестойкость и т.д. Перспективным является возможность повышения эффективности гидрофобизирующих составов не увеличением содержания КОС (не всегда желательным в силу особенностей состава смеси, условий использования или экономических аспектов) , а путем создания комплексного модификатора, где могло бы проявляться совместное усиленное действие составляющих его компонентов.
Введение кремнийорганических жидкостей способно значительно повысить морозо- и коррозийную стойкость отделочных составов, причем особенно эффективно введение водонерастворимых составов по типу полиэтилгидросилоксана (ПЭГС). Однако использование водонерастворимых КОС сопряжено с особенностью введения их в цементные системы — ПЭГС необходимо предварительно эмульгировать с применением стабилизатора эмульсии. Полученные эмульсии отличаются некоторой нестабильностью, ограниченной жизнеспособностью и чувствительностью к условиям хранения. Одним из возможных решений данной проблемы является приготовление сухих смесей на основе минерального порошка, домолотого с ПЭГС. Он имеет весьма высокую жизнеспособность, удобен в хранении и транспортировке.
Для повышения эффективности измельчения большое значение имеет эффект понижения прочности твердых материалов при адсорбции поверхностно-активных веществ (ПАВ). Адсорбция ПЭГС имеет свою специфику - на практике далеко не вся поверхность минерального порошка оказывается гидрофобизированной, так как его поверхности свойственна значительная анизотропность. Для того чтобы обеспечить более полное модифицирование
участков, на которых адсорбции ПЭГС не произошло, необходимо использовать комплексную гидрофо-бизирующую добавку — ПЭГС плюс диспергатор (в данном случае - пиролизный регенерат), причем компоненты комплекса имеют отличные друг от друга значения поверхностной активности. Предполагается, что в двухкомпонентной гидрофобизирующей добавке, содержащей ПЭГС и пиролизный регенерат (продукт низкотемпературного пиролиза изношенных резинотехнических изделий), гидрофобизация цементных систем пройдет более полно.
Электрические явления (гипотеза контактной электризации) весьма существенно влияют на процесс агрегирования частиц при домоле минеральных порошков. Экспериментально установлено, что добавка к цементному клинкеру черной сажи приводит к интенсифицированию помола, также улучшаются технологические свойства цемента. Эти эффекты объясняют тем, что углерод заряжает мелющие тела и частицы цемента, благодаря чему частицы цемента отталкиваются друг от друга, но притягиваются к шарам. Используя комплексную (двухкомпо-нентную) добавку-модификатор, состоящую из ПЭГС и пиролизного регенерата (углеродсодержа-щий агент), возможно более тонкое измельчение домалываемых порошков (благодаря наличию двух механизмов интенсификации помола - механическому и электростатическому). Соответственно, произойдет более равномерное распределение гид-рофобизирующих агентов на поверхности минеральных порошков и более полная гидрофобизация тела раствора.
Для проверки эффективности данной добавки наиболее информативны (и доступны) испытания на водопоглощение, морозостойкость и высолообра-зование. Наибольшее влияние на долговечность затвердевших штукатурных составов оказывает величина их водопоглощения. В свою очередь, на водопоглощение камня оказывают влияние следующие факторы:
— гидрофобизация капилляров и пор тела раст-кора;
— уменьшение В/Ц, что сокращает количество структурных пор;
— устройство поровой структуры с рациональным распределением гелевых и структурных пор (уменьшение сечения пор), обусловленное воздухо-вовлечением, газовыделением и антифрикционным действием добавки, а также рациональными дозировками компонентов сухой смеси;
— уменьшение миграции влаги в теле раствора.
Процесс водопоглощения рядовых цементных
растворов в целом идентичен для образцов на всех концентрациях цемента (рис. 1). Кинетика водопоглощения состоит из следующих этапов:
— высокие темпы увеличения водосодержания на первом этапе;
— и медленное увеличение (порядка 0,25 — 0,15% в сут.) на втором.
Водопоглощение для модифицированных образцов имеет иной характер, чем для не модифицированных (рис. 2). Первый этап значительно растянут во времени, что объясняется влиянием модифицирующей гидрофобизирующей добавки. Так как гидрофобизация образца произошла не полностью (имеются негидрофобизованные участки), то большое значение приобрел второй этап, а именно капиллярный подсос, происходящий в первые двое суток водопоглощения. Затем, когда все негидрофобизованные участки образца усвоили
содержание цемента, %
-27.5
- 22.5;
-17,5
— 12,5-
0.0 0.3
1,2 1.4 2.: время, ч
2.3 48,0 72,0
Рис. 1. Водопоглощение затвердевшего раствора без добавки
Рис. 2. Водопоглощение модифицированного затвердевшего раствора
определенное количество воды, водопоглощение значительно тормозится и затем происходит крайне медленно.
Снижение водопоглощения затвердевших растворов, модифицированных комплексной гидрофобизирующей добавкой, по сравнению с рядовыми цементно-песчаными растворами составило 40%.
Комплексная добавка, состоящая из ПЭГС и пиролизного регнерата, гидрофобизируеттело раствора более эффективно, чем добавка ПЭГС, что может объясняться большим содержанием гидрофоби-зирующих агентов по сравнению с индивидуальным введением добавки, более равномерным распределением гидрофобизетора в теле растворного камня. Уменьшение водопоглощения на комплексной добавке (по сравнению с индивидуальным введением ПЭГС) составляет порядка 10 - 14%.
В ходе выполнения лабораторного эксперимента были получены составы, характеризующиеся низким водопоглощением (порядка 3,6%); высокой прочностью (13— 16МПа) и паропроницаемостью, в 2,5 раза большей проницаемости ОК.
Опытно-промышленные испытания разработанной комплексной гидрофобизирующей добавки и отделочного состава на ее основе производились на базе ОАО «Омский комбинат строительных конструкций», ООО «Технологическое бюро строительных материалов» и на заводе по производству сухих строительных смесей (ССС). Для проведения испытаний с использованием оборудования завода ССС были изготовлены опытные партии сухих строительных смесей. Далее были проведены испытания полученных составов по следующим показате-
лям: подвижность; водоудерживающая способность; адгезия к основанию; прочность; плотность; морозостойкость; водопоглощение; паропроницаемость.
Подвижность смеси определялась на стандартном конусе и для приготовленных составов оказалась равной 7 см. При выполнении оштукатуривания но сетке были получены удовлетворительные результаты как по удобонапосимости и удобообраба-гыиаемости смеси, так и по адгезии смеси к подложке. Была произведена апробация следующих соста-иои:
— рядовой штукатурный состав 1;
— штукатурный состав 2;
— модифицированный эмульсией ПЭГС и состав 3 с комплексной модифицированной добавкой (табл. 1).
Состав 3, модифицированный комплексной добавкой, показал наименьшее водопоглощение и наибольшую морозостойкость в серии. Состав 2, модифицированный эмульсией ПЭГС, показал меньшие значения прочности, морозостойкости и адгезии по сравнению с составом 3 (табл. 2).
По итогам испытания на морозостойкость для образцов с комплексной модифицирующей добавкой после 100 циклов замораживания — оттаивания снижения прочности не произошло. Для образцов без добавки, с содержанием цемента 27,5% по массе пес ка, произошло снижение прочности, что объясняется морозной деструкцией образца.
При проведении испытаний на образование соленых выцветов (рис. 3) в качестве факторов, влияющих на их ин тенсивность, следует отметить содержание и состав гидрофобизирующей добавки. Максимальное высолообразование совместно с максимальной коррозией было зафиксировано на образцах с содержанием цемента в 27,5% (без введения модифицирующей добавки). На них произошло уменьшение массы вследствие коррозии камня и интенсивное высолообразование на поверхности. Минимальное высолообразование (не более 5% от площади поверхности) было зафиксировано на составе 3.
Исследования микроструктуры велись на образце, модифицированном комплексной добавкой, для качественной оценки полученных результатов были проведены исследования на образце рядового состава. Исследования микроструктуры велись с применением следующих методов: деривагография (дериватограф ОТС-бО); рентгенофазовый анализ (дифрактометр рентгеновский ДРОН-3); определение гранулометрического состава (лазерный анализатор размера частиц).
Исследование микроструктуры затвердевшего отделочного состава (модифицированного) и рядового состава (контрольного) методами дериватогра-фического и рентгенофазового анализа позволило при сравнении данных по потере массы немодифи-цнрованного и модифицированного образца выявить, что у последнего значительно большее содержание воды в кристаллической фазе, что свидетельствует о большем содержании высокозакристал-лизованных ГСК в модифицированном образце.
Выводы. Эффективное увеличение долговечности отделочных составов возможно только при комплексном подходе, когда отделочный слой не рассматривается отдельно от ограждающей конструкции, но как единая система «адгезив-суб-страт». Подобная система должна обладать пониженным водопоглощением (как атмосферной влаги, так и грунтовых вод), рациональными значениями
Таблица I
Составы, принятые к испытаниям
N5 Наименование Состав Соотношение компонентов, масс. %
I Состав 1 песок цемент 72.5 27.5
2 Состав 2 песок цемент цемянка ПЭГС (10-процентная эмульсия) 70.5 22.5 6.75 0.7
3 Состав 3 песок цемент 70.66 22.5
цемянка 6.75 0,07 0.02
домолотая ПЭГС сажа
Таблица 2
Результаты испытаний
Наименование Состав 1 Состав 2 Состав 3
прочность, МПа 17.0 11.8 16.2
плотность, кг/м' 2125 1925 2015
адгезия, МПа 0.9 0.65 1.8
морозостойкость, И 50 75 100
водоудерживающая способность, % 96 97 99
водопоглощение, % 6.4 4.2 3.8
паропроницаемость, мг/м ч Па 0.82 0.9 0,8
время, сут
состав модифицирующей добавки -»- без дэбазки -"-0 3% ПЭГС 0.1% сажи -*-_0.3% ПЭГС, 0.3% сажи
Рис. 3. Стойкость против высолообразования штукатурных составов в растворе солей (5% р-р сернокислого натрия)
паропроницаемости, заданными эксплуатационными характеристиками (прочностью, адгезией, морозостойкостью и др.). В ходе разработки технологии приготовления и подбора состава комплексной гидрофобизирующей добавки были решены следующие задачи:
— сформирован заданный тип структуры затвердевшего растворного камня;
— определен состав комплексной гидрофобизирующей добавки и технологии ее получения;
— установлена возможность заданной гидрофо-бизации цементных растворов за счет применения комплексной гидрофобизирующей добавки.
В ходе разработки и апробации комплексной модифицирующей добавки и отделочного состава повышенной долговечности на ее основе были использованы модифицирующие добавки только местного производства.
Библиографический список
1.Хигерович М.И. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. — М.: Строй-издат, 1979. - 125 с.
2. Батраков ВТ. Модифицированные бетоны. М.: Строй-издстг, 1998. - 400 с.
3 Батраков В.Г, Повышение долговечности:бетона добавками кремнийорганических полимеров. - М.: 1968. - 135 с.
4. Защита строительных конструкций от коррозии / В.Б. Ратинов, Т. И. Розенберг, О.И. Довжик и др. - М., 1961. -156 с.
5. Соловьев В.Г. Переработка и использование отходов шинной промышленности. — М.: Транспорт, 1982. — 255 с.
6. Пащенко A.A. Кремнийорганические гидрофобизи-рующие и пленкообразующие составы. - Киев: Впща школа, 1973. - 212 с.
УШАКОВ Владимир Викторович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Дорожное и строительное материаловедение». БУКИН Илья Владимирович, преподаватель кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты».
Статья поступила в редакцию 03.11.06. © Ушаков В. В., Букин И. В.
УДК 621.763 ю. К. МАШКОВ
В. И. ГУРДИН В. В. СЕДЕЛЬНИКОВ
Омский государственный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Исследованы основные процессы, происходящие при жидкофазном спекании. Определены параметры технологического процесса получения композиционных материалов. ,
Жидкофазное спекание — это термически активируемый (самопроизвольный или под действием внешних воздействий) переход контактирующих твердых тел или пористых сред в термодинамически более равновесное состояние путем уменьшения площади свободной поверхности за счет заполнения пористости прессовки пропитывающими сплавами. Стимулом для такого перехода является избыточная свободная энергия, величины которой для дисперсных систем могут быть довольно значительными [ 1 ] (табл. 1).
Спекание проявляется в изменении размеров, структуры и свойств спекаемого тела.
Для пропитки пористых железных прессовок желе-зоборидными, кобальтоборидными и никельборид-ными сплавами нужно знать массу пропитывающего сплава, необходимую для полного заполнения открытой пористости, которая определялась по методике (2].
Теоретическая плотность пропитывающих сплавов определялась по методике [3]. Результаты расчетов представлены в табл. 2
В табл. 3 представлены результаты расчетов массы пропитывающих сплавов, необходимой для про-
питки железной прессовки массой 1 кг различной пористости.
Важным технологическим свойством питателей является их расход в процессе пропитки, который характеризуется коэффициентом расхода питателей. При эвтектическом составе пропитывающих сплавов расход питателей должен быть полным. Однако на практике вследствие окисленной поверхности частиц порошка и содержания воздуха в порах прессовки коэффициент расхода питателей меньше расчетного на 4-5 % (рис. 1). Поэтому для восполнения расхода бора на восстановление поверхности металлических порошков его количество в составе пропитывающих сплавов увеличивают на 3-4 %. Спекание образцов пористостью 24-27 % проводилось в вакууме — остаточное давление в печи составляло (1,1-0,9) 10"4 ммрт. столба.
Установлено, что расход питателей зависит от плотности прессовок питателей (давления прессования пропитывающих брикетов) (рис. 2).
С увеличением давления прессования растет величина закрытой пористости, в которой находится мелкодисперсный порошок бора и воздух, который
