Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса получения строительных материалов из шламов 7
1.1 Утилизация шламов очистки природных вод 7
1.2 Основные свойства пигментов 10
1.3 Получение марганцевых пигментов 13
1.3.1 Сырье для получения марганцевых пигментов 13
1.3.2 Марганцевые пигменты 14
1.3.3 Методы обогащения природного сырья 17
1.4 Технология декоративного бетона 22
1.4.1 Пигменты, применяемые в декоративных бетонах 22
1.4.2 Отделочные материалы 27
1.4.3 Разновидности и свойства вяжущих 32
1.4.4 Влияние заполнителей, воды, добавок 35
1.4.5 Особенности технологии декоративного бетона 38
1.5 Способы предотвращения высолообразования 39
1.6 Цели и задачи исследований 43
2. Материалы и методики исследований 44
2.1 Характеристика материалов, примененных для исследований декоративных бетонов 44
2.1.1 Цемент 44
2.1.2 Песок 44
2.1.3 Гравий 45
2.2 Методики, применяемые для исследований свойств пигмента 46
2.2.1 Удельная поверхность 46
2.2.2 Укрывистость 46
2.2.3 Маслоемкость 47
2.2.4 Определение водорастворимых солей 48
2.2.5 Определение рН водной вытяжки 48
2.3 Методики, используемые при испытании декоративного бетона и цементного камня 49
2.3.1 Определение равномерности изменения объема цемента 49
2.3.2 Определение прочности бетона при сжатии 50
2.3.3 Определение прочности бетона на осевое растяжение 52
2.4 Методики химико-физических исследований 52
2.4.1 Химический анализ 52
2.4.2 Рентгеноструктурный анализ 55
2.4.3 Рентгенофлуоресцентный анализ 57
3. Анализ марганцевого шлама 58
3.1 Происхождение марганцевого шлама 58
3.2 Химический анализ осадка 61
3.3 Рентгеноструктурный анализ шлама 62
3.4 Качественный рентгено-флуоресцентный анализ 64
3.5 Электронно-микроскопические исследования 66
4. Исследование основных свойств пигмента для декоративного бетона и лакокрасочных покрытий 69
4.1 Основные свойства пигмента 69
4.1.1 Определение удельной поверхности, укрывистости, маслоемкости пигмента 69
4.1.2 Определение разбеливающей способности марганцевого пигмента 73
4.1.3 Определение количества водорастовримых солей 75
4.1.4 Определение рН водной вытяжки 75
4.1.5 Определение цветовой гаммы марганцевого пигмента 75
4.1.6 Исследование марганцевого пигмента и лакокрасочного покрытия на его основе в НИИ «Пигментные материалы» г.Челябинск 76
4.1.7 Рентгеноструктурный анализ пигмента 78
4.1.8 Электронно-микроскопические исследования пигмента 80
4.1.9 Технологическая схема получения пигмента 81
4.2 Влияние пигментов на свойства цемента и структуру цементного камня 84
4.2.1 Влияние добавки пигмента на водопотребность и сроки схватывания цементов 84
4.2.2 Влияние добавок пигментов на прочность и структуру цементного камня 84
4.2.3 Прочность при сжатии бетона с добавками пигментов 87
4.2.4 Определение прочности бетонного камня на осевое растяжение 88
4.2.5 Высолообразование 89
4.2.6 Цвет декоративных бетонов 92
5. Экономическая эффективность технологии получения марганцевого пигмента 94
Список литературы 102
Список нормативной литературы 114
Перечень приложений 116
- Методы обогащения природного сырья
- Способы предотвращения высолообразования
- Определение удельной поверхности, укрывистости, маслоемкости пигмента
- Высолообразование
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время для промышленности отделочных стройматериалов важной задачей является расширение ассортимента пигментов для декоративных бетонов и лакокрасочных материалов для фасадной и внутренней отделки зданий Пигменты строительного назначения кроме общих требований должны обладать атмосферостойкостью и щелочестойкостью. Этим требованиям обычно отвечают пигменты на основе неорганических соединений, сырьевая база которых ограничена На сегодняшний день расширение сырьевой базы для производства пигментов может производиться за счет использования побочных продуктов и отходов промышленности.
Одним из таких отходов являются шламы, образующиеся при очистке питьевой воды подземных водооисточников В общем объеме воды, подаваемой для хозяйственно-питьевых нужд, около 30% приходится на долю подземных вод, для которых характерны высокие концентрации железа и марганца Неоспоримым преимуществом подземных водоисточников является их защищенность от загрязнений природного и антропогенного происхождения, а также более низкая себестоимость очистки по сравнению с поверхностным забором воды
При очистке подземных вод образуются шламы с высоким содержанием железа и марганца Шламы представляют собой вещества, классифицируемые по IV классу опасности и требующие захоронения на полигонах твердых бытовых отходов Данная проблема характерна для Уральского региона, а также для северных и северо-восточных районов Сибири
Объектом исследования выбран шлам, образующийся при очистке подземных вод на Патраковском инфильтрационном водозаборе г Нефтекамска РБ. Образующийся в процессе биологической деманганации воды осадок представляет собой порошок черного цвета из-за присутствия в его составе оксида марганца Шлам не используется и вывозится на полигон твердых бытовых отходов в объеме до 33 тонн в год
В связи с этим актуальным представляется вопрос переработки шлама водоочистки для использования в промышленности строительных материалов. Получаемый пигмент предлагается использовать в лаках и красках, а также в декоративных бетонах
Цель работы — исследование и разработка технологии переработки шлама водоочистки подземных вод питьевого водоснабжения РБ для получения пигментов строительного назначения
Основные задачи работы:
проведение обзора по анализу возможности применения и получения строительных материалов из шламов в современном строительстве,
изучение химического состава и анализ кристаллической структуры марганцевого шлама,
разработка способов получения пигмента из марганцевого шлама водоочистки и исследование его свойств,
исследование свойств декоративных бетонов и красочных покрытий с пигментом из шлама водоочистки,
разработка технологической схемы получения марганцевого пигмента на основе шламов водоочистки,
расчет экономической эффективности переработки шлама водоочистки в пигмент
Научная новизна:
исследован химический и структурный состав шлама очистки подземных вод питьевого назначения,
исследована и обоснована возможность получения и использования атмосферо- и щелочестойкого пигмента из марганцевого шлама водоочистки,
исследованы и оптимизированы технологические свойства полученного марганцевого пигмента,
исследованы свойства бетонов и лакокрасочных композиций на основе марганцевого пигмента
Практическая значимость работы заключается в следующем
разработана технологическая схема переработки шламов, образующихся в процессе очистки подземных вод, в пигмент,
разработаны составы для получения декоративных бетонов и акриловых красок с использованием полученного пигмента;
разработана методика расчета экономических и экологических эффектов при переработке шламов в пигмент и произведен расчет экономико-экологической эффективности переработки марганцевого
шлама и использование его при производстве строительных материалов Результаты исследований были использованы.
при проведении исследования основных свойств лакокрасочного покрытия на основе марганцевого пигмента в НИИ «Пигментные материалы» (г Челябинск),
при разработке технологической схемы обезвреживания осадков на водоочистных сооружениях МУП «Нефтекамскводоканал» Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались
на^ IX, X, XI международных научно-технических конференциях «Проблемы строительного комплекса России» (г Уфа, 2005-2007 гг),
федеральном научно-практическом семинаре-совещании «Эколого-экономические проблемы жилищно-коммунального хозяйства и пути их решения» (г Челябинск, 2004 г)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, 2 из которых опубликованы в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки и 1 заявка на патент
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы и 4 приложений Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 23 иллюстрации и 20 таблиц Список использованной литературы включает 112 наименований
Методы обогащения природного сырья
Природное пигментное сырье обогащают следующими тремя способами[14]:
1. Сухой способ обогащения, состоящий из следующих процессов: отделения пустой породы; сушки; дробления; размола; воздушной сепарации.
2. Мокрый способ обогащения, охватывающий: мокрое дробление; отмучивание; обезвоживание; сушку; размол; воздушную сепарацию.
3. Термическая обработка, в которую входят: дробление (если пигментное сырье находится в больших твердых кусках; обжиг при различной температуре, в зависимости от установления тона пигмента; размол; воздушная сепарация.
Сухой способ обогащения применяется к пигментному сырью, имеющему небольшое количество песчаного отхода и твердых однородных пород и не содержащему посторонние примеси в виде крупного песка, известковых включений, гальки и др. Производится дробление, фракционировка пигментного сырья по массе, отделение основной массы пигмента той его части, которая содержит грубодисперсныс частицы с большей плотностью. При этом способе обогащения имеет большое значение характер предварительной обработки пигментного сырья, главным образом степень предварительного измельчения и размола, а также отбор пустой породы. Привезенное из карьера пигментное сырье сначала отделяют от пустой породы. Добытое пигментное сырье содержит до 20% влаги. При таком большом проценте влажности размол пигментного сырья в мелкий порошок не дает хороших результатов. Поэтому его сначала сушат на солнце, а затем в печах.
Наиболее распространены на заводах камерные сушилки, тоннельные или вращающиеся барабанные. Тоннельные сушилки отличаются от камерных большой производительностью и механизацией. Барабанная сушилка представляет собой вращающийся железный барабан, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Пигментное сырье подается сверху питателем в барабан. Находящиеся внутри барабана скребки передвигают сырье по барабану, расположенному наклонно. Сушильный барабан имеет специальную газовую топку, топочные газы, которые проходят по принципу противотока и сушат пигментное сырье. Производительность сушилок зависит от размера барабана и от степени влажности пигментного сырья.
После сушки пигментное сырье для железоокисных пигментов, представленных твердыми рудами и минералами дробят, мягкие же разности, типа болотных железных руд, только размалывают. Кремнеземистые пигменты дробят, а затем уже размалывают. Карбонатные твердые пигменты дробят, а мягкие (мел и доломитовая мука) размалывают; углистые пигменты только размалывают.
Наиболее усовершенствованным механизмом для измельчения пигментного сырья является цилиндрическая, или трубчатая мельница. Измельчение в трубчатых мельницах производится ударом падающих кремневых шаров и истиранием пигментного сырья между шарами и внутренней поверхностью цилиндра при вращении мельницы. Пигментное сырье загружают с одного конца мельницы и разгружают с другого. Мельницу устанавливают под углом около 30. При вращении мельницы шары поднимаются в сторону вращения до тех пор, пока угол подъема не превысит угол естественного откоса, тогда шары начнут скатываться вниз, измельчая породу.
Для разделения пигмента по размеру частиц применяют рассевы. Рассевами называются рамы с натянутыми на них ситами различных размеров, в соответствии с дисперсностью пигмента. Их приводят в движение вручную или электромотором и применяют на небольших заводах. Сита бывают медные, бронзовые и шелковые в зависимости от жесткости пигментного сырья. Наиболее рентабельным агрегатом обогащения является закрытая шаровая мельница с сепаратором. Здесь помол производится в стальной быстро вращающейся чаше, в которой находится 60 кг стальных шаров диаметром 35—40 лш. Шары все время отбрасываются с большой скоростью обратно к центру, производя жесткие удары, скольжение шаров по дну от центра к краю чаши перетирает пигмент. Скорость удара шаров можно повысить путем увеличения числа оборотов чаши до 10—20 оборотов и более в секунду. Благодаря быстрому вращению чаши и отбрасыванию шаров все тонкие частицы пигмента находятся во взвешенном состоянии и быстро увлекаются из мельницы ротором, расположенным в верхней части мельницы, который передает пигмент ротору классификатора. Последний возвращает крупные частицы пигмента обратно в мельницу, а мелкие осаживает в осадителе.
При сухом способе обогащения посторонние включения даже при самой тщательной воздушной сепарации не удаляются полностью из пигмента; попадая в пигмент, они снижают его качество. При мокром обогащении все тонкие мелкие частицы природного пигментного сырья уходят с водой (при сливе воды), а тяжелые крупные частицы, такие, как; песок, оседают на дне. Кроме того, глинистые пигменты, обладающие большой адгезионной способностью (прилипанием), очень трудно поддаются воздушной сепарации вследствие залипання отверстий; это сырье необходимо обогащать мокрым способом. Мокрое обогащение дороже сухого, но оно позволяет получить пигмент лучшего качества по цвету и кроющей способности.
Мокрое обогащение пигментного сырья . основано на фракционировании частиц по истинной плотности током воды или способом отсадки, которая является одним из основных процессов. Сущность ее состоит в том, что пигментное сырье переводят во взвешенное состояние и затем дают отстояться суспензии. Более тяжелые крупные частицы в небольшой промежуток времени пройдут больший путь и окажутся на дне сосуда, чем частицы с меньшим удельным весом, которые будут еще во взвешенном состоянии и только через некоторое время осядут на дно отстойника.
При мокром обогащении пигментное сырье сначала попадает, в смеситель, где оно дезагрегируется водой и цепной мешалкой, или в корытную промывочную машину с реечным классификатором. Корытную промывочную машину употребляют на больших заводах для грубого отмучивания. Она представляет собой небольшое корыто, поставленное под некоторым углом, угол регулируется в зависимости от условий работы. Находящиеся в корыте скребки двигают пигментное сырье снизу вверх и слегка растирают его. Снизу через дырчатое дно подается вода. Куски неотмученной пустой породы поднимаются скребками в верхнюю часть и отсюда удаляются. Преимущество промывочной машины перед сместителем - это возможность непрерывной работы, механическая передача отходов и большая производительность.
Полученная пигментная суспензия переходит в систему Песковых и шламовых конусов классификатора, где пигментное сырье освобождается от мелкого песка и гумусовых веществ. Эти классификаторы наиболее удобны для обогащения природного пигментного сырья, так как, они легко регулируются и занимают немного места. Шламовый конус представляет собой железный конус диаметром вдвое больше высоты, в нижнюю часть которого по трубе поступает взмученная суспензия. Пигментное сырье, попадая в нижнюю часть конуса, дезагрегируется вращающейся мешалкой (30—40 оборотов в минуту).
В нижней части конусов, в зоне взмучивания, пигментное сырье отмывается от мелкого песка и мелкие частицы пигмента всплывают в верхнюю часть конуса, в зону полного покоя. Верхняя часть конуса служит отстойником. Крупные частицы песка, попавшие в эту зону, скатываются обратно по плоскостям конуса вниз под мешалку. Осаждение продолжается 2—3 часа. Отход отгружается через отверстие, находящееся на дне конуса, а суспензия при наполнении конуса сливается в отстойник.
Кроме шламового конуса, для мокрого обогащения пигментного сырья очень часто применяется двойной классификатор; последний представляет собой двойной конус, стенки которого имеют наклон 60. Пигментное сырье попадает в конус по вертикальной трубе. В зависимости от расстояния между конусами (внутренним и наружным), регулируется отмучивание крупных и мелких частиц пигмента. Пустая порода разгружается через отверстие в дне конуса.
Обогащенное пигментное сырье из системы конусов по системе желобов идет в резервуар-шлюз, из которого насосом перекачивается в отстойные бассейны, где и происходит первая стадия обезвоживания пигментного сырья. Отстаивание продолжается 1—2 часа и больше в зависимости от степени дисперсности сырья.
Вторая стадия обезвоживания происходит в основном на фильтр-прессах, куда пигментное сырье подается пневматическими насосами. Фильтр-пресс состоит из нескольких камер с фильтрующими стенками из фильтрующего полотна. Достоинство фильтр-пресса — его большая фильтрующая поверхность. Пигментная паста, загруженная в фильтр-пресс под сильным давлением, отпрессовывается, а вода стекает по каналам. В зависимости от давления получают пасту с большим или меньшим содержанием воды. Фильтр-прессы бывают двух типов: рамочные и камерные. Для обезвоживания пигментов применяются преимущественно рамочные, они состоят из ряда прямоугольных рамок, которые имеют приливы с отверстием.
Способы предотвращения высолообразования
Высолы появляются на бетонных и кирпичных поверхностях стен в виде тонких пленок, относительно прочно связанных с поверхностью, или в виде рыхлых кристаллических налетов. Они ухудшают внешний вид, изменяют цвет декоративных бетонов и растворов, могут вызвать возникновение напряжений из-за кристаллизации солей в порах материала и привести к его разрушению. Появление высолов связано с периодическим увлажнением и высушиванием участков стен, бордюров, тротуарных и других изделий. Источником увлажнения могут быть атмосферные осадки, конденсация паров воды, эксплуатационная влага или капиллярный подсос грунтовых вод [71].
Образование высолов является следствием протекающих в бетоне или растворе процессов коррозии 1 вида [72-74]. При контакте с водой с низким солесодержанием первоначально растворяется гидрооксид кальция цементного камня, после снижения концентрации Са(ОН)2 ниже равновесного значения для продуктов гидратации цемента начинается гидролиз последних. В.М.Москвин обращает внимание на влияние щелочных соединений, скорость растворения и растворимость которых намного выше остальных продуктов гидратации цемента. Высолообразование связано с составом используемого цемента и процессами, происходящими при твердении [33, 75, 76]. С увеличением содержания щелочей в цементе возрастает концентрация гидроксидов щелочных металлов в жидкой фазе цементного камня (особенно в первые 7 суток твердения), что снижает содержание ионов кальция и увеличивает растворимость кремнезема и глинозема [77].
Многие исследователи считают, что основным источником высолов является гидроксид кальция [33, 75], так как его количество намного больше чем гидроксидов щелочных металлов. По данным М.И.Хигеровича [78], в состав высолов входят: СаО 12...46,3% по массе, Na20 - 6...60%, SO3 -11...55%, MgO - 13,9...59%. Еще большее содержание щелочных соединений в высолах отмечается П.И.Баженовым [79], %: R20 -22,7...46,28, SO3- 0,63...24,5, Si02- 10,84...19,32, С02- 12,65...23,75, А1203 - 1,95...4,52, Fe203- 1,63...1,81, СаО-2,64...6,35.
Щелочи в бетон могут поступать с химическими добавками, водой для затворения и поливки бетона, заполнителями (например с песком из полевых шпатов Na20Al2036Si02), а также с цементом [22, 80, 81], содержание щелочей в заполнителях и цементе для предупреждения высолообразования не должно превышать 0,01% и 0,6% по массе в пересчете на №гО соответственно. По данным НИИЖБ, количество растворимых солей, вносимых в раствор и бетон с добавками, не должно превышать 0,1 % от массы цемента [82].
Имеются сведения об увеличении интенсивности высолообразования из бетонов после тепловой обработки при атмосферном давлении [23,24] что, вероятно, связано с увеличением открытой пористости и проницаемости бетона при неоптимальной режимах термовлажностной обработке [83-85]. Кроме того, тепловая обработка, по данным А.В.Волженского, способствует «старению» цементного геля, что также повышает проницаемость цементного камня. В [86] выявлено, что образцы, прошедшие термовлажностную обработку при 80, 90, 190,7, 208,6 ОС дают высолов больше, чем твердеющие в естественных воздушно-влажностных условиях. С повышением температуры пропарки с 80 до 90 С количество высолов увеличивается, а при автоклавной обработке повышение температуры снижает высолообразование.
Требуемая цветоустойчивость получена для декоративных, растворов на низкощелочном цементе (в котором R2O 0,17%), содержащим 5 и 10%трепела[86].
Интенсивность высолообразования зависит не только от количества растворяющихся солей, но и прямо пропорциональна проницаемости бетона, определяющим механизм массопереноса. Под влиянием температурно-влажностных градиентов и других факторов происходит миграция солевых растворов к испаряющей поверхности. Если скорость испарения выше скорости миграции, то на поверхности будут выкристаллизовываться растворимые соли, которые могут карбонизироваться, сульфатироваться и т.п. под влиянием атмосферных газов [68, 87-90]
Таким образом, основными причинами образования высолов на поверхности декоративных бетонов являются:
наличие растворимых веществ в исходных материалах и в продуктах гидратации цемента;
присутствие воды в бетоне или дополнительное увлажнение конструкций во время эксплуатации;
температурно-влажностные условия эксплуатации, способствующие медленному и длительному испарению влаги;
пониженная температура воздуха, благоприятная для образования кристаллогидратов [82].
Для предотвращения высолобразования необходимо ограничить содержание растворимых солей в материалах, уменьшить интенсивность переноса влаги в материале и придать материалу гидрофобные свойства, что обеспечивается следующими мероприятиями:
1. Снижение концентрации Са(ОН)2 в цементном камне введением активных минеральных добавок или использование для декоративного бетона шлакопортландцемента или пуццолановых портландцементов [81,89,90-92].
2. Гидрофобизация пор и капилляров бетона или раствора введением кремнийорганических добавок в бетон, таких, как полиэтилгидросилоксан и другие. Адсорбируясь на стенках пор кремнийорганические соединения образуют тончайшую пленку, в которой силоксановая связь кремний-кислород ориентирована от поверхности пор цементного камня, а органический радикал в другую сторону, что создает эффект гидрофобизации [93].
3. Импрегирование строительных материалов эфирами кремневой кислоты, силиконами [94]. Наиболее эффективным считается пропитка бетона 5% раствором силоксановых смол (метилсилоксанов или фенилсилоксанов) в уайт-спирите.
4. Пропитка и кольматация пор растворов и бетонов некоторыми органическими соединениями: льняным маслом, полимерами, парафином, воском.
5. Нанесение защитных покрытий на поверхность лицевых изделий.
6. Повышение плотности и непроницаемости структуры бетонов и растворов за счет применения пластифицирующих и полимерных добавок [95].
7. Использование комплексных добавок, повышающих водонепроницаемость бетона; использование быстрого роста прочности за счет применения тонкомолотого цемента, введение химических добавок (типа ВаС03) для перевода растворимых щелочных соединений в нерастворимую форму [70].
Определение удельной поверхности, укрывистости, маслоемкости пигмента
Процесс получения пигмента состоит из следующих технологических операций: подготовки исходного сырья, обжига, размола и упаковки товарного продукта.
В лабораторных условиях был смоделирован процесс получения пигментов. Для нахождения оптимальной температуры обжига проведено исследование по определению удельной поверхности пигмента, укрывистости и маслоемкости обжигаемого при различных температурах марганцевого шлама.
Был произведен просев исходного марганцевого шлама через сито с диаметром ячейки 0,315 мм, с последующим помолом в шаровой мельнице до начальной величины удельной поверхности 7900 см /г. Далее пробы марганцевого порошка обжигались при 105, 300, 500, 600, 700 и 800 С. Измерение удельной поверхности производились на приборе измерения тонины помола порошков - ПСХ-2 [97]. Результаты исследования приведены в таблице 4.1.
На рисунке 4.1 изображена кривая зависимости величины удельной поверхности от температуры.
При увеличении температуры обжига пигмента происходит рост удельной поверхности пигмента за счет разрушения гидратных соединений и выгорания органической компоненты. Максимальный рост удельной поверхности наблюдается в диапазоне от 300 до 600 С.
Измерения удельной поверхности при температуре обжига выше 800 С не проводились, т.к. при такой температуре обжиг пигментов не проводится в силу экономической нецелесообразности и, кроме того, при температуре близкой к 1000 С начинается процесс спекания отдельных частиц пигмента, уменьшая величину удельной поверхности.
Зависимость удельной поверхности от температуры описывается уравнением полиномиальной кривой четвертой степени: у = 140- -хА +3-10-5 -х3 + 0,0219-д;2 -5,346 +8245,3 (4.1) где у - это величина удельной поверхности порошка пигмента, см /г; х - температура обжига, С. Данное уравнение описывает зависимость величины удельной поверхности от температуры обжига с достаточной степенью достоверности в диапазоне от 300 до 800 С (величина апроксимации R2=0,98).
Величина укрывистости пигмента пропорционально связана с величиной дисперсности порошков. Чем выше дисперсность порошка, тем мельче средний размер частиц порошка пигмента и тем меньше величина укрывистости пигмента. Укрывистость - это характеристика пигмента, показывающая, какое количество пигмента в граммах необходимо для укрытия 1 м2 окрашиваемой поверхности. Чем меньше величина укрывистости, тем более качественный полученный пигмент [107].
Определение величин укрывистости для порошков пигмента, полученных при тех же температурах обжига, проводилось методом шахматной доски [98].
В таблице 4.1 и на рисунке 4.2 приведены значения величин укрывистости в зависимости от температуры обжига пигмента.
Зависимость укрывистости от температуры с корреляционной достоверностью R =0,98 описывается уравнением полиномиальной кривой четвертой степени: 5-10-,2-х4-8-10"9-х3+3-10"6х2-0,0006х + 6,84 (4.2) где у - величина укрывистости пигмента, г/м2; х - температура обжига, С.
Как видно из рисунка 4.2 значение укрывистости пигмента уменьшается с увеличением температуры обжига, наибольшая скорость падения величины укрывистости от температуры наблюдается в диапазоне до 700 С. При большей температуре обжига укрывистость пигмента практически не изменяется.
Маслоемкость - это способность частиц пигмента удерживать на своей поверхности определенное количество масла. Выражается она в граммах на 100 г пигмента и колеблется обычно от 20 до 100 грамм масла. Более экономичны и долговечны покрытия, полученные из пигментов с малой маслоемкостью [108].
Маслоемкость марганцевого пигмента определялась методом стеклянной палочки [98]. Результаты исследования приведены в табл. 2 и на рисунке 4.3.
Зависимость маслоемкости от температуры описывается уравнением полиномиальной кривой четвертой степени: у = -3-10"12 х4 -10-9 -д:3+7-10"6х2-0,0022х + 21,45 (4.3) где у - маслоемкость пигмента, гшсла/100 гпигмента; х - температура обжига пигмента, С.
Величина корреляционной достоверности составляет R =0,98.
Как видно из рисунка 4.3 значение маслоемкости растет при росте температуры обжига образцов пигмента, вследствие увеличения удельной поверхности, для смачивания которой необходимо больше масла. Максимальный рост наблюдается в интервале температур от 300 до 700 С.
Высолообразование
Исходя из химического анализа марганцевого пигмента, можно предположить, что пигмент не должен ускорять процесс высолообразования по сравнению с образцами обычного бетона. Для определения влияния пигментов на высолообразование были изготовлены контрольные образцы -балочки 50x50x200 мм из цементно-песчаного раствора состава 1:3 с процентным содержанием марганцевого пигмента 5, 10, 20% от массы цемента, которые твердели в нормальных условиях. Через 28 суток после изготовления образцы ставились в дистиллированную воду, слой которой был 10 мм, и в таком состоянии выдерживались 1 год, вода периодически подливалась так, чтобы уровень ее не понижался более чем на 2 мм. В результате капиллярного подсоса вода поднималась на высоту до 50... 60 мм и через открытые грани образцов испарялась. Если в воде, прошедшей капиллярный подсос и испарившейся с поверхности бетона, содержались растворенные соли, то они оставались на поверхности граней образцов, образуя высолы.
На рисунке 4.9 показаны снимки образцов-балочек с различным содержанием марганцевого пигмента.
Отметим образование высолов на всех образцах-балочках, однако на образцах окрашенного бетона высолы проявились четче. Химический анализ высолов показал их полную идентичность на всех образцах. Они состоят преимущественно из сульфата и карбоната кальция (83 % по массе сухой навески), остальные 17 % приходятся на сульфаты и карбонаты щелочных металлов - калия и натрия. По видимому гидроксид кальция, являющийся продуктом гидратации цемента растворяется в поровой жидкости образцов и мигрирует к испаряющей поверхности, где переходит в карбонат кальция под влиянием углекислоты воздуха. Щелочные соединения образуются также вследствие некоторого содержания щелочей в цементе, которые вступают в обменные реакции с гипсом или карбонизируются углекислым газом воздуха[109,110].
Отметим, что количество высолов на образцах примерно одинаково, однако на более темной поверхности высолы видны более отчетливо, т.к. они белого цвета. Таким образом, ввод пигмента не оказывает существенного влияния на процесс высолообразования в декоративном бетоне.
