Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Состояние вопроса и задачи исследования 16
1.1 Анализ качества и номенклатуры современных фасадных систем 16
1.1.1 Современные фасадные системы 16
1.1.2 Наполнители для штукатурных фасадных композиций 26
1.2 Составы, приготовление и применение фасадных штукатурных растворов 32
1.2.1 Растворы штукатурные базовые 32
1.2.2 Растворы штукатурные декоративные 35
1.3 Стандартизация и техническое нормирование фасадных штукатурных растворов 40
1.3.1 Классификация и основные понятия 40
1.3.2 Общие технические требования 40
Выводы по главе 1 44
Рабочая гипотеза 46
ГЛАВА II Методология и объекты исследований 48
2.1 Методология проведения исследований 48
2.2 Характеристика исходных материалов 59
2.3 Оптимизация состава фасадного штукатурного раствора на основе нанотехногенного сырья 80
Выводы по главе II 83
ГЛАВА III Основные аспекты модифицирования нанонаполненных фасадных штукатурных растворов 84
3.1 Прочность сцепления (адгезия, когезия) нанонаполненных цементных штукатурных растворов с основаниями 84
3.2 Прочность сцепления (адгезия, когезия) нанонаполненных полимерцементных штукатурных растворов с основаниями 101
3.3 Морозостойкость нанонаполненных цементных и полимерцементных штукатурных растворов 114
3.4 Прочность на сжатие нанонаполненных цементных и полимерцементных штукатурных растворов 124
3.5 Физико-химические основы формирования нанонаполненных цементных и полимерцементных штукатурных растворов 132
3.5.1 Дифференциально-термический анализ 132
3.5.2 Рентгенофазовый анализ 136
3.5.3 Электронная микроскопия реплик 154
Выводы по главе III 166
ГЛАВА IV Применение нанонаполненных штукатурных фасадных растворов в гражданском строительстве 168
4.1 Расчёт экономической эффективности применения нанотехногенного сырья в качестве модификаторов штукатурных фасадных растворов на примере гражданского здания 168
4.2 Вероятностно-статистическая оценка исследований результатов экспериментов фасадных штукатурных растворов 175
Выводы по главе IV 180
Основные выводы 181
Библиографический список
- Наполнители для штукатурных фасадных композиций
- Стандартизация и техническое нормирование фасадных штукатурных растворов
- Прочность сцепления (адгезия, когезия) нанонаполненных полимерцементных штукатурных растворов с основаниями
- Вероятностно-статистическая оценка исследований результатов экспериментов фасадных штукатурных растворов
Введение к работе
Актуальность работы. Российский строительный рынок сегодня предлагает широкий спектр фасадных штукатурных растворов, часто импортного производства. Ассортимент зарубежных строительных штукатурных растворов исчисляется сотнями марок, а отечественное производство явно отстаёт. При этом эксплуатационные качества фасадных покрытий часто недостаточны.
Высокое качество фасадной композиции обеспечивается стабильностью состава и свойствами применяемых сырьевых компонентов в штукатурных растворах. Важнейшую роль играют наполнители, в частности их количественное содержание и дисперсность, а также вяжущие. Проблема оптимального наполнения штукатурных растворов является одной из важнейших. Но известно, что производство природного наполнителя, особенно нано размера - достаточно трудоёмкий и дорогостоящий процесс.
Сегодня можно решить данную проблему путём разработки штукатурных растворов нового поколения с применением нанотехногенного сырья местного производства, что позволит повысить качество и значительно снизить себестоимость фасадных композиций, а также улучшить экологическую обстановку региона.
Цель работы. Разработка и оптимизация составов фасадных штукатурных растворов с повышенной долговечностью на основе простых и смешанных вяжущих с тонкодисперсными наполнителями природного и техногенного характера и исследование их структуры.
Задачи исследования:
оценить современное состояние рынка фасадных систем, выявить их основные недостатки и проанализировать основные требования, предъявляемые к фасадным поверхностям и материалам;
разработать составы наполненных фасадных штукатурных растворов с высокими эксплуатационными свойствами и максимальным использованием местной сырьевой базы (природной, техногенной);
обосновать выбор техногенных наполнителей различного происхождения, структуры и свойств;
определить основные свойства фасадных штукатурных растворов нового поколения, модифицированных нанотехногенным сырьём;
- исследовать влияние наполнителей, в зависимости от состава и
дисперсности, на технические свойства (прочность сцепления, прочность на
сжатие, морозостойкость) штукатурных растворов в условиях эксплуатации;
- исследовать механизмы действия наполнителей на структуру и основные
свойства штукатурных растворов в условиях совместной работы с основанием
(бетон, кирпич);
расширить номенклатуру наполнителей для фасадных штукатурных растворов;
оценить экономическую эффективность разработанных составов для отделки фасадов зданий и сооружений.
Научная новизна:
разработаны экономически привлекательные и эффективные фасадные штукатурные растворы с высокими эксплуатационными свойствами, с применением нанотехногенных наполнителей местного происхождения;
впервые установлены закономерности изменения структуры и технических свойств фасадных штукатурных растворов в зависимости от вида: вяжущего -простое (цементное) или смешанное (полимерцементное); наполнителя (дисперсности, физического состояния и количества); основания (кирпич, бетон);
- улучшены декоративные свойства штукатурных растворов за счёт
применения светлоокрашенных наполнителей: карбонатного шлама (КШ),
карбонатно-кремнезёмистого продукта (ККП), а также их смеси - бинарный
наполнитель;
- установлено оптимальное содержание нанотехногенных наполнителей в
фасадных штукатурных растворах: КШ (влажный) 5 %; КШ (сухой) 15 %; ККП
13 %; бинарный наполнитель: карбонатный шлам (влажный) 15 % и ККП 13 %;
установлены возможные химические соединения, образующиеся в затвердевшем штукатурном растворе на основе физико-химических результатов формирования (термодинамических расчётов, электронной микроскопии, качественного рентгенофазового и дифференциально-термического анализов);
доказана практическая возможность и целесообразность применения нанотехногенных наполнителей местного происхождения в фасадных штукатурных растворах, влияющих положительно на структуру и свойства композиции.
Достоверность полученных результатов. Обоснование выбора составов фасадных штукатурных растворов с применением в качестве наполнителей нанотехногенных продуктов - КШ и ККП выполнено с позиций современных фундаментальных наук.
Достоверность полученных результатов и выводов по работе обеспечена:
- обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных и
современных методов (рентгенофазовый, дифференциально-термический и
электронно-микроскопические анализы);
- использованием аттестованного лабораторного оборудования;
применением математических методов планирования экспериментов и
статистической обработкой данных;
- лабораторными испытаниями и их высоким практическим эффектом.
Практическая значимость. Разработаны составы фасадных штукатурных
растворов на основе простых и смешанных вяжущих, модифицированных нанотехногенными минеральными наполнителями с высокими свойствами, обеспечивающими необходимую стойкость композиции в условиях эксплуатации (прочность сцепления, прочность на сжатие, морозостойкость).
В результате планомерной оптимизации штукатурных растворов минимизирована доля продуктов строительного рынка - экономия вяжущего составила от 5 до 15 %, в ряде составов природный наполнитель полностью заменён на нанотехногенный продукт, что позволило достичь существенного экономического эффекта.
Расширена номенклатура минеральных наполнителей российской
стройиндустрии ценным нанотехногенным сырьём - КШ и ККП, что способствует улучшению экологической обстановки.
Реализация работы. Разработанные составы фасадных штукатурных растворов прошли практическую апробацию при строительстве гражданских зданий на предприятиях Самарского региона. Методические разработки и результаты исследований использованы в учебном процессе СГАСУ.
На защиту выносятся:
результаты исследований по оценке влияния нанотехногенных наполнителей на состав и свойства фасадных штукатурных растворов;
данные о структуре и фазовом составе наполненных фасадных штукатурных растворов, с применением в качестве наполнителя нанотехногенного сырья, основанные на исследованиях рентгенофазового, дифференциально-термического и микроскопического анализов;
составы штукатурных растворов нового поколения на основе цементного и полимерцементного вяжущих с нанотехногенными наполнителями.
Апробация работы. Основные положения докладывались и обсуждались на ежегодных Всероссийских научно-технических конференциях № 65, 66, 67, 68 в СГАСУ по итогам НИР «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика» и «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» (г. Самара, 2008-2011).
Публикации. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 26 печатных работах, в том числе: в журналах рекомендованных ВАК - 2; патент РФ на изобретение - 1.
Конкурсы. В 2010 году на Самарский областной конкурс «Молодой учёный» была представлена научно-исследовательская работа в номинации «Аспирант» по теме: «Повышение долговечности фасадов зданий Самарской области путём применения нанотехногенного сырья», которая удостоена дипломом победителя от Министерства образования и науки Самарской области.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, библиографического списка и приложения. Содержит 208 страниц машинописного текста, включая 44 таблицы, 49 рисунков, 7 графиков и 5 приложений. Библиографический список включает 286 источников.
Наполнители для штукатурных фасадных композиций
Достоинством навесного фасада является максимальная долговечность при надлежащей эксплуатации. К сожалению, специально спроектированных вентилируемых фасадных систем не так уж много.
Конструкции стен с вентиляционными прослойками с наружной стороны стены ценны в теплотехническом отношении. Фасадная поверхность, отделяемая вентиляционной прослойкой, защищает конструкцию стены от солнечных лучей, сильно уменьшая летнюю тепловую нагрузку на стену.
Фасады со светозащитными устройствами обеспечивают соответствующую теплозащиту стен и зимой, поскольку они исключают непосредственный контакт с холодными массами воздуха. Коэффициент теплопередачи при этом уменьшается на 5-10 %. Светозащитные устройства защищают стены и от воздействия осадков, что улучшает значение коэффициента теплопередачи на 2-5 %.
У фасадов с вентиляционной прослойкой наружная поверхность стены не нуждается в особой защите от дождя и не требует водонепроницаемого покрытия, диффузия паров происходит при благоприятных условиях. Известно, что расширение и увеличение высоты вентиляционной прослойки усиливают вентиляцию, то же самое справедливо и в отношении размеров вентиляционных отверстий.
Повышение интенсивности вентиляции благоприятно, так как поверхность содержится в сухом состоянии, ликвидируется конденсация паров на внутренней стороне покрытия, диффундирующих изнутри наружу. Без движения воздуха пары на холодной поверхности покрытия оседают. Однако с точки зрения проникания тепла положение нельзя считать ясным, поскольку зимой при сильном ветре с поверхности уходит слишком много тепла, а летом за фасадную отделку может проникнуть лишнее тепло. Тепловое расширение вызывает проблемы не только в отношении несущих конструкций (стен, балок, перекрытий, каркасов и т. д.), но и с точки зрения отделки фасадов. Фасадные конструкции, выполненные из камня с плотной структурой, стекла, металлов и некоторых полимерных материалов, испытывают значительные деформации при тепловом расширении. Кроме этого следует принимать во внимание различие коэффициентов теплового расширения штукатурок, покрытий, слоев искусственного камня и конструктивных материалов, на которые они наносятся [32]. Первая индустриальная вентилируемая фасадная система «Марморок» была разработана в 1960-е годы по заказу шведского правительства. После полномасштабных испытаний с использованием различных типов зданий и условий эксплуатации с осени 1970 года начат массовый выпуск продукции. В 1974 году лицензия на производство была продана в Австрию, в 1980-м — в Англию, в 1992-м — в Словакию, в 1998-м - в Польшу, а в 2002 году — в Украину [125].
В нашей стране «Марморок» широко применяется с 1996 года. За истекшее время удалось адаптировать систему к российским условиям. Она прошла климатические испытания в районах Крайнего Севера, Дальнего Востока, Баренцева и Чёрного морей, в Якутии, Ингушетии и Москве. Проведены сертификация системы в Госстрое РФ, сейсмические, теплотехнические и огневые испытания.
Специально для России разработана новая ограждающая конструкция «Балтика», позволяющая значительно уменьшить массу продукции, снизить цену и продлить срок службы системы.
Сегодня «Марморок» - единственная фасадная система, имеющая такую историю. Фирма-производитель даёт гарантию на неё в 50 лет [125].
Кроме того, в 2002 году были выполнены натурные теплофизические обследования стен здания многоэтажного жилого комплекса в Москве, подтвердившие эффективность работы вентилируемой прослойки. Из вывода ЦНИИЭП жилища от 28 марта 2002 года следует, что благодаря эффективной вентиляции воздушной прослойки сопротивление теплопередаче в утеплителе, замеренное в натуральных условиях для кирпичных бетонных стен, превышает расчётные показатели на 16 и 1 % соответственно [218].
В городских условиях эффективная вентиляция является главным фактором в борьбе с агрессивностью внешней среды, позволяет достичь максимального срока службы конструкции стены и экономии энергоресурсов.
В сравнении с вентилируемыми оштукатуренные фасады применяются более широко, что может объясняться их архитектурно-художественной выразительностью и экономической привлекательностью.
По применяемым вяжущим растворы подразделяют на вяжущем одного вида (простые) и на смешанных вяжущих [60].
Современный российский рынок строительных материалов насыщен штукатурными сырьевыми смесями на основе цементных связующих. Как правило, они обладают недостаточными эксплуатационными показателями. Известно, что хорошей альтернативой с высокими техническими свойствами являются фасадные материалы на полимерцементной основе. Характерной особенностью смешения полимерных материалов с минеральными сырьевыми смесями являются многообразие надмолекулярных структур и лёгкость перехода одних форм в другие. Надмолекулярные структуры позволяют существенно увеличить прочность многих полимерных материалов [72]. Добавление полимера в цементный раствор влечёт за собой образование более монолитного трёхмерного каркаса с тесной связью между органическим клеем и составляющими цемента. Полимер, твердеющий в порах и капиллярах цементного камня, образует трёхмерную армирующую сетку [11, 72].
Стандартизация и техническое нормирование фасадных штукатурных растворов
Сравнивая дифрактограммы ККП и карбонатного шлама (рисунок 2.9), в последнем выявлено отсутствие соединений ЗСаОБіОг , но выявлено соединение: СаО и так же, как и в ККП, - СаСОз., кроме того, появилось новое соединение Mg(OH)2 ДТА (дифференциально-термический анализ) карбонатного шлама (рисунок 2.10) показал следующее: первый эндоэффект с пиком 183 С связан с удалением адсорбционной влаги. Далее наблюдается два пика различного характера: 238 С - эндоэффект и 364 С — экзоэффект. В интервале 500-650 С происходит удаление конституционной влаги и частичное разрушение кристаллической решётки.
Также методом ДТА был исследован и строительный портландцемент, который является основным компонентом разработанных фасадных штукатурных композиций. На рисунке 2.11 приведены ДТА влажного и сухого строительного портландцемента. Кривые ДТА начинаются с эндотермических реакций, давая пик минимумов в температурных точках 102 и 107, 137 и 139, 156 и 152 С соответственно. Данные точки свидетельствуют об удалении адсорбционной влаги. Далее на кривых наблюдаются экзотермические реакции с выделением тепла, давая пики 257 и 255 С соответственно. Дальнейшие температурные пики на кривых Шили/ —
В соответствии с принципами полиструктурной теории строительных композитов карбонатный шлам и ККП можно рассматривать как наноструктурные элементы со своими химическими и физическими свойствами, которые в составе многоуровневых композиционных материалов будут активно участвовать в процессах на границе раздела отдельных фаз и компонентов, образуя различные по химическому составу, типу связи и строению фазы, влияющие на структуру и свойства формируемых фасадных строительных материалов [102].
Был произведён сравнительный анализ адсорбционной способности строительных материалов природного, искусственного и техногенного происхождения на фотоэлектроколориметре КФК-3-«ЗОМС». Адсорбционная способность материалов представляет большой научный и практический интерес как важнейшее свойство в ряду смачивания, адгезионной активности и прочности.
Условия образования шламовых частиц обусловливают их высокую адсорбционную способность (таблица 2.10), которая обеспечивается тем, что их коллоидные растворы, состоящие из гидрооксидов металлов, активно адсорбируют на своей поверхности воду [162]. Вода в виде гидратной оболочки прочно удерживается на поверхности шламовых частиц, образуя плёнку, препятствующую слипанию частиц и обеспечивающую их скольжение. Присутствие достаточного количества адсорбционно-связанной воды обусловливает высокую седиментационную устойчивость шламов. Учитывая высокие адсорбционные показатели влажных шламовых частиц, была произведена сушка данного техногенного материала для применения в сухих смесях [56, 144]. Адсорбция высушенного шлама при t=100-105 С несколько ниже, чем у влажного, но всё равно высока. Высушенный карбонатный шлам может найти широкое применение в сухих строительных смесях различного назначения, в том числе и для фасадных штукатурок.
На основании полученных результатов следует, что адсорбционная способность карбонатного шлама во влажном состоянии существенно превышает показатели других природных и искусственных материалов (таблица 2.4, рисунки 2.13-2.15). В сухом состоянии шлам снижает способность удерживать на поверхности влагу за счёт укрупнения частиц после высыхания, а также в связи с химическими процессами, связанными с разложением и образованием кальция (рисунок 2.12) - увеличение степени насыщенности окраски (розовый) карбонатного шлама, обработанного соляной кислотой, свидетельствует о повышении количества образования кальция.
Анализируя данные таблицы 2.4 и рисунков 2.13-2.15, можно сделать вывод, что ККП обладает низкой адсорбционной способностью, но, учитывая высокую дисперсность его частиц, он может выполнять роль нанонапонителя, уплотняющего структуру материала, участвующего в эпитаксиальном срастании. Условия подвижности нанодисперсных частиц ККП может создавать жидкость, включаясь в образование контактов за счёт броуновского движения, что даст возможность осуществить контакты на большей площади [3].
Водородные связи — причина большой силы сцепления воды (высокое поверхностное натяжение), определяющей способность прилипать (смачивать). Хорошее смачивание обеспечивается как свойствами жидкости, так и смачивающей поверхностью. Данные по смачиванию указывают на важную роль полярных электрических взаимодействий при адсорбции, а как следствие, и при адгезии - чем меньше твёрдая частица, тем тоньше и прочнее водная адсорбционная оболочка и выше клеящая способность [206]. Следует также отметить, что, хотя электростатическое взаимодействие играет решающую роль, оно не является единственной причиной адгезии. В адгезии участвуют такие явления, как молекулярные силы, эпитаксия и химическое взаимодействие.
Прочность сцепления (адгезия, когезия) нанонаполненных полимерцементных штукатурных растворов с основаниями
Морозостойкость фасадной композиции в условиях эксплуатации — одна из его наиболее важных характеристик, обеспечивающая его долговечность. Фасадное покрытие больше всего подвержено разрушению в холодное время года, когда велико число переходов через О С.
Механизм морозостойкости неоднозначен и представлен различными теориями и мировоззрениями [11, 82, 110, 239; 240, 243].
Под морозостойкостью фасадного штукатурного раствора понимается способность насыщенного водой материала сопротивляться попеременному замораживанию и оттаиванию. Химически связанная вода никогда не превращается в лёд. Гелевая вода превращается в лёд только при очень низких температурах (полностью замерзает при — 73 С). Капиллярная вода превращается в лёд сначала при температуре приблизительно -0,5 С, поскольку в капиллярах находится раствор. Температура для образования льда зависит от размера каппиляр. При понижении температуры в зависимости от размеров капилляр образуется ледовая шуга, которая из больших по размеру капилляр вдавливается в капилляры меньшего размера. Постепенно увеличивается объём, поскольку объём льда на 1/11 (9 %) больше объёма воды. Возникающее кристаллическое давление льда превышает границу 200 МПа. Лёд сначала образуется на поверхности материала, а в зависимости от роста охлаждения проникает к середине материала и вызывает увеличение объёма. После того, как лёд растает, остаётся 1/3 общего растяжения.
Морозостойкость фасадного покрытия зависит от следующих факторов [11,82,110,239,240,243]: а) возраст материала с точки зрения морозостойкости можно разделить на четыре периода времени, каждый из них обладает разной морозостойкостью: 1-й период времени - от замешивания до начала схватывания материала. Замерзание не будет причиной нарушения структуры, только увеличится пористость приблизительно на 10%. После повышения температуры и оттаивания продолжается гидратация без какого-либо разрушения покрытия; 2-й период времени - от начала схватывания фасадного материала до приобретения прочности покрытия Rz = 5-8 МПа. Данный период является критическим, и если покрытие замёрзнет, то произойдёт полное нарушение его структуры и значительным образом снизится его прочность (покрытие не годно к эксплуатации); 3-й период времени - после достижения прочности покрытия Rz = 5-8 МПа до приобретения требуемой прочности фасадного материала. Покрытие постепенно приобретает всё более высокую морозостойкость, которая вызвана его увеличивающейся прочностью; 4-й период времени характеризуется морозостойкостью затвердевшего покрытия; б) контакт с водяной средой. Если фасадный материал не насыщен водой, то понижение температуры ниже 0 С проявляется только как температурная деформация. Если на материал оказывает влияние водяная среда, то материал насыщается водой и замерзание проявляется в изменении объёма при превращении воды в лёд, температурными деформациями и действием гидравлического давления; в) пористая структура фасадного раствора. Является важнейшим критерием морозостойкости, особенно распределение пор, заполненных водой. Вода замерзает в результате понижения температуры постепенно от самых больших капилляр по самые маленькие. Закрытые поры, не заполненные водой, не оказывают влияния на морозостойкость; г) концентрация раствора, который находится в пористой структуре цементного или полімерцементного камня. Здесь действует закон Рауля о снижении парциального давления водяного пара над раствором, которое пропорционально понижению температуры таяния (замораживания) раствора. Чем больше концентрация раствора, тем понижение точки плавления выше (криоскопическая постоянная воды равна 1860 К); д) прочность материала должна сопротивляться напряжению, которое возникает при увеличении объёма воды, превращающейся в лёд (9%); е) воздухововлечение в материал. Это образование закрытых воздушных пор. Закрытые поры, не заполненные водой, служат как компенсационные пространства при увеличении объёма льда на 9% (при 0 С) до 13% (при -20 С); ж) степень насыщения водой капиллярной пористости рассчитывается как частное капиллярной пористости от общей пористости и должна быть меньше 0,8. Количество и распределение капиллярных пор в ходе гидратации изменяется и, таким образом, изменяется требуемое минимальное воздухововлечение в материал.
Повышение морозостойкости многими теориями [11, 82, 106, 107, ПО, 239, 240, 243] представляется за счёт воздухововлечения в материал. Однако проблемы, связанные с морозостойкостью фасадного покрытия возникают потому, что для достаточной удобоукладываемости штукатурного раствора производитель идёт на некоторое повышение содержания воды. Так же важное значение играет подбор вяжущего и оптимальное содержание и дисперсность наполнителя, равномерно распределённого в матрице раствора. Очевидно, что снижение водоцементного отношения, правильный подбор вяжущего и тонкодисперсного наполнителя влечёт оптимизацию непроницаемости материала и его свойств. При этом в нём оптимально снижается число макропор, что способствует недостижению раствором критического насыщения, влекущего за собой повышение морозостойкости.
Эффективным направлением на сегодняшний день является введение в фасадный штукатурный раствор наполнителей фракции менее 1 мм — карбонатного шлама и ККП, которые способствуют повышению удобоукладываемости раствора и образованию системы пор, в том числе и замкнутых [104]. При этом морозостойкость повышается без снижения прочности материала, что неизбежно при введении воздухововлекающих добавок. По-видимому, поры в подобных материалах играют ту же роль, что и воздухововлечение при использовании воздухововлекающих добавок.
Оценивая результаты цементного камня без добавки, можно отметить, что при малой общей площади поверхности пор достаточно велик объём капиллярных пор, большой показатель среднего радиуса пор, минимальная гелевая пористость. Объяснением тому служит неоднородность структуры цементного камня [49, 103, 106, 107].
В присутствии карбонатного шлама эта картина кардинально меняется. Варьируя соотношения модифицирующего техногенного нанонаполнителя в растворе, наблюдаем изменение пористости материала. При 15 % карбонатного шлама получается отличная пористая структура с высокой площадью поверхности, высоким объёмом гелевых пор и высоким средним радиусом пор. Это можно объяснить высокой степенью наполнения цемента нанодисперсным материалом, не позволяющим развиваться капиллярной пористости. Введение карбонатного шлама способствует воздухововлекающему и стабилизирующему эффектам, создаёт высокопористую и однородную структуру. Однако такой высокий процент содержания карбонатного шлама в цементном растворе отрицательно сказывается на его прочностных характеристиках, что подтверждается экспериментами (таблица 3.2.6).
Наиболее оптимальным является 5 %-е содержание карбонатного шлама - наблюдается уменьшение количества капиллярных пор (100-500 нм) при одновременном увеличении количества гелевых пор (менее 100 нм).
При введении в грубодисперсную цементную систему влажного карбонатного шлама достигается благоприятная реорганизация структурной ячейки. Сущность этой реорганизации заключается в том, что наночастицы наполнителя перекрывают значительную часть объёма исходных круглых пустот, что меняет дифференциальную пустотность системы в благоприятном направлении, уменьшая средний размер пустот на дифференциальной зависимости. В процессе твердения в данном случае формируется структура с благоприятной для прочности дифференциальной пористостью цементного раствора при быстро понижающемся взаимодействии рангов пор в силу быстрого снижения размера крупных капиллярных пор [49, 103, 106, 107].
Вероятностно-статистическая оценка исследований результатов экспериментов фасадных штукатурных растворов
Таким образом, изменяя активность раствора при помощи добавления комплексного наномодификатора - карбонатного шлама, мы можем управлять основными эксплуатационными свойствами испытуемого состава — прочностью на отрыв, прочностью на сжатие и морозостойкостью. - произведена многокритериальная вероятностно-статистическая оценка исследования фасадных штукатурных композиций; - внедрение в практику строительства разработанных штукатурных растворов позволяет достичь снижения расходов на приобретение сырьевых компонентов. Для производства разработанного штукатурного раствора № 1 экономия вяжущего составляет 5 %, для производства разработанного штукатурного раствора № 2 - 15 % и полностью заменён природный наполнитель на ККП.
В результате исследований впервые: - разработаны и апробированы составы наполненных штукатурных растворов на основе цементного и полимерцементного вяжущих с использованием нанотехногенных наполнителей (ККП, КШ), обладающие высокими технологическими и физико-механическими свойствами, превышающие качественные показатели известных фасадных композиций и отвечающие нормативным требованиям; - установлено, что улучшению качественных показателей штукатурных растворов послужило создание оптимальной структуры цементного и полимерцементного камня и уменьшение пористости за счёт использования нанодисперсных техногенных наполнителей — ККП, КШ и их бинарной системы, формирующей кластер; - выявлена закономерность изменения прочности сцепления и адгезионно-когезионных показателей в зависимости от вида основания (кирпич, бетон); - достигнуто повышение степени белизны и возможность свободного цветового тонирования фасадных штукатурных композиций за счёт использования светлоокрашенных техногенных отходов (ККП, КШ); - установлено, что КШ и ККП - структурно упорядоченные нанотехногенные ресурсы с постоянными химическими составами, размерностью частиц от 20 до 80 нм, которые активно участвуют в процессах на границе раздела отдельных фаз, образуя различные по химическому составу, типу связи и строению фазы, влияющие на структуру и свойства формируемых фасадных композиций; - расширена сырьевая база минеральных наполнителей техногенным сырьём нанодисперсного размера; - доказано положительное влияние химического состава, степени дисперсности и количественного содержания наполнителя, в том числе бинарного, на закономерности изменения прочности сцепления (адгезионно-когезионных показателей), прочности на сжатие, морозостойкости и водоудерживающей способности штукатурных растворов; - установлены характеры новообразований, образующихся при взаимодействии компонентов штукатурного раствора, на основе результатов электронной микроскопии, термодинамических расчётов, данных качественного рентгенофазового и дифференциально-термического анализа; - открыта возможность утилизации техногенных отходов (КШ, ККП), что призвано улучшить экологическую обстановку любого российского региона; - снижена себестоимость штукатурного раствора за счёт применения в качестве наполнителя нанотехногенного сырья — ККП (полная замена известного наполнителя) и КШ (экономия вяжущего от 5 до 15 %).
