В настоящее время в России интенсивно развиваются различные отрасли экономики, в том числе и строительный комплекс. В этой связи приоритетным направлением строительной отрасли является внедрение новых высокоэффективных конкурентоспособных технологий строительных материалов, в том числе и производство сухих строительных смесей.
Сухие строительные смеси являются современными строительными материалами, изготовленными с предельно точным соотношением компонентов. В качестве последних выступают минеральные наполнители, минеральные вяжущие и добавки.
К штукатурным смесям предъявляются такие требования как трещиностойкость, прочность сцепления с основанием, долговечность. Гидроизоляционные смеси дополнительно должны обладать водонепроницаемостью.
Анализ факторов, влияющих на процесс проникновения жидких сред в цементный камень, показывает, что основную роль в формировании гидроизоляционных свойств цементного камня играют характеристики его поровой структуры − общее количество пор, их радиус, кривизна и замкнутость, которые в свою очередь, зависят от размера и стабильности существования в гидратированном цементе образующихся при твердении гидратных фаз.
Для получения максимально плотной структуры гидроизоляционного материала необходимо, чтобы в процессе его твердения формировалось большое количество мелкодисперсных и стабильно существующих в гидратированном цементе кристаллов эттрингита.
Анализ и обобщение полученных экспериментальных данных показывают возможность более широкого использования наполненных вяжущих с микронаполнителями различной природы, что позволяет целенаправленно регулировать свойства цементных систем, экономить природные сырьевые ресурсы за счет использования отходов других отраслей производства, а также расширить выпуск сухих строительных смесей с максимальным использованием местного сырья.
Наполнители совместно с цементом участвуют в формировании микроструктуры матричной основы. Зерна наполнителя создают дополнительную поверхность, на которой могут располагаться гидратные новообразования, что способствует росту кристаллов гидратных соединений и их уплотнению, а также входят в состав новообразований. Преимущества структуры цементной матрицы с наполнителем состоят в том, что в ней локализуются внутренние дефекты (микротрещины, макропоры и капиллярные поры), а также в том, что их количество и размеры уменьшаются и снижается концентрация напряжений [3].
В ходе выполнения исследовательской работы решалась задача подбора минерального наполнителя в составе сухой смеси с обеспечением повышенной трещиностойкости и морозостойкости штукатурного покрытия.
В качестве минерального наполнителя были использованы: тонкомолотый шлак (Ш) (ООО «Мечел-Материалы» г. Челябинск), микрокремнезем конденсированный (МК) (ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат»), диатомитовая мука (ДМ) (Камышловское месторождение Свердловской области).
Для подбора вида минерального наполнителя были изготовлены составы смесей: контрольный – в соотношении Ц:П=1:3 и с содержанием наполнителей 10 и 20 % от массы вяжущего. Вода затворения подбиралась опытным путем с обеспечением постоянства расплыва конуса на встряхивающем столике.
Для оценки трещиностойкости из составов с разными видами минерального наполнителя были изготовлены образцы–балочки 40х40х160 мм. По истечении 28 суток твердения в нормально-влажностных условиях образцы испытывались на изгиб и сжатие (таблица).
При испытании на изгиб в составах с микрокремнеземом зафиксирован прирост прочности в 2 раза. В составах с молотым шлаком прочность увеличилась в 1,5 раза. В смеси с диатомитовой мукой содержанием 10 % увеличение произошло на 0,9 МПа, а при содержании 20 % прочность снизилась на 1 МПа.
При расчете коэффициента трещиностойкости составы с молотым шлаком и с содержанием микрокремнезема 20 % более чем в 2 раза превышают значения контрольных образцов.
По результатам проведенных исследований более эффективным минеральным наполнителем является микрокремнезем, который образуется как побочный продукт при производстве ферросилиция и осаждается на рукавах электрофильтров. Большую часть микрокремнезема образуют частички аморфной двуокиси кремния почти идеальной круглой формы средним размером около 0,1 мкм и удельной поверхностью 16–22 м2/г.
Положительное влияние микрокремнезема на структуру и физико-механические характеристики цементного камня обусловлено двумя причинами: пуццоланической активностью микрокремнезема и высокой дисперсностью его частиц. Кремнезем вступает в реакцию с гидроксидом кальция, высвобождаемым в процессе гидратации силикатных фаз цемента, с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция.
Модификация цементных смесей дисперсионными порошкообразными полимерами обеспечивает значительное удержание воды, что способствует лучшей гидратации цемента. При этом цемент в большей степени реализует свои возможности гидравлического вяжущего, что проявляется в повышении прочности, адгезии к основе и снижению влагопоглощения.
Результаты испытания образцов-балочек
|
Номер состава |
Ш, % |
МК, % |
ДМ, % |
Прочность, МПа |
Коэффициент трещиностойкости, kтр |
|
|
при изгибе |
при сжатии |
|||||
|
0 |
? |
? |
? |
3,05 |
20,12 |
0,15 |
|
1 |
10 |
? |
? |
5,04 |
14,74 |
0,34 |
|
2 |
20 |
? |
? |
5,51 |
15,16 |
0,36 |
|
3 |
? |
10 |
? |
6,92 |
31,62 |
0,22 |
|
4 |
? |
20 |
? |
7,38 |
24,02 |
0,31 |
|
5 |
? |
? |
10 |
3,93 |
16,92 |
0,23 |
|
6 |
? |
? |
20 |
1,94 |
11,18 |
0,17 |
Оптимальное количество равномерно распределенных доменов смолы в порах минерального вяжущего усиливают слабые места цементного каркаса. Этим обуславливается не только значительное увеличение адгезии к различным основам, но и повышение прочности составов при изгибе. При этом модифицированные полимерами составы обладают повышенной способностью к деформации, что снижает их трещиностойкость.
В данной работе модификация полученного состава сухой смеси проводилась редисперсионным полимерным порошком Vinnapas RE 524. Содержание добавки апробировалось в количестве 1,0; 2,0; 3,0 % от массы сухих компонентов. В качестве стабилизирующей добавки вводилось 0,02 % карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) .
Разработанные затвердевшие смеси характеризуются маркой по водопроницаемости W12 (при содержании 1 % Vinnapas RE 524) и выше, что обуславливает их высокую коррозионную стойкость. При этом минимальная адгезионная прочность составила 2,5 МПа, что удовлетворяет требованиям ГОСТ.
Такие свойства разработанных композиций, как непроницаемость в сочетании с высокими прочностными показателями позволяют использовать их для производства сухих гидроизоляционных смесей.