Легкие наружные штукатурные строительные растворы с вермикулитовым заполнителем Ахмедьянов Ренат Магафурович

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Ахмедьянов Ренат Магафурович. Легкие наружные штукатурные строительные растворы с вермикулитовым заполнителем : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.05.- Челябинск, 2002.- 202 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/1460-1

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса .10

1.1. Требования к отделке ячеистобетонных блоков 10

1.2. Лёгкие штукатурные растворы с вермикулитовым заполнителем .. 16

1.3. Сухие смеси в технологии производства штукатурных работ .20

1.4. Влияние минеральных добавок на формирование структуры цементного камня 22

1.4.1. Гидратация портландцемента в присутствии микрокремнезёма 22

1.4.2. Влияние извести на гидратацию цемента 25

1.4.3. Гидратация извести и микрокремнезёма 26

1.5. Влияние полимерных добавок на свойства цементного камня и строительных растворов 28

1.5.1. Классификация полимерных добавок .28

1.5.2. Модификация цементного камня полимерами 31

1.5.3. Модификация редисперсионными полимерными порошками 32

1.5.4. Модификация водорастворимыми полимерами 33

1.5.5. Свойства модифицированного строительного раствора 35

Выводы, цель и задачи исследования 38

2. Методы исследования и характеристика исходных материалов 40

2.1. Методы исследования 40

2.1.1. Термический анализ цементного камня 40

2.1.2. Определение структурно-механических характеристик растворных смесей 43

2.1.3. Определение прочности сцепления с плотным основанием и прочности при растяжении растворной смеси 49

2.1.4. Планирование эксперимента 54

2.1.5. Рентгенофазовый анализ 56

2.2. Характеристика исходных материалов 56

2.2.1. Вода и добавки 56

2.2.2. Характеристика заполнителя ...59

2.2.3. Вяжущее ...59

3. Исследование влияния негашёной порошкообразной извести и микрокремнезёма на свойства растворной смеси и раствора с вермикулитовым заполнителем 62

3.1 Исследование влияния негашеной порошкообразной извести и микрокремнезёма на свойства растворной смеси с вермикулитовым заполнителем 62

3.2 Исследование влияния негашеной порошкообразной извести и микрокремнезёма на свойства раствора с вермикулитовым заполнителем 75

Выводы по главе 91

4. Исследование влияния редисперсионного полимерного порошка, эфира целлюлозы и суперпластификатора на свойства растворной смеси и раствора с вермикулитовым заполнителем 94

Выводы по главе 127

5. Структуробразование цементного камня с полимерными и минеральными тонкодисперсными добавками 130

5.1. Исследование влияния полимерных и минеральных тонкодисперсных добавок на формирование фазового состава цементного камня растворов с вермикулитовым заполнителем 130

5.2. Поровая структура раствора с полимерными и минеральными тонко дисперсными добавками с вермикулитовым заполнителем 139

Выводы по главе 145

6. Исследование влияния полимерных и минеральных тонкодисперсных добавок на реологические характеристики растворных смесей, теплопроводность, водопо- глощение и морозостойкость растворов 147

6.1. Реологические характеристики теплоизоляционных штукатурных растворных смесей с вермикулитовым заполнителем ...147

6.2. Свойства растворных смесей с вермикулитовым заполнителем при испытании на отрыв 156

6.3. Теплопроводность теплоизоляционных штукатурных растворов с вермикулитовым заполнителем 149

6.4. Водопроницаемость при капиллярном подсосе теплоизоляционных штукатурных растворов с вермикулитовым заполнителем 162

6.5. Морозостойкость теплоизоляционных штукатурных растворов с вермикулитовым заполнителем 165

Выводы по главе 169

Общие выводы 171

Список литературы 174

Лёгкие штукатурные растворы с вермикулитовым заполнителем
Определение прочности сцепления с плотным основанием и прочности при растяжении растворной смеси
Исследование влияния негашеной порошкообразной извести и микрокремнезёма на свойства растворной смеси с вермикулитовым заполнителем
Исследование влияния полимерных и минеральных тонкодисперсных добавок на формирование фазового состава цементного камня растворов с вермикулитовым заполнителем

Введение к работе

Ячеистый бетон в современных условиях является одним из наиболее распространённых конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов, обеспечивающих потребности промышленного и гражданского строительства. Суровые климатические условия большинства регионов России, постоянный рост цен на энергоносители вызвали изменения № 3 СНиП П-3-79* «Строительная теплотехника» требующие, начиная с 2000 года, приблизительно в три раза повысить термическое сопротивление ограждающих конструкций вновь строящихся и реконструируемых жилых домов. Благодаря этим факторам ячеистобетонный блок получил широкое распространение. То есть, на современном этапе общественного развития приоритет получает технико-экономическая политика сбережения топливно-энергетических ресурсов, сырья, материалов.

Однако, хотя мелкие ячеистобетонные блоки пользуются повышенным спросом, широкое распространение блоков ограничивается из-за необходимости применения защитного покрытия. Возникает потребность получения долговечных строительных материалов, предохраняющих строительные конструкции из ячеистого бетона от неблагоприятных факторов внешней среды. Эта проблема возникла сравнительно давно, так на 1...У1 Республиканских конференциях «Долговечность конструкций из автоклавных бетонов» в городе Таллине в 1975... 1987 годах было уделено большое внимание вопросу повышения долговечности ячеистого бетона и разработке новых видов отделочных покрытий фасадных поверхностей из ячеистого бетона.

Большое количество работ посвящено проблеме долговечности ограждающих конструкций из ячеистобетонных блоков с различными отделочными покрытиями, разработано множество видов отделочных покрытий. Однако для получения отделочного слоя толщиной 20..30 мм, до сих пор применяют тяжёлый штукатурный строительный раствор. В качестве вяжущего в таких растворах используют в основном цемент, известь или смесь цемента с известью, а в качестве заполнителя речной или карьерный кварцевый песок.

Согласно СНиП П-3-79* «Строительная теплотехника» конструкции наружных стен зданий должны исключать накопление влаги за год эксплуатации. В случае применения тяжёлого штукатурного строительного раствора для отделки конструкционно-теплоизоляционных ячеистобетон- ных блоков это требование не удовлетворяется.

Одним из эффективных и технологичных способов решения указанных проблем является использование в качестве отделки ячеистобетонных блоков лёгких строительных растворов на вспученном вермикулите, имеющих с блоками одинаковую среднюю плотность. Широкое распространение месторождений вермикулитовой руды в России позволяет предполагать эффективность применения вспученного вермикулита в качестве заполнителя для лёгких штукатурных растворов. Использование вспученного вермикулита позволяет получать растворы, которые имеют структуру, подобную структуре ячеистого бетона. Введение в состав строительного раствора на лёгком пористом заполнителе тонкодисперсных минеральных и полимерных добавок позволяет направленно воздействовать на технологические свойства растворных смесей и эксплуатационные свойства растворов.

Важную роль в решении проблем, связанных с долговечностью отделочных покрытий для ячеистого бетона сыграли исследования, проводимые в НИИЖБе, ЦНИИЭПЖилище, НИПИСиликатбетоне, Уральском и Донецком ПромстройНИИПроектах, ВНИИжелезобетоне. Первые натурные исследования ячеистобетонных конструкций проводили Е. И. Бабенко, Б. Ф. Васильев, Н. К. Девятова, И. Т. Кудряшев, П. А. Теслер, Е. И. Шесте- перова, Г. М. Щербо и др. Большое внимание вопросу отделки фасадной поверхности изделий из ячеистого бетона уделяли Н. И. Гусев, И. А. Иванов, X. И. Иоости, Т. В. Косточкина, И. Б. Сивитски, Е. С. Силаенков, Т. Н. Сычугова, Ф. В. Ушков, М. К. Фролова и др.

Решение названных проблем остаётся актуальным и на сегодняшний день. Об этом можно судить по публикациям последних лет, посвященным изучению возможности использования в качестве заполнителя для лёгких штукатурных растворов вермикулитового песка, способного снизить теплопроводность и повысить паропроницаемость раствора. За последние годы значительно выросло количество публикаций по добавкам, влияющим на прочность и стойкость растворов к внешней среде и на реологические свойства растворных смесей. Эффективной минеральной добавкой, основную часть которой составляет высокоактивный аморфный кремнезём, является ультрадисперсная пыль с электрофильтров печей производства ферросилиция. Российскими и зарубежными исследователями отмечено положительное влияние этой добавки на формирование структуры, прочность и долговечность тяжёлых растворов. Среди полимерных добавок в современной строительной индустрии нашли широкое применение эфиры целлюлозы и редиспергируемые полимерные порошки. Эти полимерные добавки позволяют в значительной степени повысить водоудерживающую способность и улучшить реологические характеристики растворной смеси, прочность при сжатии, прочность сцепления с основанием и морозостойкость растворов. Однако механизм совместного действия минеральных и полимерных добавок в составе лёгкого штукатурного строительного раствора на свойства растворов и растворных смесей недостаточно изучен и требует дополнительных исследований.

Цель работы: разработка эффективных строительных вермикулито- содержащих растворов, с минеральными и полимерными добавками, предназначенных для отделки наружной поверхности стен из ячеистобетонных блоков.

Автор защищает:

рецептуру сухой растворной смеси, включающей портландцемент, молотую негашёную известь, микрокремнезём, эфир целлюлозы, редис- пергируемый полимерный порошок, суперпластификатор и вспученный вермикулит;
результаты исследования влияния минеральных и полимерных добавок на основные свойства растворных смесей и растворов;
полученные математические модели изменения свойств растворных смесей и растворов в зависимости от соотношения компонентов;

результаты исследования влияния минеральных и полимерных добавок на формирование фазового состава цементного камня;
особенности структуры вермикулитосодержащих растворов с минеральными и полимерными добавками;
впервые полученные закономерности влияния минеральных и полимерных добавок на реологические характеристики растворных смесей;
результаты исследования влияния минеральных и полимерных добавок на теплотехнические свойства растворов;
экспериментальные данные стойкости растворов с минеральными и полимерными добавками к капиллярному подсосу воды и к морозной коррозии.

Научная новизна работы:

впервые предложены составы лёгких штукатурных строительных растворов на вермикулитовом заполнителе для отделки ячеистобетонных блоков, включающих добавки извести молотой негашёной, микрокремнезёма, суперпластификатора, редисперсионного полимерного порошка и эфира целлюлозы. Растворы обладают свойствами, которые обеспечивают не накопление конденсата при эксплуатации наружных стен жилых зданий из ячеистобетонных блоков;
установлено, что применение тонко дисперсных минеральных и полимерных добавок позволяет направленно регулировать реологические характеристики растворных смесей, улучшают

характеристики растворных смесей, улучшают их технологические свойства, обеспечивая возможность получения и нанесения растворов

со средней плотностью до 400 кг/м ;

впервые получена закономерность влияния водоудерживающей способности вермикулитосодержащих растворных смесей на прочность растворов при сжатии;
выявлено, что введение тонкодисперсных минеральных и полимерных добавок в состав растворов позволяет осуществить направленное формирование структуры раствора повышенной стойкости к действию внешней среды.

Практическое значение работы. На основании экспериментальных исследований автором разработаны эффективные составы лёгких строительных растворов с вермикулитовым заполнителем, предназначенных для отделки наружной поверхности стен из ячеистобетонных блоков.

Подана заявка № 2001104724/28(004734) и получено решение о выдаче патента на изобретение МПК 7 G 01 N 3/08, 33/38 «Способ испытания на растяжение пластичной массы».

Разработаны «Технические условия» и «Технологический регламент» на сухие смеси для лёгких штукатурных растворов.

Строительные растворы с вермикулитовым заполнителем, выполненные в соответствии с «Техническими условиями», прошли опытно экспериментальную проверку в ООО «Отделочник-Сервис». Приведённый эко-

номический эффект составил 1500 руб на 1 м сухой растворной смеси.

Апробация работы: основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на 54 Научно-технической конференции Южно-Уральского государственного университета, II международной конференции «Сухие строительные смеси» Mix-build 2000 в Санкт- Петербурге, Интернет - конференции «Архитектурно-строительное материаловедение на рубеже веков» в Белгороде, IV Международной заочной научно-практической конференции «Биосфера и человек: проблемы взаимодействия» в Пензе.

Публикации: основное содержание работы опубликовано в 5 статьях и получен 1 патент.

Объём работы: диссертационная работа состоит из Введения, 6 глав, общих выводов, списка используемой литературы, содержащего 106 наименований, приложений на 18 страницах и имеет 202 страницы печатного текста, 52 рисунка и 36 таблиц.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1.1. Требования к отделке ячеистобетонных блоков

Основное требование, предъявляемое к отделке фасадной поверхности стен из плотных материалов: кирпич или тяжёлый бетон - декоративность. Время, в течение которого сохраняется декоративность, определяет долговечность отделки. Влияние отделки на долговечность самих отделываемых поверхностей не учитывают, так как это влияние незначительно.

К отделке изделий из ячеистого бетона требуется иной подход. Отделка фасадной поверхности из ячеистобетонных изделий должна удовлетворять более широким требованиям, чем те, которые предъявляются к отделке изделий из плотных материалов. Объясняется это высокой пористостью, повышенной деформативностью, влагоёмкостью и паропроницаемостью ячеистого бетона.

Первые натурные исследования ячеистобетонных конструкций в нашей стране проводили Е. И. Бабенко, Б. Ф. Васильев, Н. К. Девятова, И. Т. Кудряшев, П. А. Теслер, Е. И. Шестеперова, Г. М. Щербо и д.р. Исследованиями конструкций из ячеистых бетонов занимались во ВНИИжелезобе- тоне [3,4], НИИЖБе [5] и других организациях.

По виду отделки фасадной поверхности стен из ячеистобетонных блоков можно разделить на следующие группы: без отделки, окрашенные, офактуренные раствором с краской, офактуренные каменными дроблеными материалами, офактуренные штучными материалами - керамическими плитками, стеклянной плиткой - ириской, а также боем плитки; с отделкой «Декор».

Е. С. Силаенковым исследовано около 100 производственных и жилых зданий со сроком эксплуатации до 40 лет [1]. Из красок, которыми окрашивали фасады обследованных зданий, наиболее употребительны известковые, перхлорвиниловые, цементные и на основе стиролбутадиеновых латексов. Известковая покраска после 4-летней эксплуатации представляет собой отдельные пятна на общей площади фасада со смытой или отслоившейся краской. После 7 лет эксплуатации первоначальный цвет перхлор- виниловой краски значительно изменился. Окрашенная поверхность выцветает и приобретает сероватый оттенок. Однако отслоений этой краски в 7-летнем возрасте не отмечено. Цементные краски и краски на основе стиролбутадиеновых латексов аналогично изменяются уже после 5-6 лет эксплуатации.

Как правило, при обследованиях обнаруживались дефекты при возведении стен из ячеистобетонных блоков. Эти дефекты приводят к тому, что в некоторых случаях толщина выравнивающего отделочного слоя может достигать 20.. .30 иногда до 50 мм. Для выравнивания таких дефектов применяются цементно-песчаные, известково-песчаные и сложные (известко- воцементно-песчаные) штукатурные растворы. Обследованные дома со стенами, оштукатуренными сложным раствором, эксплуатировались от 4 до 40 лет. В некоторых домах в Риге стены из газобетонных блоков оштукатурены сложным раствором толщиной 1... 1,5 см. Например, дом по ул. Стокголмес, который построен и оштукатурен в 1939 году. При обследовании этого дома в 1948 году штукатурка не имела видимых нарушений и хорошо держалась на стене. При обследовании в 1962 году, отмечено значительное количество трещин в штукатурке и отслоение её на отдельных участках. Трещины шириной 0,2...2 мм преимущественно вертикальные и главным образом под окнами. Примерно на 30% площади фасадов 1-го этажа штукатурка потеряла сцепление с газобетоном. Таким образом, потеря сцепления и отслоение штукатурки от газобетона произошли в этом доме в течение 10...23 лет. Подобные нарушения наблюдаются и в других оштукатуренных домах. В доме № 5 по ул. Дербенес отпадение штукатурки произошло на значительных участках 1-, 2-, 3-го этажей. Характер отпадения цементной штукатурки от ячеистобетонных блоков свидетельствует о том, что в этом случае решающим эксплуатационным фактором, вызывающим отпадение отделочного слоя, было разрушение слоя ячеистого бетона, примыкающего к цементной штукатурке. Деструкция вызвана замораживанием вследствие скоплений влаги под цементной штукатуркой в зимний период. Таково, например, разрушение стен птичника, построенного в 1952 году из пеносиликатных блоков, оштукатуренных цементным раствором. После десятилетней эксплуатации цементная штукатурка отпала от стен.

Отпадение штукатурки из сложного и известкового растворов от газобетонных блоков после 10... 15-летней эксплуатации отмечают также Я. Гранхольм и С. Д. Свендсен [2].

Применение в качестве отделочных покрытий плотного раствора приводит к тому, что влажность под раствором выше, чем в середине стены. В этом случае стены высыхают в основном со стороны комнаты, что приводит к повышению относительной влажности воздуха внутри помещений. В таких помещениях мебель и стены покрываются плесенью, воздух становится затхлым. В зимние периоды в отдельных местах наружные стены отпотевают.

Иногда влажность ячеистобетонных блоков под плотным раствором в эксплуатируемых объектах значительно превышает начальную. Так, в доме по ул. Парковая, г. Первоуральск влажность пенобетона в одной из панелей второго этажа под плотным раствором составляла 34,9%, а в середине стены - 20,2%, в то время как начальная влажность в середине панели была 22...25%. В здании птичника влажность пеносиликата достигала на участках, оштукатуренных цементным раствором, 61,2...67,2%, при начальной влажности 25.. .30%.

В городе Лыткарино из ячеистобетонных блоков средней плотностью

около 800 кг/м были построены два двухэтажных дома. Один из домов по ул. Первомайская, был построен в 1947 году, стены его оштукатурены цементным раствором. Толщина штукатурки составляет 2...3 см, а в отдельных местах достигает 5 см. Стены второго дома, построенного на той же улице в 1951... 1952 годах, имеют такую же конструкцию, как в первом доме, но оштукатурены снаружи сложным раствором, а не цементным. Толщина штукатурки составляет 1,5...2 см. В результате обследования в 1954 году выяснилось, что влажность стен второго дома уже тогда была несколько меньше, чем у стен второго дома, хотя срок эксплуатации первого дома был 6,5 лет, а у второго - около 2 лет [2].

Заметим, однако, что влажность стен второго дома резко различается в зависимости от ориентации. В среднем в юго-западной стене она составляет около 2%, в северо-западной около 5%, а северо-восточной около 25%. Такая различная влажность также объясняется влиянием наружной штукатурки. Видимо штукатурка сложным, как и цементным раствором способствует накоплению влаги в стене за зимний период. В результате этого с северной стороны, где условия высыхания стены неблагоприятны, влажность пенобетона за десятилетний срок эксплуатации не изменилась [2].

Высокая пористость ячеистого бетона, является причиной высокой влагоёмкости, паро-, газо-, водопроницаемости этого материала, обусловливает одновременно его повышенную деформативность при эксплуатационных воздействиях. Таким образом, отделочные материалы, кроме соответствия эстетическим требованиям и обеспечения благоприятных темпе- ратурно-влажностных условий эксплуатации наружных стен, должны обладать защитными свойствами.

Вследствие всех этих обстоятельств к отделке ячеистобетонных изделий предъявляются требования табл. 1 по паропроницаемости, сцеплению

с бетоном, водонепроницаемости и морозостойкости. Силаенков Е. С. эти требования разделяет в зависимости от вида изделия [1]. К отделке стен из мелких блоков он предъявляет требования лишь по уровню паропрони- цаемости - обеспечение отрицательного годового баланса в стене.

Таблица 1

Требования к отделке стен из мелких блоков

Если паропроницаемость отделочного слоя меньше паропроницаемо- сти ячеистого бетона, то возможно недопустимое замедление высыхания до нормативной влажности в первые годы эксплуатации, чрезмерное сезонное увлажнение, а в некоторых случаях систематическое накопление влаги в конструкции и разрушение ячеистого бетона под действием морозной коррозии. В то же время повышенная паропроницаемость отделочного слоя предотвращает появление больших градиентов влажности и, следовательно, больших градиентов деформаций по сечению стены. Поэтому надо стремиться к увеличению паропроницаемости отделки, но только до такой

степени, при которой в конструкции обеспечивается нормальный влажно- стный режим эксплуатации стен [1].

По утверждению Шпайделя К. [9] в многослойных конструкциях ситуация наиболее благоприятна, когда значения произведений А--(и отдельных слоев сильно возрастают в направлении к тёплой стороне. Где X - коэффициент теплопроводности, а ц - коэффициент сопротивления диффузии (не используемая в отечественной теплофизике величина), показывающая отношение плотности потока водяного пара в воздухе с1_ВОз_Д, к плотности потока водяного пара в материале с1_матер.

Как правило, многослойная конструкция состоит из несущего, теплоизолирующего и защитного (или отделочного) слоёв. В случае применения в ограждающей конструкции ячеистобетонных блоков - наружная стена будет состоять из несущего теплоизолирующего слоя, внутренней и наружной отделки. Конструкционно-теплоизоляционный слой ячеистобетонных блоков имеет малое значение произведения а для обеспечения нормального влажностного режима эксплуатации необходимо, чтобы значение произведения Х-л наружного отделочного слоя было ещё меньше. То есть в качестве наружного отделочного слоя для отделки ячеистобетонных блоков необходим материал с низким значением коэффициента теплопроводности X и низким значением коэффициента сопротивления диффузии (и. Это возможно, если средняя плотность наружного отделочного слоя меньше или равна средней плотности ячеистобетонных блоков. В качестве такого материала можно предложить лёгкий штукатурный раствор. Однако для обеспечения долговечности самого покрытия лёгкий штукатурный раствор должен обладать необходимой стойкостью к различным атмосферным воздействиям.

1.2. Лёгкие штукатурные растворы с вермикулитовым заполнителем

Лёгкие штукатурные растворы получают поризацией раствора или применяя в качестве заполнителей лёгкие пески, в том числе с одновременной поризацией. Поризацию штукатурных растворов осуществляют либо предварительно приготовленной пеной, либо за счёт введения газообразующих и воздухововлекающих добавок. Однако применение поризо- ванных растворов в условиях строительной площадки затруднено, это связано с высокой трудоёмкостью процесса приготовления растворной смеси и трудностью точного дозирования компонентов смеси.

Для штукатурных растворов на лёгком песке применяют различные виды пористых заполнителей: искусственные - керамзит, аглопорит, шлаковую пемзу, шунгизит и т.д. и естественные - туф, пемзу, вспученные перлит, вермикулит и т.д. Применение искусственных пористых заполнителей, таких как керамзит, аглопорит экономически невыгодно из-за их высокой стоимости изготовления. Запасы естественных заполнителей, таких как перлит, пемза в нашей стране незначительны и их разработка в настоящее время ведётся в ограниченном объёме.

В последнее время исследования в области лёгких растворов привели к созданию новых строительных смесей с вермикулитовым заполнителем. Так Петрова М. Ю. в 1998 году получила патент [68] на теплозвукоизоля- ционную сухую смесь следующего состава: портландцемент ПЦ400 - Д5 — 49...83%, вспученный вермикулит 17...51% по массе. В ОАО «Московский ИМЭТ» в 1997 году разработана изоляционно-декоративная штукатурная смесь [69] следующего состава, мае. %: белый цемент 10...30, пористый материал: перлит, вермикулит, пемза, бисер полистирольный 40...50, пигмент 5...8, акриловая дисперсия 10...20, базальтовое волокно 3... 8, вода всё остальное.

Ещё недавно считалось, что количество месторождений вермикулита в России невелико, и был период времени, когда разрабатываемое в России

Булдымское месторождение с запасами около 100 тыс. т. считали чуть не единственным отечественным месторождением этого минерала. В 1955 г. разведано самое крупное месторождение вермикулита России - Ковдор- ское, расположенное в Мурманской области [11]. Разведанные запасы Ковдорского вермикулита оцениваются в 45 млн. т. Запасы вермикулита на территории России распределяются следующим образом: Кольский полуостров 60,5 млн. т.

Урал 19 млн. т.

Сибирь 27 млн. т.

Дальний восток 7,5 млн. т.

Весьма перспективным месторождением является Потанинское, расположенное в Челябинской области. Площадь массива около 20 км². Запасы оцениваются в 12 млн. т. В Челябинской области есть и другие месторождения: Субутакское в Карталинском районе, Ольгинское - около Верхнего Уфалея.

Вермикулитами называют минералы из группы гидрослюд, способные вспучиваться при нагревании [10]. Вспученный вермикулит состоит из тончайших пластинок, разделённых между собой воздушными прослойками. Наиболее высококачественным материалом является вспученный вермикулит, куски которого имеют в основном кубообразную форму и бугристую поверхность. Он даёт хаотическую ориентировку кусков в засыпке, хорошо сцепляется с цементным камнем. Вспученный вермикулит харак-

теризуется низкой насыпной плотностью (80...200 кг/м ). Крупнозернистый вермикулит обладает меньшей насыпной плотностью, чем мелкозернистый, так как он лучше вспучивается при обжиге и имеет большую пористость, чем мелкий.

Высокая открытая пористость и развитая поверхность вспученного вермикулита определяет его высокое водопоглощение. Суточное водопо- глощение Ковдорского вспученного вермикулита составляет 200...300 % по массе для фракции 5...10 мм и 150...200 % для фракции 0,6...1,2 мм.

Объёмное водопоглощение соответственно равно 30...40 % для крупного вермикулита и 50...70 % для мелкого. Высокое водопоглощение вспученного вермикулита определяет высокое водопоглощение штукатурных растворов с вермикулитовым заполнителем в связи с чем, возникает проблема изменения физико-механических и теплотехнических свойств растворов при увлажнении.

Теплопроводность вспученного вермикулита определяется, главным образом, его зёрновым составом, насыпной плотностью, а также ориентацией зёрен по отношению к направлению теплового потока, поскольку зёрна вермикулита обладают ярко выраженной анизотропностью. Зерновой состав оказывает большее влияние на теплопроводность, чем насыпная плотность [11]. Коэффициенты теплопроводности мелкого и крупного вермикулита близки, несмотря на то, что насыпная плотность у мелких фракций в 1,5...2 раза больше, чем у крупных.

Штукатурные растворы с заполнителем из вспученного вермикулита по сравнению с обычными (песчаными) строительными растворами вследствие высокой пористости имеют в 2...4 раза меньшую среднюю плотность и в 3.. .5 раз меньший коэффициент теплопроводности.

Нанесение вермикулитовых штукатурных растворов на поверхности различных материалов (каменных, бетонных, деревянных) показало, что они вполне удовлетворительно сцепляются с основанием, легко затираются и при твердении не отслаиваются и не дают усадочных трещин. [11].

Поскольку строительные растворы обычно наносятся монолитными тонкими слоями, к пластичности, удобоукладываемости и водоудержи- вающей способности растворных смесей предъявляются повышенные требования, что обычно обеспечивается введением в смеси пластифицирующих тонкодисперсных (смешанные растворы), поверхностно-активных или водоудерживающих добавок. Эффективно применяют тонкодисперсные добавки для уменьшения расхода цемента [12]. В результате замены 10...20% цемента глиной прочность раствора на вермикулитовом заполнителе увеличивается на 30...50%. Этой добавкой можно заменить до 50% цемента, не снижая прочности раствора. Особенно эффективно применение тонкодисперсных добавок в растворах марок 35 и 50. В этом случае можно заменить молотым гранулированным шлаком до 50% цемента, сохранив заданную прочность раствора. Дубенецкий К. Н. и Пожнин А. П. также показали [11], что расход цемента может быть значительно уменьшен, а пластичность растворных смесей повышена введением в раствор тонкодисперсных пластифицирующих добавок (известь, глина, зола и др.). Это показывает, что в растворах с вермикулитовым заполнителем большое значение имеет не столько активность вяжущего, сколько его расход.

Вследствие большой шероховатости зёрен вспученного вермикулита из вермикулитовых штукатурных растворов для ручного способа нанесения достаточной пластичностью и удобоукладываемостью обладают лишь такие, у которых на одну объёмную часть вяжущего вещества приходится не более двух частей вермикулита. Раствор состава 1:2 с портландцементом без пластифицирующей добавки обладает довольно высокой средней плотностью (около 900 кг/м ). Пластичность вермикулитовых растворных смесей с пуццолановым портландцементом несколько выше, чем порт- ландцементного и растворные смеси состава 1:2,5... 1:3 имеют достаточную удобоукладываемость для нанесения вручную. Цементновермикули- товые растворные смеси составов от 1:3...1:8, несмотря на достаточную прочность растворов при низкой средней плотности (400...500 кг/м³), обладают плохой удобоукладываемостью и не могут быть рекомендованы [11] к применению при нанесении их ручными способами, применяемыми в штукатурных работах. Поэтому для того, чтобы штукатурные растворы с вермикулитовым заполнителем средней плотностью менее 900 кг/м³ можно было наносить вручную, необходимо большее содержание цементного теста в единице объёма раствора. При этом для обеспечения одинаковой средней плотности раствора необходимо обеспечить прежнее содержание вяжущего к вермикулиту по массе, то есть необходимо снизить плотность цементного камня. Снижение плотности цементного камня введением тонкодисперсных минеральных добавок является одним из самых эффективных способов, как с технологической, так и с экономической точки зрения.

При приготовлении растворных смесей в случае применения избыточного количества воды происходит, всплывание зёрен вермикулита, а в случае применения недостаточного количества воды их комкование. И в том и в другом случае затрудняется перемешивание раствора, происходит ухудшение однородности свойств растворной смеси и раствора.

В последнее время появилась тенденция получения теплоизоляционных растворов с применением различных полимерных добавок, среди которых наиболее широкое использование нашли ПВА эмульсия, карбамид- ные и полиэфирные смолы, поливиниловый спирт [13, 14].

Полимерные добавки повышают эластичность штукатурных растворов, уменьшают опасность образования трещин, уменьшают количество воды затворения, увеличивают адгезию раствора с основанием, увеличивают водоудерживающую способность растворных смесей, а также придают достаточную прочность растворам в раннем возрасте. Так в 1999 году Корнеевым В. И. и др. был получен патент [70] на полимерцементную смесь при следующем содержании компонентов, мае. %: портландцемент 16...32, минеральные заполнители 45...60, суперпластификатор 0,5... 1,2, полимерная добавка 1...6 (смесь водных растворов гидроксипропилметил- целлюлозы и винилацетатного-венилверсататного сополимера в соотношении 10:3), вода 14,8...21,5.

1.3. Сухие смеси в технологии производства штукатурных работ

В отличие от растворов, приготовленных по традиционной технологии, сухие смеси доставляются на стройки в сухом виде и смешиваются с водой непосредственно перед использованием. Технология изготовления сухих смесей позволяет получать смеси с оптимальным гранулометрическим составом заполнителей с точным дозированием составляющих смеси. Первоначально сухие смеси применялись в случаях, когда доставка обычного раствора на стройки была затруднена или неэкономична. В результате разработки новых добавок и технологий производства сухих смесей удалось получить составы, обладающие оригинальными свойствами по сравнению с традиционными. Сухая смесь на объектах строительства может храниться долгое время, не изменяя своих свойств и использоваться мелкими порциями по мере необходимости [15].

Мировой и отечественный опыт использования сухих смесей, показал их высокую эффективность:

повышение производительности труда в 1,5...5 раз в зависимости от вида работ, механизации, транспортировки и т. д.;
снижение материалоёмкости по сравнению с традиционными технологиями в 3.. .10 раз в зависимости от видов работ;
стабильность составов и, как следствие, повышение качества строительных работ;
длительность срока хранения без изменения свойств и расходование по мере необходимости;
возможность транспортирования и хранения при отрицательной температуре.

Сухие смеси представляют собой смесь вяжущих, заполнителей и различных добавок [20]. Большая часть исходных материалов производится отечественной промышленностью. Исключение составляют диспергируемые полимерные порошки, высоковязкая метилцеллюлоза и др. В целом, наличие в России мощной индустрии по производству вяжущих материалов в сочетании с богатыми природными запасами минерального сырья, является мощной базой для развития отечественного производства сухих смесей.

Широкое внедрение в практику строительства модифицированных сухих смесей на душу населения в России пока невелик - менее 2 кг/чел (в

Германии - около 80, Финляндии и Швеции - около 60) [17, 18]. Это объясняется общим кризисом в экономике и в удешевлении штукатурных работ за счёт применения дешёвых известково-песчанных смесей, далёких от требований современного строительства.

В настоящее время выработка сухих строительных смесей в России выросла с 300 тыс. т. в 1998 г. до 700 тыс. т в 2000 г. при потенциальной их потребности 3500 тыс. т. Потенциальная потребность рынка почти в пять раз, превышает достигнутый уровень производства. Поэтому в последующие годы продолжится дальнейший рост объёмов производства сухих строительных смесей [16].

Одна из причин слабо развитого производства сухих строительных смесей заключается в отсутствии функциональных отечественных добавок, пригодных для приготовления сухих смесей [15, 17, 18, 19].

Между тем, в развитых странах, в настоящее время наблюдается «бум» сухих строительных смесей. Известные во всём мире фирмы «Jlo- хья» (Финляндия) [21...23], «DOW», «Wacker» (Германия), «Hercules» (США) [19], «Clariant» (Германия) [24...26], «Ading» (Македония) [27] добились значительных успехов в производстве и применении сухих строительных смесей и функциональных добавок к ним.

1.4. Влияние минеральных добавок на формирование структуры цементного камня

1.4.1 Гидратация портландцемента в присутствии микрокремнезёма

Введение добавок справедливо относят к числу самых универсальных, доступных и гибких способов управления технологическими свойствами строительных материалов и регулирования их важнейших свойств.

Активными минеральными добавками называются измельчённые до тонкости цемента минеральные вещества, которые при смешивании: - с известью придают последней способность к гидравлическому твердению;

- с цементом взаимодействуют с выделенной при его гидратации известью, тем самым, повышая стойкость цемента к воде и агрессивным минерализованным водам.

Взаимодействие активных минеральных добавок с известью называется реакцией пуццоланизации, от которой во многом зависят физико- механические, физико-химические и эксплуатационные свойства цементного камня, растворной смеси и раствора [39].

В качестве тонкодисперсной пластифицирующей добавки в составе цементновермикулитовых штукатурных растворов актуально использование микрокремнезёма, что согласно исследованиям Дубенецкого К. Н., Пожнина А. П. [11] и Тихонова Ю. М. [40, 41] позволяет значительно снизить расход цемента и повысить пластичность растворов.

Микрокремнезём (силикатный дым) - это отход, получаемый при сплавлении кварца и железа в электродуговых печах при I = 2000 С, в результате чего происходит выделение газообразного кремния, который, достигая верха печи, окисляется в присутствии воздуха до 8102 и оседает в виде высоко дисперсных частиц на электрофильтрах. Эта не уплотняющаяся, легкая серого цвета пыль несколькими десятками тонн в сутки выбрасывается в отвалы, поэтому утилизация микрокремнезёма актуальна и с экологической точки зрения.

Основной составляющей отхода производства ферросилиция является безводный аморфный кремнезём с удельной площадью поверхности до 25000 см /г, зёрна представляют собой высокопористые агрегаты округлых аморфных частиц размером менее ОД мкм, что характеризует их высокую пуццолановую активность [29].

Исследования Ю. М. Бутта, С. Д. Окорокова, М. М. Сычёва [42] показали, что химическое взаимодействие кремнезёма с продуктами гидролиза и гидратации клинкерных минералов цемента осуществляется по следующим реакциям:

2Са0-8Ю₂-2Н₂0 + 8Ю₂=С8Н(1) (1)

ЗСаОА1₂0₃-6Н₂0 + 8Ю₂+ шН₂0 = хСаО- 8Ю₂-пН₂0[С8Н (I)] + уСа0-А1₂0₃-6Н₂0 ЗСа0А1₂0₃-6Н₂0 + х8Ю₂ = ЗСаОА1₂0₃- х8Ю₂-(6-2)Н₂0 + 2хН₂0

В случае добавки 15% микрокремнезёма, на каждое зерно цемента в цементном камне приходится свыше 2 млн. частичек пыли, что и объясняет их существенное влияние на свойства раствора [32].

По данным Трофимова Б. Я., Горбунова С. П., Крамар Л. Я., под влиянием добавки микрокремнезёма содержание гидроксида кальция в цементном камне уменьшается с 12 до 2,5 %, и продукты гидратации имеют меньшую степень закристаллизованности по сравнению с цементным камнем без микрокремнезёма. В цементном камне с активной пылевидной минеральной добавкой наблюдается повышенное количество низкоосновных гидросиликатов кальция типа С-8-Н (В) с различной степенью закристаллизованности, при этом количество химически связанной воды повышается с 13,4 до 13,8%. При уменьшении содержания гидроксида кальция в 4,8 раза также резко увеличивается содержание низкоосновных гидросиликатов кальция [29].

Известно, что максимальная прочность цементного камня при сжатии достигается увеличением содержания в нём субмикрокристаллического низкоосновного гидросиликата кальция типа С-8-Н (I) [30]. В своих исследованиях Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я., Талисман Л.С. [31] показали, что введение добавки микрокремнезёма в трёхкальциевый силикат способствует увеличению удельной поверхности формирующегося камня примерно в 1,5 раза. С добавкой микрокремнезёма при увеличении возраста твердения наблюдается непрерывный рост степени дисперсности новообразований, в то время как в чистом Сз8 этот показатель уменьшается.

(3)

Последнее говорит о том, что в цементном камне из трёхкальциевого силиката без активной минеральной добавки со временем происходит ог
рубление структуры в результате накопления значительной части кристаллического гидроксида кальция. Введение микрокремнезёма обусловливает образование тонкодисперсных гидросиликатов с высокоразвитой поверхностью и большим числом контактов срастания. Это способствует развитию однородной, плотной и менее напряжённой структуры, формирующейся низкоосновными гидросиликатами типа С-8-Н (I).

1.4.2. Влияние извести на гидратацию цемента

Введение в цементновермикулитовые растворы тонкодисперсной добавки микрокремнезёма в значительных количествах до 50% от массы цемента приведёт к снижению содержания гидроксида кальция в цементном камне. В полностью гидратированном портландцементе Са(ОН)2 составляет около 20...25% твёрдого вещества[28]. Для связывания 1 части свободной извести требуется 1,23 часть по массе микрокремнезёма [33]. Это приводит к тому, что в цементновермикулитовом растворе с добавкой микрокремнезёма значительная часть микрокремнезёма будет выступать в качестве наполнителя, не вступая в химические реакции.

Для снижения последствий введения значительного количества микрокремнезёма было предложено часть цемента в вяжущем состоящего из смеси цемента и микрокремнезёма, заменить на известь.

В технологии сухих строительных смесей известь вводят в виде порошка гашёной или тонкомолотой негашёной извести. Шепелев А. М. [34] показал, что для ускорения реакции взаимодействия извести и микрокремнезёма более эффективно применение тонкомолотой негашёной извести, которая в составе растворной смеси поглощает воду и нагревается, в связи, с чем раствор на молотой извести-кипелке твердеет быстрее, чем раствор на извести-пушонке.

Введение извести в состав строительных растворов позволяет увеличить пластичность растворной смеси, которая дополнительно приобретает белизну и мягкость, повышается её удобоукладываемость. Присутствующие в составе извести непогасившиеся зёрна кальцита служат в качестве активного наполнителя, ускоряют гидратацию цемента, способствуют переходу менее прочных высокоосновных гидросиликатов в более прочные низкоосновные гидросиликаты кальция, увеличивают прочность и плотность цементного камня и раствора [39].

Тимашев В. В. и Пантелеев А. С. [35] отмечают одну особенность системы (цемент - известь - вода). Несмотря на присутствие в цементе большого количества Са(ОН)₂ и на наличие благоприятных условий для роста кристаллов этого соединения величина последних в основной своей массе не превышает 1...5 мкм. В противоположность этому Са(ОН)₂, выделяющийся при разложении Сз8, в таких же или даже худших условиях интенсивно перекристаллизовывается, образуя частицы размером более 100 мкм. Это обстоятельство показывает, что нельзя ставить знак равенства между реакцией взаимодействия микрокремнезёма с Са(ОН)₂, выделяющимся при гидратации и вводимым в цементный камень «извне».

Смешанный цемент, содержащий добавку З..Л0% Са(ОН)₂, имеет такую же активность, что и исходный портландцемент. В гидратированном цементе, содержащем добавку Са(ОН)₂ в количестве 3...20%, кристаллических новообразований не наблюдается. Межзерновое пространство заполняют мельчайшие (1...5 мкм) гексагональные пластинки гидроксида кальция, находящиеся в неравновесном состоянии и гелеобразная масса. Устойчивое пересыщение раствора воды затворения ионами Са²⁺ тормозит гидратацию клинкерных минералов, но это не приводит к заметному снижению прочности системы [35].

1.4.3. Гидратация извести и микрокремнезёма

Реакция между активным кремнезёмом и Са(ОН)₂ приводит к образованию гидросиликатов кальция серии С8Н(В) [36]:

хСа(ОН)₂ + 8Ю₂ + шН₂0 = хСа08Ю₂пН₂0 (4)

Юнг В. Н. объясняет твердение известково-пуццолановых вяжущих при нормальной температуре процессом коллоидации микрокремнезёма, с последующим поглощением извести и образованием гидросиликатов кальция, медленно в пределе приближающихся к составу двухкальциевого водного силиката 2Са0-8ЮпН₂0 (при наличии избытка извести) [37]. Состав образующегося гидросиликата зависит от ряда факторов: соотношения между известью и активным кремнезёмом, температуры, длительности взаимодействия и т.д. [36], а скорость взаимодействия водных растворов извести с кремнезёмом при нормальной температуре зависит от физико- химических свойств разновидностей кремнезёма и от концентрации раствора извести [37]. Стейнор и Тейлор [38] считают, что при комнатной температуре в системе СаО - 8Ю₂ - Н₂0 стабильно лишь одно соединение С8Н(В). При концентрации извести, соответствующей насыщенному и пересыщенному состоянию, в растворе образуется гидросиликат С₂8Н₂. При уменьшении концентрации извести в растворе С₂8Н₂ распадается на С8Н(В) и Са(ОН)₂.

Для составов С:8 = 2:1 и более основных (3:1; 4:1; 5:1 и т.д.) при комнатной температуре термодинамически наиболее устойчив гиллебрандит 2Са08Ю₂-1.17Н₂0. Для состава С:8 = 3:2, 4:3 и промежуточных между ними наиболее устойчив фошагит 4Са0-38Ю₂-1.5Н₂0. Для состава С:8 = 1:1 устойчивыми являются тобермориты: 5Са068Ю₂-5,5Н₂0 и 5Са068Ю₂-10,5Н₂0. Для составов С:8 = 2:3, 1:2 и более кислых (1:3; 1:4; 1:5 и т.д.) наиболее предпочтительным является образование гиролита 2Са038Ю_г2,5Н₂0 [38].

В начале взаимодействия Са(ОН)₂ с микрокремнезёмом образующиеся продукты имеют желатинозный характер; цементирующая способность их в этот момент сравнительно невелика. С течением времени прогрессирующая реакция вызывает всё большее уплотнение получающихся продуктов и частичную их кристаллизацию. Этим и объясняется специфический характер твердения известково-пуццолановых вяжущих: большинство из них твердеет в начальные сроки крайне медленно, а в последующее время - достаточно интенсивно.

Все эти реакции возникают только при наличии жидкой фазы, так как именно в этих условиях обеспечивается возможность перехода извести в раствор и последующего поглощения её кислотными окислами из раствора. Таким образом, процесс твердения растворов на известково- пуццолановых вяжущих нормально может протекать только при длительном увлажнении. При хранении на воздухе происходит быстрая потеря влаги, из-за чего указанные выше процессы прекращаются, и нарастание прочности приостанавливается. На воздухе объём гелеобразных водных соединений сильно уменьшается. Связанное с этим появление усадочных напряжений вызывает образование очень большого числа микротрещин, что и обусловливает снижение прочности [36].

1. 5. Влияние полимерных добавок на свойства цементного камня и

строительных растворов

1.5.1. Классификация полимерных добавок

Физико-механические и эксплуатационные свойства сухих смесей, при прочих равных условиях, зависят от качества и количества полимерных добавок. В. М. Корнеев и Л. А. Крашенинникова [19] считают, что добавки для сухих смесей делятся на добавки, регулирующие свойства цементной смеси, и добавки, регулирующие свойства цементного камня. Эти добавки, в свою очередь, делятся на несколько групп.

Добавки, регулирующие свойства цементной смеси:

Регулирующие реологические свойства:

Пластификаторы и суперпластификаторы;

Загущающие;

Придающие тиксотропность;

Водоудерживающие;

Регулирующие сроки схватывания;

Регулирующие воздухововлечение;

Улучшающие адгезию;

Добавки, регулирующие свойства цементного камня:

Снижающие усадочные деформации;

Повышающие атмосферостойкость и морозостойкость;

Регулирующие физико-механические характеристики;

Придающие материалу гидрофобные свойства;

Регулирующие пористость цементного камня;

Однако, по мнению авторов [28, 50] добавки, модифицирующие строительные растворные смеси и цементный камень, можно классифицировать, исходя из общего принципа их действия, на: пластифицирующие, водоудерживающие, воздухововлекающие. В табл. 2. приведены наиболее распространённые виды модифицирующих полимерных добавок, выпускаемых в зарубежных странах [39].

В России из полимерных добавок известны карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ) и метилцеллюлоза (МЦ), суперпластификаторы С-3 и ЛСТМ-2. Сравнительно низкая цена отечественных суперпластификаторов и качество, не уступающее иностранным добавкам аналогичного типа, способствуют широкому распространению С-3 и ЛСТМ-2 в технологии сухих строительных смесей. Применение карбоксилметилцеллюлозы и метил- целлюлозы ограниченно необходимостью долгой выдержки растворной смеси для восстановления своего дисперсного состояния в воде затворе- ния.

Из сказанного следует, что в основном добавки для сухих смесей, применяемых на строительных предприятиях России, импортируются из

дальнего зарубежья. На их основе с использованием местного сырья, очевидно можно изготавливать сухие смеси с широкой гаммой свойств, но недостаток информации о действии добавок предполагает необходимость изучения их влияния на свойства строительных растворов.

Таблица 2

Распространённые виды модифицирующих полимерных добавок

1.5.2. Модификация цементного камня полимерами

Исследование механизма твердения цемента в присутствии водной дисперсии латексов осуществлено Охамой И: [47], Цюрбриггеном Р. и Дильгером П. [51 ].

Латексная модификация цементных растворов регулируется как гидратацией цемента, так и процессами образования полимерной плёнки. Процесс гидратации цемента обычно предшествует процессу образования полимерной плёнки. Существует мнение, что соматричная фаза, состоящая из цементного геля и полимерной плёнки, образуется как связующее в соответствии с трёхступенчатой упрощённой моделью [47].

Первая фаза. Введённые в свежие цементные растворные смеси, полимерные латексы диспергируются в фазе цементного теста. В таком по- лимерцементном тесте при гидратации цемента постепенно образуется цементный гель. Водная фаза насыщается гидроксидом кальция, образующимся при гидратации. В то же время частицы полимера постепенно осаждаются на поверхности цементного геля и непрореагировавших частиц цемента.

Вторая фаза. Благодаря развитию структуры цементного геля частицы полимера постепенно концентрируются в капиллярных порах. Поскольку гидратация цемента продолжается и количество капиллярной воды уменьшается полимерные частицы коагулируют с образованием постоянного уплотнённого слоя полимерных частиц на поверхностях цементного геля и непрореагировавших зёрен.

Одновременно происходит сцепление полимерных частиц с заполнителем. Установлено, что в этом случае крупные поры в смесях за счёт адгезии заполняются полимерными частицами, так как размер пор в цементном камне находится в пределах от нескольких ангстрем до нескольких тысяч

ангстрем, а размер полимерных частиц составляет от 500 до 5000 ангстрем.

Третья фаза. На конечном этапе, с удалением воды при гидратации цемента частицы уплотнённого полимера на продуктах гидратации цемента связываются в непрерывные плёнки и мембраны. При этом образуется монолитная решётка, в которой полимерная фаза проникает через фазу указанных продуктов гидратации.

Цементный камень имеет в основном структуру из гидратов силиката кальция и гидроксида кальция, связанных вместе слабыми Ван-дер- Ваальсовыми силами, вследствие чего при напряжении в таком камне легко образуются микротрещины. Это приводит к низкой прочности при растяжении и низкой ударной вязкости при изломе обычных цементных растворов. В модифицированном же латексами растворе микротрещины перекрываются полимерными плёнками или мембранами, которые препятствуют распространению трещин. Данный эффект возрастает с увеличением содержания полимера и приводит к повышению прочности на разрыв и ударной вязкости при изломе. Однако при избыточном содержании полимера и при воздухововлечении в монолитной решетчатой структуре возникают разрывы, и её прочность снижается. Изолирующий эффект, возникающий благодаря образованию полимерных плёнок или мембран в структуре, также приводит к значительному увеличению водонепроницаемости и плотности, повышаются также сопротивление внутреннему передвижению жидкости, химическая стойкость и морозостойкость. Этот эффект увеличивается с увеличением содержания полимера [28].

1.5.3. Модификация ре дисперсионными полимерными порошками

Модификация цементных растворов редисперсионными полимерными порошками (P1I11) аналогична модификации латексами, так как его первоначальная форма - латексная эмульсия (дисперсия полимерных частиц в воде).

Первой стадией производства РПП является процесс получения полимерной дисперсии. На этой стадии мономеры, эмульгированные в воде (стабилизированы эмульгаторами или высокомолекулярными защитными коллоидами), взаимодействуют с инициаторами полимеризации, в результате которой мономеры соединяются друг с другом и образуют длинномерные молекулы - полимеры. В латексе стабилизаторы на поверхности частиц должны предотвратить коагуляцию и связанное с этим разрушение латекса. Добавление защитных коллоидов и антикоагулянтов обеспечивает получение сыпучего порошка, способного диспергироваться в воде.

В большинстве случаев дисперсионные полимерные порошки вводят путём сухого смешивания с цементом и заполнителями с последующим за- творением водой. Во время затворения дисперсионные полимерные порошки редиспергируются в модифицированном растворе и ведут себя так же, как латексы, используемые в качестве модификаторов цементного камня [28].

1.5.4. Модификация водорастворимыми полимерами

Использованию водорастворимых полимеров как добавок в цементный камень уделяется широкое внимание [43, 44, 45, 46]. При модификации водорастворимыми полимерами, такими как разновидности целлюлозы и поливиниловый спирт, небольшие количества полимеров в виде порошков или водных растворов добавляют при смешивании к цементной растворной смеси. Такая модификация улучшает главным образом их удо- боукладываемость вследствие поверхностной активности водорастворимых полимеров и предотвращает эффект «высыхания».

Предотвращение высыхания объясняется увеличением вязкости водной фазы в модифицированном цементом растворе и изолирующим эффектом благодаря образованию очень тонких и водонепроницаемых плёнок в них [49]. Так динамическая вязкость дистиллированной воды при температуре 20 С составляет 1,002 ± 0,001 мПа-с [52], а вязкость 2% водного раствора метилгидросиэтилцеллюлозы Tylose 60010 Р4 при той же температуре составляет 60000 мПа-с [24].

Модифицированные латексом растворные смеси имеют лучшую удо- бообрабатываемость по сравнению с не модифицированным раствором. Это главным образом объясняется высокой пластичностью полимерных частиц, повышенным содержанием вовлечённого воздуха и диспергирующим эффектом активных веществ в латексах [47]. Модифицированный раствор обладает значительно большей водоудерживающей способностью по сравнению с обычным цементным раствором. Водоудерживающая способность прямо пропорционально зависит от полимерцементного отношения. Вероятно, это объясняется гидрофильными и коллоидными свойствами полимеров и замедлением испарения воды из-за образования непроницаемых полимерных плёнок. Следовательно, достаточное количество воды, требуемое для гидратации цемента, задерживается в растворе, поэтому для большинства модифицированных систем более предпочтительно сухое выдерживание, чем влажное. Охама [47] показал, что водоудерживающая способность возрастает с увеличением полимерцементного соотношения и становится близкой к постоянной при полимерцементном отношении от 5 до 10%.

Высокая водоудерживающая способность модифицированных растворов наиболее эффективна для замедления эффекта «высыхания» в тонких облицовочных слоях или на покрытиях, сильно адсорбирующих воду.

В противоположность обычным цементным растворным смесям, в которых происходит выделение цементного молока и расслоение, модифицированные растворные смеси в меньшей степени выделяют цементное молоко и в них не наблюдается расслоения, даже при повышенных характеристиках пластичности. Соответственно, в модифицированных системах отсутствуют такие недостатки, как снижение прочности и водонепроницаемости, вызываемые выделением цементного молока и расслоением.

Однако водорастворимые полимеры дают незначительное увеличение прочности в модифицированных растворах[28].

1.5.5. Свойства модифицированного строительного раствора

В основном модифицированный раствор показывает значительное увеличение прочности при разрыве и изгибе, но прочность при сжатии у него не увеличивается по сравнению с обычным цементным раствором. Это объясняется высокой прочностью при разрыве самого полимера и усилением связи цемента с заполнителем. На прочностные свойства модифицированного раствора влияют различные факторы: свойства материалов - ла- тексов, цементов, заполнителей, полимерцементное и водоцементное отношения. Полимерцементное отношение имеет большее влияние на прочностные свойства, чем водоцементное отношение. Это влияние зависит от типа полимера, содержания воздуха, условий выдержки и т.п. [28].

Большинство модифицированных растворов, выдержанных в благоприятных условиях, имеют высокие прочностные свойства при полимер- цементном отношении 20...30%, при дальнейшем увеличении которого прочность может уменьшаться. До этого значения полимеры влияют на улучшение микроструктуры цементного камня, но дальнейшее увеличение полимерцементного отношения приводит к разрывам в микроструктуре цементного камня, которые снижают прочность. Применение низких значений полимерцементного отношения, ниже 5% неэффективно, поскольку приводит к снижению прочности.

При затворении полимерцементной смеси водой вначале гидратирует- ся цемент затем образуется полимерная плёнка. В начальный период гидратации цемента кристаллы эттрингита пронизывают полимерные частицы. По мере связывания и испарения воды концентрация полимерных частиц возрастает, что способствует образованию из них мембран, находящихся между гидратированными и исходными частицами цемента и заполнителя. Со временем осуществляется взаимное прорастание неорганических и полимерных фаз. Модифицированный раствор имеет структуру, в которой поры заполнены полимером или закрыты сплошными полимерными плёнками [54]. Обычно величина заполнения пор возрастает с увеличением содержания полимера или полимерцементного отношения. Эти особенности сказываются на понижении водопоглощения, водо- и паро- проницаемости. В результате модифицированный раствор имеет повышенную водонепроницаемость по сравнению с обычным раствором. Однако они обладают меньшей водостойкостью, и их прочность снижается при выдержке в воде или на воздухе с высокой влажностью [28].

Водопоглощение полймерцементных растворов возрастает при увеличении времени пребывания образцов в воде, но при низких- полймерцементных отношениях становится почти постоянным после 48 часовой выдержке независимо от типа полимера. Обычно водопоглощение значительно увеличивается с увеличением полимерцементного отношения. Раствор, модифицированный ПВА, имеет низкую водопроницаемость. Поливинил- ацетат разбухает из-за водопоглощения и частично гидролизуется в щелочной среде [48] с образованием поливинилацетатного спирта и ацетата кальция.

Охама исследовал влияние водопоглощения на прочность при изгибе и сжатии модифицированных растворов [47]. В противоположность увеличению прочности немодифицированных растворов у большинства модифицированных латексом растворов наблюдается тенденция к уменьшению прочности после погружения в воду, особенно это относится к прочности при изгибе. Низкая водостойкость видимо, обусловлена частичным редис- пергированием полимерной фазы в модифицированных растворах. Вторичное высыхание обычно позволяет восстановить показатели прочности, если не произошли необратимые химические изменения в полимерной фазе.

Наиболее низкую водостойкость имеет раствор, модифицированный ПВА. Для повышения водостойкости ПВА были проведены исследования [48]. При решении этой проблемы использовали модификаторы сополимера, например полиэтиленвинилацетата ПЭВА. Охама показал связь между содержанием связанного этилена и прочностями при изгибе и сжатии модифицированного раствора. Водостойкость раствора, модифицированного ПЭВА, повышается и при содержании связанного этилена около 20% становится максимальной [47].

Повышенная по сравнению с обычным раствором прочность сцепления с различными основаниями является следствием высокой прочности сцепления полимеров. Обычно на сцепление влияют полимерцементное отношение и свойства используемых оснований.

Сцепление большинства модифицированных растворов имеет тенденцию к возрастанию с увеличением полимерцементного отношения, хотя для нескольких видов растворов имеются оптимальные полимерцементные отношения [53].

Охама [49] установил, что прочность сцепления цементного раствора модифицированного бутадиен-стирольным каучуком БСК раствора при П/Ц = 20% почти в десять раз выше, чему у обычного цементного раствора. При этом большую роль играет соотношение мономеров сополимера. Максимальная прочность сцепления была получена при содержании связанного стирола 70%.

Один из недостатков модифицированных растворов - снижение прочности сцепления при эксплуатации их во влажных условиях. Однако прочность сцепления большинства модифицированных растворов после погружения в воду выше, чем немодифицированных растворов, что способствует практическому применению модифицированных растворов.

Модифицированные растворы также обладают повышенной морозостойкостью по сравнению с обычными растворами. Это можно объяснить снижением пористости в результате использования пониженного водоце- ментного отношения и наполнения пор полимерами, а также воздуховов- Лечением, происходящим под действием полимеров и поверхностно активных веществ.

Выводы, цель и задачи исследования

На основании проведённого обзора состояния вопроса можно сделать следующие выводы:

Высокая пористость, повышенная деформативность и влагоёмкость ячеистого бетона определяют жёсткие требования к его отделке. Одно из основных требований к отделке стен - обеспечение отрицательного годового баланса влаги в стене, что достигается использованием в качестве отделки лёгких штукатурных растворов.

Для обеспечения отрицательного годового баланса влаги в стене необходимо применение лёгких недорогих штукатурных растворов имеющих то же или большее значение коэффициента паропрони- цаемости, что и у ячеистобетонных блоков.

Один из самых эффективных с экономической и технологической точки зрения способов получения лёгких штукатурных растворов - применение в качестве заполнителя вспученного вермикулита.

Замена части цемента тонкодисперсными минеральными добавками позволяет улучшить свойства растворных смесей и растворов. Предполагается, что введение извести и микрокремнезёма в цементно- вермикулитовые строительные смеси позволит уменьшить расход портландцемента без существенного фазового изменения новообразований при гидратации вяжущего.

Использование полимерных добавок влияет на структурообразова- ние цементного камня и раствора. Кроме этого, на условия кристаллизации гидратных фаз цементного камня оказывает влияние вид добавки и её концентрация.

6. Для прогнозирования стойкости растворов на вермикулитовом заполнителе с минеральными и полимерными добавками необходимо учитывать помимо морозостойкости, влажность образца при замораживании и его водопроницаемость при капиллярном подсосе. Исходя из выше изложенного, для решения задач по получению штукатурных растворов на вермикулитовом заполнителе, необходимо целенаправленное формирование их структуры, путём создания новых композиций с использованием минеральных и тонкодисперсных полимерных добавок. Это позволило сформулировать следующую цель работы:

разработка эффективных строительных вермикулитосодержащих растворов с минеральными и полимерными добавками, предназначенных для отделки наружной поверхности стен из ячеистобетонных блоков.

Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

Получить зависимости влияния добавок извести и микрокремнезёма на свойства растворных смесей.
Оптимизировать количество минеральных добавок по максимальной прочности при сжатии растворов, с одинаковой средней плотностью.
Установить зависимости влияния полимерных добавок на свойства растворов и растворных смесей, оптимизировать их количество.
Выявить влияние полимерных и тонкодисперсных минеральных добавок на реологические характеристики растворных смесей.
Определить закономерности влияния добавок на формирование структуры растворов и фазового состава цементного камня.
Исследовать влияние добавок на теплопроводность, морозостойкость и водопроницаемость раствора.

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Методы исследования

Современное исследование свойств материалов невозможно без комплексного использования широкого круга методов, так как только комплексный подход к исследованию свойств материалов может гарантировать надежность получаемых результатов.

Для решения поставленных в данной работе задач, для анализа состава и свойств цементного камня наряду с общепринятыми и предусмотренными ГОСТ методами (табл.3), использовали дифференциально- термический, термогравиметрический, дифференциальнотермогравимет- рический, рентгенофазовый анализ и другие специальные методы.

2.1.1. Термический анализ цементного камня

Для изучения процессов гидратации и структурных изменений гид- ратных новообразований в цементном камне во времени под воздействием внешней среды большое распространение получили методы дифференциально-термического (ДГА), термогравиметрического (ТГ) и дифференциально-термогравиметрического (ДТГ) анализов. При исследовании гидрат- ных образований цементного камня эндотермические эффекты на термограммах обусловлены дегидратацией и разрушением кристаллической структуры гидратных и карбонатных образований, а экзотермические - перекристаллизацией с образованием новых фаз.

Исследования проводились на дериватографе системы "Паулик, Паулик, Эрдей" Венгерской фирмы "MOM". Режим съемки и условия проведения испытаний назначались по данным литературных источников [60, 61] и на основании специально проведенных анализов.

Таблица 3

Характеристика общепринятых методов испытания сырьевых мате

риалов и выпускаемой продукции

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

Скорость подъема температуры в печи - 10 С/мин, максимальная температура нагрева - 1000 С, чувствительность ДТА =1/3 мг, ДТГ - 1/3 мг, ТГ = 1мг. Для проведения анализа использовали платиновые тигли, нагрев проводили на воздухе, в качестве инертного вещества брали прокаленный при 1400 С AI2O3, величина навески составила 300 + 1 мг.

Подготовка образцов. Предназначенные для испытания образцы цементного камня размалывали в яшмовой ступке и просеивали через сито № 008, отобранную квартованием пробу обрабатывали ацетоном для остановки гидратационных процессов и сушили при температуре 100 С.

Данные ДТА, ДТГ, ТГ, согласно методикам [62, 63, 64], использовали для определения количества связанной воды (W_x), свободного гидро- ксида кальция (Са(ОН)₂) и карбоната (СаС0₃) в цементном камне. Термическое разложение Са(ОН)2 происходит в интервале температур 490...515 С. Расчёт содержания в цементном камне Са(ОН)2 проводили по формуле:

411-W

Са(ОН)₂ = ' ~~^сн~~ -100% (5)

^МСУХ

где, Wch ~ потеря массы навески в интервале температур 490... 515 С, г;

Мсух -масса сухой навески, г.

Расчёт содержания в цементном камне СаСОз проводили по формуле:

2 27 W

СаС0₃ = -100% (6)

^МСУХ

где, W_c- потеря массы навески в интервале температур 800...860 С, г;

Мсух -масса сухой навески, г.

Расчёт содержания в цементном камне связанной воды проводили по формуле:

М -W_c

Wh ~ ~ ' 100% (7)

^МСУХ

где, Wc - потеря массы навески в интервале температур 800.. .860 С, г; М- общие потери в интервале температур 100... 1000 С, г; Мсух - масса сухой навески, г.

Качественную идентификацию гидратных фаз новообразований цементного камня проводили по данным [60, 65, 66, 67].

2.1.2. Определение структурно-механических характеристик растворных смесей

рис. 1 Прибор плоско-параллельного сдвига

Для определения структурно-механических характеристик растворных смесей использовали прибор плоско-параллельного сдвига (рис.1) [55]. Образец растворной смеси помещали между двумя параллельными пластинами - перемещение одной из них параллельно другой обеспечивает сдвиговые деформации образца.

Рис. 2 Схема прибора плоскопараллельного сдвига

Наиболее распространённой является следующая схема (рис. 2): на станине 1 установлена обойма, состоящая из неподвижной 2 и подвижной пластин 3, между которыми размещён образец растворной смеси 4, перемещение подвижной пластины обеспечивается с помощью груза 7, соединённого с подвижной пластиной, перекинутой через блок 6 нитью 5. Замер деформаций осуществляют с помощью индикатора часового типа 8 с ценой деления 0,001 мм. Катковая опора 9 предотвращает отрыв подвижной пластины и обеспечивает параллельность её перемещения. На поверхностях пластин, контактирующих с образцом, выполнено рифление в виде зубьев разной конфигурации.

Зависимости сдвиговых деформаций во времени е'(0 упруго-вязко- пластичных дисперсных систем с достаточной точностью описываются при помощи последовательно соединённых моделей Максвелла-Шведова и Кельвина (рис. 3), состоящих из пружин с модулем Е_эл, последовательно соединённого с ним вязкого элемента, моделирующего наибольшую пла
стическую вязкость т]_пл, который блокирован тормозом на сухом трении, моделирующим условный статистический предел текучести Ркь

Модель Кельвина содержит упругий элемент с модулем Е_уп и параллельно связанный с ним задерживающий вязкий элемент (демпфер), моделирующий вязкость упругого последействия г\₂. Модель описана (при постоянной нагрузке Р) уравнением:

-иЕ_э/г/₂

) + ГР- Рк )

Р + Р (1-е

(8)

Ппя

где, е' = е/а; а - толщина слоя (расстояние между пластинами). Как следует из уравнения, относительная суммарная деформация г', развивающаяся за время 1;, состоит из быстрой эластической 8б, медленной эластической ё_м и пластической деформации е_пл (рис. 4).

Быстрая эластическая деформация 8б происходит в первые мгновения после приложения внешнего усилия; она связана с шарнирным поворотом и упругой деформацией частиц дисперсной фазы. После снятия нагрузки она полностью исчезает.

Медленная эластическая деформация е_м развивается с момента приложения внешней нагрузки в течение нескольких минут с постепенно уменьшающейся скоростью. Она связана с небольшим смещением частиц относительно друг друга без разрыва контактов и разрушения структуры. При снятии нагрузки она полностью обратима.

Пластическая деформация е_пл возникает только тогда, когда напряжение сдвига достигает величины, равной пределу текучести. Она связана с частичным разрушением структуры и является необратимой.

Рис. 3 Модель упруго-вязко-пластичного тела (Максвелла-Шведова и Кельвина)

е, мкм

т 1 1 1— 1 1 -t— г

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 /с, с

Участок приложения нагрузки

Рис. 4 Зависимость деформации сдвига во времени при постоянной нагрузке Структурные свойства системы могут быть охарактеризованы константами Е_эл, Е_уп, Рк_ь Л, определяемые графическим путём из зависимостей е_б(Р), е_м(Р), 8_ПЛ(Р) (рис. 5), а также структурно-механическими характеристиками [56]:

(9)

(10)

модуль медленной эластической деформации (модуль упругости) Е_уп:

модуль быстрой эластической деформации Е_эл:

Еы = P/Sfi

суммарный модуль Е:

Е - (Е_уп Е_эл)/(Е_уп

(П)

(12)

+ Е_эл)

наибольшую пластическую вязкость rj_r

Лш = (Р ~Рк)/( dsjdz)

эластичность X:

Л=Е_уп/(Е_уп + Е_эл) (13)

условная мощность деформаций Л^:

= (20-10⁵) / (е_б + е_м + е_т- т) (14)

Рис. 5 Графический способ определения структурных констант

Определение необходимого числа повторов опытов для получения оценки истинного значения измеряемого параметра проводили с доверительным интервалом е(е₆^ср) = 0,05е₆^ср, е(е_м^ср) = 0,05е_м^ср, в(в_пл^ср) = 0,05е_пл^ср и доверительной вероятностью Р = 0,95. Предварительно было проведено 10 опытов на одном составе для определение прочности сцепления с плотным основанием и прочности при растяжении растворной смеси после определения среднеквадратичного отклонения а по методике [61] рассчитанное количество необходимого числа повторов составило 4.

2.1.3. Определение прочности сцепления с плотным основанием и прочности при растяжении растворной смеси

Испытания проводили на приборе для определения прочности сцепления с плотным основанием и прочности при растяжении растворной смеси, на который в соавторстве с Мироновым В. С. получен патент на изобретение МГЖ 7 в 01 N 3/08, 33/38 «Способ испытания на растяжение пластичной массы» (рис. 8). Растворную смесь подвижностью Пк 12 (10см) формуют в разъёмной форме образца в виде усечённого конуса, соединённого меньшим основанием с шаром. Отформованную смесь растягивают путём разведения захватов обоймы и замеряют усилие Рь дополнительно производят повторное формование в разъёмной обойме образца из исследуемой растворной смеси затем разделяют образец по границе шара с усечённым конусом и растягивают путём разведения захватов обоймы и замер усилия Р₂ (рис. 6).

Такое выполнение способа обеспечивает появл'ение у него нового качества - повышение достоверности результатов измерения усилия растяжения и расширение функциональных возможностей способа.

Лёгкие штукатурные растворы с вермикулитовым заполнителем

В городе Лыткарино из ячеистобетонных блоков средней плотностью около 800 кг/м были построены два двухэтажных дома. Один из домов по ул. Первомайская, был построен в 1947 году, стены его оштукатурены цементным раствором. Толщина штукатурки составляет 2...3 см, а в отдельных местах достигает 5 см. Стены второго дома, построенного на той же улице в 1951... 1952 годах, имеют такую же конструкцию, как в первом доме, но оштукатурены снаружи сложным раствором, а не цементным. Толщина штукатурки составляет 1,5...2 см. В результате обследования в 1954 году выяснилось, что влажность стен второго дома уже тогда была несколько меньше, чем у стен второго дома, хотя срок эксплуатации первого дома был 6,5 лет, а у второго - около 2 лет [2].

Определение прочности сцепления с плотным основанием и прочности при растяжении растворной смеси

Однако водорастворимые полимеры дают незначительное увеличение прочности в модифицированных растворах[28].

Исследование влияния негашеной порошкообразной извести и микрокремнезёма на свойства растворной смеси с вермикулитовым заполнителем

Выбор минеральных добавок в работе обусловлен невозможностью ручного нанесения растворных смесей на цементе с вермикулитовым заполнителем с плотностью раствора менее 900 кг/м [11]. При обрызге такие растворные смеси имеют значительный отскок от стены, толщина наносимого за один раз слоя не превышает 5 мм. При этом нет возможности работать по большим захваткам, так как растворная смесь быстро отдаёт воду основанию и теряет способность к затирке, из-за значительной расслаи- ваемости растворную смесь приходится постоянно перемешивать перед нанесением.

В растворной смеси сжимаемым элементом является цементное тесто, заключённое между зёрнами заполнителя, которые образуют каменный каркас. Если нормальное давление будет приложено непосредственно к этому каркасу, тогда сжатие цементного теста может произойти вследствие раздвижки зёрен заполнителя (при избытке цементного теста в растворной смеси), или же в процессе раздробления зёрен заполнителя. Поскольку это приводит к уплотнению растворной смеси с вермикулитовым заполнителем, раздробление при всех методах силового воздействия на растворную смесь необходимо исключить. Дробления зёрен заполнителя можно избежать, если они будут раздвинуты на определённую величину и пространство между ними будет заполнено цементным тестом. В этом случае укладка растворной смеси под давлением будет сопровождаться сжатием цементного теста и сближением зёрен заполнителя.

В результате замены части портландцемента в штукатурных растворах молотой известью и тонкодисперсным отходом промышленности - микрокремнеземом возможно понизить плотность цементного теста, что приведёт к увеличению его содержания в объёме растворной смеси. При этом происходит более полное заполнение межзернового пространства и пор заполнителя.

Цементное тесто придаёт зёрнам заполнителя взаимную подвижность, которая зависит от структурной прочности цементного теста и его количества в растворной смеси. Чем толще слой цементного теста, обволакивающий зёрна заполнителя, тем подвижнее (пластичнее) при прочих равных условиях растворная смесь[71].

Введённый в состав раствора аморфный микрокремнезём, будет взаимодействовать с Са(ОН)2, выделяющимся в процессе реакции гидратации минералов клинкера. В результате образующаяся известь связывается в низкоосновные гидросиликаты кальция. Оставшаяся часть микрокремнезёма, не участвующая в реакции взаимодействия с известью, остаётся в виде наполнителя. Введение негашеной порошкообразной извести в состав растворных смесей обусловлен необходимостью дополнительного химического связывания частиц микрокремнезёма.

Исследования проводились по ГОСТ 5802-86, определялось водо- вяжущее отношение, расслаиваемость и водоудерживающая способность растворных смесей при их одинаковой подвижности, которая соответствовала Пк12 и равнялась 10 см. Значения факторов - содержание компонентов вяжущего растворных смесей и раствора: цемента, микрокремнезёма и извести, варьировались в пределах от 0 до 100% с шагом 33,3%. Содержание вермикулита варьировалось в интервале 0,2...1, показывающего отношение массы вермикулита к массе вяжущего (З/Вв по ГОСТ 4.233-86). В качестве контрольных были выбраны образцы на вяжущем, состоящем только из портландцемента. Обработка матриц планирования (табл. 5, 6, 7, 8, 9) на ЭВМ позволило получить регрессионные зависимости указанных параметров (табл. 10) по которым были построены изолинии. В табл. 5, 6, 7, 8, 9 содержатся следующие отклики: В/Вв - водовяжущее отношение (ГОСТ 4.233-86); П - расслаиваемость; V - водоудерживающая способность.

Результаты эксперимента представлены на рисунках 9... 13 в виде изолиний, показывающих изменение свойств растворных смесей от соотношения минеральных компонентов в вяжущем и расхода вермикулита.

Добавление извести и микрокремнезёма в состав сухих строительных смесей позволяют улучшить технологические свойства растворных смесей (расслаиваемость, водоудерживающую способность). Увеличение доли вяжущего при равных расходах заполнителя позволяет увеличить прочностные свойства растворов, что особенно заметно при повышенном содержании вермикулита.

Количество воды затворения необходимое для достижения одинаковой подвижности растворной смеси при введении извести и микрокремнезёма изменяется с увеличением доли вермикулита.

Исследование влияния полимерных и минеральных тонкодисперсных добавок на формирование фазового состава цементного камня растворов с вермикулитовым заполнителем

При низком содержании вермикулита (З/Вв 0,2; 0,4) в растворной смеси с увеличением содержания тонко дисперсных добавок количество воды затворения возрастает (рисунок 9, 10). В растворных смесях с повышенным содержанием вермикулита (З/Вв 0,6; 0,8; 1,0) увеличение содержания микрокремнезёма и извести (рисунок 11, 12, 13) привело к уменьшению количества воды затворения.

Возрастание количества воды затворения в равноподвижных составах растворных смесей с малым содержанием вермикулита при увеличении содержания минеральных добавок можно объяснить высокой водопотреб- ностью микрокремнезёма и извести (табл. 20). Частички микрокремнезёма отличаются очень развитой удельной поверхностью, требующей для её смачивания значительного объёма воды. Теоретически для гашения извести необходимо 32,13% воды от веса СаО. Практически при гашении извести в тесто расход воды увеличивают до 2.. .3 вес. ч. на 1 вес. ч. извести ки- пелки [72]. Это обусловлено тем, что при гашении часть воды испаряется, и некоторое количество её расходуется на смачивание образующегося теста гидроксида кальция.

Снижение количества воды затворения в составах с большим количеством вермикулита при увеличении содержания микрокремнезёма и извести можно объяснить увеличением пустотности растворной смеси и, как следствие, увеличением необходимого количества цементного теста для обволакивания зёрен заполнителя.

Высокая водопотребность вермикулита определяет высокую влажность растворной смеси, которая позволяет негашёной извести перейти в известковое молоко, содержащее тончайшие фракции гидроксида кальция (0,02...0,05 мк) [72].

Для того чтобы подвижность растворной смеси оставалась постоянной при увеличении содержания заполнителя необходимо увеличить содержание цементного теста. Этого можно достичь, увеличивая количество воды в смеси и уменьшая плотность цементного теста. Повышение пустотности смесей с высоким содержанием вермикулита привело к необходимости заполнения пустот растворной смесью. Введение тонкодисперсного микрокремнезёма и извести, перешедшей в водный раствор в виде тонких фракций, позволило увеличить объёмное содержание цементного теста в растворной смеси. Это привело к тому, что растворная смесь деформируется под нагрузкой по прослойкам дисперсионной среды в результате скольжения частичек минеральных добавок друг относительно друга без разрыва контактов и разрушения структуры.

Введение извести и микрокремнезёма в цементновермикулитовые растворные смеси вне зависимости от содержания вермикулита привело к уменьшению их расслаиваемости и к увеличению водоудерживающей способности.

Применение лёгких заполнителей в растворных смесях приводит к тому, что зёрна заполнителей всплывают, а раствор скапливается в нижних частях формы и изделия. При этом, чем заметнее разница в плотности отдельных видов твёрдых зёрен и жидкости, тем больше вероятность расслоения растворной смеси [73].

Размеры частиц гидратированой извести и микрокремнезёма значительно меньше размеров частиц цемента, что позволяет им значительно медленнее, чем цемент осаждаться в водной суспензии. При этом минеральные добавки адсорбируются на зёрнах цемента, связывая их между собой. В результате этого возрастают силы притяжения между частицами, что значительно уменьшает возможность расслоения растворной смеси.

Как показано в [74], водоудерживающая способность цементного геля связана корреляционно с рядом физических и физико-химических свойств цемента; она может меняться в широких пределах в зависимости от минералогического состава и дисперсности вяжущего, количества и вида введённых добавок.

Способность цементного теста удерживать определённый объём воды определяется интенсивностью сил взаимодействия между частицами; чем плотнее они упакованы, тоньше водные оболочки, тем тоньше прослойки между сольватированными частицами цемента и прочнее удерживается в них вода. Если частицы раздвинуть так, что они уже не способны взаимодействовать одна с другой, то связанность структуры нарушается, и цементное тесто начинает отслаивать воду. Отдельные частицы и целые агрегаты из них (флокулы), находясь первоначально во взвешенном состоянии, постепенно выпадают в виде осадка, вытесняя воду, слой которой над осадком тем больше, чем больше воды затворения (сверх оптимального количества) содержалось в цементном тесте.

В физическом отношении возросшая водоудерживающая способность цементного теста при введении извести и микрокремнезёма характеризуется новым энергетическим состоянием, обусловленным увеличением дисперсности частиц, количеством взаимных контактов между цементными частицами и уменьшением размеров межзерновых пор, заполненных водой.

Для определения влияния добавок извести и микрокремнезёма на основные свойства растворов были исследованы растворы, полученные в результате твердения растворных смесей, составы которых представлены в предыдущем разделе данной главы. Основные физико-механические характеристики, определяемые в цементновермикулитовых растворах: средняя плотность в естественном состоянии, прочность при сжатии образцов кубиков в возрасте 28 суток, отформованных на металлическом поддоне и на ячеисто-бетонных блоках плотностью 670...710 кг/м . В качестве параметра оптимизации был выбран коэффициент конструктивного качества [105, 106] (К.К.К. [МПа-м /т]), представляющий собой отношение прочности при сжатии образца отформованного на металлическом основании [МПа] к средней плотности образца [т/м ].

Значения факторов - содержание компонентов вяжущего растворных смесей и раствора: цемента, микрокремнезёма и извести, варьировались в пределах от 0 до 100% с шагом 33,3%. Содержание вермикулита варьировалось в интервале 0,2... 1, показывающего отношение массы вермикулита к массе вяжущего. В качестве контрольных были выбраны образцы на вяжущем, состоящем только из портландцемента. Обработка матриц планирования (табл. 11, 12, 13, 14, 15, 16) на ЭВМ позволило получить регрессионные зависимости указанных параметров (табл. 17, 18), по которым были построены изолинии.

Легкие наружные штукатурные строительные растворы с вермикулитовым заполнителем Ахмедьянов Ренат Магафурович

Лёгкие штукатурные растворы с вермикулитовым заполнителем

Определение прочности сцепления с плотным основанием и прочности при растяжении растворной смеси

Исследование влияния негашеной порошкообразной извести и микрокремнезёма на свойства растворной смеси с вермикулитовым заполнителем

Похожие диссертации на Легкие наружные штукатурные строительные растворы с вермикулитовым заполнителем