CC BY
102
УДК 691.535
ЛОГАНИНА В. И. ЖЕГЕРА К. В.
Оценка эффективности использования синтезированных алюмосиликатов в цементных системах
Логанина
Валентина
Ивановна
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Управление качеством и технологии строительного производства» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства
e-mail: loganin@mail.ru
Жегера
Кристина
Владимировна
аспирант кафедры «Управление качеством и технологии строительного производства» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства
e-mail: jegera@yandex.ru
В статье приведены сведения об известковом композиционном вяжущем с применением синтезированных алюмосиликатов. Показано, что применение известкового композиционного вяжущего в рецептуре отделочных составов способствует повышению водостойкости, морозостойкости покрытий на их основе.
Ключевые слова: строительные науки, известковое композиционное вяжущее, синтезируемые алюмосиликаты, химический состав, отделочные составы, структурообразование.
LOGANINA V. I.
ZHEGERA K. V.
PERFORMANCE EVALUATION USING THE SYNTHESIZED ALUMINUM SILICATE CEMENT SYSTEM
Provides information about the lime binder composite using synthesized aluminosilicate. It is shown that the use of lime in the recipe binder composite finishing compositions improves water resistance, cold resistance of coatings based on them.
Keywords: building science, lime composite binder synthesized aluminosilicates, chemical composition, finishing compositions, structure.
Для отделки и реставрации зданий и сооружений широкое применение находят сухие строительные смеси (ССС). Решение задачи повышения эксплуатационной стойкости покрытий на основе ССС основывается на целенаправленном формировании структуры материала как гетерогенной, многофазной системы сложной иерархии. Одним из направлений управления структурой и свойствами такой системы является введение в рецептуру различных модифицирующих добавок. В работах [1-3] показана эффективность использования в рецептуре известковых ССС синтезированных гидросиликатов кальция.
Нами разработана технология синтеза алюмосиликатов, рекомендованных для приготовления сухих строительных смесей (плиточного клея) в качестве структурирующей и водоудерживающей добавки [4]. Синтез алюмосиликатов заключался в их осаждении из раствора сульфата алюминия А12^04)3 с добавлением силиката натрия, последующим промыванием водой осадка и его высушиванием. Установлено, что концентрация аморфной фазы алюмосили-
катов, определенная полнопрофильным РФА, составляет 77,5% [5].
Синтезированная добавка характеризуется высокой активностью, составляющей более 350 мг/г. Удельная поверхность получаемого порошка, определенная методом БЭТ, составляет Syd = 86,5 ± 3,5 м2/г.
Для оценки эффективности использования синтезированных алюмосиликатов в цементных системах и изучения физико-химических процессов твердения цементного композиционного вяжущего (ЦКВ) был проведен рентгенофазовый и дифференциально термический анализ (РФА и ДТА) образцов цементного камня, твердевшего в воздушно-сухих условиях. В работе применялся Вольский портландцемент марки 400.
Анализ фазового состава цементного камня, определяемого на рентгеновской станции ARL 9900 X-ray Workstation (ThermoScientific) на базе Центра высоких технологий БГТУ им.
В. Г. Шухова, показал, что минералогический состав представлен следующими гидратными образованиями: гидроалюминаты кальция
Иллюстрация 1. Рентгенограмма цементного камня
Иллюстрация 2. Рентгенограмма цементного камня
0 = 3.3119Л, 3.1732А), кальцит СаСОЗ 0 = 1.8762Л; 1.369А; 1.252Л; 1.135 Л; 1.086Л ; 1.0325Л), портландит (d = 4.5018А, 1.627А; 1.265А; 1.1978А), а также алит (а = 3.0259А, 2.5952А, 2.1589А, 1.4968А) (Иллюстрация 1) [6, 7].
При малых углах (до 20°) наблюдаются следующие соединения: гидросиликаты CSH (а = 5.4712 Л; 4.3533Л; 3.54499Л; 2.9593Л; 2.9066Л; 2.8738Л; 2.7599А; 2.6397А; 2.5953Л; 2.3278Л; 2.278Л; 2.2692Л), эттрингит (а=4.9388Л; 3.8734Л ; 2.4169 А), кристобалит (а = 4.0694Л; 2.4708Л ; 2.3512Л), цеолит (а = 3.6836Л; 3.4166Л), тоберморит (а = 3.2136Л; 2.7968Л; 3.0706Л) (Иллюстрация 2).
Минералогический состав цементного камня на основе ЦКВ представлен такими минералами, как гидроалюминаты кальция (а = 3.3072Л, 3.1821Л, 2.16096Л; 1.26519Л), алит (а = 1.49678Л; 1.1466Л; 1.084Л), а — А1203 (а = 1.37009Л), НА^і206 (а = 1.8748Л, 1.2527Л), CaNaHSi04 (а = 1.1973Л), гиббсит Са3А12^Ю4Ь.53 (0Н)^8 (а = 1.135 А) и кальцит СаС03 (а = 1.0328Л; 0.9542Л) (Иллюстрация 3).
При малых углах (до 20°) идентифицированы гидросиликаты кальция CSH (а=2.409Л; 2.47Л; 2.6488А; 2.7175Л; 2.7336А; 2.8036Л; 2.8418Л ; 3.050Л; 3.0998Л; 3.182Л; 3.3071Л; 3.6959А), кальцит (а = 2.2626Л; 2.28Л; 2.49Л), А16Са4013 ■ 3Н20 (а = 2.289Л), №8.4Са3.^і36.4АІп.6096 ■ 5Н20
(d = 2.994A), борерит (d = 3.4743A), C3S (d = 2.30A; 2.6099A; 1.63к), CAH10 (d=2.358A), эттрингит (d=1.43A; 4.4660A), CaOAl2O3 (d = 2.51A), гидрокарбоалюминат кальция (d=2.57 A; 3.3461A), цеолит (d = 2.58,4; 3.9619A; 4.7805,4), CASH (d=2.661A), альбит (d=2.7765A; 3.4478A; 3.4743A; 3.7572,4; 4.0185 A; 4.040A) (Иллюстрация 4).
Анализируя полученные данные, можно утверждать, что цементный камень на основе ЦКВ имеет больше гид-ратных образований, что дополнительно подтверждается при дифференциально-термическом анализе (ДТА) (Иллюстрации 5, 6).
При проведении термического анализа температурный интервал исследования находился в пределах от 30 до 1000 °С, скорость подъема температуры в аналитической камере составляла 3 °С/мин, а продолжительность единичного эксперимента составляла порядка 5 часов 10 минут.
При анализе полученных термограмм (Иллюстрации 5, 6) установлено, что потеря массы у контрольного образца составила 45,85%, а у образца с применением в рецептуре добавки на основе синтезированных алюмосиликатов — 36,53%.
Анализ термограмм показал, что в образце на основе ЦКВ эндоэффект при температуре 150 °С выражен больше, чем у контрольного образца, что свидетельствует
Иллюстрация 3. Рентгенограмма цементного камня на основе ЦКВ
Иллюстрация 4. Рентгенограмма цементного камня на основе ЦКВ
о большем присутствии гидросульфоалюмината кальция. Эндоэффект при температуре 320 °С показывает, что в цементном камне происходит образование кубического гидроалюмината С2АН6. Вследствие водоудерживающих свойств добавки на основе синтезированных алюмосиликатов твердение цементного камня на основе ЦКВ происходит в более благоприятных условиях. Уменьшение интенсивности эндоэффекта при температуре 510 °С, свидетельствующем о дегидратации Са(ОН)2, доказывает, что в образце на основе ЦКВ находится меньшее количество портландита. Очевидно, происходит взаимодействие Са(ОН)2 с алюмосиликатами с образованием Са№ШЮ4, Na8.4Ca3.2Si36.4Al11.6O96 ■ 5Н2О и СазАЦ |^Ю4]1.5з(ОН)5.88 (Иллюстрации 3, 4).
Наблюдается более ярко выраженный эндоэффект при температуре 810 °С, при котором происходит диссоциация СаСО3, у образцов на основе цементного камня (контрольный состав) по сравнению с цементным камнем на основе ЦКВ. Экзоэффект при температуре 550 °С ярко выражен у образца на основе ЦКВ, что свидетельствует
о наличии в составе цементного камня десятиводного кальциевого гидроалюмината САН10.
Экзоэффект при температуре 740 °С, четко представленный у образца на основе ЦКВ, показывает наличие в составе тоберморита, переходящего в волластонит — 5Са ■ 6&О2 ■ 9Н2О.
Для дополнительного подтверждения полученных результатов нами определялось количество свободной извести в цементных образцах в возрасте 28 суток воздушносухого твердения. Установлено уменьшение количества свободной извести Са(ОН)2 в цементном камне на основе ЦКВ. Так, содержание свободной извести в контрольном образце составило 13%, а в образце с содержанием добавки 20% от массы цемента — 6,5%. Полученные результаты свидетельствует о взаимодействии синтезируемой добавки со свободной известью.
Для подтверждения эффективности введения в рецептуру цементного композита добавки на основе синтезированных алюмосиликатов исследована кинетика изменения прочности в процессе воздушно-сухого твердения цементного камня (Иллюстрация 7).
Анализируя полученные экспериментальные данные, приведенные на Иллюстрации 7, можно утверждать, что введение в рецептуру цементного камня добавки на основе синтезированных алюмосиликатов увеличивает предел прочности при сжатии цементных образцов в возрасте 90 суток воздушно-сухого твердения на 24,6% по сравнению с контрольным образцом (без содержания добавки). Очевидно, соединения, образующиеся в цементном камне при введении в рецептуру синтезированной добавки, способствуют благоприятному процессу гидратации цемента.
и » я к г*
мячи«
ЭТАК* Э» 10. 00
Иллюстрация 5. Термограмма контрольного образца цементного камня
Иллюстрация 6. Термограмма образца цементного камня на основе ЦКВ
Иллюстрация 7. Кинетика твердения в воздушно-сухих условиях цементных образцов: 1 — контрольный образец; 2 — образец на основе ЦКВ
Заключение
1 Анализ фазового состава цементного камня и цементного камня на основе ЦКВ показал увеличение гидратных образований.
2 Установлено, что в цементном камне на основе композиционного вяжущего наблюдается уменьшение количества свободной извести Са(ОН)2.
3 Проведенные исследования свидетельствуют об эффективности применения синтезируемых алюмосиликатов в цементных композициях как водоудерживающей и структурообразующей добавки. Работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части.
Список использованной литературы
1 Логанина В. И., Макарова Л. В. Штукатурные составы для реставрационных работ с применением окрашенных наполнителей //Региональная архитектура и строительство. 2009. № 1. С. 38-40.
2 Логанина В. И., Макарова Л. В., Сергеева К. А. Свойства известковых композитов с силикатсодержащими наполнителями // Строительные материалы. 2012. № 3. С. 30-35.
3 Логанина В. И., Макарова Л. В., Папшева К. А. Влияние технологии синтеза силикатных наполнителей на свойства известковых отделочных составов // Региональная архитектура и строительство. 2011. № 2. С. 66-69.
4 Логанина В. И., Кислицына С. Н., Макарова Л. В., Садовникова М. А. Реологические свойства композиционного известкового вяжущего с применением синтетических цеолитов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. № 4. С. 37-42.
5 Логанина В. И., Жерновский И. В., Садовникова М. А., Жегера К. В. Добавка на основе синтезированных алюмосиликатов для цементных систем // ВосточноЕвропейский журнал передовых технологий. 2013. № 5/6 (65).
С. 8-11.
6 Ларионова З. М. Формирование структуры цементного камня и бетона. М., 1971.
7 Вернигорова В. Н., Макри-дин Н. И., Соколова Ю. А. Современные методы исследования свойств строительных материалов : учеб. пособие. М., 2003.
