Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
1 На правах рукописи
ИЛЬИНСКАЯ ГАЛИНА ГЕННАДЬЕВНА
СУХИЕ ОТДЕЛОЧНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ
Специальность 05.23.05 Строительные материалы и изделия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Белгород 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Лесовик Валерий Станиславович Официальные оппоненты Хардаев Петр Казакович доктор технических наук, профессор Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления, проректор по учебной работе Петухова Надежда Алексеевна кандидат технических наук Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, доцент кафедры Стандартизация, сертификация и аудит качества Ведущая организация Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
Защита состоится л 27 декабря 2012 года в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 212.014.01 в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова по адресу:
308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, БГТУ им. В.Г. Шухова, ауд. 242.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.
Автореферат разослан л 27 ноября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Г.А. Смоляго
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Россия занимает одно из лидирующих мест по объему производства различных видов энергии. Однако, по уровню рациональных затрат на отопление, существенно уступает экономически развитым странам.
Теплосберегающие технологии в современном строительстве, при возведении новых и реконструкции старых жилых, общественных и промышленных зданий, стали одними из первостепенных задач.
Принятый ряд нормативно-технических документов, один из основных - постановление Минстроя РФ №18-81 от 11.08.95г О принятии изменений №3 СНиП П-03-79 Строительная теплотехника, направлен на решение задачи энергосбережения и снижения эксплуатационных затрат в строительстве. Требования, установленные в этих документах к значению термического сопротивления, сложно обеспечить в однослойной конструкции.
Соответствие может быть достигнуто лишь в многослойной конструкции, где в качестве утеплителя применяется эффективный теплоизоляционный материал.
Для приоритетного развития строительной отрасли необходима разработка и внедрение новых высокоэффективных конкурентоспособных технологий строительных материалов, от которых зависит качество жизни и комфортные условия в системе человек-материал-среда обитания. Одним из современных эффективных материалов являются сухие строительные смеси.
Для производства сухих строительных смесей применяют дорогостоящие, часто импортные компоненты. Разработка композиционных вяжущих на основе местного сырья для производства эффективных сухих отделочных смесей является актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнена в рамках: тематического плана г/б НИР № 7.4211.2011 Разработка теоретических основ получения высококачественных бетонов нового поколения с учетом генетических особенностей нанодисперсных модификаторов на 2011Ц2015 гг.
Цель работы. Повышение эффективности составов отделочных сухих строительных смесей для многослойной конструкции на основе композиционных вяжущих с применением армирующих добавок.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка состава и оптимизация процесса получения композиционных вяжущих;
- исследование характера влияния кремнеземсодержащего компонента в композиционных вяжущих в процессе структурообразования в условиях специфики твердения материала;
- изучение состава и свойств армирующих добавок и обоснование целесообразности их применения в многослойной конструкции;
- разработка составов отделочных сухих строительных смесей для внутреннего и наружного слоев многослойной конструкции;
- опытно-промышленное апробирование предложенных составов, разработка нормативной документации на производство сухих отделочных строительных смесей и рекомендаций по их использованию.
Научная новизна работы. Установлена возможность повышения эффективности сухих отделочных строительных смесей за счет оптимизации микро- и макроструктуры, путем использования композиционных вяжущих определенного состава и армирующих добавок. Оптимизация структуры фиброармированного мелкозернистого композита позволила получить отделочные строительные растворы для многослойной теплоизоляционной системы на основе сухих отделочных строительных смесей, приготовленных из местных материалов.
Выявлен характер влияния кремнеземсодержащего компонента композиционного вяжущего на процессы структурообразования в условиях специфики твердения отделочной смеси. Показано, что при проектировании материала можно регулировать процессы связывания портлантида за счет введения кремнеземсодержащей составляющей определенного генезиса и состава, что приводит к оптимизации новообразований и снижению вероятности коррозионных процессов.
Установлены закономерности изменения реологических и технологических свойств сухих отделочных строительных смесей в зависимости от состава и физико-механических свойств компонентов. Установлено, что эффективная вязкость вяжущих, приготовленных на Шебекинском песке и пластификаторах (СП-1 и Melflux1641F), имеет различные реологические характеристики. При использовании добавки СП-1 в количестве от 0,2 % до 0,6 % вязкость снижается от 2 до 1,2 раз, а при использовании добавки Melflux1641F в количестве от 0,1 % до 0,3 % вязкость снижается от 4,3 до 1,8 раз.
Выявлена способность предлагаемой многослойной теплоизоляционной системы (внутренний слой - утеплитель - наружный слой) существенно усиливать теплозащитные и физико-механические свойства за счет синергетического эффекта. Результаты пределов прочности при сжатии и при изгибе разработанных отделочных растворов превосходят традиционные, соответственно в 1,5Ц5,5 раз и в 2Ц7 раз; обеспечивают прочное сцепление с основанием, превосходящее в 3,5 раза нормативный показатель и высокие эксплуатационные показатели системы.
Получена математическая модель зависимости предела прочности при сжатии и при изгибе от содержания армирующей добавки и водоцементного отношения, позволяющие оптимизировать составы строительных растворов на основе сухих отделочных строительных смесей, технологический процесс их получения и эффективно им управлять, при этом можно поддерживать на заданном уровне выходной параметр.
Практическое значение работы. Разработаны составы, технологические параметры приготовления и получены композиционные вяжущие для теплоизоляционной системы на основе местного сырья и пластифицирующей добавки. Композиционные вяжущие оптимального состава имеют прочность, превышающую на 50 % прочность эталона, и обеспечивают значительное сокращение расхода цемента.
Разработаны отделочные составы сухих строительных смесей, полученных на основе предложенных композиционных вяжущих с использованием армирующих добавок для внутреннего и наружного слоев многослойной конструкции теплоизоляционной системы.
Предложено использование разработанных сухих отделочных строительных смесей для внутреннего и наружного слоев на основе композиционных вяжущих при устройстве многослойных конструкций для теплоизоляционной системы.
Предложена технология производства композиционных вяжущих и сухих отделочных строительных смесей на их основе.
Разработаны стандарт организации и рекомендации по изготовлению сухих отделочных строительных смесей.
Внедрение результатов исследований. Апробация производства разработанных составов в промышленных условиях осуществлялась на ЗАО АППК Белсельхозинвест (Белгород), испытания сухих строительных смесей осуществлялись на строительных объектах ООО Консоль-Плюс (Белгород) и ООО НТ - Современные системы теплоснабжения (Белгород).
Для широкомасштабного внедрения результатов научноисследовательской работы были разработаны следующие нормативные и технические документы:
- стандарт организации СТО 02066339-006-2012 Сухие отделочные строительные смеси на композиционных вяжущих;
- рекомендации по изготовлению сухих отделочных строительных смесей на основе композиционных вяжущих.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований используются в учебном процессе при подготовке магистров обучающихся по направлению 270800.68 - Строительство, что отражено в учебной программе дисциплины Композиционные вяжущие вещества.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Международной конференции с элементами научной школы для молодежи Создание новых материалов для эксплуатации в экстремальных условиях (Якутск, 2009); III Международной научнопрактической конференции Наука и молодежь в начале нового столетия (Губкин, 2010); Международной научно-практической конференции Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов (Белгород, 2010); 2-й Международной практической конференции (Брянск, 2010); Международной научно-практической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2011); Международной научно-практической конференции Инновационные материалы и технологии (Белгород, 2011); Международной молодежной конференции Экологические проблемы горнопромышленных регионов (Казань, 2012).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в девяти научных публикациях, в том числе в двух статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК России. Получено Ноу-хау № 20120016.
На защиту выносятся:
механизм оптимизации при производстве отделочных сухих строительных смесей за счет использования композиционного вяжущего, на основе местного сырья;
характер влияния кремнеземсодержащего компонента композиционного вяжущего в процессе структурообразования в условиях специфического твердения материала;
закономерности изменения реологических и технологических свойств сухих отделочных строительных смесей в зависимости от состава и физико-механических свойств компонентов сухой смеси;
возможность повышения эффективности сухих отделочных строительных смесей за счет оптимизации микро- и макроструктуры;
способность внутреннего и наружного слоев отделочных растворов, усиливать физико-механические свойства многослойной теплоизоляционной системы;
технология производства композиционных вяжущих и сухих отделочных строительных смесей на их основе;
показатели экономической эффективности разработки и результаты внедрения.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений.
Работа изложена на 171 страницах машинописного текста, включающего таблицы, 51 рисунков, списка литературы из 165 наименований, 6 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Строительство жилья с высокими требованиями по энергосбережению является для России одной из важнейших проблем. В соответствии с современными строительными нормами требуемое сопротивление теплопередаче увеличилось в 3Ц3,5 раза. Решение данной проблемы возможно за счет использования эффективных теплоизоляционных материалов и систем.
Для обеспечения надежной теплозащиты строящихся зданий необходимо создание многослойной конструкции теплоизоляционной системы, состоящей из следующих составляющих: внутреннего слоя, утеплителя, системы крепления (дюбелей и армирующей фасадной сетки), наружного защитного слоя и декоративной отделки.
При создании теплоизоляционных систем в современных условиях преимущество остается за плитными утеплителями: минераловатными и пенополистирольными, которые позволяют вести круглогодичные теплозащитные и ремонтные работы.
Для качественного и надежного устройства таких теплоизоляционных систем необходимы строительные растворы, обеспечивающие надежность и долговечность конструкции в целом. В настоящее время разработаны и применяются отделочные материалы для указанных целей, однако, эти материалы имеют ряд недостатков, в связи, с чем необходима разработка эффективных защитных растворных покрытий с заданными свойствами.
Для надежной изоляции и долговечности предлагаемого нами теплоизоляционного покрытия необходимо создавать двойной слой: внутренний слой, накладываемый на поверхность стены, который должен обеспечить ровное основание для укладки теплоизоляционного покрытия, и наружный защитный слой, накладываемый на теплоизоляционное покрытие и обеспечивающий требуемые физико-механические и эксплуатационные свойства.
В связи с вышеизложенным, в работе ставилась задача по разработке составов отделочных сухих строительных смесей для многослойной конструкции на основе композиционных вяжущих для внутренних (КВв) и наружных (КВн) слоев теплоизоляционной системы с применением в качестве армирующей добавки базальтового волокна.
В работе применяли цемент ЦЕМ I 42,5 Н (ГОСТ 31108Ц2003) ЗАО Белгородский цемент, в качестве кварцсодержащих наполнителей при производстве композиционных вяжущих использовали кварцевые пески Шебекинского месторождения (Белгородская обл.) и Курского месторождения (Курская обл.), суперпластификаторы Melflux1641F производства SKW Polymers (Германия) и Полипласт СП-1 производства ООО Полипласт (Новомосковск).
В качестве армирующих добавок использовали полипропиленовые волокна ООО Альянс-Строительные Технологии (Дзержинск) и базальтовые волокна производителей: Izovol (Белгород), ООО БАСК (Кемерово), Ivotsteklo (Москва), БСТВ Новгородского завода стекловолокна (Новгород).
При выполнении работы применяли следующие методы исследований:
РФА, электронную микроскопию (высокоразрешающий растровый электронный микроскоп Xitashi-S-800 с использованием программы автоматической обработки РЭМ-изображений STIMAN), метод электронно-зондового микроанализа, гранулометрический анализ распределения частиц на лазерном анализаторе Microsizer; реологические характеристики цементных растворов осуществлялись на ротационном вискозиметре REOTEST-2.1; а также использовался метод математического планирования эксперимента со статистической обработкой результатов по разработанной программе; стандартные методы испытаний вяжущих и смесей сухих строительных на цементном вяжущем проводились по ГОСТ 31356Ц2007.
Многослойная конструкция теплоизоляционной системы представляет собой достаточно сложную строительную конструкцию, монтаж которой необходимо вести в строгом соответствии с требованиями и специально разработанной для каждого конкретного случая проектной документации.
Для надежной теплоизоляции и долговечности многослойной конструкции целесообразно создать двойной отделочный слой.
Предлагаемая нами конструкция предназначена для устройства системы теплоизоляции снаружи зданий и сооружений, и состоит из следующих слоев. Основанием для системы (рис. 1 а) могут служить различные поверхности: бетонные (ячеистый бетон и шлакобетон), цементные и кирпичные.
Внутренний отделочный слой (рис. 1 б), накладываемый на поверх- Рис. 1. Основные составляющие ность стены должен закрыть все многослойной теплоизоляционной дефекты основания в виде трещин, системы: а - основание; б - внутренний сколов и неровностей и обеспечивать слой предлагаемой отделочной смеси;
ровное основание для устройства в - утеплитель; г - дюбели; д - армирутеплоизоляционного покрытия.
ющая фасадная сетка; е - наружный Необходимо разработать состав комслой предлагаемой отделочной смеси;
позиционного вяжущего для выполж - декоративная отделка нения внутреннего отделочного слоя, приготовленного на основе полученного КВв, который должен удовлетворять требованиям по эксплуатации.
На внутренний отделочный слой накладывается и укрепляется дюбелями теплоизоляционный материал (рис. 1 в, г). На всю поверхность утеплителя наносят наружный отделочный слой на основе КВн (рис. 1 е), в котором утапливают армирующую сетку (рис 1 д). После этого наносят второй, выравнивающий наружный отделочный слой, который должен обладать требуемыми технологическими свойствами при нанесении покрытия, иметь высокую адгезию к основанию и достаточную прочность и долговечность, что обеспечиться предлагаемыми нами сухими строительными смесями для отделочных работ, приготовленных на основе КВн. По завершении отделочных работ наносится декоративное покрытие (рис. 1 ж).
Композиционные вяжущие вещества получали путем совместного помола в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности Sуд = 500 м/кг портландцемента ЦЕМ I 42,5 Н, песков Шебекинского и Курского месторождений и пластифицирующих добавок Melflux1641F и СП-1.
С целью выбора эффективной добавки для композиционных вяжущих были установлены оптимальные содержания добавок Melflux1641F и СП-1.
Исследования проводили с помощью мини-конуса, разработанного НИИЖБ Госстроя РФ.
По полученным результатам измерений определили зависимости расплыва мини-конуса от дозировок различных добавок, при которых достигается максимальный пластифицирующий эффект для композиционных вяжущих (рис. 2 а, б).
а б 221111111111Шебекинский песок 60 Шебекинский песок Курский песок 40 Курский песок 0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,Добавка СП-1 в % от массы вяжущего Добавка Melflux1641F в % от массы вяжущего Рис. 2. Зависимость расплыва мини-конуса от количества добавки: а - СП-1, б - Melflux1641F Установлено, что использование Шебекинского песка в качестве наполнителя композиционных вяжущих обеспечивает увеличение расплыва мини-конуса по сравнению с Курским песком на 8 %, что свидетельствует о целесообразности использования Шебекинского песка для приготовления композиционных вяжущих.
Выявлено, что, из применяемых добавок наиболее эффективной является Melflux1641F (рис. 2 б) с оптимальной дозировкой 0,3 %, обеспечивающая оптимальные технологические характеристики при наименьшем ее расходе, что является технически и экономически эффективным.
Для получения высококачественных композиционных вяжущих необходимо исследование реологических характеристик суспензий вяжущее - вода - суперпластификатор.
Из полученных реологических данных было установлено, что они являются типичными вязкопластичными суспензиями с достаточно высокими значеконуса, мм конуса, мм Диаметр расплыва миниДиаметр расплыва мининиями предельного напряжения сдвига и зависимостью эффективной вязкости от градиента скорости сдвига, присущей для сильно структурированных дисперсий.
На Шебекинском песке а в 14140% 0,1% 0,2% 0,3% 0% 0,2% 0,4% 0,6% 12121000 10886644220 50 100 150 200 250 30 50 100 150 200 250 3Градиент скорости сдвига, с-Градиент скорости сдвига, с-На Курском песке б г 1400 140% 0,2% 0,4% 0,6% 0% 0,1% 0,2% 0,3% 1200 121000 10800 86644220 50 100 150 200 250 30 50 100 150 200 250 3Градиент скорости сдвига, с- Градиент скорости сдвига, с-Рис. 3. Реограммы суспензий композиционного вяжущего с различным содержанием добавки: а, б - СП-1; в, г - Melflux1641F Установлено, что эффективная вязкость вяжущих приготовленных на Шебекинском песке и различных пластификаторах СП-1 и Melflux1641F (рис. 3 а, в) имеют различные реологические характеристики, так при использовании добавки СП-1 в количестве от 0,2 % до 0,6 % вязкость снижается от 2 до 1,2 раз, а при использовании добавки Melflux1641F в количестве от 0,1 % до 0,3 % вязкость снижается от 4,3 до 1,8 раз, что свидетельствует об эффективности добавки Melflux1641F при использовании Шебекинского песка.
Выявлено, что эффективная вязкость вяжущих приготовленных на Курском песке и пластификаторах СП-1 и Melflux1641F(рис. 3 б, г) имеют различные реологические характеристики, так при использовании добавки СП-1 в количестве от 0,2 % до 0,6 % вязкость снижается от 1,7 до 1,1 раз, а при использовании добавки Melflux1641F в количестве от 0,1 % до 0,3 % вязкость снижается от 2,6 до 1,5 раз.
Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что при приготовлении композиционных вяжущих целесообразно испольЭффективная вязкость, Па*с Эффективная вязкость, Па*с Эффективная вязкость, Па*с Эффективная вязкость, Па*с зовать Шебекинский песок и применять в качестве пластификатора добавку Melflux1641F в количестве 0,3 %.
Исследование гранулометрического состава порошков композиционных вяжущих с различными суперпластификаторами проводили методом лазерной гранулометрии. Результаты анализа ЦЕМ I 42,5 Н, КВв и КВн представлены на рис. 4 а, б.
а б Рис. 4. Графики распределения частиц вяжущих по размерам:
а - с добавкой Melflux1641F, б - с добавкой СП-Замечено, что графики распределения частиц композиционных вяжущих имеют полимодальный вид со смещением в сторону уменьшения размеров частиц, что наиболее отчетливо просматривается у композиционных вяжущих, приготовленных с добавкой Melflux1641F, которая благоприятно влияет на размалываемость композиционных вяжущих. Этим фактом и объясняется более тонкий помол КВв и КВн, в сравнении с ЦЕМ I 42,5 Н, который имеет одномодальный вид.
Такое распределение частиц будет способствовать более плотной упаковке зерен, уменьшению кристаллизационного давления, возникающего при гидратации и формировании кристаллогидратов, что в свою очередь ведет к снижению микротрещин цементного камня композиционных вяжущих и материалов приготовленных на их основе.
Присутствие мономолекулярного слоя на поверхности частиц твердой фазы во многом определяет сроки схватывания композиционных вяжущих.
При определении влияния вяжущих на свойства цементного теста были определены сроки схватывания и нормальная густота КВв и КВн (табл. 1).
Таблица Физико-механические свойства полученных КВв и КВн Сроки схватывания, Активность Вид НГ, мин вяжущего, МПа вяжущих % начало конец Rизг. Rсж.
ЦЕМ I 42,5 Н 24,72 90 195 5,2 49,КВв 20,81 185 310 7,6 56,КВн 21,36 145 220 9,4 71,Выявлено, что композиционные вяжущие КВв и КВн, приготовленные с использованием пластификатора Melflux1641F, имеют замедленные сроки схватывания в сравнении с ЦЕМ I 42,5 Н. Это связано с образованием адсорбционного слоя из молекул супепластификатора на поверхности цементных частиц, тормозящих протекание процессов гидратации.
Установлено, что использование суперпластификатора Melflux1641F позволяет получать примерно одинаковые пластифицирующие эффекты для КВв и КВн с сокращением расхода воды от 13 % до 15 % в зависимости от вида композиционных вяжущих.
Анализ физико-механических показателей свидетельствует, что прочность КВв составляет 56,9 МПа, что на 15 % выше прочности ЦЕМ I 42,5 Н.
Это вяжущее целесообразно использовать для сухих отделочных смесей при устройстве внутреннего слоя многослойной теплоизоляционной системы.
Прочность КВн составляет 71,7 МПа, что на 45 % выше прочности ЦЕМ I 42,5 Н. Использование этого вяжущего для создания наружного слоя многослойной теплоизоляционной системы, обеспечит прочное и долговечное покрытие.
Микроструктура цементного камня на основе КВн (рис. 5 б) более плотная, землистая в сравнении с цементным камнем на основе КВв (рис. 5 а) и с ЦЕМ I 42,5 Н; она представляет собой очень плотную упаковку зерен в общей массе новообразований. Это предопределяется наличием тончайших пленок воды между зернами вяжущего и преимущественным образованием в стесненном объеме низкоосновных гидросиликатов кальция и других новообразований.
а б Рис. 5. Морфология новообразований цементного камня на основе:
а - КВв, б - КВн Установлен, характер микроструктур цементных камней (рис. 5), полученного на основе композиционных вяжущих КВв и КВн для внутренних и наружных слоев многослойной конструкции теплоизоляционной системы, заключающейся в том, что микроструктуры цементных камней на композиционных вяжущих плотная, землистая, отличается плотной упаковкой зерен новообразований гидросиликатов и гидрогранатов кальция.
Уменьшение клинкерной составляющей приводит к тому, что основная масса формируется из отдельных агрегатов, контакт между такими агрегатами довольно прочный.
Отмечается, что микроструктура цементного камня на композиционном вяжущем на основе КВн (рис. 5 б) для наружного слоя имеет более плотную структуру и характеризуется более низким значением водопотребности теста, что формирует лучшую пространственную упаковку частиц и, как следствие, обеспечивает повышенные показатели прочности затвердевшего композита (табл. 1).
С учетом полученных данных гранулометрического состава, реологических характеристик и физико-механических испытаний композиционных вяжущих разработаны рациональные составы на основе КВв и КВн и определены их физико-механические и эксплуатационные свойства (табл. 2).
Таблица Составы и свойства строительных растворов на основе композиционных вяжущих в зависимости от вида заполнителя Предел прочности, Состав смеси МПа Мелкий Rизг. Rсж.
Вяжущее заполнитель ЦЕМ Шебекинский 1650 0,23 95,0 0,027 2,3 15,I 42,5 Н песок ЦЕМ Курский песок 1580 0,21 93,1 0,021 2,1 13,I 42,5 Н Шебекинский КВв 1795 0,27 95,2 0,035 2,9 19,песок КВв Курский песок 1708 0,19 93,1 0,034 2,4 17,Шебекинский КВн 1810 0,39 96,1 0,029 3,6 25,песок КВн Курский песок 1778 0,21 93,7 0,027 2,9 20,кг/м мг/мчПа Плотность, Коэффициент способность, % с основанием, МПа Водоудерживающая паропроницаемости Прочность сцепления Установлено, что строительные растворы, приготовленные на основе КВв и КВн с использованием Шебекинского песка в качестве мелкого заполнителя, характеризуются повышенными прочностными показателями и удовлетворяют требованиям по эксплуатации, что и послужило основанием для использования этого песка в дальнейших исследованиях.
С целью повышения эффективности сухих отделочных строительных смесей на разработанных вяжущих КВв и КВн проводилась оптимизации микро- и макроструктуры композита, путем использования армирующих добавок.
Были исследованы базальтовые волокна различных производителей и полипропиленовые волокна. Результаты исследований представлены в табл. 3.
Таблица Влияние базальтовых волокон различных производителей на физико-механические характеристики растворных смесей Предел прочности, Наименование Виды Плотность, МПа состава волокон кг/мRизг Rсж.
Без волокон 172,9 19,лIzovol 1801 4,2 19,Строительный ООО БАСК 1805 12,8 25,раствор для Ivotsteklo 1819 9,7 20,внутреннего слоя БСТВ 1811 10,5 20,ВСМ 1815 11,8 21,Без волокон 183,6 25,лIzovol 2146 4,5 20,Строительный ООО БАСК 2336 14,5 34,раствор для Ivotsteklo 2275 11,4 23, наружного слоя БСТВ 2428 12,6 24,ВСМ 2292 13,3 25,Выявлено, что базальтовые волокна производителя ООО БАСК значительно увеличивают сопротивление цементного камня изгибающим нагрузкам, что снизит усадочные деформации, увеличит трещиностойкость и повысит долговечность материала, кроме того, эти волокна обеспечат хорошее дополнительное сцепление с теплоизоляционным материалом, что послужило основанием использования базальтовых волокон в дальнейших исследованиях.
Подбор оптимальных составов сухих строительных смесей и исследование влияния отдельных компонентов на технологические и физикомеханические свойства получаемых на их основе отделочных растворов осуществлялись методом математического планирования эксперимента.
Условия планирования эксперимента представлены в (табл. 4).
Таблица Условия планирования эксперимента Уровни Факторы варьирования Интервал Натуральный Код. варьирования -1 0 +вид вид Базальтовое волокно, X1 1,5 3 4,5 1,% от массы смеси В/ - X2 0,4 0,6 0,8 0,Выходным параметром для подбора оптимального состава служила прочность при изгибе и при сжатии в возрасте 7, 14, 28 суток твердения.
Математическая обработка полученных результатов производилась с применением программы SigmaPlot.
Установлен, оптимальный состав смеси на основе КВн для наружного слоя многослойной конструкции теплоизоляционной системы с содержанием армирующей добавки (ООО БАСК) в количестве 3 % при В/ - = 0.6, обеспечивающий в возрасте 28 суток предел прочности при сжатии 36,2 МПа и при изгибе 16,4 МПа (рис. 6 а, б).
а б 28 сут 28 сут 14 сут 14 сут 7 сут 22 7 сут 0,75 4,0,75 4,0,4,0 0,70 4,0,3,5 0,0,60 3,0,0,55 3,0,55 3,0,50 2,5 0,50 2,0,2,0 0,0,40 2,0,1,1,7 суток 7 суток 14 суток 14 суток 28 суток 28 суток Рис. 6. Номограммы зависимостей прочности отделочных смесей на КВн от В/ - и количества базальтового волокна: а - при изгибе, б - при сжатии Предложена модель, позволяющая оптимизировать: составы отделочных растворов на основе сухих строительных смесей, технологический процесс их получения. А также эффективно им управлять, поддерживая на заданном уровне выходной параметр.
Исследование микроструктуры сколов образцов отделочных растворов на основе КВв (рис. 7 а, б, в) показали, что армирующая добавка является великолепной подложкой для формирования кристаллогидратов кальция и Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности при сжатии, МПа ового В/ - е базальт ни массы смеси ержа от % Сод окна, вол формирования плотной армированной структуры цементного камня, что подтверждается результатами физико-механических испытаний отделочных растворов.
а г б д в е Рис. 7. Микроструктура сколов образцов отделочных растворов оптимальных составов на основе: а, б, в - КВв; г, д, е - КВн Изучение микроструктуры сколов образцов отделочных растворов на основе КВн (рис. 7 г, д, е) показало, что они имеют плотную структуру, основная масса формируется из отдельных агрегатов, плотно прилегающих друг к другу, контакт между этими агрегатами довольно сильный.
Отмечается присутствие армирующих волокон, пронизывающих всю структуру композита и высокая адгезия гидросиликатов кальция к поверхности армирующего элемента.
Проведены исследования на модели многослойной конструкции теплоизоляционной системы для оценки качества внутреннего и наружного слоев отделочных растворов, так как на формирование структуры цементного камня большое влияние оказывает среда, в которой происходит твердение.
С целью изучения состояния внутреннего и наружного слоев отделочных растворов и изучения процессов гидратации в поздние сроки твердения (310 суток), был проведен визуальный осмотр и отобраны пробы для проведеРис. 8. Фрагмент макета ния рентгенофазового анализа новообмногослойной теплоизоляционной разований внутреннего и наружного системы: а - внутренний слой, слоев многослойной конструкции теп б - наружный слой лоизоляционной системы.
Рис. 9. Рентгенограмма продуктов гидротации наружного отделочного слоя рствора Установлено, что в продуктах гидратации наружного отделочного слоя присутствует в незначительном количестве карбонат кальция СаСО(рис. 9). Оседая, в порах и капиллярах раствора он будет способствовать уплотнению наружного отделочного слоя, этим самым повышая коррозионную стойкость раствора и долговечность системы в целом.
На основании комплексных исследований разработаны сухие отделочные смеси для внутреннего и наружного слоев многослойной конструкции теплоизоляционной системы. В табл. 5 приведены основные физикомеханические и эксплуатационные показатели для внутреннего и наружного слоев многослойной конструкции теплоизоляционной системы.
Таблица Основные показатели качества сухих отделочных строительных смесей для наружного и внутреннего слоев системы Результаты испытаний Нормативные Наименование показателя Внутренний Наружный значения слой слой Водоудерживающая способность, 95 95,2 96,%, не менее Прочность сцепления с основани- ем, МПа, не ниже:
- для внутренней 0,25 0,83 - - для наружной 0,4 - 1,Водопоглощение при капиллярном 0,4 0,27 0,подсосе, кг/м2 не более Коэффициент паропроницаемости, мг/мчПа, не менее:
- для внутренней 0,03 0,035 - - для наружной 0,02 - 0,0Наличие трещин вследствие усадки - для внутренней наличие нет - - для наружной наличие - нет Водопоглощение затвердевших 15 10,5 9,растворов, % по массе, не более Предел прочность, МПа - при сжатии М100 25,70 36,- при изгибе Btb1,2 12,81 16,Морозостойкость, циклов, не менее 50 60 Морозостойкость контактной зоны 50 55 Атмосферостойкость покрытия, циклы, не менее:
- для внутренней - - - - для наружной 100 - 1Предложена технологическая схема производства композиционных вяжущих и сухих отделочных строительных смесей на их основе для внутреннего и наружного слоев многослойной конструкции теплоизоляционной системы, разработаны стандарт организации и рекомендации по изготовлению сухих отделочных строительных смесей на основе композиционных вяжущих.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Разработаны и экспериментально подтверждены принципы повышения эффективности композиционных вяжущих для внутреннего и наружного слоев многослойной конструкции теплоизоляционной системы за счет рационального использования кварцевых песков, заключающиеся в выборе кремнеземистых компонентов с повышенным содержанием минералообразующей среды и механоактивации при совместном помоле цемента и пластификаторов, трансформирующихся в активные минеральные добавки.
Последние активируют процессы гидратации клинкерных минералов и создают оптимальную структуру композита.
2. Для создания надежной теплозащиты строящихся зданий разработана многослойная конструкция с теплоизоляционной системой, состоящей из следующих составляющих: внутреннего слоя из предлагаемой внутренней отделочной смеси, утеплителя, системы крепления (дюбелей и армирующей фасадной сетки), наружного слоя из предлагаемой наружной отделочной смеси, декоративной отделки. Использование разработанной системы позволит решить проблемы герметизации швов панельных и кирпичных зданий. Резкие колебания наружной температуры происходят внутри теплоизоляционного слоя, что увеличит срок службы несущих стен, благодаря уменьшению возникающих температурных деформаций.
Применение такой системы теплозащиты позволит снизить затраты на отопление зданий до 60 %.
3. Установлен характер влияния кремнеземсодержащего компонента в композиционном вяжущем в процессе структурообразования в условиях специфического твердения материала, когда на первый слой укладывается утеплитель, а второй на армирующую сетку, уложенную по утеплителю.
Показано, что при проектировании материала можно регулировать процессы связывания портлантида за счет снижения кремнеземсодержащей составляющей, что приводит к уменьшению количества портлантида и не допускает возникновения коррозионных процессов.
4. Выявлены закономерности изменения реологических и технологических свойств сухих отделочных строительных смесей в зависимости от состава и физико-механических свойств компонентов сухой смеси.
5. Установлена возможность повышения эффективности сухих отделочных строительных смесей за счет оптимизации микро- и макроструктуры, путем использования композиционных вяжущих и армирующих добавок в виде базальтового волокна. Оптимизация структуры фиброармированного мелкозернистого композита позволила получить отделочные строительные растворы для многослойной теплоизоляционной системы на основе сухих строительных смесей, приготовленных из местных материалов.
6. Получены математические модели и их графические интерпретации в зависимости количественного содержания базальтового волокна и водоцементного отношения в отделочных растворах внутреннего и наружного слоев многослойной конструкции с теплоизоляционной системой. Полученная модель позволяет оптимизировать составы отделочных смесей, технологический процесс их получения. А также эффективно им управлять, поддерживая на заданном уровне выходной параметр.
7. Разработаны составы композиционных вяжущих для отделочных растворов внутреннего и наружного слоев многокомпонентной теплоизоляционной системы на основе кремнеземистого компонента и пластифицирующей добавки, позволяющие при увеличении предела прочности при сжатии и изгибе снизить расход цемента в растворах.
8. Определены оптимальные дозировки армирующих добавок - базальтовых волокон в количестве 3% в сухие отделочные смеси, обеспечивающих повышение предела прочности при сжатии и предела прочности при изгибе.
9. Для широкомасштабного внедрения результатов научноисследовательской работы были разработаны следующие нормативные и технические документы: стандарт организации СТО 02066339-006-20Сухие отделочные строительные смеси на композиционных вяжущих;
рекомендации по изготовлению сухих отделочных строительных смесей на основе композиционных вяжущих.
10. Подтверждена экономическая эффективность использования разработанных сухих отделочных смесей для применения в многослойной теплоизоляционной системе. Выпуск полупромышленной партии сухих отделоных строительных смесей осуществлялся на ЗАО АППК Белсельхозинвест (Белгород). Апробация полученных смесей проводилась на строительных объектах ООО Консоль-Плюс (Белгород) и ООО НТ - Современные системы теплоснабжения (Белгород).
СПИСОК ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ ТРУДОВ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:
1. Лесовик, В.С. Особенности использования базальтовых волокон в штукатурных смесях / В.С. Лесовик, Г.Г. Ильинская / Создание новых материалов для эксплуатации в экстремальных условиях: сб. тр. междунар.
конф. с элементами научной школы для молодежи. Якутск. - 2009. - С. 71Ц72.
2. Ильинская, Г.Г. Сухие строительные смеси с использованием базальтового волокна / Г.Г. Ильинская // Наука и молодежь в начале нового столетия: сб. материалов конф. III Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, Губкин 8Ц9 апр. 2010 г. / Губкинский филиал Белгор. гос. технол. ун-та. - Губкин: Изд-во БГТУ, 2010. - С. 69Ц71.
3. Лесовик, В.С. Базальтовое волокно как армирующий материал для сухих строительных смесей / В.С. Лесовик, Г.Г. Ильинская // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов (XIX Научные чтения):
Междунар. науч.-практ. конф., Белгород, 5Ц8 окт. 2010 г. - Белгород : Издво БГТУ, 2010. - Ч.1. - С. 190Ц192.
4. Лесовик, В.С. Армирующие добавки мелкозернистых композиций / В.С. Лесовик, Л.Х. Загороднюк, Г.Г. Ильинская // Проблемы инновационного биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах: 2-я междунар.
практич. конф., посвящается 80-летнему юбилею БГИТА и 50-летнему юбилею строительного факультета. - Брянск - 2010. - С. 181Ц186.
5. Беленцов, Ю.А. Повышение надежности конструкций управлением параметрами композиционного материала / Ю.А. Беленцов, В.С. Лесовик, Г.Г. Ильинская // Строительные материалы. - 2011. - № 3 - С. 90Ц92.
6. Ильинская, Г.Г. Композиционные цементы для сухих строительных смесей / Г.Г. Ильинская, В.В. Кривецкий, В.В. Колесников // [Электронный ресурс]: Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых БГТУ им. В.Г.
Шухова, Белгород, 24 мая 2011 г.
7. Ильинская, Г.Г. К проблеме проектирования штукатурных растворов / Г.Г. Ильинская // Инновационные материалы и технологии: Междунар.
науч.-практ. конф., Белгород, 11Ц12 окт. 2011 г. - Белгород : Изд-во БГТУ, 2011. - Ч. 1. - С. 110Ц112.
8. Ильинская, Г.Г. Применение отходов КМА при производстве сухих строительных смесей / Г.Г. Ильинская, В.А. Богусевич // Экологические проблемы горно-промышленных регионов: Междунар. молодеж. конф., Казань, 12Ц13 сент. 2012 г. - Казань. - С. 70Ц72.
9. Ильинская, Г.Г. Сухие смеси для отделочных работ на композиционных вяжущих / Г.Г. Ильинская, В.С. Лесовик, Л.Х. Загороднюк, А.С. Коломацкий // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2012. - № 4. - С. 15Ц19.
10. Ноу-хау № 20120016. Отделочная смесь / В.С. Лесовик, Л.Х. Загороднюк, Г.Г. Ильинская; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Белгор.
госуд. технол. унив-т им. В.Г. Шухова. Дата регистр. 05.10.12. Срок охраны сведений: 5 лет.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность кандидату технических наук, профессору Загороднюк Лилии Хасановне за консультации при проведении экспериментов и обсуждении результатов работы.
ИЛЬИНСКАЯ Галина Геннадьевна СУХИЕ ОТДЕЛОЧНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ НА КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ Специальность 05.23.05 Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 20.11.12. Формат 6084/16. Усл. печ. л. 1,38.
Уч.-изд. л. 1,28. Тираж 100 экз. Заказ № 4Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова г. Белгород, ул. Костюкова,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям