Введение к работе
Актуальность работы. На поверхности кирпичных стен зданий и
сооружений, эксплуатируемых в условиях замачивания, перепадов
влажности воздуха снаружи и внутри помещений, нарушения
гидроизоляции фундамента или расположения культурного слоя почвы выше уровня верхней отметки фундамента, возможны образования высолов, биологическая коррозия, отслоение финишных отделочных материалов. Одним из способов борьбы с этими явлениями является нанесение на кирпичные стены штукатурных покрытий из сухих строительных смесей (ССС), обеспечивающих комплексную защиту.
Сухие строительные смеси различного целевого назначения получили широкое распространение благодаря своим преимуществам. В условиях импортозамещения с целью снижения логистических и производственных затрат, особенно на удаленных территориях, актуально производить строительные смеси ближе к потребителю, используя местные сырьевые ресурсы. При использовании вторичных ресурсов (побочных продуктов и промышленных отходов), обладающих высокой степенью технологической готовности, снижается стоимость смесей и за счёт эффективной утилизации отходов обеспечивается охрана окружающей среды.
Одним из эффективных способов управления структурой и свойствами
цементных материалов является введение добавок различного
функционального действия, обеспечивающих пластификацию,
гидрофобизацию и воздухововлечение. Известны добавки и материалы на основе тонкодисперсных минеральных отходов и побочных продуктов сульфатной варки древесины, однако не все они пригодны для введения в сухие строительные смеси.
Разработка научно обоснованных составов и технологии штукатурных сухих строительных смесей повышенного качества с использованием эффективных добавок на основе промышленных отходов для защиты стен от различных видов коррозии (химической, биологической, физической) актуальна.
Работа выполнена в рамках комплексной программы «Охрана окружающей среды в городе Братске» на 2016-2018 гг.; при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (по программе «УМНИК», Договор 6909ГУ2/2015).
Степень разработанности темы. Исследованиями гидрофобизации цементных материалов занимались Скрамтаев Б.Г., Горчаков Г.И., Хигерович М.И., Баженов Ю.М., Соловьёв В.И., Кинд В.В., Батраков В.Г., Стольников В.В., Рамачандран В.С., Комохов П.Г., Калашников В.И. и другие. Основным методом гидрофобизации считается введение в материал
веществ, представляющих собой соединения дифильного характера, имеющие гидрофильную «головку» и гидрофобный «хвост». Влияние комплексных органоминеральных добавок на основе полимерного остатка (ПО) производства скипидара на гидрофобные характеристики и структурообразование цементных систем не изучено.
Над повышением стойкости строительных материалов к биологической
коррозии работали Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Кузьмин Д.А., Смирнова
О.Н., Трофимов А.Н., Гончарова Е.Н., Косухин М.М., Белолапоткова О.С.,
Ткаченко С.В., Богатов А.Д., Богатова С.Н. и другие. Биостойкость
строительных материалов повышают введением в их состав добавок,
подавляющих развитие микроорганизмов. Терпеновые соединения,
находящиеся в ПО, обладают фунгицидными свойствами, что позволяет спрогнозировать возможность изготовления на его основе функциональных добавок, повышающих биостойкость и улучшающих свойства цементных отделочных материалов.
Исследованиям проблемы образования высолов на поверхностях
кирпичной кладки и решению проблемы высолообразования посвящены
работы многих отечественных и зарубежных авторов, в том числе Инчик
В.В., Устинова Ю.В., Никифорова Т.П., Яковлева М.Я., D.W. Bolme, L.P.
Berriman, J.M. Ross, W.E. Brownell, Jeffrey Elder. Известно, что источниками
солей в кирпичной кладке являются кирпич, строительные растворы,
грунтовые воды, растворы кислот и щелочей, попавших в кладку в процессе
эксплуатации. Одним из приёмов предотвращения образования высолов
является нанесение санирующей штукатурки, которая задерживает соли
путём их накопления в большом объёме пор, образованных
высокопористыми наполнителями.
При этом снижение высолов, биокоррозии, деструкции на поверхности стены предлагается обеспечивать путём нанесения штукатурных растворов из сухих строительных смесей, в которых структура пор формируется как добавками пористых веществ, так и ПАВ.
Способы комплексной защиты кирпичной кладки во влажностных условиях эксплуатации путём нанесения двухслойной штукатурной системы, состоящей из специализированных слоёв, выполняющих разные функции, недостаточно изучены. Необходимо разработать универсальные методики оценки эффективности многослойных материалов, а именно кирпичной кладки с нанесёнными штукатурными слоями. Это относится, главным образом, к оценке солезадерживающей способности и долговечности покрытий из цементных растворов.
Цель работы: разработка составов и технологии штукатурных сухих
строительных смесей с повышенными эксплуатационными
характеристиками для комплексных защитных покрытий кирпичной кладки в помещениях с повышенной влажностью.
Для достижения цели решены следующие задачи:
научно обосновать выбор материалов;
разработать методологию проведения исследований;
- разработать состав и технологию адгезивно-солеудерживающей
штукатурной сухой строительной смеси;
разработать состав и технологию гидрофобно-фунгицидной штукатурной сухой строительной смеси;
исследовать эффективность защитных покрытий на основе разработанных смесей и структуру штукатурной системы;
- подготовить технические условия на разработанные материалы и
провести опытно-промышленную апробацию разработанных сухих
строительных смесей.
Объект исследования - штукатурные сухие строительные смеси на цементном вяжущем.
Предмет исследования - процессы структурообразования и свойства штукатурных сухих строительных смесей по кирпичной кладке и растворов из них с различными модифицирующими добавками.
Научная новизна. Предложены принципы управления структурой и
свойствами многослойной штукатурной системы на основе
модифицированных тяжелых растворов полифункционального назначения по критериям фунгицидности, гидрофобности, солезадерживающей способности и адгезии. При этом:
показано, что органоминеральные добавки на основе полимерного остатка содержат гидрофобно-фунгицидные терпеновые соединения, модифицирующие поры строительных растворов, и при введении в сухую смесь для отделочного штукатурного слоя полимерного остатка, адсорбированного на золе-унос в количестве (0,13-0,21%) или чёрных сланцах (0,87-2,1%), грибостойкость затвердевшего раствора повышается до показателей фунгицидности 0-9 мм и 0-4 мм, соответственно.
установлено, что при введении в смесь для нижнего штукатурного слоя чёрных сланцев, обладающих открытыми порами с размерами 1-15 нм, в количестве 10% от массы цемента, за счёт высокой растворяющей способности воды в порах малого размера обеспечивается задержка продвижения по капиллярам водных солевых растворов, что увеличивает стойкость затвердевшего раствора к образованию высолов на поверхности;
- установлено, что модификация сухих строительных смесей
комбинированной добавкой, включающей кирпичную крошку, чёрные
сланцы и воздухововлекающее вещество, позволяет эффективно
отфильтровывать не менее 30 г на дм2 мигрирующей при капиллярном подсосе растворённой соли с закупориванием условно-открытых пор штукатурного покрытия, что повышает стойкость к образованию высолов и долговечность кирпичной стены.
Достоверность результатов и обоснованность выводов по работе обеспечена корректным использованием основных научных положений строительного материаловедения, методами исследований с использованием современных средств измерений и испытательного оборудования, применением физико-химических методов исследований, математических методов планирования и статистической обработкой результатов.
Практическая значимость:
- разработана комплексная органоминеральная добавка на основе
полимерного остатка и золы-унос, позволяющая снизить коэффициент
водонасыщения цементно-песчаного раствора с 0,89 до 0,78 и увеличить
водонепроницаемость с марки W2 до марки W8, и технология ее
изготовления.
- разработана гидрофобно-фунгицидная штукатурная сухая
строительная смесь с повышенными грибостойкостью и
водонепроницаемостью, соответствующей марке W8;
- разработана адгезивно-солезадерживающая штукатурная сухая
строительная смесь, обеспечивающая адгезию раствора к кирпичу не менее
0,5 Мпа и отсутствие высолов на поверхности стены;
- разработаны технические условия на комплексную гидрофобно-
фунгицидную добавку для строительных смесей и с её использованием на
штукатурные сухие строительные смеси для влажных помещений.
Теоретическая значимость:
- сформулирована и исследованиями подтверждена концепция защиты
кирпичной стены от образования высолов и отслоения декоративного
покрытия путём применения тяжёлого штукатурного раствора, структура
пор которого модифицирована добавками пористых веществ и ПАВ;-
установлена эффективность комплексных органоминеральных добавок на
основе полимерного остатка как многофункциональных модификаторов
цементных смесей, увеличивающих фунгицидность и водонепроницаемость
растворов;
- установлен механизм действия чёрных сланцев как комплексного
модификатора на гидратацию и структурообразование цементного камня,
что способствует увеличению прочности и стойкости к образованию
высолов цементных растворов.
Реализация результатов исследований:
- разработанные смеси были использованы для нанесения штукатурных
покрытий по кирпичной кладке на объекте ООО «СТ-Строй»;
- методологические разработки внедрены в учебный процесс ФГБОУ
ВО «БрГУ» на кафедре «Строительное материаловедение и технологии» по
дисциплинам «Производство строительных материалов в Иркутской
области», «Ресурсосберегающие технологии строительных материалов на
основе минеральных вяжущих» и другим;
- на разработанную добавку и сухие смеси поданы заявки на
изобретения: 2015141648, приоритет 30.09.2015; 2016123472, приоритет
14.06.2016.
Методология и методы исследования основаны на результатах и теоретических постулатах работ отечественных и зарубежных учёных. Работа проведена с использованием действующих национальных стандартов, методов математического планирования эксперимента с компьютерной обработкой результатов, рентгенофазового (РФА) и дифференциально-термического (ДТА) анализов, ртутной порометрии и нестандартных методов исследований, применение которых обусловлено спецификой работы.
Положения, выносимые на защиту:
- введение в сухие строительные смеси комплексных
органоминеральных добавок на основе полимерного остатка позволяет
улучшить фунгицидные и гидрофобные свойства затвердевших растворов;
- в растворах из сухих строительных смесей с добавкой чёрных сланцев
повышаются скорость структурообразования, прочность и стойкость
затвердевших растворов к образованию высолов на поверхности;
- введение в сухие смеси комбинированной добавки, включающей
кирпичную крошку, чёрные сланцы и воздухововлекающее вещество
позволяет улучшить адгезионную прочность штукатурных покрытий,
стойкость к образованию высолов и долговечность.
Личный вклад автора состоит в выявлении теоретических
предпосылок, формулировании методологии проведения исследований,
разработке программы экспериментальных исследований,
непосредственном их проведении, анализе и обобщении.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы и результаты
исследований докладывались и обсуждались: на всероссийских
конференциях молодых учёных БрГУ «Энергия молодых - строительному комплексу» (г. Братск, 2010, 2011, 2012 гг.); II всероссийской конференции «Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность,
качество, энерго- и ресурсосбережение» (г. Якутск, 2011 г.); V (XI) всероссийской научно-технической конференции «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации: материалы» (г. Братск, 2013 г.); X и XIV международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, 2013 г.; 2017 г.); II международной научной конференции студентов и молодых учёных «Молодёжь, наука, технологии: идеи и перспективы» (г. Томск, 2015 г.); VIII, XI, XII, XIII, XIV, XVI всероссийских конференциях «Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири» (г. Братск, 2010, 2012, 2013, 2014, 2015; 2017 гг.).
Публикации
Основное содержание диссертации изложено в 16 публикациях, в том числе 3 – в рецензируемых изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК РФ.
Структура и объём диссертации
Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 158 наименований и 5 приложений, содержит 60 рисунков и 25 таблиц.
Автор благодарит д.т.н., профессора Кудякова А.И. и к.т.н., доцента Зиновьева А.А. за конструктивные предложения, ценные советы, замечания и помощь при выполнении работы.