Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Сергеева Кристина Анатольевна, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; Научный руководитель – докт. техн. наук, проф. В.И. Логанина; «Наполнители на основе гидросиликатов кальция для сухих строительных смесей»

Аннотация

Предложена энергосберегающая технология синтеза тонкодисперсных на­полнителей на основе гидросиликатов кальция. Установлены закономерности свойств наполнителя в зависимости от условий синтеза (температуры, плотности жидкого стекла, количества добавки-осадителя, режима высушиваниия осадка).

Выявлен фазовый состав наполнителя. Показано эффективное примене­ние предлагаемых наполнителей в сухих строительных смесях на основе извести. Установлено: ускорение отверждения до 50 %, повышение прочности сцепления до 30 %, повышение прочности при сжатии в 2 раза, повышение класса качества внешнего вида до IV–V, повышение трещиностойкости в 2 раза у ССС на основе извести с предлагаемыми наполнителями.

Ключевые слова: сухие строительные смеси; тонкодисперные наполните­ли; энергосберегающая технология.

В настоящее время производство сухих строительных смесей (ССС) явля­ется одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений строительной индустрии. Использование в рецептуре ССС тонкодисперсных наполнителей на основе силикатов кальция является перспективным направлением. В настоящее время наполнители — синтетический силикат кальция (волластонит), аморфный и кристаллический гидросиликат кальция (ксонотлит) — можно промышленно производить из фосфогипса (крупнотоннажного отхода химических предпри­ятий) с использованием технологии низкотемпературного гидротермального синтеза, который осуществляется при температуре менее 100 ºС и атмосферном давлении. Сушка и кристаллизация полученного продукта осуществляется при температуре 1150 ºС [1]. В связи этим весьма актуальными являются разработки энергосберегающей технологии синтеза наполнителей на основе силикатов каль­ция. Нами использована технология получения высокодисперсных наполните­лей, заключающаяся в их синтезе из жидкого натриевого стекла в присутствии добавок-осадителей, а также добавок-хромофоров и последующем высушивании

1

осадка при температуре 105–300 ºС и его измельчении. Выявлено, что при ис­пользовании жидкого стекла плотностью 1450 кг/м3 получаемый продукт очень быстро закристаллизовывался. Поэтому жидкое стекло разбавляли в 2–4 раза, при этом его плотность снижалась до 1074–1130 кг/м3. Оценка гранулометриче­ского состава полученных наполнителей проводилась с помощью автоматиче­ского лазерного дифрактометра Fritsch Particle Sizer Analysette 22. Исследование гранулометрического состава полученных наполнителей показало, что при ве­личине удельной поверхности контрольного образца Sуд = 5935,4 см2/см3 средний диаметр частиц составляет 28,64 мкм, преобладают размеры частиц в диапазоне 20–45 мкм — 34,57 %, 10–20 мкм — 18,46 % и 5–10 мкм — 12,88 %, при этом более 90 % составляют частицы размером 61,5 мкм или менее. Содержание частиц в ди­апазоне 0,05–1 мкм составляет 1 %, а в диапазоне 45–100 мкм — 23,48 %. (рис. 1а). У образцов наполнителей, синтезируемых в присутствии добавки CaCl2 с добав­кой-хромофора FeCl3, величина удельной поверхности варьируется в диапазоне значений 4359–5031 см2/см3, средний диаметр частиц составляет 42 мкм, преоб­ладают размеры частиц в диапазоне 20–45 мкм — 30,1 %, 10–20 мкм — 14,2 % и 5–10 мкм — 8 %, при этом более 90 % составляют частицы размером 71,5 мкм или менее (рис. 1б).

Введение добавки-хромофора способствует росту кристаллов. Возрастает содержание частиц размером 45–100 мкм, составляющее 42,3 %, и появляются кристаллы размером 100–200 мкм — 2,7 %.

Наполнители, с удельной поверхностью Sуд = 3000 см2/см3, синтезируе­мые в присутствии только добавки-хромофора FeCl3, имеют средний диаметр частиц 60,7 мкм. Преобладают размеры частиц в диапазоне 20–45 мкм — 21,1 %, 10–20 мкм — 2,48 % и 5–10 мкм — 2,4 %, при этом более 90 % составляют части­цы размером 97,5 мкм или менее (рис. 1в).

 

1

 

Анализ ионизационных рентгенограмм образцов наполнителей, получен­ных на дифрактометре ДРОН-2, показал, что в образцах наполнителя, синтези­рованного при введении добавки-хромофора FeCl3, присутствуют дифракцион­ные линии (Å) следующих соединений: гидросиликаты железа: 14,141; 3,934; 3,738; 3,569; 2,81; 2,356; 2,151; 11,946; 4,506; 5,698; 2,058; 4,506; 3,427; 3,10; гидрогалиты: 4,969; 2,993; 2,706; 2,11; гетиты: 2,589; 2,478; 2,004; 1,908; 1,812 (рис. 2), а образцы наполнителя, синтезированного при введении добавки CaCl2, имеют следую­щие соединения: гидросиликаты кальция натрия: 3,995; 2,823; 1,995; 1,770; 1,608; 1,430; гидрогалиты: 3,255; 1,411; 1,261; клинотобермориты: 6,074; 5,993; 4,927; 2,640; 2,373; гидросиликаты кальция: 5,024; 3,573; 3,337; 3,042; 1,923; 1,630; 1,152 (рис. 3).

1

 

Активность наполнителей оценивается по показателю прочности при сжатии известковых композиций. Синтез наполнителя осуществляли из жидко­го стекла с модулем М = 2,9. Готовились смеси с водоизвестковым отношением В/И = 0,7, и отношением известь: наполнитель И : Н = 1 : 0,3. Применялась известь с активностью 84 %. Образцы твердели в воздушно-сухих условиях при темпера­туре 18–20 oС и относительной влажности 60–70 %. В возрасте 28 сут. твердения определялась прочность при сжатии. Результаты исследований приведены в табл. 1.

1

Установлено, что прочность известковых растворов на наполнителях, син­тезируемых в присутствии добавки-осадителя и добавки-хромофора FeCl3, выше на 20 % по сравнению с составами на наполнителях, синтезируемых в присутствии только CaCl2. Так, прочность известковых композиций состава 1 : 0,3 при В/И = 0,7 с применением окрашенных наполнителей на основе хлорида железа (III) FeCl3 варьируется в диапазоне значений 3,62–4,08 МПа, в то время как при примене­нии неокрашенных наполнителей (контрольного образца) составляет 3,33 МПа.

При разработке технологии производства наполнителей учитывались сле­дующие факторы: плотность жидкого стекла, количество добавки-осадителя, ре­жим высушивания осадка [2].

Установлено, что применение жидкого стекла более низкой плотности спо­собствует получению наполнителей более низкой активности. Так, прочность при сжатии состава 1 : 0,3 при В/И = 0,7 при использовании наполнителя, полученно­го осаждением жидкого стекла плотностью 1130 г/см3, составляет Rсж = 3,33 МПа, а при использовании наполнителя, полученного осаждением жидкого стекла плотностью 1074 г/см3 — 1,45 МПа.

Выявлено, что активность наполнителей зависит от температуры высу­шивания. Наибольшей активностью обладает наполнитель, высушенный после фильтрации при температуре 300 oС. Так, прочность при сжатии Rсж в возрас­те 28 сут. твердения в воздушно-сухих условиях состава 1 : 0,3 (известь: напол­нитель) и В/И = 0,7 при использовании наполнителя, высушенного при темпе­ратуре 300 oС, составляет Rсж = 6,55 МПа, а состава с применением наполнителя, высушенного при температуре 105 oС, — 3,33 МПа, т. е. прирост прочности при сжатии составляет 100 %. Аналогичные закономерности наблюдаются и при из­менении прочности при изгибе.

Эксплуатационные свойства композиционных материалов, какими явля­ются ССС, определяются в числе других факторов тонкостью помола наполни­теля, его гранулометрическим составом. В связи с этим в работе было опреде­лено влияние условий синтеза наполнителя на его гранулометрический состав.

Результаты проведенного эксперимента показывают, что составы на осно­ве извести с предлагаемыми наполнителями являются трещиностойкими. Так, в немецком стандарте DIN 18550 Часть 2 указывается, что долговечность и со­противление внешним воздействиям, а также высокая трещиностойкость обе­спечиваются, когда отделочный раствор имеет прочность при сжатии в диапа­зоне значений от 2 до 5 МПа. Составы ССС на основе извести с применением предлагаемых наполнителей обладают ускоренными сроками высыхания. Время высыхания известкового состава до степени 3 составляет 10–15 мин, до степени 5–20–25 мин, в то время как аналогичные составы с применением тонкомолотой опоки соответственно 30 и 50 мин. Известковые составы хорошо наносятся на отделываемую поверхность цементно- и известковопесканной штукатурки. Класс качества составляет IV–VI. Значения адгезионной прочности покрытий на основе составов с предлагаемыми наполнителями варьируются в пределах 0,5–0,9 МПа.

Использование тонкодисперсных наполнителей в рецептуре сухих стро­ительных смесей, предназначенных для реставрации зданий исторической за­стройки и отделки стен, вновь возводимых объектов, приводит к повышению функциональных и эстетических свойств получаемых покрытий.

Литература

  1. Гордиенко П.С., Супонина А.П., Ярусова С.Б. и др. Исследование кинети­ческих особенностей формирования моносиликата кальция в модельной системе CaSiO4 · 2H2O — Na2OSiO2 // Журнал прикладной химии. 2009. Г. 82. Вып. 9. С. 1409–1413.
  2. Логанина В.И., Макарова Л.В. Штукатурные составы для реставрационных работ с применением окрашенных наполнителей // Архитектура и строи­тельство. Пенза: ПГУАС, 2009. № 1. С. 38.

 


Информационные партнеры