Delist.ru

 Эффективные растворы на основе водостойкого гипсового вяжущего для наружной отделки (21.12.2010)

Автор: Заикина Анна Сергеевна

В диссертационной работе были проведены комплексные исследования фазового состава, процессов гидратации и структурообразования камня на МГВ методом измерения кинетики изменения температуры в твердеющих растворе, а также рентгеноструктурного анализа и синхронной дифференциально-сканирующей калориметрии и термогравиметрии в разные сроки твердения. Анализ кривых, показывающих изменения (рис. 5 а) температуры растворов на ГВ с содержанием заполнителя в 5%, 50%, оптимального состава МГР и без добавления замедлителей схватывания в композиции, показал следующее:

- состав с содержанием 5% заполнителя имеет наиболее интенсивный характер тепловыделения. В составе максимальная температура в 44,4 0С достигается на 24,5 минуте, при периоде обрабатываемости раствора в 9…15

- состав с содержанием 50 % заполнителя (по массе) имеет несколько менее выраженное тепловыделение (43 0С на 32,5 минуте наблюдения) при сроках схватывания раствора в 8…14 минут;

- раствор оптимального состава 1:1 на основе модифицированного гипсового вяжущего и песка с Мк=2,0 занимает промежуточное положение среди вышеуказанных составов (температура составляет всего 40,2 0С на 23 минуте начального формирования структуры камня при ее сроках всего в 4…7 минут).

Кинетика изменения температуры (рис. 5 б) в составах МГР с замедлителем схватывания в количестве 0,2% от массы МГВ и содержанием заполнителя различной крупности, практически схожа.

Рис. 5 Изменение температуры: а) твердеющих растворов без замедлителей схватывания: ГВ+П (95+5), ГВ+П (1:1) и МГР (27,7% ОММ); б) твердеющих растворов МГР оптимальных составов (27,7% ОММ) с 0,2% замедлителя и с заполнителем различной крупности Мк=1,5; 2,0; 2,5.

Твердение и структурообразование раствора является важнейшей стадией, определяющей дальнейшее качество затвердевшего раствора. Управление этим процессом необходимо для установления жизнеспособности растворной смеси на стадии применения. Значительный подъем температуры позволяет применять разработанные растворы и при отрицательных температурах, о чем свидетельствуют результаты и других исследователей.

Идентификация продуктов гидратации с помощью рентгенофазовой дифрактометрии образцов в возрасте 1, 28 сут., 1 год показала следующее. У всех образцов состава МГР видны сильные линии дигидрата сульфата кальция (d = 7,52; 4,26; 4,25; 3,79; 3,33; 2,86 ?), кальцита (d = 3,05; 2,44; 2,18; 1,89; 1,87; 1,84; 1,81 ?), кремнезема (d = 3,33; 3,30; 2,45; 2,27 ?) эттрингита (d = 9,62; 9,6; 5,9; 5,5; 4,88; 4,64; 3,79; 2,86; 2,6; 2,27; 1,77 ?), непрореагировавшей части трехкальциевого силиката (d = 2,73; 2,77 и др.), линии портландита (d = 3,15; 1,796 ?), кварцевого песка (d = 4,26; 4,25; 3,2; 3,0; 2,3; 1,81; 1,79; 1,54; 1,53; 1,38; 1,37; 1,24; 1,22 ?).

Характерных линий отражения гидросиликатов типа CSH-В (d = 3,04; 2,80; 1,82 ?) не удалось обнаружить на рентгенограммах всех образцов, поскольку при избыточном количестве гипса и малом количестве клинкера сильные линии отражения дигидрата сульфата кальция полностью перекрывают более слабые линии гидросиликатов кальция, но отмечены линии с d = 11,75; 9,62; 4,88 ?, которые также идентифицируют низкоосновные гидросиликаты кальция.

На рентгенограммах проб образцов в возрасте 1 год (рис. 6 а) установлены сильные линии дигидрата сульфата кальция. Линии эттрингита той же интенсивности, что и в 28 суточном возрасте. Несколько уменьшилась интенсивность линий C3S и Ca(OH)2 что свидетельствует о продолжающейся гидратации и связывании гидроксида кальция кремнеземом и углекислотой воздуха. Этим объясняется и нарастание прочности образцов по мере дальнейшей выдержки. Таким образом, установлено, что при гидратации МГР оптимального состава образуются двуводный гипс, кальцит, эттрингит, низкоосновные гидросиликаты кальция. Причем, основное количество эттрингита образуется в начальные сроки твердения, что подтверждается стабильностью интенсивности линий эттрингита в разные сроки твердения. Не наблюдается и перекристаллизации трехкальциевого гидросульфоалюмината в монокальциевый гидросульфоалюминат. Все это указывает на образование более прочной и слитной структуры конгломерата.

Термограммы образцов в возрасте 1 сут, 28 сут. твердения в нормальных условиях (t-20 0С, относительная влажность воздуха 98 %), характеризуются следующими основными эндотермическими эффектами. Первый сдвоенный эффект с максимумами при температуре 140…220 оС характерен для двуводного гипса; второй – при температуре 220…480 оС характерен для дигидрата сульфата кальция и связан с перестройкой, инверсией его кристаллической решетки при переходе растворимого ангидрита в нерастворимый; Эндоэффект при 575 0С характерен для превращения модификаций кварца (? ? ?). Эндоэффект от 800 0С связан с гидросиликатом кальция типа СSH(В), а в пике 850 0С связан с диссоциацией кальцита; Эндотермические эффекты при 500 0С и 860 0С характерны для соединений гидросиликата кальция типа С2SH-В и типа СSН-В а также диссоциацией кальцита. Эндоэффект при 575 0С характерен для превращения модификаций кварца (?-SiO2 ? ?-SiO2).

На термограмме образцов в возрасте 1 год (рис. 6 б) твердения установлены аналогичные эндотермические эффекты, что и у предыдущих образцов. Кроме того наблюдается некоторое смещение эффектов в сторону повышенных температур, связанное с более упрочненной структурой камня. Более выраженный эндоэффект дегидратации гидросиликата кальция при 500 0С. А также при 825 0С наблюдается более выраженная кристаллизация CS гидросиликата кальция типа CSH-В.

Рис. 6 а) Рентгенограммы образцов состава МГР годового возраста твердения; б) Термограммы продуктов гидратации исследуемых образцов МГР в возрасте 1 год твердения в нормальных условиях

По результатам синхронного анализа ДСК + ТГ проб камня МГР образцы суточного твердения теряют 16,66%, образцы 28 сут твердения — 19,97%, а образцы 1 год твердения в нормальных условиях 23,73 %, что свидетельствует о достаточной интенсивности гидратации.

Электронно-микроскопические исследования образцов МГР показали различия в плотности упаковки новообразованных кристаллов ультрадисперсных частиц органоминерального модификатора и их морфологии. В композите МГР изменяется характер распределения пор по размерам в сторону уменьшения объема крупных и увеличения доли мелких, увеличивается количество замкнутых пор, равномерно распределенных по объему композита. Уменьшается общая пористость камня МГР в сравнении с прототипом R-1 (табл. 10).

Оценка пористой структуры производилась по методу трехстадийного насыщения образцов, который также позволяет спрогнозировать морозостойкость материала. Объем пор каждой группы определялся экспериментально в результате трех последовательных стадий насыщения раствора водой. Для сравнения определяли пористость камня из оптимального состава, состава с присутствием добавок ГКЖ-11, дисперсии поливинилацетата и состава для внутренних отделочных работ (Rotband).

Таблица 10

Показатели водопоглощения и характеристика пористости

Шифр состава Водопотр. при Пк2, % Ср. плотность в сухом сост., кг/м3 Водопоглоще-ние по массе, % Общий объем пор, % Объем открытых пор, % Объем условно замкнутых пор, % Объём межпорового пространства, %

С-1 23 1816 9,2 16,6 5 11,6 0

С-2 21 1779 11,4 20,3 6,4 13,9 0

R-1 56 1154 30,5 44 12,7 22,3 20

Согласно экспериментальным данным, (табл. 12), преобладающими в структуре модифицированного растворного камня являются условно замкнутые поры. Такие изменения в поровом пространстве связаны с продолжительностью процесса гидратации, обусловленного содержанием в составе вяжущего гидравлического компонента. А изменение микроструктуры за счет уменьшения размеров гидратированных соединений, увеличения их удельной поверхности, сокращения крупных пор в пользу мелких обеспечивает повышение физико-механических свойств и долговечности модифицированного штукатурного состава на основе гипсового вяжущего.

В целом полученные данные позволяют оценить критерий морозостойкости, который определяется как:

где: С – объемная концентрация растворного теста;

П2 и П3–соответственно объемы пор капиллярного подсоса и при вакуумирования в долях от объема раствора.

Таким образом, критерий морозостойкости у составов соответствует:

С-1 Мк= 2,29 С-2 Мк=1,91 R-1 Мк=0,96

Характеристики пористости камня из модифицированного раствора С-1, свидетельствуют, что образцы имеют меньшие объемы всех типов пор в сравнении с образцами прототипами. Такие характеристики пористости, полученные в ходе формирования структуры модифицированного раствора, способствуют не только улучшению свойств растворного камня, но также и подтверждают отличительные характеристики разработанного раствора.

В образцах из МГР 28 суточного возраста твердения в нормальных условиях при гидратации продуктов полугидрата сульфата кальция образуются щелевидные поры, которые по мере длительного твердения заполняются новообразованиями, в результате чего структура становится более слитной и менее пористой. Видны также скопления зерен кальцита, кварца и других субмикроскопических новообразований.

На микрофотографиях образцов из МГР возраста твердения 1 год (рис. 7 а) структуру камня можно охарактеризовать как достаточно выраженную мелкокристаллическую, при наличии в межкристаллических полостях как частиц новообразований, так и не связанных зерен кремнеземистого компонента. Структура достаточно слитная, с равномерным распределением пор, в отличие от прототипа (рис. 7 б) более однородная и плотная. Хорошо видно, что продукты гидратации и твердения МГР равномерно располагаются в порах и полостях каркаса, увеличивая число контактов, способствуя как более моноличенным связям наполнителя с вяжущим, так и более повышенной плотности и прочности камня.

Рис. 7 Электронные микрофотографии МГР и прототипа: а) микрокристаллы формирующее тело МГР возраста 1 год; б) структура прототипа 1 года

На основании полученных данных рекомендуются следующие составы МГР для оштукатуривания различных материалов (табл. 11). Таблица 11

Составы МГР

Марка/Назначение МГР Соотношение МГВ : Песок

М35 / Гипсовый, ячеистый бетон 1:2

М75 / Кирпичные поверхности 1:1,5

М100 / Бетонные поверхности 1:1

По своим строительно-техническим характеристикам разработанный модифицированный гипсовый раствор соответствует требованиям, предъявляемым к этим видам строительных материалов.

Затвердевшие модифицированные гипсовые растворы МГР характеризуются высокими прочностными характеристиками (сжатие, адгезия) высокой стойкостью к попеременному замораживанию-оттаиванию, высокой водоудерживающей способностью, водостойкостью.

загрузка...