Влияние наполнителей и добавок на свойства сухих цементных строительных смесей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.555

В.А. БЕЗБОРОДОВ, канд. техн. наук, А.К. ТУЛЯГАНОВ, инженер,

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин);

А.П. ПИЧУГИН, д-р техн. наук, Новосибирский государственный аграрный университет

Влияние наполнителей и добавок на свойства сухих цементных строительных смесей

На рынке существует множество цементных штукатурных смесей, но качественный состав найти крайне сложно, так как к смесям для отделки фасадов зданий предъявляются высокие технические требования: хорошая адгезия, водостойкость, трещиностойкость и др. Цементные штукатурные растворы достаточно пластичные, обладают высокой водоудерживающей способностью, сохраняют необходимую подвижность при их использовании.

Для получения сухих цементных смесей необходимо использовать различного рода добавки, регулирующие пластические свойства, повышающие водоудерживаю-щую способность и регулирующие сроки схватывания, а также обеспечивающие жизнеспособность растворных смесей в процессе работ. В составе штукатурных смесей для фасадов зданий также присутствуют порошкообразные наполнители, которые позволяют уменьшить расход вяжущего вещества [1—3]. Для получения однородных сухих смесей с достаточно плотной упаковкой в состав вводят тонкодисперсные карбонатные наполнители. Тонкодисперсный наполнитель заполняет полости между кристаллами цемента и заполнителя, увеличивая прочность контактов между ними; повышается плотность и, как следствие, прочность и долговечность шту-катурок. Степень наполнения и удельная поверхность карбонатных наполнителей оказывает влияние на водо-потребность смесей. При введении в состав штукатурных смесей 5—20% тонкомолотого известняка водопо-требность смеси снижается на 15%.

В данной работе исследованы сухие строительные смеси, основы которых составляет портландцемент марки 400. В качестве карбонатного наполнителя в состав цементной смеси вводили известняковую муку, имеющую насыпную плотность 1400 кг/м3, истинную плотность 2800 кг/м3, удельную поверхность(по ПСХ-4) 450 м2/кг. Химический состав известняковой муки (мас. %): 54,16 СаО; 0,45 MgO; 0,55 Fe2O3; 0,22 А1203; 0,95 SiO2; 0,27 SO3; потери при прокаливании 43,08.

Карбонатный наполнитель в виде известняковой муки добавляли в состав смеси в количестве 0—20%.

В качестве другой минеральной добавки в составе смеси использовали гашеную известь, при введении которой в штукатурный состав улучшаются технологические свойства, возрастает адгезионная прочность, повышается во-доудерживающая способность и пластичность смеси.

В системе цементное вяжущее—карбонатный напол-нитель—гидратная известь при затворении водой гидроксид кальция взаимодействует с кальцитом, образуя основный карбонат кальция, выделяющийся в виде гелеобразной массы, обладающей повышенными адгезионными свойствами.

Для повышения водоудерживающей способности, увеличения прочности сцепления с основанием в состав вводили органические добавки: метилцеллюлозу Wak.ce! МКХ 70000 и полимеры Vinnapas RI551Z и Vinnapas 510Z.

Полученные образцы-балочки размером 4x4x16 см подвергали испытанию после твердения в течение 28 сут.

Введение известняковой муки в состав смеси приводит к небольшому повышению прочности при сжатии и изгибе (рис. 1). По результатам исследования следует, что оптимальное содержание тонкомолотого известняка в штукатурных смесях составляет 15%.

При введении в штукатурную смесь более 4% гидрат-ной извести наблюдается небольшое снижение прочности при изгибе и сжатии (рис. 2).

Введение Walocel МКХ 70000 в сухие штукатурные смеси в количестве 0,3% позволяет получать значительный загущающий эффект. При этом растворные смеси становятся более пластичными и удобоукладываемыми.

Кроме импортной метилцеллюлозы в работе была апробирована отечественная. По сравнению с импортной она в сухой смеси менее стабильна, обладает меньшей адгезионной связью (прочность сцепления с бетоном и кирпичом составляет 1,1 МПа) и водоудерживаю-щей способностью 98,88%.

30,5 30

29

28

27

26

5 10 15

Содержание известняковой муки, %

3,9

£

з,8 ^

- 3,7 ю

3,6

3,5

- 3,4

3,3

3,1

20

30 25 20 15 10 5 0

4 5 6

Содержание гидратной извести, %

5

4

- 3

2

1

Рис. 1. Зависимость прочности при изгибе и сжатии от содержания известняковой муки: 1 - при сжатии; 2 - при изгибе

Рис. 2. Зависимость прочности при изгибе и сжатии от содержания гидратной извести: 1 - при сжатии; 2 - при изгибе

6

3,2 де

0

0

7

3

0

научно-технический и производственный журнал £J\±Jг\i>\'::

70 июнь 2011 Ы ®

№ состава Прочность, МПа Водоудерживающая способность, %

при сжатии при изгибе

1 11,25±0,5 3±0,14 99,69±0,01

2 12,56±1 2,89±0,25 99,69±0,02

3 12,85±0,25 2,19±0,05 99,76±0,01

4 15±0,65 3,3±0,15 99,86±0,01

5 14±0,15 2,96±0,06 99,93±0,02

6 11,15±0,55 3,18±0,25 99,8±0,02

7 14,25±0,25 2,15±0,15 99,89±0,02

8 12±0,4 3,2±0,2 99,9±0,01

9 13,5±0,15 3,25±0,15 99,93±0,03

Примечание. 9-й состав - нулевой уровень.

Вводя эфиры целлюлозы, нужно учитывать, что при средней дозировке 0,3% массы сухой смеси расход воды затворения может вырасти почти в 1,5 раза. Это приводит к снижению прочности при сжатии затвердевшего раствора на несколько процентов, но такая небольшая потеря прочности объясняется тем, что достигается высокая степень гидратации цемента.

Введение полимера Vinnapas RI551Z обеспечивает снижение водопоглощения. Преимуществом дисперсных порошков Vinnapas с гидрофобным эффектом является увеличение адгезии штукатурок. Кроме того, смеси с данной добавкой обладают высокой эластичностью, стойкостью к истиранию и технологичностью. Добавка Vinnapas RI551Z в состав штукатурных смесей вводится в количестве 0,5—1%, при котором водопоглощение составляет около 3 мас. %, а коэффициент размягчения 0,95. Данная добавка хорошо сочетается с другими, так как не содержит вспомогательных пленкообразова-телей, растворителей и пластификаторов. Количество вводимой добавки в смеси составляет 0,3—0,5%, что способствует увеличению прочностных показателей при изгибе и сжатии, а также прочности при отрыве на 17%.

Кроме указанных выше существуют специальные наполнители, например армирующие волокна, сдерживающие развитие микротрещин. Большой выбор армирующих волокон, с одной стороны, дает возможность оптимального выбора необходимого продукта, а с другой — осложняет работу технолога. Эффективность дисперсного армирования сухих строительных смесей напрямую зависит от правильного выбора вида волокон и во многом определяется совместимостью волокон с минеральной матрицей, процентом армирования, способом производства работ и условиями последующей эксплуатации.

Рис. 3. Фактурная облицовка фасада здания, выполненная из рекомендуемых составов сухих смесей

В данной работе в качестве специального наполнителя были использованы базальтовые волокна отечественного производства [4].

На основе проведенных экспериментов было выявлено, что введение 0,6% армирующих волокон приводит к возрастанию прочности при изгибе на 11,5% по сравнению с добавкой такого же количества полиамидных волокон, при этом улучшается водостойкость и прочность при сжатии. Дальнейшее увеличение количества волокна нецелесообразно по экономическим соображениям.

Для оптимизации составов сухих штукатурных смесей использован метод многофакторного планирования эксперимента, с помощью которого можно определить зависимость прочностных характеристик и водоудер-живающей способности от известных и изучаемых переменных факторов. Для каждого фактора выбирали условный нулевой уровень 0х1 и интервал варьирования X, которые заданы по результатам проведенных опытов. Результаты девяти опытов с тремя повторениями в каждом варианте приведены в таблице.

Полученные результаты по шести откликам показывают, что наилучшими эксплуатационными показателями соответствует состав, включающий, мас. %: цемент — 20; известняковая мука — 10; гашеная известь — 5; метилцеллюлоза — 0,3; армирующий элемент — 0,6. С помощью математического планирования эксперимента оптимизирован штукатурный состав для отделки фасадов зданий, позволяющий получать отделочные покрытия достаточно плотные и твердые, имеющие повышенную адгезию; прочность сцепления с бетоном и кирпичом составляет 1,6 МПа.

Разработанные сухие штукатурные композиции на цементной основе, армированные базальтовыми волокнами, применялись для устройства фасадного покрытия здания в Новосибирске (рис. 3).

При создании новых рецептур для производства сухих смесей необходимо шире использовать местные составляющие элементы (наполнители и добавки), которые приводят к повышению физико-технических свойств защитных покрытий зданий и сооружений и в конечном итоге к долговечности.

Исследования показали возможность повышения трещиностойкости и снижение усадочных деформаций за счет введения в состав сухих смесей армирующих элементов из базальтового волокна отечественного производства, при этом экономический эффект от их внедрения по сравнению с импортным полиамидным армирующим элементом составил 30%.

Ключевые слова: сухие цементные смеси, армирующие волокна, прочность при сжатии и при изгибе, адгезия к основанию, трещиностойкость, долговечность.

Список литературы

1. Казарновский З.И., Савилова Т.Н. Сухие смеси — новые возможности в строительстве // Строительные материалы. 1999. № 2.С. 20-21.

2. Безбородов В.А., Белан В.И., Мешков П.И. и др. Сухие смеси в современном строительстве. Новосибирск: НГАСУ, 1998. 94 с.

3. Копаница Н.О., Аниканова Л.А., Макаревич М.С. Тонкодисперсные добавки для наполненных вяжущих на основе цемента // Строительные материалы. 2002. № 9. С. 2-3.

4. Василик П.Г., Голубев И.В. Применение волокон в сухих строительных смесях // Строительные материалы. 2002. № 9. С. 26-27.

5. Безбородов В.А., Парикова Е.В., Пичугин А.П. Сухие строительные смеси и технология их применения. Новосибирск: НГАСУ-НГАУ, 2010. 126 с.

ы ®

научно-технический и производственный журнал

июнь 2011

71