CC BY
35
УДК 691.175.746
ЛОГАНИНА ВАЛЕНТИНА ИВАНОВНА, докт. техн. наук, профессор, loganin@mai.ru
МАКАРОВА ЛЮДМИЛА ВИКТОРОВНА, канд. техн. наук, доцент, Mak.78_08@inbox.ru
СЕРГЕЕВА КРИСТИНА АНАТОЛЬЕВНА, аспирант, papsheva.ka@gmail.com
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,
440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28
КОРОЛЕВ ЕВГЕНИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, korolev@nocnt.ru
Московский государственный строительный университет,
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ С НАПОЛНИТЕЛЯМИ НА ОСНОВЕ ГИДРОСИЛИКАТОВ КАЛЬЦИЯ*
Одним из перспективных направлений в производстве сухих строительных смесей является использование в их составе минеральных наполнителей на основе гидросиликатов кальция. В работе представлены данные по оптимальному соотношению компонентов, вида, количества и концентрации раствора добавки-осадителя, плотности и силикатного модуля гидросиликатов натрия. Выявлены закономерности влияния условий синтеза на гранулометрический состав получаемых наполнителей. Методом ИК-спектроскопии образца подтверждено наличие в синтезируемом материале силикатов кальция. Методом электронной сканирующей микроскопии установлено, что структура наполнителя представлена образованиями пластинчатой и игольчатой формы. Показано, что наибольшими преимуществами с точки зрения прочностных характеристик обладают составы с наполнителем, полученным синтезом из жидкого стекла плотностью 1335— 1663 кг/м3 и модулем М = 1,53-2,9 в присутствии добавки-осадителя CaCl2 в количестве 30-50 % от массы жидкого стекла в виде 15%-го раствора и высушенным при температуре 105 °С. Представлены закономерности изменения активности взаимодействия с известью наполнителя в зависимости от условий его получения. Установлено, что использование минеральных наполнителей в рецептуре сухих строительных смесей приводит к повышению эксплуатационных свойств покрытий.
Ключевые слова: сухие строительные смеси; минеральный наполнитель; гидросиликаты кальция; дисперсность; прочность.
VALENTINA I. LOGANINA, Dr. Tech. Sc, Prof., loganin@mai.ru
LUDMILA V. MAKAROVA, Ph.D., Assoe. Prof.,
Mak.78_08@inbox.ru KRISTINA A. SERGEYEVA, P.G., papsheva.ka@gmail.com
Penza State University of Architecture and Construction,
* Печатается при поддержке ГК №14.В37.21.2055.
© В.И. Логанина, Л.В. Макарова, К.А. Сергеева, Е.В. Королев, 2013
440028, Penza, G.Titova Street, 28 YEVGENIY V. KOROLEV, Dr. Tech. Sc., Prof., korolev@nocnt.ru
Moscow State University of Civil Engineering,
26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russia
DRY BUILDING MIXES WITH HYDRATED CALCIUM SILICATE FILLERS
The domestic market of dry building mixes is one of the most dynamically developing industries of building materials. Mineral-filler hydrated calcium silicates is one of the most promising direction in production of dry building mixes. The paper presents data on the optimum component relationship, type, quantity and non-solvent filler concentration, density and silicate module of natrium hydrosilicate. The influence of synthesis conditions upon the grain size distribution composition of obtained fillers has been stated. The existence of calcium silicates has been confirmed using IR spectroscopy. Using electronic scanning micrography, it has been shown that the structure of the filler is laminar- and needle-shaped. From the viewpoint of strength properties, the compositions with a filler obtained from liquid glass of 1335— 1663 kg/m3 density and module M = 1,53-2,9 have more advantage in presence of a nonsolvent filler CaCl2 in the amount of 30-50 weight % of liquid glass in the form of 15 % solution and dried at 105°C temperature. A change of lime-based filler behavior is presented depending on its synthesis conditions. It has been stated that the use of mineral fillers in the dry building mixes leads to the increase of operation properties of coatings.
Key words: dry building mixes; mineral filler; calcium hydrosilicates; dispersion; density.
В настоящее время отечественный рынок сухих смесей является одним из наиболее динамично развивающихся сегментов отрасли строительных материалов. Длительный срок службы покрытий на основе сухих строительных смесей (ССС) является одним из главных факторов, снижающих эксплуатационные расходы на содержание зданий.
В практике отделочных работ часто применяют известковые ССС, обеспечивающие вследствие высокой паропроницаемости покрытий оптимальный микроклимат зданий и сооружений. Однако недостаточная водостойкость и прочность известковых покрытий сдерживают более широкое применение известковых ССС при наружной отделке. Существующие методы повышения водостойкости известковых композитов, например введение в рецептуру цемента, приводят к снижению паропроницаемости покрытий и, как следствие, снижению срока службы.
Технологическим решением повышения эксплуатационных свойств покрытий на основе известковых ССС является введение в их рецептуру компонентов, имеющих высокую водостойкость и способных регулировать струк-турообразование материала. К таким веществам относятся гидросиликаты кальция (ГСК), рациональной формой введения которых являются дисперсные фазы (минеральный наполнитель). Синтез минерального наполнителя на основе ГСК может быть осуществлен из гидросиликатов натрия (жидкого стекла) в присутствии добавки-осадителя [1, 2].
На рис. 1 приведен ИК-спектр образца полученного наполнителя. Чётко выделяются полосы поглощения в областях 850-1100 см-1, 550-750 см-1,
400-550 см1, подтверждающие наличие в синтезируемом материале силикатов кальция.
Группа полос в области 550-750 см-1 отнесена к симметричным колебаниям мостиковых связей 81-0-81 в [8Ю4]-тетраэдрах. Полосы поглощения в области 1600 и 3400 см-1 обусловлены деформационными и валентными колебаниями кристаллизационной воды.
Волновое число, см 1 Рис. 1. ИК-сиектр образца синтезированного наполнителя
Структура наполнителя, исследованная на электронном сканирующем микроскопе PhenomTM G2 pro, представлена образованиями разной формы (пластинчатой и игольчатой). Благодаря игольчатой форме структуры наполнитель выступает также и в роли микроармирующего элемента (рис. 2).
Рис. 2. Электронно-микроскопический снимок наполнителя на основе ГСК. *10 000
Обобщенный анализ результатов экспериментальных данных позволил установить оптимальное соотношение компонентов, выбрать вид, количество и концентрацию раствора добавки-осадителя, участвующей в синтезе наполнителя, а также установить оптимальную плотность и силикатный модуль жидкого стекла [3, 4]. Наибольшими преимуществами с точки зрения прочностных характеристик обладают составы с наполнителем, полученным синтезом из жидкого стекла плотностью 1335-1663 кг/м3 и модулем М = 1,53-2,9 в присутствии добавки-осадителя СаС12 в количестве 30-50 % от массы жидкого стекла в виде 15%-го раствора и высушенным при температуре 105 °С.
Проведенные исследования показывают, что наполнитель на основе ГСК обладает гидравлической активностью. Активность наполнителя, определенная в соответствии с методикой [5], составляет в зависимости от режима синтеза 195-250 мг/г (табл. 1).
Таблица 1
Активность синтезированного наполнителя на основе ГСК
Условия синтеза наполнителя Активность наполнителя, мг/г
Наполнитель, синтезируемый из жидкого натриевого стекла в присутствии добавки-осадителя СаС12 в количестве 30 % от массы жидкого стекла, р = 1335 кг/м3, М = 2,9 259
Наполнитель, синтезируемый из жидкого натриевого стекла в присутствии добавки-осадителя СаС12 в количестве 30 % от массы жидкого стекла, р = 1135 кг/м3, М = 2,9 205
Наполнитель, синтезируемый из жидкого натриевого стекла в присутствии добавки-осадителя СаС12 в количестве 50 % от массы жидкого стекла, р = 1335 кг/м3, М = 2,9 223
Наполнитель, синтезируемый из жидкого натриевого стекла в присутствии добавки-осадителя СаС12 в количестве 50 % от массы жидкого стекла, р = 1135 кг/м3, М = 2,9 195
Наполнитель, синтезируемый из жидкого натриевого стекла в присутствии добавки-осадителя СаС12 в количестве 30 % от массы жидкого стекла, р = 1663 кг/м3, М = 1,53 167
Наполнитель, синтезируемый из жидкого натриевого стекла в присутствии добавки-осадителя СаС12 в количестве 50 % от массы жидкого стекла, р = 1663 кг/м3, М = 1,53 250
Активность наполнителей зависит от температуры высушивания. Наибольшей активностью обладает наполнитель, высушенный после фильтрации при температуре 300 °С. Прочность при сжатии Лсж образцов в возрасте 28 суток твердения в воздушно-сухих условиях состава 1 : 0,3 (известь : наполнитель) по массе при водоизвестковом отношении В/И, равном 0,65, при
использовании наполнителя, высушенного при температуре 300 °С, составляет Лсж = 10,4 МПа, а состава с применением наполнителя, высушенного при температуре 105 °С, — 5,9 МПа, т. е. прирост прочности при сжатии составляет 100 % (табл. 2).
Таблица 2
Прочность известковых композиций
Температура сушки наполнителя, °С Водоизвестковое отношение, В/И Предел прочности, МПа
при сжатии при изгибе
105 0,65 5,9 1,3
105 0,9 4,6 1,2
105 1,2 3,2 0,95
200 0,65 7,3 1,7
200 0,9 5,2 1,4
200 1,2 3,7 1,1
300 0,65 10,4 3,4
300 0,9 7,0 2,7
300 1,2 4,8 2,0
Значения прочности при сжатии известковых композиций с наполнителями, синтезированными из жидкого стекла плотностью р = 1335-1663 кг/м3 и силикатным модулем М = 1,53-2,9 в присутствии добавки-осадителя в количестве 15-90 % от массы жидкого стекла, приведены в табл. 3.
Таблица 3
Предел прочности при сжатии известковых композитов
Количество добавки- осадителя Модуль жидкого стекла Плотность жидкого стекла, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Выход наполнителя, %
СаС12 15 % от массы жидкого стекла 2,9 1335 2,32 54
СаС12 30 % от массы жидкого стекла 4,56 100
СаС12 50 % от массы жидкого стекла 4,8 100
СаС12 90 % от массы жидкого стекла 4,92 57
СаС12 15 % от массы жидкого стекла 1,53 1663 1,67 36
СаС12 30 % от массы жидкого стекла 3,15 53
Окончание табл. 3
Количество добавки- осадителя Модуль жидкого стекла Плотность жидкого стекла, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Выход наполнителя, %
СаС12 50 % от массы жидкого стекла 3,6 90
СаС12 90 % от массы жидкого стекла 4,15 70
Применение разбавленных растворов приводит к замедлению выпадения осадка и появлению более крупных кристаллов. Так, при введении добав-ки-осадителя СаС12 в форме 7,5%-го раствора содержание частиц размером 0,05-5 мкм составляет 5,58 %, а частиц размером 10-45 мкм - 53,46 %. Менее 5 % составляют частицы диаметром 6,7 мкм. Содержание частиц размером 45-100 мкм составляет 32,62 %, появляются кристаллы с размерами частиц 100-200 мкм, их содержание составляет 0,04 %. Применение такого наполнителя в известковых составах способствует формированию менее прочной структуры (табл. 4).
Таблица 4
Влияние концентрации раствора добавки-осадителя при синтезе
наполнителя на прочность при сжатии известкового композита
Синтез наполнителя в присутствии добавки-осадителя СаС12 в количестве Концентрация раствора добавки-осадителя СаС12 Прочность при сжатии, МПа Выход конечного продукта, %
30 % от массы жидкого стекла 7,5 2,16 40
30 % от массы жидкого стекла 15 4,56 80
30 % от массы жидкого стекла 30 2,40 45
90 % от массы жидкого стекла 7,5 3,12 82
90 % от массы жидкого стекла 15 2,54 60
90 % от массы жидкого стекла 30 2,28 50
Исследование гигроскопических свойств наполнителей показало, что они обладают высокой сорбционной ёмкостью. Так, при относительной влажности воздуха 72 % сорбционное увлажнение спустя 10 сут составляет 20 %, а при относительной влажности 100-95 %.
Применение в рецептуре известковых ССС наполнителя на основе ГСК способствует повышению водостойкости композитов на их основе. Установлено, что коэффициент размягчения контрольных образцов составляет Кразм = 0,42,
а образцов с применением ГСК - Кразм = 0,54. Более высокое значение коэффициента размягчения имеют образцы с добавкой Кратасол ПФМ и С-3, водостойкость которых составляет соответственно Кразм = 0,57 и Кразм = 0,63.
Установлено, что отделочные составы на основе известковых ССС с применением предлагаемых наполнителей образуют покрытия, характеризующиеся повышенными эксплуатационными свойствами: морозостойкость покрытий - Б50, прочность сцепления с подложкой - 0,9-1,2 МПа, жизнеспособность - 16-18 ч, время отверждения до степени 5 - 20-30 мин, коэффициент водостойкости - 0,67-0,7. Составы хорошо наносятся на отделываемую поверхность цементно- и известково-песчаной штукатурки. Класс качества внешнего вида покрытий составляет 1У-У1.
Таким образом, применение в рецептуре известковых составов наполнителя на основе ГСК позволяет получить достаточно прочные покрытия, обладающие повышенной водостойкостью.
Библиографический список
1. Логанина, В.И. Получение наполнителей для известковых составов с применением технологии низкотемпературного синтеза / В.И. Логанина, Л.В. Макарова, Ю.А. Мокруши-на // Вестник ВГАСУ. - 2011. - № 2. - С. 68-72.
2. Логанина, В.И. Свойства известковых композитов с силикатсодежащими наполнителями / В.И. Логанина, Л.В. Макарова, К.А. Сергеева // Строительные материалы. - 2012. -№ 3. - С. 30-35.
3. Логанина, В.И. Синтез окрашенных наполнителей на основе силикатов кальция для сухих строительных смесей / В.И. Логанина, Л.В. Макарова, Ю.А. Мокрушина // Региональная архитектура и строительство. - 2010. - № 2(9). - С. 53-57.
4. Логанина, В.И. Реологические свойства известковых составов с применением наполнителей на основе силикатов кальция / В.И. Логанина, Л.В. Макарова, К.А. Папшева // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 1. - С. 6-10.
5. Волженский, А.В. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия / А.В. Волженский, В.И. Стамбулко, А.В. Ферронская. - М. : Стройиздат, 1971. - 317 с.
References
1. Loganina, V.I., Makarova, L.V., Mokrushina, Yu.A. Polucheniye napolniteley dlya izvestkovykh sostavov s primeneniyem tekhnologii nizkotemperatumogo sinteza [Low-temperature synthesis technology for getting the limestone fillers] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. - 2011. - No. 2. - P. 68-72. (rus)
2. Loganina, V.I., Makarova, L.V., Sergeyeva K.A. Svoystva izvestkovykh kompozitov s silikatsodezhashchimi napolnitelyami [Lime composite properties with silicate-based fillers] // Stroitelnyye materialy [Building materials]. - 2012. - No. 3. - P. 30-35. (rus)
3. Loganina, V.I., Makarova, L.V., Mokrushina, YuA. Sintez okrashennykh napolniteley na osnove silikatov kaltsiya dlya sukhikh stroitelnykh smesey [Painted filler synthesis based on lime silicate for dry building mixes] // Regionalnaya arkhitektura i stroitelstvo. - 2010. - No. 2 (9). - P. 53-57. (rus)
4. Loganina, V.I., Makarova, L.V., Papsheva, K.A. Reologicheskiye svoystva izvestkovykh sostavov s primeneniyem napolniteley na osnove silikatov kaltsiya [Rheological properties of lime composites using lime silicate fillers] // Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova [Proceedings of Belgorod State Technological University]. - 2011. - No. 1. - P. 6-10. (rus)
5. Volzhenskiy, A.V., Stambulko, V.I., Ferronskaya, A.V. Gipsotsementno-putstsolanovyye vyazhushchiye, betony i izdeliya [Gypsum-cement pozzolanic binding concretes and products]. - Moscow, Stroyizdat Publ., 1971. - 317 p. (rus)
