CC BY
38
УДК 691.261
З. А. Камалова, Ю. В.Медяник, Е. Ю. Ермилова, Р. З. Рахимов, О. В. Стоянов
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЛИНИСТЫХ И КРЕМНЕЗЕМИСТЫХ ПИГМЕНТОВ РТ ДЛЯ ОКРАШИВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова: пигменты, глинистые пигменты, кремнеземистые пигменты, сухие строительные смеси, цветной цемент, строительный раствор, охра, цвет, кроющая способность, маслоемкость, укрывистость.
За последние годы тенденция декорирования строительно-отделочных материалов ставит перед строительной индустрией задачу по расширению создания современных цветных строительных материалов. В последние годы для объемного окрашивания цемента, бетона, сухой штукатурки, силикатного кирпича и т.д. стали широко использовать природные пигменты. В статье представлены исследования глинистых и кремнеземистых пигментов различных месторождений РТ, имеющих богатую цветовую гамму. На базе 6 месторождений РТ разработаны составы различных цветных цементов. Также разработаны составы цветных гипсов на базе 6 месторождений, а на базе глинистых пигментов Монастырского месторождения получены составы сухих строительных смесей. Представленыфизико-механические свойства всех полученных цветных строительных материалов,
Keywords: pigments, claypigment, siliceouspigment, drybuildingmixes, pigmentedcement, buildingmortar, ocher, hidingpower,
oilabsorption, coverage.
In recent years the trend of the coloring of construction and finishing materials poses the construction industry the growth objective of creating a modern colored building materials. In recent years, for the bulk dyeing of cement, concrete, dry plaster, silicate bricks, etc. have been widely used natural pigments. The article presents the research clayey and siliceous pigments of various oil fields of Tatarstan, with its rich colors. Differentcompositions ofcolored cements were developed on the basis of 6 fields RT. Also compositions of colored gypsum were developed on the basis of 6 fields, and dry mixes were received on the basis of clay pigments Monastery deposits. Thephysico-mechanical properties of the obtained colored building materials are presented.
Введение
За последние годы тенденция декорирования строительно-отделочных материалов стала очень развита в строительной индустрии. Серые элементы мощения, стеновые и кровельные материалы уступают место самым разнообразным цветовым решениям в области архитектуры и дизайна зданий и сооружений, площадей и индивидуальных построек. В последние воды для объемного окрашивания цемента, бетона, сухой штукатурки, силикатного кирпича стали широко использоваться природные пигменты.
К природным пигментам относятся пигменты, добываемые из недр земной коры, они были известны с давних времен и применялись еще в Древнем Египте и Греции за 500 лет до н.э. Природные пигменты использовались во II веке до н.э. в Помпеях, во фресковых росписях понтикапейских домов. Палитра красок фресковой живописи Х1-Х11 вв. киевских, владимирских, новгородских, псковских, ярославских и грузинских росписей состояла преимущественно из природных пигментов, что было определено микрохимическим анализом. Природные пигменты обладают интенсивностью тона и хорошей красящей и кроющей способностью. Светостойкость и атмосферостойкость - также основные свойства природных пигментов, которыми не обладают искусственные органические красители.
Потребность нашей промышленности в природных пигментах очень велика и из года в год она все возрастает.
Отсутствие производства пигментов в Республике Татарстан приводит к тому, что из-за
больших транспортных затрат стоимость привозимых пигментов оказывается высокой.
Цель наших исследований - разработка природных пигментов на основе местного сырья Республики Татарстан, а также оценка возможности их применения для окрашивания строительных материалов.
Материалы и методы исследований
Наиболее распространенными природными пигментами являются глинистые и кремнеземистые пигменты.
При отсутствии жестких технических требований к цвету окрашиваемых изделий при выборе пигмента можно руководствоваться только эстетическими и экономическими соображениями [1]. В этом случае, глинистые и кремнеземистые пигменты Республики Татарстан, имеющие богатую цветовую гамму и довольно значительное территориальное распространение, могут найти широкое применение.
Все свойства пигмента - цвет, кроющая способность, маслоемкость, укрывистость - тесно связаны со степенью его дисперсности и гранулометрическим составом, и чем более однороден гранулометрический состав, тем более выдержаны все технологические свойства пигмента [1-6].
Первоочередной задачей в исследованиях природных пигментов является изучение связи их вещественного состава и технологических свойств.
Нами был проведен комплекс исследований по детальному изучению вещественного состава, малярно-технических и физико-химических свойств
глинистых и кремнеземистых пигментов перспективных объектов Республики Татарстан. Глинистое и кремнеземистое сырье характеризуется довольно низким содержанием хромофора - 6,5 -11% в пересчете на Ре2О3, поэтому пригодно для получения пигментов типа охра марки О-3 и О-4, глинистой красной, глинистой желтой, для получения некоторых красок (главным образом, густотертых, клеевых и силикатных) и для объемного окрашивания ряда строительных материалов [8-11].
Для исследований использовалось как исходное сырье, так и сырье, обогащенное простейшими наиболее дешевыми способами: глинистого типаудаление крупных посторонних примесей (вручную), отмучивание (освобождение от алевритовых и песчаных частиц); кремнеземистого типа - рассев сырья для достижения однородности и наибольшей степени дисперсности пигментов, отмучивание
(освобождение от глинистых частиц), если красящее вещество не находится в глинистой фракции, а также магнитная сепарация (для увеличения содержания глауконита). В том же случае, когда кремнеземистые (глауконитсодержащие породы) пигменты использовались для приготовления красок, они также предварительно измельчались (после электромагнитной сепарации), как и глинистые пигменты.
Глины Чебаксинского, Кощаковского, Монастырского и Алекино-Полянского проявлений были апробированы для получения цветного гипса, цветных цементов, сухой строительной смеси, декоративных строительных растворов на основе цементных и гипсовых вяжущих, а алевриты Сюндюковского и Татарско-Шатрашанского и пески Тетюшского проявлений - в составе известково-песчаной массы для получения цветных строительных растворов.
Критериями качества получаемых красок служили соответствующие ГОСТы и ТУ, а окрашенных строительных материалов - ТУ на аналогичные неокрашенные изделия. Для этого определялись такие основные показатели как цвет (интенсивность, однородность) и физико-механические свойства (прочность,
водопоглощение, морозостойкость и некоторые другие).
При окрашивании изделий, где минеральные компоненты данного типа отсутствуют (например, в цементно-песчаных растворах), в качестве пигмента вводилось до 10-15% глины. При этом базовый состав рецептур красок и строительных материалов оставался прежним.
Результаты и обсуждение
Окрашивание белого портландцемента марки М-400 глинистыми пигментами, вводимыми в количестве от 5-7 до 10-12% придает ему кремовые, розоватые и бежевые цвета, кремнеземистыми -светло-зеленые и зеленые (таблица 1). Основные физико-механические свойства цветного цемента остаются удовлетворяющими требованиям ГОСТ 25328-82, представлены в таблице 2.
Цветная строительная смесь получена путем окрашивания вяжущих веществ (портландцемент марки М-400 - 30-35%, известь-пушонка - 5-10%) красящим кремнеземистым пигментом, вводимым вместо обычного песка в количестве 60%. Окрашенная смесь имеет светло-зеленый оттенок (глауконитсодержащие алевриты Сюндюковского проявления), зеленовато-серый (алевриты Шатрашанского проявления) и розовый (ожелезненные кварцевые пески Тетюшского проявления). Следует отметить, что слабое окрашивание сухих растворных смесей произошло уже при введении 7-10 % указанных пигментов.
Таблица 1 - Изменение цвета портландцемента при окрашивании глинистыми и кремнеземистыми пигментами РТ
Кол-во Цвет изделия
введенно Монастырское Сюндюковское Кощаков- Чебаксинско Тюлячин Алекино- Шатрашан
го Мон-22 Сюн-20 ское е ское Полянско ское
пигмента Кощ-4 Чеб-37 Тю-15 е АП-22 Шат-17
Сырье Пигмент* Сырье Пигмент* Пигмент** Сырье Сырье Сырье Сырье Сырье
2% без из- Бледно- без из- без из- без из- без измене- без из- без из- без из- без из-
менении розовый менений менений менений ний менений менений менений менений
5% без из- без из- без из- бледно- без из- без измене- без из- без из- без из- без из-
менений менений менений салатовый менений ний менений менений менений менений
7% бежевый бежевый зелено- салатовый салатовый кремовый бледно розова- кремовато зеленовато-
оттенок вато-серый оттенок оттенок розоватый оттенок тый оттенок -розовый оттенок серый оттенок
10% бледно- светло- бледно- бледно- светло- бледно- кремовато- бежево- бледно- светло-
бежевый розовый зеленовато -серый зеленый зеленый кремовый розовый розовый розовато-кремовый зеленовато-серый
15% розовато- бежево- зелено- серо- зеленый розово- розовый розовый розовато- зеленовато-
бежевый розоватый вато-серый зеленый кремовый кремовый серый
*- сырье, обогащенное путем отмучивания,
**- сырье, обогащенное путем элекромагнитной сепарации
Таблица 2 - Основные физико-механические свойства цветных цементов, полученных с использованием глинистых и кремнеземистых пигментов проявлений РТ
Наименование показателей Требование ГОСТ 25328-82 Пигменты глинистого типа Пигменты кремнеземистого типа
Чебаксинское Кощаковское Монастырское Сюндюковское Тетюшское
1. Цвет цемента Соответствие эталонному образцу (определяет заказчик) Кремово-розовый Кремовый Бледно-розовый Серовато-зеленый Бледно-розовый
2. Предел прочности цемента в 28 суточном возрасте: при сжатии при изгибе не менее 40 Мпа 5,5 Мпа 34 Соответствует М 300 3.5 30 Соответствует М 300 3.7 37 Соответствует М 300 4.8 40 Соответствует М400 5.4 39 Соответствует М300 5.0
3. Начало схватывания, час Конец схватывания, час не ранее 45 мин не позднее 12 ч от начала затворения 1 час 10 мин 14 час 15 мин 1 час 25 мин 13 час 25 мин 1 час 17 мин 13 час 45 мин 1 час 30 мин 14 час 05 мин 1 час 25 мин 15 час 50 мин
4.Тонкость помола, после помола остаток на сите с сеткой 008, % не более 10 <10 <10 <10 <10 <10
На основе цветной строительной смеси получены цветные строительные растворы, в состав которых входят как кремнеземистые пигменты (цемент - 30%, цветной песок - 70 %), так и глинистые пигменты (цемент -30%, глинистый пигмент - 10 %, песок кварцевый обычный - 60 %). Качество окрашенных строительных растворов сравнивалось с раствором марки М200,
приготовленным с применением стандартного песка без добавления пигмента. Результаты представлены в таблице 3. Полученные цветные строительные растворы по прочности соответствуют маркам М50 -Ml50, по морозостойкости F10 - F15 (ГОСТ 28001398) и могут применяться как кладочные растворы и для отделочных слоев стеновых панелей и блоков, наружной и внутренней отделки зданий.
Таблица 3- Основные физико-механические свойства цветных глинистых и кремнеземистых пигментов РТ
строительных растворов с применением
Название проявлений (номер пробы) Прочность на сжатие, МПа Прочность на изгиб, МПа Морозостойкость Цвет
ГОСТ 28013-98 марки М4 - М200 Ненормиру ется марки F10-F200 Соответствие эталону
Кремнеземистые 1 .Татарско- Шатрашанское(Шат-17) 14.6 Соответствие М100 1.03 14 Соответствие F10 зеленовато-серый
2.Сюндюковское (Сюн-20) 6.3 Соответствие М50 2.38 6 серовато-зеленый
З.Тетюшское Тет-30 Тет-29 15.4 Соответствие М150 7.1 Соответствие М50 3.52 1.93 >20 Соответствие F15 >20 Соответствие F15 светло-желтый розовый
4. Тюлячинское(Тю-14) 7.5 Соответствие М50 2.13 >20 Соответствие F15 светло-розовый
Глинистые 5. Монастырское Мон -11 Мон-15+16 Мон-20 9.6 Соответствие М75 7.0 Соответствие М50 11.2 Соответствие MЮ0 3.52 3.88 3.49 нет данных нет данных нет данных светло-розовый светло-розовый светло-розовый
6. Кощаковское (Кощ-4) 11.2 Соответствие MЮ0 3.49 нет данных кремово-розовый
Глинистые пигменты Монастырского проявления были использованы для окрашивания гипса и проведено испытание его физико-механических свойств. Испытание показало, что добавление пигмента в количестве 10 % ведет к снижению прочности гипсового камня на 9 % (в пределах допустимого) и повышению водостойкости (табл. 4); последнее является одним
из преимуществ глинистых добавок в составе строительных материалов. Дальнейшее увеличение количества пигментов приводит к существенному снижению прочности и водостойкости гипсового камня.
Таким образом, проведенные нами исследования глинистых и кремнеземистых пигментов РТ показали возможность их
использования для получения цветных цементов, цветной сухой строительной смеси на основе гипса и цветных строительных растворов различных цветов.
Таблица 4 - Основные физико-механические показатели гипсового камня, окрашенного глинистыми пигментами Монастырского проявления
Вид и количество введенной добавки, % Цвет Нор маль ная Сроки схватыван ия Прочность, МПа & 3 и 5 & щ s ^
густ ота, % начало конец сухие водона-сыщен-ные -е fa фм о га « &
Без добавки Белый 54 4 мин 30 с 7 мин 20 с 2,25 1,05 0,45
Глинистые пигменты 10 % Светло-розовый 52,5 6 мин 10 с 9 мин 15 с 2,05 1,26 0,56
Глинистые пигменты 20 % Ярко-розовый 50.5 15 мин 45 с 25 мин 10 с 1,2 0,48 0,40
Выводы
1. Окрашивание белого портландцемента марки М-400 глинистыми пигментами, вводимыми в количестве от 5-7% до 10-12% придает ему кремовые, розоватые и бежевые цвета, кремнеземистыми - светло-зеленые и зеленые, при этом свойства получаемого цветного цемента удовлетворяют требованиям ГОСТ.
2. На основе цветной строительной смеси получены цветные строительные растворы, в состав которых входят как кремнеземистые пигменты (цемент - 30%, цветной песок - 70 %), так и глинистые пигменты (цемент -30%, глинистый пигмент - 10 %, песок кварцевый обычный - 60 %). По прочности они соответствуют маркам М50 -М150, по морозостойкости Б10 - Б15 (ГОСТ 28001398) и могут применяться как кладочные растворы и для отделочных слоев стеновых панелей и блоков, наружной и внутренней отделки зданий.
3. Добавление в гипс глинистого пигмента Монастырского проявления в количестве 10 % ведет к повышению водостойкости гипсового камня.
Литература
1. Кузьмина В. П. Применение пигментов и цветных цементов в технологии производства сухих декоративных строительных смесей// Строительные материалы № 5, 2000. - С.15-17.
2. Толстихина К.И. Природные пигменты Советского Союза, их обогащение и применение/К. И. Толстихина.-М.:Госгеолтехиздат,1963.-356с.
3. Кузьмина В. П. Неорганические пигменты для сухих строительных смесей и декоративных бетонов. Свойства. Эффективность применения // Популярное бетоноведение № 2 (4), 2005. — С. 2-8.
4. Ермилов П. И., Индейкин Е. А., Толмачев И. А., Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы: Учеб. пособие для вузов.-Л.: Химия. 1987.-200с.
5. Беленький Е.Ф. Рискин И.В., Химия и технология пигментов. Изд. 4-е, пер. и доп.- Л.: 1974.-656 с.
6. Кузьмина В. П. Органические пигменты для строительной индустрии. Свойства. Области применения. Цены // Популярное бетоноведение. — 2005. — № 4 (6). — С. 64-74.
7. Кузьмина В. П. Применение пигментов для окрашивания продуктов на базе вяжущих материалов // Современные технологии строительной химии: Сб. докладов. — Киев, 2007. — С. 41-48.
8. И.В. Дьячков, Р.М.Файзуллин, В.П.Арютина, З.А.Камалова, А.И.Бахтин, О.Н.Лопатин. Минеральные пигменты РТ. Перспективы и возможности их промышленного использования// проблемы геологии твердых полезных ископаемых Поволжского региона. -Казань, 1994. С.54-59.
9. И.В. Дьячков, В.П.Арютина, З.А.Камалова, Т.Я.Войнова. Железооксидные пигменты республики Татарстан. Журнал «Разведка и охрана недр», М.: Недра, 1996, №2. - с.12-14.
10. З.А.Камалова, И.В. Дьячков, Р.З.Рахимов. Производство железооксидных пигментов из местного сырья Татарстана// Наука и язык. - Казань, 1999, №1. -с.46-48.
11. Оптимизация режимов термической обработки болотных руд, пригодных для получения железооксидных пигментов. З.А.Камалова, И.В. Дьячков, Д.С. Смирнов. Материалы XV Академических чтений РААСН международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии», том I. Казань, 2010. - с. 230-234.
© З. А. Камалова - канд. техн. наук, проф. КГАСУ; Ю. В. Медяник - канд. техн.наукКГАСУ; Е. Ю. Ермилова - асп. КГАСУ, lizabeta_91@list.ru; Р. З. Рахимов - д.т.н., профессор КГАСУ; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru.
© Z. A. Kamalova - candidate of technical sciences, associate professor KSUAE; U. V. Medyanik - candidate of technical sciences, associate professor KSUAE; E. U. Ermilova- post-graduate student KSUAE, lizabeta_91@list.ru; R. Z. Rahimov - doctor of technical sciences, professor KSUAE, О. V. Stoyanov - doctor of technical sciences, professor КЖТи, ov_stoyanov@mail.ru.
