CC BY
10наука
тематический раздел журнала «Строительные Материалы»
УДК 691.175.746
В.И. ЛОГАНИНА, д-р техн. наук, Л.В. МАКАРОВА, канд. техн. наук, К.А. СЕРГЕЕВА, аспирант (papsheva.ka@gmail.com),
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Свойства известковых композитов с силикатсодежащими наполнителями
Проведенные ранее исследования показали эффективность применения в сухих строительных смесях (ССС) силикатсодержащих наполнителей, полученных синтезом из жидкого стекла в присутствии добавки-осадителя СаС12 [1]. Наполнитель на основе гидросиликатов кальция (ГСК) представляет собой тонкодисперсный порошок, характеризующийся в зависимости от технологии синтеза плотностью 2,6—2,9 г/см3.
Анализ экспериментальных данных, полученных с помощью автоматического лазерного дифрактометра Fritsch Particle Sizer Analysette 22, свидетельствует, что распределение размеров частиц наполнителя, полученных осаждением в присутствии СаС12, является двухмодальным (рис. 1, а). Средний диаметр частиц составляет 28,64 мкм, преобладают размеры частиц в диапазоне 20—45 мкм (34,57%). Содержание частиц в диапазоне 10—20 мкм и 5-10 мкм составляет соответственно 18,46% и 12,88%, при этом более 90% составляют частицы с размером 55,48 мкм и менее. Содержание частиц в диапазоне 0,05-1 мкм составляет 1%, а в диапазоне 45-100 мкм — 23,48%.
Введение добавки-хромофора при синтезе наполнителя способствует росту кристаллов. Так, у образцов наполнителей, синтезируемых в присутствии добавки СаС12 с добавкой-хромофора FeCl3 в соотношении 1:1, средний диаметр частиц составляет 38,28 мкм. Возрастает содержание частиц размером 45—100 мкм (39,47%), и появляются кристаллы размером 100—200 мкм (0,74%). Содержание частиц в диапазоне 20-45 мкм составляет 30,1%, при этом более 90% составляют частицы размером 71,2 мкм и менее (рис. 1, б).
Наполнители, синтезируемые в присутствии только добавки-хромофора FeCl3, имеют средний диаметр частиц, равный 60,66 мкм. Преобладают размеры частиц в диапазоне 45—100 мкм и 20—45 мкм, соответственно 61,4 и 21,14%, при этом более 90% составляют частицы с размером 97,5 мкм и менее. Содержание кристаллов размером 100—200 мкм составляет 8,79% (рис. 1, в).
Результаты проведенных исследований показали, что наполнитель на основе ГСК обладает гидравлической активностью, которую определяли по величине растворимости в 20%-м растворе КОН [2]. Установлено, что активность ГСК составляет в зависимости от технологии синтеза 160—280 мг/г, что обусловливает его высокую гидравлическую активность. Определено, что количество свободной (химически несвязанной) извести в известковых композитах с наполнителем на основе ГСК составляет в возрасте 28 сут 12%, а в контрольном составе 54%, что свидетельствует о химическом взаимодействии наполнителя с известью (применяли известь 3-го сорта с активностью 74%). Активность наполнителя сохраняется в течение 20—36 сут в условиях, исключающих доступ влаги.
Образцы, отформованные только из наполнителя при добавлении воды с соотношением В/ГСК=1,44, обладают прочностью при сжатии, составляющей в зависимости от модуля и плотности жидкого стекла в возрасте 28 сут воздушно-сухого твердения Д.ж=0,8—1,44 МПа.
Известковые композиты, изготовленные на основе состава с наполнителем, синтезированным при введении добавки FeCl3 в количестве 50% от массы жидкого стекла в виде 9% раствора, имеют несколько большую
прочность при сжатии в возрасте 28 сут воздушно-сухого твердения, составляющую Д.ж=2,93 МПа, в то время как на наполнителе, синтезируемом при введении добавки CaQ2, 2,86 МПа (табл. 1). Совместное введение при синтезе наполнителя добавок FeQ3 и CaQ2 в соотношении 1:1 приводит к получению наполнителя, обладающего большей активностью взаимодействия с известью. Так, прочность при сжатии известкового композита в возрасте 28 сут твердения составляет Д.ж=3,31 МПа.
Повышение прочности известкового состава при применении наполнителя, синтезированного при совместном введении добавок FeQ3 и CaQ2 в соотношении 1:1, обусловлено, образованием соединений 3CaO • Fe2O3 • 6Н2О, а также 4CaO• Fe2O3• 13Н2О, способствующим ускорению отверждения известковых композиций. Об этом также до-
Q3(х) 100
500 1000 2000 [М, m]
0
0,1 0,5 1
Q3(x)
5 10
50 100
500 1000 2000 [М, m]
0,5 1
5 10
50 100
500 1000 2000 [М, т]
Рис. 1. Гранулометрический состав наполнителя, полученного синтезом в присутствии: а - СаС12 без хромофора; б - СаС12 и хромофора FeClз; в - без СаС12 с хромофором FeClз
30
научно-технический и производственный журнал
март 2012
jVJ ®
тематический раздел журнала «Строительные Материалы»
наука
Таблица 1
Прочность при сжатии, МПа*/%
Наполнитель, синтезированный при введении добавки CaCl2 (15% раствор) Наполнитель, синтезированный при введении добавки FeCl3 (9% раствор) Совместное введение добавок FeCl3 и CaCl2 в соотношении 1:1 Наполнитель, синтезированный при введении добавки FeCl3 (13% раствор)
2,86/100 2,93/102 3,31/115 3/105
* Значения прочности при сжатии приведены для состава И:Н=1:0,3; В/И=0,9.
Таблица 1
Состав Добавка, % Масса поглощенной воды за 3 мин*, Дт.10-3, кг Константа всасывания, К.10-15, м6.с-1
Известь:песок = 1:4, В/В=1,76 - 0,367 0,748
Известь:ГСК:песок = 1:0,3:4, В/В=0,94 - 0,346 0,665
Известь:ГСК:песок = 1:0,3:4, В/В=0,94 С-3 0,341 0,646
Известь:ГСК:песок = 1:0,3:4, В/В=1,1 Кратасол ПФМ 0,285 0,451
Известь:ГСК:песок = 1:0,3:4, В/В=0,94 С-3, Pulver DM 1142P 0,173 0,166
* На 5 см2 поверхности образца.
полнительно свидетельствуют данные времени высыхания известковых составов. Так время высыхания известкового состава на растворной подложке до степени 3 составляет 10—15 мин, до степени 5 — 20—25 мин.
При оценке реологических свойств известковых составов с добавкой ГСК применяли наполнитель, полученный при различных режимах синтеза, характеризующихся видом и концентрацией добавки-осадителя. Реологические свойства оценивались по показателю предельного напряжения сдвига, который измеряли с помощью конического пластометра КП-3. На рис. 2 приведена кинетика пластической прочности в зависимости от условий синтеза наполнителя.
Анализ экспериментальных данных показывает, что пластическая прочность известкового состава на наполнителе, синтезируемом в присутствии FeQз, значительно выше по сравнению с составом на наполнителе, синтезируемом в присутствии СаС12. В возрасте 8 ч с момента затворения предельное напряжение сдвига т состава известь:наполнитель (И:Н)=1:0,3; В/И=0,9 на наполнителе, синтезируемом в присутствии СаС12, составляет 12 кПа, а состава на наполнителе, синтезируемом в присутствии хромофора FeQз, 41 кПа и т=28 кПа (рис. 2).
Очевидно, что такое влияние на изменение пластической прочности составов с наполнителем на основе ГСК, полученным при различных режимах, обусловлено различным их фазовым составом.
Анализ ионизационных рентгенограмм образцов наполнителя, синтезированного при введении добавки-
Время, ч
Рис. 2. Изменение пластической прочности известкового состава с В/И=0,9 в зависимости от условий синтеза наполнителя: 1 - контрольный состав, И:Н=1:0,3; В/И=0,9; наполнитель синтезирован при введении СаС12 в количестве 50% от массы раствора жидкого стекла; 2 - состав 1:0,3; наполнитель синтезирован при введении в качестве осадителя FeCl3 в количестве 50% от массы раствора жидкого стекла плотностью 1130 кг/м3 в виде 9% раствора; 3 - состав 1:0,3; наполнитель синтезирован при введении в качестве осадителя FeCl3 в количестве 50% от массы раствора жидкого стекла плотностью 1130 кг/м3 в виде 13% раствора
хромофора FeCl3, полученных на дифрактометре ДРОН-2, показал, что в образцах присутствуют дифракционные линии гидросиликатов железа, гидрогалитов и гетитов.
В образцах наполнителя, полученного синтезом в присутствии только добавки осадителя CaCl2, присутствуют дифракционные линии гидросиликатов кальция тоберморитовой группы и гидрогалитов.
Установлено также, что известковые составы образуют покрытия, которые характеризуются высокой пористостью и значительным объемом открытых пор. Введение в рецептуру добавки ГСК приводит к уменьшению пористости. Коэффициент водопоглощения wt известкового композита с ГСК равен 0,96 кг/(м2-ч0'5), что по DIN 52617 соответствует водосдерживающиму типу покрытия.
При оценке кинетики впитывания влаги известковыми покрытиями выявлено, что впитывание влаги в начальный период идет по параболическому закону. Скорость процесса впитывания влаги стабилизируется довольно быстро (через 3 мин). Числовые значения константы всасывания показывают, что составы с добавкой С-3 и Pulver DM 1142P впитывают значительно меньшее количество влаги (табл. 2), константа скорости впитывания влаги составляет К=0,166 -10-15 м6• с-1. Образцы, приготовленные с добавкой Кратасол ПФМ, характеризуются также меньшим значением константы скорости впитывания влаги, составляющей К=0,451-10-15 м6• с-1, что обусловлено гидрофобным действием добавки.
В результате проведенных исследований реологических, технологических свойств растворов на основе разработанных ССС, а также эксплуатационных свойств покрытий установлено, что известковые составы хорошо наносятся на отделываемую поверхность цементно- и из-вестковопесчанной штукатурки. Класс качества внешнего вида покрытий составляет V—VI. Значение адгезионной прочности покрытий на основе составов с предлагаемыми наполнителями варьируется в пределах ROT=0,5—0,9 МПа. Составы обладают водоудерживающей способностью, составляющей 95—98%. Жизнеспособность предлагаемых составов составляет 12—16 ч.
Ключевые слова: силикатсодержащие наполнители, известковая смесь, пластическая прочность. Список литературы
1. Логанина В.И., Макарова Л.В., Мокрушина Ю.А. Тонкодисперсные наполнители на основе силикатов кальция для сухих строительных смесей // Строительные материалы. 2010. № 2. С. 40—42.
2. Волженский А.В. Стамбулко В.И., Ферронская А.В. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. М.: Изд-во литературы по строительству, 1971. 318 с.
научно-технический и производственный журнал
март 2012
31
