CC BY
17Логанина В.И., д-р. техн. наук, проф., Жегера К.В., аспирант,
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
ВЛИЯНИЕ СИНТЕЗИРУЕМЫХ АЛЮМОСИЛИКАТОВ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ЦЕМЕНТНЫХ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
Приведены сведения о химическом составе добавки на основе синтезированных алюмосиликатов, исследована эффективность применения синтезируемых алюмосиликатов в цементных композитах как модифицирующей добавки, регулирующей структурообразование и повышающей эксплуатационные свойства цементных систем. Показано, что цементный камень на основе композиционного цементного вяжущего имеет более низкое содержание свободной воды в образцах, наблюдается увеличение количества химически связанной воды. С увеличением содержания алюмосиликатов в композиционном вяжущем количество химически связанной воды увеличивается. Изучен характер изменения пористости цементных систем при введении в рецептуру цементного композита синтезированной добавки. Выявлено, что введение в состав сухих строительных смесей синтезированных алюмосиликатов породы приводит к уменьшению общей и капиллярной и увеличению гелевой и кон-тракционной пористости, повышению прочности при сжатии в возрасте 90 суток воздушно-сухого твердения на 27,93-52,72%.
Приведены сведения о кинетике предела прочности при сжатии цементных композитов, твердеющих в воздушно-сухих условиях. Исследована микроструктура образца, на основе композиционного вяжущего, содержащего 10% добавки от массы цемента. Установлено, что применение композиционного вяжущего, включающего синтезированные алюмосиликаты, приводит к формированию более прочной структуры цементного камня.
Ключевые слова: сухие строительные смеси, синтезированные алюмосиликаты, химический состав структурообразование, прочность, пористость.
Введение. На сегодняшний день наблюдается увеличение объема производства сухих строительных смесей (ССС) [1,2]. При проведении отделочных работ применяют в основном ССС, поставляемые зарубежными фирмами «Т1ккип1а», «Capaшl» и др., что удорожает стоимость работ и делает их зависимыми от импортных поставок. В структуре себестоимости отечественных ССС значительную долю составляет стоимость импортных модифицирующих добавок. В связи с этим актуальным является разработка отечественных модифицирующих добавок, что позволит снизить стоимость ССС.
Для регулирования структуры и свойств сухих строительных смесей в рецептуру вводят различные модифицирующие добавки, позволяющие существенно повысить эксплуатационные характеристики и регулировать струк-турообразование материала. Все ранее известные методики наноструктурирования строительных материалов можно разделить на две группы. Первая группа представляет методики, связанные с введением в материал синтезированных нанообъектов; вторая группа представляет собой методики, включающие синтез нано-объектов в материале в процессе изготовления [3 - 6].
Проведенный анализ научно-технической литературы выявил, что в настоящее время усилия зарубежных и отечественных ученых в основном сосредоточены на применении в структуре строительных композитов модифицированных нанообъектов - углеродных нанотрубок, углеродных и оксидных наночастиц. [7 - 11].
Ранее проведенные исследования подтверждают целесообразность применения нанодис-персных добавок - синтезированных гидросиликатов кальция (ГСК), золя кремниевой кислоты, органоминеральных добавок в рецептуре сухих строительных смесей для обеспечения повышения стойкости покрытия [12 - 14].
Методология. В [15,16] предложено для регулирования структурообразования ССС вводить в их рецептуру цеолиты, синтезированные алюмосиликаты. Технология синтеза заключалась в осаждении алюмосиликатов из натриевого жидкого стекла сульфатом алюминия Л12(804)3. Целью настоящей работы является исследование эффективности применения синтезируемых алюмосиликатов в цементных композитах как модифицирующей добавки, регулирующей структурообразование и повышающей эксплуатационные свойства цементных систем.
Основная часть. В работе применяли натриевое жидкое стекло с модулем М=2,4,
сульфат алюминия (ГОСТ 12966-85) производ- Микроструктура полученной добавки была
ства ООО «АЛХИМ» (г.Тольятти). изучена с помощью электронного микроскопа
при увеличении в 20 ООО раз (рис.1.)
20 (ЛП
Мац = 3.0В к х ЕНТ = 20.00 1Л/ -Н WD = 21.3 тт
¿¡дпа! А = БЕ2 Рейе :9 Ляп 2014
РИс^о N0. = 354 Т1те :10:21:09
Рис.1. Микроструктура синтезированных алюмосиликатов
Установлено, что структура добавки представлена, в основном, частицами округлой формы размера 5,208-5,704цш, но встречаются частицы лещадной формы с размером 7,13-8,56цш.
Удельная поверхность частиц, измеренная методом БЭТ, составляет Syд=86,5±3,5 м2/г[16]. Химический состав синтезируемой добавки приведен в табл.1.
Таблица 1
Результаты химического анализа всех элементов
Содержание химических элементов в весовых % O № Al Б
Максимальное 60.91 24.23 8.29 31.26 18.69
Минимальное 36.73 8.61 1.10 7.92 0.68
Анализируя полученные данные табл.1. выявлено высокое содержание химических элементов О, 81 и № - соответственно 60,91%, 31,26% и 24,23%, что свидетельствует о преобладании соответствующих оксидов.
Предлагаемая синтезированная добавка была использована для получения цементного композиционного вяжущего. В работе применялся Вольский портландцемент марки 400. Содержание синтезированной добавки составляло 10%, 20% и 30% от массы цемента. Для изготовления образцов было выбрано оптимальное соотношение воды и цемента, равное В/Ц=43%. Образцы твердели в воздушно-сухих условиях при температуре 18-20оС и относительной влажности воздуха 60-70%.
На рис. 2 приведены экспериментальные данные оценки прочности цементных образцов.
Анализ экспериментальных данных, приведенных на рис.2., свидетельствует, что прочность при сжатии цементного камня на основе композиционного вяжущего превышает прочность при сжатии контрольного образца в возрасте 90 суток воздушно-сухого твердения на 27,93-52,72% в зависимости от содержания добавки. Очевидно, что твердение композиционного вяжущего происходит в более благоприятных влажностных условиях, т. е. синтезируемая добавка обладает влагоудерживающей способностью. Для подтверждения этого нами определялось количество свободной и химически связанной воды в образцах в возрасте 28 суток, твердевших в воздушно-сухих условиях (табл.2.).
и-1-1-г
О 3 7 14 28 90
сутки
Рис. 2. Кинетика твердения в воздушно-сухих условиях цементных образцов: 1 - контрольный образец; 2 - композиционное вяжущее (содержание добавки синтезированного алюмосиликата 10% от массы цемента); 3 - композиционное вяжущее (содержание добавки 20% от массы цемента); 4 - композиционное вяжущее (содержание добавки 30% от массы цемента).
Таблица 2
Содержание свободной и химически связанной воды в цементном композите в зависимости '
Содержание воды в цементе Содержание добавки (%), от массы цемента
- 10 20 30
свободная 7,3% 6,7% 6,1% 3,3%
химически связанная 14,5% 15,2% 17,0% 18,3%
Анализ данных, представленных в табл.2., свидетельствует, что цементный камень на основе композиционного цементного вяжущего имеет более низкое содержание свободной воды в образцах, составляющее 6,7-3,3% в зависимости от содержания добавки. Наблюдается увеличение количества химически связанной воды. Так, у цементного камня (контрольный состав) количество химически связанной воды состав-
Изменение значения пористости цементных
ляет 14,5%, а на основе композиционного вяжущего, содержащего 20% алюмосиликатов, -17,0%. С увеличением содержания алюмосиликатов в композиционном вяжущем количество химически связанной воды увеличивается, что положительно влияет на структурообразование цементного композита.
Был изучен характер изменения пористости цементных систем различного состава (табл.3.).
Таблица 3
Составы Пористость, %
общая капиллярная гелевая контракционная
контрольный 41,1 18,7 15,5 7,0
10% добавки 40,3 16,7 16,3 7,3
20% добавки 38,3 12 18,1 8,2
30% добавки 36,9 9 19,5 8,8
Как видно из приведенных данных в табл.3., в цементном камне на основе композиционного вяжущего наблюдается уменьшение общей и капиллярной пористости и увеличение гелевой и контракционной пористости по сравнению с контрольным образцом, что приводит к повышению стойкости цементного композита [17,18, 19, 20].
Измерение структуры цементного камня производились при помощи растрового сканирующего электронного микроскопа типа Electron Microscope JSM - 6390LV фирмы Schanning. Режим фотосъемки проведен в условиях низкого вакуума - 50МПа при увеличении 10 000раз.
Микроструктура образца на основе композиционного вяжущего, содержащего 10% добав-
ки от массы цемента (Б), характеризуется меньшими размерами частиц новообразований. Наблюдается связь волокон гидросиликатов с
сотовидной решеткой синтезированных алюмосиликатов.
а б
Рис.3. Микроструктура образцов: - контрольный образец, б - образец с добавкой 10% от массы цемента
а
Предлагаемое композиционное вяжущее, содержащее синтезированные алюмосиликаты, было использовано при разработке рецептуры плиточного клея. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют об эффективности их применения: повышается водоудерживающая способность, прочность сцепления, увеличивается стойкость к сползанию.
Заключение. Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют об эффективности применения синтезируемых алюмосиликатов в цементных композитах как добавки, регулирующей структурообразование. Установлено, что применение композиционного вяжущего, включающего синтезированные алюмосиликаты, приводит к формированию более прочной структуры цементного камня. Выявлено, что введение в состав сухих строительных смесей синтезированных алюмосиликатов породы приводит к уменьшению общей и капиллярной и увеличение гелевой и контракционной пористости, повышению прочности при сжатии в возрасте 90 суток воздушно-сухого твердения на 27,93-52,72%.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Горегляд С.Ю., Сапачева Л.В. Российские дни сухих строительных смесей // Строительные материалы. 2011. №12. С. 54-55.
2.Миронова А.С. Нанодисперсные штукатурные композиции для повышения долговечности фасадов зданий: дис....канд. техн. наук. Самара.. 2011. - 234 с.
3.Строкова В.В., Везенцев А.И., Колесников Д.А., Шиманская М.С. Свойства синтетических нанотубулярных гидросиликатов // Вест-
ник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. №4. С. 30-34.
4.Володченко А.Н., Лесовик В.С. Силикатные автоклавные материалы с использованием нанодисперсного сырья // Строительные материалы. 2008. №11. С. 42-44.
5.Wen-Yih Kuo, Jong-Shin Huang, Chi-Hsien Lin Effects of organo-modified montmorillonite on strengths and permeability of cement mortars // Cement and Concrete Research. 2006. № 36(5). Рр. 886-895
6. Ventola L., Vendrell M., Giraldez P., Merino L. Traditional organic additives improve lime mortars: New old materials for restoration and building natural stone fabrics // Construction and Building Materials. 2011. № 25(8). Pp. 313-318.
7.Vejmelkova E., Keppert M., Kersner Z., Rovnanikova P., Cerny R. Mechanical, fracture-mechanical, hydric, thermal, and durability properties of lime-metakaolin plasters for renovation of historical buildings // Construction and Building Materials. 2012. № 31. Pp. 22-28.
8.Sevim I§gi, F. Seniha Guner, O. I§ik Ece, Nurfer Gungor Investigation of rheological and col-lodial properties of bentonitic clay dispersion in the presence of a cationic surfactant // Progress in Organic Coatings. 2005. № 54(1). Pp. 28-33.
9.Luckham Paul F, Rossi S. The colloidal and rheological properties of bentonite suspensions // Advances in Colloid and Interface Science. 1999. № 82(1-3). Pp. 43-92.
10.Swaminatham V, Kildsig D.O. Effect of magnesium stearate on the Content Uniformity of Active Ingredient in Pharmaceutical Mixture: AAPS PharmSciTech. 2002. № 19. Pp. 18-23
11 Winnefeld F., Kaufmann J., Hack E., Harzer S., Wetzel A., Zurbriggen R. Moisture induced length changes of tile adhesive mortars and their impact on adhesion strength // Construction and Building Materials. 2012. № 30. Pp. 426-438
12.Логанина В.И., Давыдова О.А., Симонов Е.Е. Исследование закономерностей влияния золя кремниевой кислоты на структуру и свойства диатомита // Строительные материалы. 2011. № 12. С. 63.
13.Логанина В.И., Макарова Л.В., Сергеева К.С. Свойства известковых композитов с сили-катсодежащими наполнителями // Строительные материалы. 2012. № 3. С. 30-31.
14.Логанина В.И., Петухова Н.А., Горбунов В.Н., Дмитриева Т.Н. Перспективы изготовления органоминеральной добавки на основе отечественного сырья // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2009. № 9. С. 36-39.
15.Дружинкин С.В. Сухие строительные смеси на основе цеолитсодержащих пород: дис....канд. техн. наук: Красноярск, 2010. - 169 с.
16. Логанина В.И., Жерновский В.И., Са-довникова М.А., Жегера К.В. Добавка на основе алюмосиликатов для цементных систем // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. Т. 5. №6. С. 8-11.
17.Горчаков Г.И., Капкин М.М., Скрамтаев Б.Г. Повышение морозостойкости бетона в конструкциях промышленных и гидротехнических сооружений. М.: Изд. «Стройиздат», 1965. 190 c.
18. Jenni Аю, Holzer М, Zurbriggen М., Her-wegh М. Influence of polymers on microstructure and adhesive strength of cementitious tile adhesive mortars // Cement and Concrete Research. 2005. № 35(1). Pp. 35-50.
19. Maranhao F.L., Loh K., John V.M. The influence of moisture on the deformability of cement-polymer adhesive mortar // Construction and Building Materials. 2011. № 25(6). Pp. 2948-2954.
20. Andrejkovicova S., Ferraz L., Velosa A.L., Silva A.S. and Air F.R. Lime mortars with incorporation of sepiolite and synthetic zeolite pellets // Acta Geodyn. Geomater. 2012. № 9(1/(165)). Pp. 79-91.
