Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Применение сухих смесей в строительстве 8
1.1. Производство и применение сухих отделочных смесей 8
1.2. Сухие гипсовые отделочные смеси 16
1.3. Твердение гипсовых смесей 24
1.4. Методы регулирования технологических и эксплуатационных свойств гипсовых смесей 32
Заключение по главе 1. Постановка задачи исследования 40
Глава 2. Характеристика исходных материалов. Методы исследования 41
2.1. Структурно-методологическая схема исследования 41
2.2. Исследованные материалы 43
2.3. Методы исследования 49
2.4. Математическое планирование эксперимента 60
Глава 3. Определение состава комплексной добавки на основе отечественной метил целлюлозы. Влияние вида карбонатного наполнителя на свойства смесей 61
3.1. Выбор оптимального состава комплексной добавки на основе отечественной метилцеллюлозы 61
3.2. Результаты физико-химические исследований комплексной добавки на основе отечественной метилцеллюлозы 67
3.3. Исследование карбонатных наполнителей 72
3.4. Выбор карбонатного наполнителя и его влияние на технологические свойства гипсовых смесей 83
Выводы по третьей главе 85
Глава 4. Влияние состава гипсовых смесей на их физико-механические и технологические свойства 87
4.1. Исследование влияния добавок на свойства гипсовых смесей 88
4.2. Моделирование прочности и водоудерживающей способности гипсовых смесей методами математического планирования 96
4.3. Исследование адгезии гипсовых смесей к различным основаниям 100
Выводы по четвертой главе 106
Глава 5. Технологические и эксплуатационные свойства сухих гипсовых смесей 107
5.1. Технология изготовления сухих отделочных смесей 107
5.2. Технологические свойства смесей 110
5.3. Исследование эксплуатационной стойкости отделочных составов 112
5.4. Оценка технико-экономической эффективности результатов работы 127
Выводы по пятой главе 129
Общие выводы 131
Список литературы 134
Приложения
- Сухие гипсовые отделочные смеси
- Исследование карбонатных наполнителей
- Исследование адгезии гипсовых смесей к различным основаниям
- Исследование эксплуатационной стойкости отделочных составов
Введение к работе
Актуальность темы. Использование сухих смесей показывает их высокую эффективность и преимущества по сравнению с традиционными методами проведения отделочных работ. Они обеспечивают высокий и стабильный уровень качества отделки, снижение затрат на транспортировку, легкую переработку материалов.
Большую долю среди сухих строительных смесей занимают гипсовые смеси. Для их получения необходимо использовать добавки, регулирующие пластические свойства, повышающие водоудерживающую способность и замедляющие сроки схватывания, что дает возможность улучшить основные технологические свойства и увеличить жизнеспособность гипсовых растворов. Применяемые в настоящее время для этих целей химические добавки поставляются в основном из-за рубежа и имеют высокую стоимость. Поэтому весьма актуально создание сухих строительных смесей с использованием отечественных компонентов.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научных исследований Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) в 2003, 2004 гг. (7.2.2. Сухие строительные смеси с водоудер-живающими добавками. Код ГРНТИ: 67.15.39; 67.09.91).
Цель исследования. Разработка составов сухих строительных отделочных смесей на основе гипсового вяжущего, карбонатных наполнителей, полимерных и химических добавок, определение основных физико-технических параметров разработанных составов.
Задачи исследования:
разработать добавки-модификаторы сухих смесей отечественного производства;
с учетом полученных результатов, разработать составы сухих смесей для отделочных работ на основе минеральных вяжущих веществ;
исследовать физико-технические и эксплуатационные свойства разработанных сухих гипсовых смесей;
оценить экономическую эффективность прричиппг.тня
предлагаемой сухой гипсовой см idlPC ИАЦМОИЛДЬМАм
Научная новизна:
При введении в состав сухих гипсовых смесей 10-20 мас.% измельченного карбоната кальция в качестве наполнителя прочность при сжатии продуктов твердения в возрасте 3 суток увеличивается на 5... 10 %, при изгибе - на 20...25 %; Увеличение количества вводимой добавки на 30 мае. % приводит к снижению прочности.
Введение в состав сухих гипсовых смесей 14 мас.% гашеной извести (пушонки) повышает водоудерживающую способность и пластичность смесей, увеличивает прочность в возрасте 3 суток на 20...30 % Оптимальное содержание этой добавки в сухих гипсовых смесях-4 мас.%.
Водоудерживающая способность гипсовых шпатлевоч-ных масс повышается с 94,0 до 97,0...97,5 % при введении комплексной добавки, включающей измельченные материалы: отечественную метилцеллюлозу, силикат-глыбу, хлорид кальция. При этом максимальная прочность при изгибе через 3 суток твердения —8,86 МПа достигается при массовом соотношении этих добавок: 1:1:1.
Оптимальное соотношение добавок в сухих гипсовых смесях, мас.%: карбонат кальция-10-20; гашеная известь-4; метил целлюлоза - 0,3. Отделочные смеси такого состава имеют прочность при сжатии — 8,5... 12,6 МПа; прочность при изгибе — 4,4...5,5 МПа; водоудерживающую способность - 97,9.. .99,0%; прочность на отрыв от основания -0,6... 1,9 МПа; жизнеспособность - 30...90 мин. После 35 циклов испытаний на морозостойкость их прочность при изгибе возрастает на 12,0%, при сжатии - снижается на 4,4%, что превосходит результаты, получаемые на импортном составе «Ротбанд» (Knauf) или с использованием импортной метилцеллюлозы Walocel МКХ 20000 PF 40. Практическоезначение: - получен новый состав комплексной добавки для сухих гипсовых смесей, включающий измельченные материалы: отечественную метилцеллюлозу, силикат-глыбу и хлорид кальция при массовом соотношении 1:1:1 (подана заявка на патент РФ «Комплексная добавка для сухих строительных смесей», зарегистрированная Российским
агентством по патентам и товарным знакам, №017793 от 10 июня 2003 года.);
разработан оптимальный состав шпатлевки в виде сухой гипсовой смеси, включающий, мас.%: гипсовое вяжущее 70...82; тонкомолотый известняк 15...25; гашеную известь 3...5 и сверх 100% от массы смеси, мас.%: комплексную добавку на основе отечественной метил-целлюлозы 0,2...0,4; лимонную кислоту 0,075...0,09; полимер Виннапас RI 551 Z 0,75... 1,0; полимер Винна-nacRE510Z0,3...0,5;
изготовлены и испытаны сухие смеси предложенного состава, разработаны технические условия на них;
определена технико-экономическая эффективность изготовления и применения нового материала.
Апробация работы. Результаты исследования доложены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НГАСУ (Сибстрин) в 2000, 2002, 2003, 2004 гг.; на Международной научно-технической конференции, г. Томск, 2002 г.; на Международной научно-практической конференции, г. Омск, 2003 г.
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 10 печатных трудах: 6 статей, в т.ч. в реферефируемом журнал «Известия Вузов. Строительство», доклады (тезисы) в сборниках Международных и Всероссийских научно-технических конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и приложений; содержит 146 страниц машинописного текста, 28 таблиц, 42 рисунков, список использованной литературы из 133 наименований.
Сухие гипсовые отделочные смеси
Одним из наиболее перспективных направлений по совершенствованию производства отделочных работ является широкое внедрение в строительство сухих гипсовых смесей.
Растворы на основе сухих гипсовых смесей обладают способностью к равномерному распределению по поверхности материала из-за их высокой текучести. Кроме того, гипсовые растворы достаточно быстро твердеют, набирают требуемую прочность и теряют излишнюю влажность, что позволяет производить дальнейшие отделочные работы без существенных перерывов, необходимых в случае нанесения цементных штукатурных растворов.
При выполнении отделочных работ сухие гипсовые смеси могут быть использованы также для приготовления шпатлевок, клеев, замазок, составов для выравнивания поверхностей, заделки швов и различных декоративных растворов. Такие смеси удобны в применении как в заводских условиях, так и на строительной площадке. Срок их хранения в затаренном виде в сухих отапливаемых помещениях может быть более 6 мес. При этом основные технические характеристики не изменяются.
Использование сухих гипсовых смесей позволяет снизить трудоемкость и уменьшить сроки выполнения некоторых видов отделочных работ, например, штукатурных, на 20...25% [46, 45].
Еще совсем недавно гипсовые сухие смеси, особенно штукатурные, практически не находили применения в строительстве. В основном для штукатурных работ, как снаружи, так и внутри зданий, использовались традиционные цементно-песчаные и известково-песчаные составы, качество которых отставало от аналогичных импортных материалов. Если применение цемент-но-песчаных штукатурок снаружи зданий обусловлено их физико-механическими свойствами (высокой плотностью и прочностью, стойкостью к атмосферным осадкам, морозостойкостью и др.), то для внутренней отделки помещений эти показатели не имеют практического значения. Напротив, в силу высокой плотности и низкой пористости цементно-песчаные материалы не способствуют созданию в помещении нормального влажностного режима. Зачастую происходит повышение влажности в стене в результате внутренней конденсации влаги, вследствие чего на поверхности стен могут возникать благоприятные условия для образования грибков и плесени.
Характерные для цементных растворов усадочные явления способствуют образованию на поверхности штукатурок трещин, а сами поверхности требуют дополнительного шпатлевания и соответственно расхода шпатлевок.
Известково-песчаные штукатурные смеси благоприятно воздействуют на климат в помещении, однако также имеют определенные недостатки, ограничивающие их применение. У известково-песчаных штукатурных растворов относительно низкая прочность, особенно начальная, они медленно схватываются и твердеют [47].
Сухие гипсовые смеси представляют собой однородный порошкообраз-ный материал с удельной поверхностью не более 600 м /кг, полученный путем сухого перемешивания гипсового вяжущего с многофункциональными добавками [45].
Технология производства сухих гипсовых смесей предусматривает использование гипсовых вяжущих, обладающих быстрыми сроками схватывания, поэтому традиционный способ приготовления товарных смесей на растворных узлах неприменим для гипсовых растворов, так как их жизнеспособность (время сохранения вязкопластических свойств) не позволяет доставлять эти смеси на строительные объекты специальным автотранспортом.
Для производства сухих гипсовых смесей необходимо вводить добавки, регулирующие пластические свойства, повышающие их водоудерживающую способность и замедляющие сроки схватывания, что дает возможность увеличить жизнеспособность гипсовых растворов, приготовляемых в условиях строительства.
В последние годы в России разработаны автоматизированные заводы по выпуску сухих смесей, на которых предусмотрено производство как цементных, так и гипсовых составов. Кроме того, разработаны многофункциональные химические добавки для сухих отделочных смесей, однако выпуск их пока не налажен. Применяемые в настоящее время химические добавки поставляются в основном из-за рубежа и имеют высокую стоимость, поэтому налаживание отечественного производства добавок становится важной задачей [48, 49].
Уровень производства сухих гипсовых смесей зависит от объемов выпуска их основных компонентов: гипсовых вяжущих, мелкозернистых песков и химических добавок. В свою очередь, на производство гипсовых вяжущих и химических добавок влияют объемы выпуска сырьевых материалов [43].
Эффективность работы предприятий по выпуску гипсовых вяжущих зависит от запасов месторождений гипсосодержащих пород и уровня их добычи.
Увеличение объема выпуска гипсовых вяжущих также может дать переработка отходов химической промышленности, прежде всего фосфогипса, который является отходом производства фосфорной кислоты.
Отечественные предприятия выпускают гипсовые вяжущие марок от Г-2 до Г-7. В настоящее время накоплен большой опыт по производству гипсовых отделочных смесей различного назначения [50, 51].
Для производства сухих гипсовых смесей применяются добавки (ЛСТ, ПЛС-1П, ПЛС-11, ЛСТМ-2, ЛТМ-П) на основе лигносульфонатов, являющиеся отходами целлюлозно-бумажной промышленности [45, 37].
Для производства сухих гипсовых смесей целесообразно использовать другие порошкообразные комплексные добавки, в состав которых входят компоненты, повышающие адгезию растворов к различным поверхностям и увеличивающие водоудерживающую и пластифицирующую способность с одновременным замедлением сроков схватывания гипса. Как правило, этими добавками являются эфиры целлюлозы и их производные (метилцеллюлоза и карбоксилметилцеллюлоза), триполифосфат натрия и другие ПАВ.
В качестве пластификатора применяют также сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ) в сочетании с гашеной известью, хлористым натрием, железным купоросом, полифосфатом или лигносульфонатом ЛСТ. Эти добавки являются эффективными замедлителями схватывания гипса.
Для повышения подвижности и прочности растворов из сухих гипсовых смесей в ранние сроки твердения используют комплексную добавку, содержащую сульфатно-спиртовую бражку (0,1...0,45 мас.ч.), костный клей (0,01 мас.ч.), известь (0,04 мас.ч.), кремнийорганический компонент (0,08 мас.ч.).
В качестве органических добавок для замедления схватывания гипсового вяжущего применяют этилендиамин (0,35... 1,4% массы гипса), аминоал-киленфосфоновую кислоту (0,1% массы гипса), полиалкиламид, нитрилот-риметилфосфоновую кислоту и виннокислый калий. Для этих же целей подходят соли фосфорной и борной кислот.
Доступными и дешевыми источниками сырья для производства химических добавок является ряд промышленных отходов [37].
В настоящее время на отечественном рынке достаточно широко представлены сухие гипсовые смеси различных зарубежных фирм. Среди них наиболее известны такие, как Ротбанд, Голдбанд и MP-75 немецкой фирмы «Кнауф», гипсовые смеси Vetonit финского производства. Они содержат гипсовые вяжущие определенного фракционного состава, минеральный фракционированный заполнитель, водоудерживающую добавку и замедлитель схватывания. Для затворения таких гипсовых смесей требуется 60-70% воды. Срок использования гипсовых растворов, приготовленных из сухих смесей, более 2 ч. Суммарная толщина штукатурных слоев в среднем составляет 8-Ю мм [45].
В отличие от цементных штукатурок, гипсовые способны как поглощать влагу, так и выделять ее, тем самым, создавая комфортные условия для нахождения людей.
Гипсовые штукатурные растворы пластичны, обладают высокой водо-удерживающей способностью, сохраняют подвижность в течение времен, необходимого для их использования (табл. 1.3). Удельный расход гипсовой смеси в два раза меньше, чем цементно-песчаной [47].
Исследование карбонатных наполнителей
Для получения качественных сухих строительных смесей, а также для уменьшения расхода вяжущего вещества и, следовательно, для снижения стоимостных показателей целесообразно вводить наполнители. Все более широкое применение находят карбонатные наполнители. Высокие прочностные характеристики отделочных составов можно получить на смесях с наполнителями, имеющими относительно большую удельную поверхность. Как правило, размер частиц наполнителей не должен превышать 150 мкм, чаще всего он составляет 40... 100 мкм.
Однако, при выборе оптимальных размеров частиц наполнителей, особенно используемых для выравнивающих и финишных гипсовых отделочных составов, необходимо учитывать некоторые особенности: 1) склонность частиц к агломерации, которая возрастает с ростом удельной поверхности наполнителей; 2) седиментацию частиц, которая ускоряется с уменьшением удельной поверхности и повышением плотности смесей [97].
В качестве карбонатных наполнителей гипсовых смесей использовались тонкомолотый известняк с удельной поверхностью 350 м /кг, мел строитель-ный и мраморная мука с удельной поверхностью 1000 и 440 м /кг соответственно.
В составе сухих смесей авторы [62] предлагают использовать молотый маршаллит, пылевидный кварц, стеклопески, получаемые при разработке месторождений для стекольного производства, доломитовую и мраморную муку - продукты переработки мрамора и доломита. Эти материалы являются отходами основного производства, представляют собой не требующий дополнительного измельчения мелкозернистый заполнитель для производства сухих строительных смесей. Подобная схема переработки природного сырья с минимизацией неиспользуемых отходов представляет и экономический интерес.
Используемая в работе известняковая мука, скапливающаяся в отстой-никах-осадителях Искитимского известнякового карьера, является отходом производства известнякового щебня, и, в дальнейшем, практически не применяется. Проведенные исследования показывают возможность использования данного карбонатного наполнителя в сухих строительных смесях.
ИК спектры известняка и мела (рис. 3.10) совпадают с приведенными в таблицах Sadtler (1797, 1421, 875, 712 см"1). В ИК спектре мрамора по сравнению с известняком обнаружены дополнительные полосы в области 1082 - 920 см"1 и 510 - 467 см"1, которые возможно связаны с присутствием в мраморе других компонентов.
На рисунке 3.11 приведены кривые термогравиметрического анализа известняка и мела. Наблюдается эндоэффект при 765С и 878С соответственно, связанный с разложением карбоната кальция [98]. Уменьшение интенсивности сигнала при 765С на кривой DTA известняка сопровождается ослаблением эндотермии диссоциации СаСОз, что, вероятно, характеризует меньшую прочность связей в кристаллической решетке и возможное наличие примесей в известняковой муке.
Кривая DTA мраморной муки имеет два ярко выраженных эндотермических пика. В первый период происходит распад доломита на MgC03 и СаСОз и диссоциация MgC03. Максимум этого процесса наблюдается в данном случае при 768С. При более высокой температуре происходит диссоциация СаСОз (максимум реакции при 895 С) [99].
Средне-объемный размер частиц обладает наибольшей информативностью из всех трех значений среднего размера. Все три порошка сильно отличаются по средне-объемному размеру частиц. Причем, данные, полученные с применением ультразвука и без него, для мраморной и известняковой муки немного отличаются, в отличие от мела. По среднему размеру частиц, рассчитанному исходя из их поверхности, сопоставимы между собой мраморная мука и мел. По среднему размеру, рассчитанному по суммарной длине частиц, исследованные порошки, достаточно сильно отличающиеся по дисперсности, неразличимы между собой (как с применением ультразвукового воздействия, так и без него). В дальнейшем приведенные результаты относятся к средним размерам частиц, определенным, исходя из объема различных фракций [76, 77].
При оценке дисперсности материалов достаточно важным является также количество частиц (% по объему) с размерами 4 мкм и менее и 6 мкм и менее.
Полученные с помощью лазерной гранулометрии данные позволяют провести сопоставление гранулометрического состава различных порошков [75].
Кривые, показывающие изменение гранулометрического состава исследованных карбонатных наполнителей с применением ультразвукового воздействия и без, представлены на рис. 3.14.
Результаты лазерной гранулометрии можно сопоставить с данными, полученными на приборе ПСХ-4 (табл. 3.4). Таблица 3.4
Полученные результаты показывают, что исследованные карбонатные заполнители очень существенно различаются по дисперсности. При этом удельная поверхность, определенная методом лазерной гранулометрии, значительно превышает (в 1,5-2 раза) результаты, полученные на приборе ПСХ-4.
Наибольшей дисперсностью обладает порошок мела, у которого средний размер частиц составляет 1,7 мкм, а количество частиц с размерами 4 мкм и менее достигает 96,8%. Значительно более грубодисперсными являются мраморная мука (средний размер частиц 8,5 мкм) и, особенно, известняковая мука, имеющая средне-объемный размер частиц равный 15,4 мкм. Эти особенности карбонатных заполнителей играют важную роль при их использовании в составе сухих смесей.
Исследование адгезии гипсовых смесей к различным основаниям
Адгезия гипсовых смесей к различным основаниям представляет собой важную характеристику, которая позволяет оценить возможность использования отделочного материала по надежности сцепления гипсовых смесей с материалом отделываемой поверхности.
Адгезия или сцепление, возникающее между двумя приведенными в соприкосновение разнородными материалами, в данном случае это «гипсовый состав - бетон», определяется рядом факторов. Сцепление происходит в результате взаимодействия между тестом гипсового вяжущего и материалом основания. Прежде всего, это межмомолекулярная связь, обусловленная ван-дер-ваальсовыми силами, а также капиллярными силами, возникающими в присутствии жидкой фазы на границе раздела «материал основания - гипсовый состав».
Сцепление также может происходить за счет чисто механического закрепления отделочных смесей в неровностях и порах материала основания. Это механический вид адгезии, зависящий во многом от вида и состояния отделываемой поверхности. При этом на прочность сцепления влияет пористость материала подложки.
Разрушение адгезионных связей отделочного слоя с материалом основания может быть следующих видов [102]:
1) адгезионное - происходит отрыв на границе соединенных поверхностей (адгезия меньше когезии);
2) когезионное - разрыв происходит по массиву адгезива или субстрата (адгезия больше когезии);
3) смешанное - наблюдается частичное разрушение субстрата и частичное разрушение адгезива.
На рис. 4.9 представлена схема адгезионного отрыва отделочного слоя от материала основания, где линии 1-1, 2-2, 3-3 характеризуют типы разрушения при испытании.
Величина силы сцепления определяется числом возникающих контактов между частицами новообразований в цементном камне и контактов между новобразованиями и отделочным слоем.
Линия 1-1 характеризует адгезионное разрушение и минимальное число контактов между отделочным слоем и материалом основания. Разрыв по поверхности 2-2 произойдет в случае когезионного характера разрушения по шпатлевочному составу, и адгезия будет определяться прочностью этого состава при растяжении, который проявляет в данном случае пониженные ко-гозионные свойства по сравнению с адгезионными. При смешанном характере разрушения (поверхность 3-3) разрыв будет происходить как по контактной зоне, так и по слою растворной части бетона [71].
При оценке адгезии возникают определенные трудности. Численные значения адгезионной прочности определяются особенностями метода отрыва и геометрическими размерами нанесенного отделочного состава. Вследствие этого прочность адгезии к одной и той же поверхности будет зависеть от толщины и ширины нанесенного шпатлевочного состава, скорости его отрыва, напраления силы отрыва по отношению к поверхности субстрата и ряда других факторов.
Для сравнения полученных результатов проводят определение адгезионной прочности в одинаковых условиях, на образцах одного и того же размера [103].
Адгезию пленок (отделочных составов) определяют методом отрыва. Под действием внешней силы F0Tp, превышающей величину адгезионного взаимодействия, нарушается граница раздела «адгезив - субстрат». При отрыве происходит премещение границы раздела фаз вдоль поверхности субстрата. Такое перемещение означает, что помимо силы отрыва F0Tp решающее значение приобретает работа отрыва пленки W0Tp.
Сила и работа отрыва не равны силе и работе адгезии. При отрыве отделочных составов на преодоление адгезии тратится только часть внешнего усилия (часть работы или силы отрыва), идущая на преодоление адгезии (Waa и Бад соответственно). Остальная часть внешнего усилия расходуется на побочные процессы, например, на деформацию покрытия в связи с изменением его формы при отрыве (происходит его изгиб). Покрытие отрывается от поверхности не сразу, а на отдельных участках. На его деформацию затрачивается определенная доля внешней работы отрыва - Wa.
Адгезия может быть вызвана взаимодействием электрических зарядов, возникающих в зоне контакта твердых поверхностей. В этих условиях субстрат и адгезив представляют собой своеобразный электрический конденсатор, и отрыв аналогичен разведению разноименно заряженных пластин. При определенной скорости отрыва может происходить разряд поверхности конденсатора. Часть работы отрыва тратится на преодоление электрического взаимодействия и разряд. Эта часть работы равна W3.
Работа, затрачиваемая на преодоление сопротивления неровностей поверхности, на нагрев покрытия и другие потери - W„.
Внутренние напряжения (в материале отделочного слоя) уменьшают адгезию и облегчают отрыв, снижая внешнее усилие на величину WBH.
Работа и сила отрыва в общем виде соответственно равны: W0Tp=Wafl+W«+W3+Wn+WBH
Из этих соотношений видно, что работа и сила отрыва, как правило, больше работы и силы адгезии: W0Tp Wafl, F0Tp Рад.
Работа отрыва W0Tp характеризует адгезионную прочность. Понятие «адгезионная прочность» позволяет понять различие между работой адгезии Ww и тем внешним воздействием, которое небоходимо для отрыва (WOTp).
Известно большое количество различных методов определения прочности сцепления материалов [104-107], отличающихся друг от друга различными схемами проведения испытания и способами изготовления образцов.
Сила сцепления шпатлевочных составов с различными основаниями определялась на разрывной машине РМА-500 с помощью специального приспособления (рис. 4.8). При использовании этого приспособления адгезия определяется как усилие, приложенное перпендикулярно плоскости склеивания, и характеризуется силой, отнесенной к единице площади контакта.
Для исследования прочности сцепления шпатлевочных составов с различными основаниями были изготовлены образцы из нескольких материалов: бетон, кирпич керамический, гипсобетон, газобетон, дерево. Размер образцов 4 4 16 см.
На предварительно подготовленную площадь 4 5 см в центре образца наносили шпатлевочный состав (толщина слоя 2-3 мм). Металлическая пластинка размером 5 4 см приклеивалась при помощи эпоксидного клея на шпатлевочный состав. Образец с приклеенной металлической удерживался за счет захватного устройства в виде двух откидных П - образных скоб. Это приспособление устанавливается на разрывную машину РМА-500.
Исследование эксплуатационной стойкости отделочных составов
Эксплуатационная стойкость отделочных материалов зависит от ряда факторов: вещественного и химического состава материалов смесей, вида и качества полимерных добавок, возможности и способа введения добавок гидрофобного действия, температурно-влажностных условий эксплуатации, технологии ведения отделочных работ и т.д.
Наиболее частым видом разрушения строительных материалов является деструкция вследствие действия переменных, многократно повторяющихся циклов насыщения материалов водой, замораживания и оттаивания [122, 123].
Морозостойкость - это свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание с допустимой потерей прочности не более 25% и массы не более 5%. Процесс ослабления прочности связан, прежде всего, с циклическими деформациями вследствие перехода воды в лед, протекающего с увеличением в объеме на9% [124].
Морозостойкость материалов зависит от структуры, количества и вида пор, температуры замораживания и оттаивания материала и ряда других факторов. Материалы могут обладать высокой прочностью и низкой морозостойкостью или наоборот. В некоторых случаях материалы, отличающиеся друг от друга прочностью, плотностью и пористостью, одинаково сопротивляются действию мороза. Это обстоятельство связано со структурой материала и распределением в нем пор [125].
Изучение морозостойкости сухих гипсовых смесей проводилось в морозильной камере. Для исследования были подготовлены образцы 4 4 16 см сухих гипсовых смесей Ротбанд, разработанного шпатлевочного состава с комплексной добавкой на основе отечественной метилцеллюлозы и с импортной метилцеллюлозой Walocel МКХ 20000 PF 40.
Основные и контрольные образцы перед испытанием на морозостойкость были насыщены водой при температуре плюс (18±2)С полным погружением в воду на 2 часа. Испытания проводились путем попеременного замораживания в морозильной камере основных образцов при температуре минус (18±2)С (4 часа) и оттаивания над водой в ванне с гидравлическим затвором при комнатной температуре (4 часа). Цикл составлял 8 часов.
Контрольные образцы хранились над водой в ванне с гидравлическим затвором и испытывались одновременно с образцами после 15, 25 и 35 циклов замораживания и оттаивания. Результаты исследования морозостойкости представлены в табл. 5.1 и на рис. 5.2. и 5.3.
При визуальном осмотре образцов дефектов и трещин не обнаружено.
Образцы шпатлевочного состава Ротбанд выдержали все 35 циклов замораживания и оттаивания, а после высушивания до постоянной массы оказались более хрупкими, чем образцы-прототипы, что, вероятно, связано с их относительно небольшой плотностью. После первых 15 циклов прочность при сжатии практически на изменилась, а прочность образцов при изгибе уменьшилась почти на 3%. К 25 и 35 циклам попеременного замораживания и оттаивания наблюдалась значительная потеря прочности. Общая потеря прочности после 35 циклов составила: при изгибе - 17,44%, при сжатии - 14,52%.
Образцы шпатлевочного состава с комплексной добавкой на основе отечественной метилцеллюлозы на протяжении всего периода испытаний на морозостойкость медленно снижают прочность при сжатии на 7,09, 4,15 и 4,36% соответственно к 15, 25 и 35 циклам. Прочность при изгибе испытуемых образцов по сравнению с контрольными значительно увеличивается. Максимальный прирост прочности при изгибе наблюдался к 25 циклам замораживания и оттаивания и составил 28,63%.
Изменение прочности образцов шпатлевочного состава на импортной метилцеллюлозе Walocel МКХ 20000 PF 40 в зависимости от количества циклов замораживания и оттаивания имело непостоянный характер. После 15 циклов испытаний наблюдалось резкое снижение прочности при сжатии (на 9,43%) и некоторое увеличение прочности при изгибе (6,86%), а после 25 и 35 циклов прочность при изгибе начала плавно снижаться на 10,23 и 11,87% соответственно. Общая же потеря прочности при сжатии к 35 циклам испытаний на морозостойкость составила 2,55%.
По указанным данным можно сделать вывод, что шпатлевочные составы с комплексной добавкой на основе отечественной метилцеллюлозы показывают значительный прирост прочности при изгибе после 25 циклов замораживания и оттаивания и сохраняют динамику увеличения данной прочностной характеристики к 35 циклам испытаний. При этом прочность при сжатии образцов снижается незначительно. Остальные же шпатлевочные составы имеют тенденцию к снижению прочностных характеристик в результате испытаний на морозостойкость.
Следует отметить, что условия испытания были выбраны более жесткие, чем при эксплуатации отделочных составов, так как сухие гипсовые смеси практически не применяются для наружной отделки зданий и помещений и прямому воздействия атмосферных условий не подвергаются. Но не следует исключать возможности применения данных штукатурных составов для отделки подвальных и складских помещений, фойе, прихожих и т.д.
Представленные ИК спектры образцов, прошедших испытание на морозостойкость (35 циклов) и спектры контрольных образцов не имеют существенных отличий и позволяют сделать следующий вывод: циклические воздействия отрицательных температур не приводят к появлению новообразований и развитию деструктивных процессов, что говорит о прочности и долговечности испытанных материалов.
