CC BY
34
УДК 691.33
М.И. Халиуллин - кандидат технических наук, доцент
А.Р. Гайфуллин - студент
Ю.В. Сабанина* - главный технолог
Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КазГАСУ)
*ООО «Казанский завод сухих строительных смесей»
СОВРЕМЕННЫЕ КЛЕЕВЫЕ СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛЕКСА МЕСТНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ И ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК ДЛЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ ОТДЕЛКИ
АННОТАЦИЯ
Установлены математические зависимости, характеризующие влияние совместно вводимых модифицирующих добавок: минерального наполнителя - керамзитовой пыли и химической водоудерживающей добавки -высокомолекулярного полиэтиленоксида РБО-8 на основные физико-технические свойства растворов на основе клеевых сухих строительных смесей. Разработаны составы клеевых сухих строительных смесей с применением комплекса местных минеральных и химических добавок Республики Татарстан, отвечающие современным нормативным требованиям.
M.I. Khaliullin - candidate of technical sciences, associate professor
A.R. Gaifullin - student
J.V. Sabanina* - chief-technologist
Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)
*Kazan Factory of Dry Mixes Mortars
MODERN ADHESIVE DRY-MORTAR MIXES WITH APPLICATION OF A COMPLEX OF LOCAL MINERAL AND CHEMICAL ADDITIVES FOR HIGH QUALITY TRIMMING
ABSTRACT
The mathematical dependences describing influence of the jointly entered modifying additives are established: i) mineral filler - expanded clay dust - and ii) chemical water - retaining agent-soluble in a water of polymer PEO-S - on the main physical-technical properties of solutions on a basis of adhesives dry-mortar mixes. The structures of adhesives dry-mortar mixes with application of a complex of the local mineral and chemical additives are developed. The additives are local, i.e. located at Republic of Tatarstan that correspond to the modern normative requirements.
В связи с ростом темпов жилищного строительства остро встает проблема его обеспечения современными строительными материалами. Для успешного решения этой проблемы, например, при производстве сухих строительных смесей (ССС), необходимо расширение использования местного минерального сырья и модифицирующих химических добавок, позволяющих направленно регулировать свойства материалов.
Целью настоящей работы явилась разработка составов экономичных клеевых цементных ССС с применением комплекса многофункциональных местных минеральных компонентов и химических добавок Республики Татарстан, отвечающих современным требованиям для высококачественной отделки.
В настоящее время на территории России отсутствует единый стандарт, регламентирующий требования к показателям физико-технических свойств ССС. Требования, предъявляемые к растворным смесям и растворам в ГОСТ 28013-98*, СП 82-101-98, СНиП 3.04.01-87, не охватывают всех особенностей свойств ССС различного назначения, появившихся в нашей стране за последнее десятилетие. Контроль качества на передовых отечественных предприятиях по производству ССС ведется на основании ТУ, разрабатываемых с учетом существующих европейских норм, например, БМ 12004 для клеевых ССС и растворов, а также показателей физико-технических свойств современных отечественных и зарубежных аналогов.
В настоящей работе в качестве нормативных
Таблица 1
Требования к показателям физико-технических свойств клеевых ССС по ТУ 5745-001-57228332-2006
Наименование показателей Показатели свойств
Марка по прочности при сжатии в возрасте 28 сут., не менее М100
Подвижность, см
Водоудерживающая способность, не менее, % 97
Предельное открытое время, не менее, мин. 15
Допустимое время корректировки, не менее, мин. 10
Контактная площадь, не менее, % 65
Адгезия к основанию, не менее, МПа 0,7
Влажность сухой строительной смеси, не более, % 0,5
Марка по морозостойкости, не менее Б50
требований к показателям физико-технических свойств разрабатываемых клеевых ССС приняты основные показатели ТУ 5745-001-57228332-2006 ООО «Казанский завод сухих строительных смесей», отвечающие вышеперечисленным положениям (таблица 1).
В качестве вяжущего для проведения работы использовался портландцемент М500Д0 производства ОАО «Новороссийского цементного завода» по ГОСТ 10178-85.
В качестве исходных в работе использовались кварцевые пески Аракчинского карьера (г. Казань) и песок карьера ОАО «Комбинат нерудных материалов» (г. Казань). Заданный зерновой состав песка получали на базе предварительно рассеянных стандартных фракций исходного песка. Содержание пылевидных и глинистых примесей обоих песков находится в пределах допустимых значений по ГОСТ 8736-93.
При производстве керамзитового гравия серьезную проблему представляет утилизация керамзитовой пыли, которая собирается в системах пылеочистки -пылеосадительных камерах, циклонах, фильтрах. На крупных керамзитовых заводах ежесуточно может образовываться до 7-8 т керамзитовой пыли. В дальнейшем этот отход возвращают в производство, добавляя к сырой глине, но чаще вывозят в отвалы.
Исследованиями, проведенными ЗАО “НИИКерамзит” и Самарским государственным архитектурно-строительным университетом [3], установлено, что введение в состав пенобетонной смеси керамзитовой пыли, которая выполняет роль микронаполнителя и заполнителя, позволяет
значительно снизить усадку пенобетонных изделий, их плотность и теплопроводность.
Благодаря высокой активности связывания извести, тонкодисперсную или домолотую керамзитовую пыль можно использовать в качестве активной минеральной добавки к извести и цементу.
В качестве минерального наполнителя в работе использовалась молотая керамзитовая пыль - отход производства керамзита ООО «Камэнергостройпром» (г. Нижнекамск). Активность связывания извести керамзитовой пылью составляет 115 мг/г, что указывает на высокое содержание аморфного, химически активного кремнезема. Насыпная плотность керамзитовой пыли 850 кг/м3. Зерновой состав исходной керамзитовой пыли представлен в таблице 2.
В работах [1, 2] показана эффективность применения некоторых водорастворимых полимеров отечественного производства, например, высокомолекулярного полиэтиленоксида (ПОЭ) с молекулярной массой 1,52х106 в качестве водоудерживающих добавок, при замене дорогостоящих импортных водоудерживающих добавок на основе метилцеллюлозы.
В нашей работе исследовано влияние на свойства клеевых ССС добавки полиэтиленоксида РБО-8 с молекулярной массой 4х106 производства ОАО «Казаньоргсинтез» по ТУ 6-05-231-341-88 в качестве водоудерживающей добавки.
На первом этапе работы исследовано влияние добавки молотой до различной удельной поверхности керамзитовой пыли на физико-механические свойства
Таблица 2
Зерновой состав исходной керамзитовой пыли
Содержание частиц (%) по фракциям
5-1,25 мм 1,25-0,14 мм < 0,14 мм
5-10 55-60 30-35
растворных смесей и растворов для получения клеевых ССС.
Испытания ССС, растворных смесей и растворов на их основе осуществлялось по ГОСТ 5802-86, ТУ 5745001-57228332-2006. Подвижность клеевых растворных смесей составляла 8-9 см по глубине погружения конуса СтройЦНИИЛа.
Определение времени корректировки, адгезии растворов проводилось на измерителе адгезии ПСО-5-МГ4 производства ПО «Стройприбор» (г. Челябинск).
Основные показатели физико-технических свойств клеевых растворных смесей и растворов на основе рассмотренных ССС при различной удельной поверхности и количестве добавки керамзитовой пыли приведены в таблицах 3 -5.
Анализ представленных результатов исследований показывает, что при введении в состав клеевых ССС керамзитовой пыли с удельной поверхностью 150 м2/кг в количестве до 5%, с соответствующей заменой портландцемента без снижения показателей основных физико-технических свойств ССС относительно контрольного состава. При удельной поверхности керамзитовой пыли 300 и 500 м2/кг введение ее в количествах, соответственно, 5 и 3%, позволяет повысить прочность при сжатии растворов на 15 и 8%, а при введении в количествах, соответственно, 10 и 5% с соответствующей заменой портландцемента не снижает показатели основных физико-технических свойств ССС относительно контрольного состава. При дальнейшем увеличении количества вводимой добавки керамзитовой пыли свыше 5-10% происходит повышение водопотребности ССС и падение показателей основных физико-технических свойств ниже нормативных. Наилучшими показателями свойств отличаются составы с добавкой керамзитовой пыли при удельной поверхности 300 м2/кг в количестве 5-10%.
На следующем этапе работы с применением методов математического планирования эксперимента исследовано совместное влияние модифицирующих добавок: минерального
наполнителя - керамзитовой пыли при удельной поверхности 300 м2/кг и химической водоудерживающей добавки - полиэтиленоксида РБО-8 производства ОАО «Казаньоргсинтез» на основные физико-механические свойства растворных смесей и растворов для получения оптимальных составов клеевых ССС.
Оптимизация многокомпонентного состава клеевых ССС осуществлялась с применением метода ротатабельного композиционного центрального планирования эксперимента (РКЦП) с обработкой полученных результатов на ЭВМ.
В качестве переменных факторов приняты процентные содержания по массе модифицирующих добавок:
х1 - минерального наполнителя керамзитовой пыли при удельной поверхности 300 м2/кг;
х2 - химической водоудерживающей добавки полиэтиленоксида РБО-8.
В качестве параметров оптимизации приняты: у1 - адгезия к основанию растворов на основе клеевых ССС, МПа;
у2 - предел прочности при сжатии растворов на основе клеевых ССС, МПа.
По результатам реализации плана эксперимента получены математические модели функций у1 и у2, устанавливающие зависимость состава с основными свойствами (адгезией к основанию и прочностью).
у1= -0,27511 + 0,951066х1 + 0,07632х2 -
- 0,00841х1х2- 0,20127х12 - 0,00753х22 (1)
у2= 9,553308 + 3,328868х1 + 0,253804х2+
0,0841х1х2 - 1,21745х12 - 0,0541х22 (2)
Полученные модели, по критерию Фишера, соответствуют табличным значениям, т. е. адекватно описывают результаты эксперимента.
Анализ уравнений регрессии и построенных с их использованием зависимостей, представленных на рисунках 1 и 2, показывают следующее.
Существует область оптимальных значений количеств добавок минерального наполнителя -керамзитовой пыли и водоудерживающей добавки полиэтиленоксида РБО-8 при их совместном введении, при которых достигаются максимальные значения показателей адгезии к основанию и прочности при сжатии растворов на основе клеевых ССС.
Основное влияние на изменение показателей адгезии растворов к основанию оказывает водоудерживающая добавка полиэтиленоксида РБО-8. Увеличение ее количества до 1,8-2,1 % по массе в составе клеевой ССС вызывает увеличение адгезии вследствие увеличения водоудерживающей способности. Повышение содержания добавки полиэтиленоксида РБО-8 сверх оптимальных значений вызывает постепенное увеличение водопотребности растворных смесей, снижение прочностных показателей (когезии) растворов и снижение показателей адгезии.
Увеличение количества добавки до оптимальных значений 1,5-6% по массе повышает показатели прочности при сжатии растворов и несколько повышает показатели адгезии к основанию, что может объясняться структурообразующей функцией наполнителя в сочетании с высокой гидравлической активностью молотой керамзитовой пыли [4, 5].
Повышение содержания добавки молотой керамзитовой пыли свыше оптимальных значений при увеличении водопотребности растворных смесей вызывает некоторое снижение показателей прочности и адгезии.
Максимальные показатели адгезии растворов на основе клеевых ССС к основанию в пределах 0,9-1 МПа достигаются при содержании минерального наполнителя керамзитовой пыли - 1,5-6% по массе;
Таблица 3
Влияние количества добавки молотой керамзитовой пыли при удельной поверхности 150 м2/кг на основные физико-технические свойства клеевых ССС
Наименование показателей Показатели свойств
Количество добавки, % по массе 0 5 10 15
Водопотребность, % 20 19 19 20
Контактная площадь, % 96 98 98 96
Водоудерживающая способность, % 99,89 99,83 99,85 99,88
Насыпная плотность, кг/м3 1562 1511 1465 1450
Плотность растворной смеси, кг/м3 15 1660 1615 1590
Предельное открытое время, мин. 0,91 20 15 15
Время корректировки, МПа, мин. 11,1 10 <10 <10
Адгезия к основанию, МПа 20 0,8 0,66 0,52
Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа 96 11,4 9,5 8
Таблица 4
Влияние количества добавки молотой керамзитовой пыли при удельной поверхности 300 м2/кг на основные физико-технические свойства клеевых ССС
Наименование показателей Показатели свойств
Количество добавки, % по массе 0 5 10 15
Водопотребность, % 20 20 21 21
Контактная площадь, % 96 97 95 95
Водоудерживаюшая способность, % 99,89 99,92 99,86 99,9
Насыпная плотность, кг/м3 1562 1540 1500 1480
Плотность растворной смеси, кг/м3 1562 1685 1660 1630
Предельное открытое время, мин. 1666 20 20 15
Время корректировки, МПа, мин. 20 15 10 <10
Адгезия к основанию, МПа 0,91 0,88 0,7 0,56
Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа 11,1 12,8 11 9
Таблица 5
Влияние количества добавки молотой керамзитовой пыли при удельной поверхности 500 м2/кг на основные физико-технические свойства клеевых ССС
Наименование показателей Показатели свойств
Количество добавки, % по массе 0 5 10 15
Водопотребность, % 20 21 22 23
Контактная площадь, % 96 96 95 95
Водоудерживающая способность, % 99,89 99,86 99,89 99,85
Насыпная плотность, кг/м3 1562 1478 1455 1443
Плотность растворной смеси, кг/м3 15 1622 1588 1570
Предельное открытое время, мин. 0,91 20 20 15
Время корректировки, МПа, мин. 11,1 10 <10 <10
Адгезия к основанию, МПа 20 0,7 0,6 0,43
Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут., МПа 96 11,4 9,5 7,5
Количество добавки РЕО - Б, %
Рис. 1. Влияние комплекса модифицирующих добавок на Рис. 2. Влияние комплекса модифицирующих добавок на
адгезию к основанию растворов на основе клеевых ССС прочность при сжатии растворов на основе клеевых ССС
Таблица 6
Рекомендуемые составы разработанных клеевых ССС
Компоненты Расход компонентов в масс. частях
Портландцемент М500Д0 30 - 26
Керамзитовая пыль (уд. пов 300 м2/кг) 5 - 9
Полиэтиленоксид РБО-Б 2
Кварцевый песок 65
Таблица 7
Показатели основных физико-технических свойств разработанных клеевых ССС
Наименование свойств Показатели свойств
Марка по прочности при сжатии в возрасте 28 сут. М100
Водопотребность, % 20 - 21
Подвижность, см 8 - 9
Водоудерживающая способность, % 99,8 - 99,9
Предельное открытое время, мин 20
Допустимое время корректировки, мин 20 - 10
Контактная площадь, % 97 - 95
Адгезия к основанию, МПа 0,7 - 1
Марка по морозостойкости, не менее Б50
водоудерживающей добавки полиэтиленоксида РБО-8
- 1,8-2,8% по массе.
Показатели адгезии в пределах нормативного показателя (не менее 0,7 МПа) достигаются при содержании керамзитовой пыли - 0-9% по массе; полиэтиленоксида РБО-8 более 1,3% по массе.
Максимальные показатели прочности при сжатии растворов на основе клеевых ССС в пределах 12-14 МПа достигаются при содержании керамзитовой пыли -1-6 % по массе; полиэтиленоксида РБО-8 - 0-2,1% по
массе.
Показатели прочности при сжатии растворов на основе клеевых ССС в пределах нормативного показателя (не менее 10 МПа) достигаются при содержании керамзитовой пыли - 0-10% по массе; полиэтиленоксида РБО-8 - 1,8-2,8% по массе.
Достижение максимальных показателей основных свойств растворных смесей и растворов основе клеевых ССС осуществляется при введении оптимальных количеств добавок: минерального наполнителя
керамзитовой пыли - 1,5-6% по массе;
водоудерживающей добавки полиэтиленоксида РБО-8
- 1,8-2,1% по массе.
Таким образом, установлены математические зависимости, характеризующие влияние совместно вводимых в состав клеевых ССС модифицирующих добавок: минерального наполнителя - керамзитовой пыли и химической водоудерживающей добавки -полиэтиленоксида РБО-8 на адгезию к основанию и прочность при сжатии растворов на основе ССС.
На базе полученных зависимостей разработаны составы клеевых ССС с применением комплекса местных минеральных и химических добавок Республики Татарстан, отвечающие современным нормативным требованиям.
Рекомендуемые составы и физико-технические характеристики разработанных клеевых ССС представлены в таблицах 6 и 7.
По показателям основных физико-технических свойств разработанные составы отвечают нормативным требованиям ГОСТ 28013-98*, СП 82101-98, СНиП 3.04.01-87 и отражающих современные требования к клеевым ССС ТУ 5745-001-57228332-2006 (таблица 1).
Разработанные составы клеевых ССС являются конкурентоспособными в ценовом отношении, благодаря применению в их составе водоудерживающей добавки - высокомолекулярного полиэтиленоксида местного производства взамен более дорогостоящих
импортных водоудерживающих добавок, а также добавки минерального наполнителя - отхода промышленности строительных материалов керамзитовой пыли при снижении расхода дорогостоящего портландцемента по сравнению со стандартными рецептурами ССС.
Литература
1. Демьянова В.С., Калашников В.И., Дубошина Н.М. К вопросу оценки прочности сцепления строительных растворов, модифицированных водорастворимыми добавками полимеров. // Известия вузов. Строительство, 2001, N° 1. - С. 33-35.
2. Афанасьев Н.М., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. - К.: Будивэльнык, 1989. - 128 с.
3. Горин В.М., Токарева С.А., Сухов В.Ю., Нехаев П.Ф., Авакова В.Д., Романов Н.И. Расширение области применения керамзитового гравия.// Строительные материалы, 2003, № 11. - С. 19-21.
4. Усов Б.А., Попов Н.Л. Сухие строительные смеси на основе молотого портландцемента с кварцсодержащими микронаполнителями.// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2003, № 7. - С. 14-15.
5. Способ изготовления цемента низкой водопотребности. Патент РФ на изобретение №2207995, 07.04.2003/ Патентообладатели: ЮдовичБ.Э., Зубехин С. А. // Изобретения: Бюллетень, 2003, №13.
