CC BY
26УДК 691.175.746
В.И. ЛОГАНИНА, д-р техн. наук, Л.В. МАКАРОВА, канд. техн. наук (mak.78_08@inbox.ru), Ю.А. МОКРУШИНА, инженер, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Тонкодисперсные наполнители на основе силикатов кальция для сухих строительных смесей
Известковые ССС находят широкое применение при реставрации зданий исторической застройки, памятников архитектуры и др., ранее окрашенных известковой краской. Срок службы покрытий на основе известковых отделочных составов составляет три года, однако нередко их разрушение наступает значительно раньше — спустя год. В связи с этим весьма актуальным является разработка известковых составов, обладающих достаточной долговечностью.
Для регулирования структуры и свойств покрытий на основе ССС в их состав вводят тонкомолотые наполнители, одним из основных показателей качества которых является дисперсионная характеристика, которая варьируется в достаточно широком диапазоне [1].
Большинство природных материалов, используемых в качестве наполнителей в производстве ССС, требует дополнительного измельчения. Однако применение тонкодисперсных наполнителей в рецептуре ССС вызывает повышение их стоимости вследствие высоких энергозатрат, связанных с помолом природного или техногенного материала как сырья для получения наполнителя.
Перспективным направлением является использование в рецептуре ССС тонкодисперсных наполнителей на основе силикатов кальция. В настоящее время наполнители — синтетический силикат кальция (воллас-тонит), аморфный и кристаллический гидросиликат кальция (ксонотлит) можно промышленно производить из фосфогипса (крупнотоннажного отхода химических предприятий) с использованием технологии низкотемпературного гидротермального синтеза, который осуществляется при температуре менее 100оС и нормальном атмосферном давлении. Сушка и кристаллизация полученного продукта осуществляется при температуре 350—1000оС. Однако объем производства синтетического волластонита не удовлетворяет существующий и перспективный спрос.
Авторами использована технология получения высокодисперсных наполнителей, заключающаяся в их синтезе из жидкого натриевого стекла в присутствии добавок-осадителей. При разработке технологии производства наноразмерных наполнителей учитывались следующие факторы: плотность жидкого стекла, количест-
2000 -1600 -1200 -
800 -
10 20 30 40 50 60 70 80
Рис. 1. Рентгенограмма образцов наполнителя
www.rifsm.ru 36
во добавки-осадителя, режим высушивания осадка, время его хранения [2].
Выявлено, что при использовании жидкого стекла плотностью 1450 кг/м3 получаемый продукт очень быстро закристаллизовывался. Поэтому жидкое стекло разбавляли в 2—4 раза, при этом его плотность снижалась до 1074—1130 кг/м3. Содержание добавки-осадите-ля СаС l2 в виде 15% раствора составляло 50% от массы раствора жидкого стекла.
Установлено, что после высушивания при температуре 105оС наполнитель имеет дисперсность, характеризуемую удельной поверхностью 7800—8400 см2/г, а при измельчении в течение 10 с — 35000—40000 см2/г. Плотность наполнителя составляет 2,2 г/см3.
Был произведен рентгенофазовый анализ полученных наполнителей. Установлено, что тонкодисперсные наполнители состоят из низкоосновных гидросиликатов кальция и гидратированного кремнезема, вступающих во взаимодействия с известью, в результате чего повышается прочность известкового покрытия (рис. 1). Так, анализ ионизационных рентгенограмм, полученных на дифрактометре ДРОН-2, показал, что в образцах наполнителя присутствуют следующие соединения:
2СаО^Ю2-Н2О-а-гидрат двухкальциевого силиката с дифракционными характеристиками (d, А) — 1,63; 1,66; 2,47; 2,02; 2,47; 2,71; 2,8;
2Ca0-Si02-(0,26-1)H20 с дифракционными характеристиками (d, А) — 1,26; 3,04;
2СаО^Ю2-Н2О^-гидрат двухкальциевого силиката — 1,70; 1,82; 2,01; 2,06.
Предлагаемые наполнители были использованы при разработке рецептуры сухих строительных смесей ССС на основе известкового вяжущего. При разработке рецептуры известковых составов оценивалось влияние во-доизвесткового отношения (В/И), содержания наполнителя, технология его получения на свойства отделочных составов. Активность наполнителя оценивалась по показателям прочности при сжатии и изгибе известковых составов. Выявлено, что она зависит от температуры высушивания. Наибольшей активностью обладает наполнитель, высушенный после фильтрации при температуре 300оС (рис. 2, 3). Так, прочность при сжатии R^ в возрасте 28 сут твердения в воздушно-сухих условиях состава 1:0,3 (известь: наполнитель) по массе при В/И=0,65 при использовании наполнителя, высушенного при температуре 300оС, составляет R^ = 10,43 МПа, а состава с применением наполнителя, высушенного при температуре 105оС, — 5,14 МПа, т. е. прирост прочности при сжатии составляет 100% (рис. 2). Аналогичные закономерности наблюдаются и при изменении прочности при изгибе (рис. 3). С увеличением В/И наблюдается закономерное уменьшение прочности при сжатии и изгибе.
На рис. 4, 5 приведены зависимость прочности при сжатии и изгибе от содержания наполнителя, В/И и технологии получения наполнителя, заключающейся в
feWlSilitfibilS Ы ®
научно-технический и производственный журнал
февраль 2010
10 1 £ 3,5
8 е, 3
Е 2,5
6 - ри 2
4 ст о 1,5 1
2 о р П 0,5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 Температура высушивания наполнителя, оС
Рис. 2. Влияние температуры высушивания наполнителя на прочность при сжатии состава 1:0,3 (известь:наполнитель): 1 - В/И=0,65; 2 -В/И=0,9; 3 - В/И=1,2
5
S 4,5 s_ 4 тии 3,5
¡ 3 S. 2,5 5 2
ост 1,5
i 1 ,= 0,5 0
1/2
J 3
-
1050 1060 1070 1080 1090 1100 1110 1120 1130 1140 1150 Плотность N828103, кг/м3
Рис. 4. Влияние плотности жидкого стекла №28Ю3 на активность наполнителей (прочность при сжатии известковых составов): 1 - состав 1:0,3, В/И=0,9; 2 - состав 1:0,5, В/И=1; 3 - состав 1:0,5, В/И=1,2; 4 - состав 1:0,3, В/И=1,2
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 Температура высушивания наполнителя, оС
Рис. 3. Влияние температуры высушивания наполнителя на прочность при изгибе состава 1:0,3 (известь:наполнитель): 1 - В/И=0,65; 2 -В/И=0,9; 3 - В/И=1,2
1,4
.£5
5 1,2
I 1 £ 0,8 I 0,6
ность 0,4
а. 0,2
П
0
- ---
1050 1060 1070 1080 1090 1100 1110 1120 Плотность Na2SiO3, кг/м3
1130 1140 1150
Рис. 5. Влияние плотности жидкого стекла Ыа28Ю3 на активность наполнителей (прочность при изгибе известковы2х со3ставов): 1 - состав 1:0,3, В/И=0,9; 2 - состав 1:0,5, В/И=1; 3 - состав 1:0,5, В/И=1,2; 4 - состав 1:0,3, В/И=1,2
12
4
применении жидкого стекла различной плотности. После фильтрации наполнители высушивались при температуре 100оС.
Анализ данных, приведенных на рис. 4, свидетельствует, что применение жидкого стекла более низкой плотности способствует получению наполнителей более низкой активности.
Снижение прочности составов с применением наполнителей, полученных из более разбавленного раствора жидкого стекла объясняется более низким содержанием ГСК в получаемом осадке.
При увеличении степени наполнения наблюдается некоторое увеличение прочности при сжатии. Прочность составов 1:0,5 при В/И = 1,2 составляет Д;ж = 3,3 МПа, а состава1:0,3 при В/И = 1,2 - 3,2 МПа.
В дальнейших работах были проведены исследования по оценке возможности получения окрашенных наполнителей. С этой целью в систему жидкое натриевое стекло—добавка—осадитель вводили хромофоры (С^04, FeCI3) в количестве 10% от массы хлористого кальция СаС12.
При использовании в качестве окрашивающей добавки растворимых солей в системе наряду с процессом поглощения хромофоров наблюдается образование соответствующих гидросиликатов металлов-хромофоров, также вступающих в химическое взаимодействие с известью.
Анализ ионизационных рентгенограмм образцов с добавкой хромофора FeQ3 показал, что в образцах присутствуют следующие соединения:
2СаО-8Ю2-И2О-а-гидрат двухкальциевого силиката с дифракционными характеристиками (С, А) — 1,52; 1,63; 1,92; 3,92;
3Са0ре203-6И20 с дифракционными характеристиками (С, А) — 2,07; 1,60;
2СаО-8Ю2-И2О-Р-гидрат двухкальциевого силиката — 1,52; 1,82; 2,29; 2,50.
Установлено, что окрашенные наполнители обладают меньшей активностью взаимодействия с известью. Так, прочность известковых композиций состава 1:0,3 при В/И = 0,9 с применением окрашенных наполните-
лей на основе медного купороса Си804 составляет 3,2 МПа, в то время как при применении неокрашенных наполнителей — 4,56 МПа. Аналогичные результаты получены и при введении окрашенного наполнителя на основе FeQ3.
Введение предлагаемых наполнителей в известковую смесь ускоряет процесс твердения извести. Определялось время высыхания покрытий в соответствии с ГОСТ 19007—73 «Материалы лакокрасочные. Метод определения времени и степени высыхания». Так, время высыхания известкового состава на растворной подложке до степени 3 составляет 10—15 мин, до степени 5 — 20—25 мин, в то время как аналогичные составы с применением тонкомолотой опоки — соответственно 30 мин и 50 мин. Известковые составы хорошо наносятся на отделываемую поверхность цементно- и известко-во-песчаной штукатурки. Класс качества внешнего вида покрытий соответствует ГОСТ 9.032—74 «ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Группы, технические требования и обозначения» и составляет Y-YI. Значения адгезионной прочности покрытий на основе составов с предлагаемыми наполнителями варьируются в пределах Вадг = 0,5—0,9 МПа; с волластонитом — 0,4—0,6 МПа.
Работа выполнялась в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 гг. (госконтракта с Федеральным агенством по образованию РФ № П1456).
Ключевые слова: силикат кальция, жидкое стекло, известь.
Список литературы
1. Логанина В.И., Великанова И.С. Разработка рецептуры сухой смеси на базе местных материалов // Бетон и железобетон в Украине. 2006 г. № 4.
2. Логанина В.И., Макарова Л.В. Штукатурные составы для реставрационных работ с применением окрашенных наполнителей // Архитектура и строительство. 2009. № 1. С. 38.
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Ы - ® февраль 2010 3Г
