employee
Penza, Russian Federation
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
BBK 383 Строительные материалы и изделия
Presently, Russian market is dominated by modifying additives for dry building mixtures of foreign manufacturers. In this context, development of domestic modifying additives for dry building mixtures is a major task for building materials’ fabricators. The development of above-mentioned additives will decrease dependence of foreign supplies and reduce the cost of dry mixtures while remaining its performance. In the research, the possibility of using amorphous aluminosilicates for calcareous dry mixtures as a structure-forming additive is established. For an effective application of the developed modifying additive, the interrelation between solid and liquid phases and the time of synthesis of an additive are selected using the method of experiment planning. The obtained quadratic model calculates the compression strength of calcareous samples with the proposed additive based on amorphous aluminosilicates
amorphous aluminosilicates, dry building mixture, modifying additives, optimization
Введение. Современным направлением в области строительного материаловедения является разработка строительных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами. Этого можно добиться за счет целенаправленного формирования структуры материала путем введения в его структуру различного вида модифицирующих добавок [1, 2].
В России представлена широкая номенклатура модифицирующих добавок для сухих строительных смесей (ССС), но, подавляющее большинство – импортного производства. В связи с этим, для расширения номенклатуры модифицирующих добавок отечественного производства для ССС предложено применять аморфные алюмосиликаты. Ранее проведенные исследования доказали целесообразность применения добавки на основе аморфных алюмосиликатов в рецептуре цементных и известковых ССС [3, 4].
Анализ научной литературы [5, 6] выявил многообразие способов получения аморфных алюмосиликатов.
Методология. Для получения предлагаемой добавки рассматривался патент [7] в котором синтез предлагаемой добавки заключается в смешивании микродисперсных порошков алюминия, свойства которого приведены в табл. 1 и натриевого жидкого стекла (табл. 2) при температуре t = 60–90 °C в течение 30–120 мин. Для получения добавки компоненты смешивали в определенной пропорции:
1 состав – алюминиевая пудра: жидкое стекло: вода = 1:4:7;
2 состав – алюминиевая пудра: жидкое стекло: вода = 1:8:14.
3 состав – алюминиевая пудра: жидкое стекло: вода = 1,5:4:7;
4 состав –- алюминиевая пудра: жидкое стекло: вода = 2:6:7.
Таблица 1
Физические свойства и химический состав алюминиевой пудры ПАП-1
|
Наименование показателя |
Значение показателя |
|
Кроющая способность на воде, см2/г, не менее |
7000 |
|
Всплываемость, %, не менее |
80 |
|
Химический состав, % |
|
|
железо |
0,5 |
|
кремний |
0,4 |
|
медь |
0,05 |
|
марганец |
0,01 |
|
влага |
0,2 |
|
жировые добавки |
3,8 |
Таблица 2
Физико-химические показатели жидкого натриевого стекла
|
Наименование показателя |
Значение показателя |
|
Силикатный модуль |
2,66–2,88 |
|
Плотность при 200 °С, г/см3 |
1,36–1,48 |
|
Массовая доля оксида кремния, % |
10,2–12,5 |
|
Массовая доля оксида натрия, % |
20,0–26,0 |
Основная часть. Для обеспечения эффективности применения предлагаемой неорганической нанодисперсной добавки в рецептуре известковых ССС необходимо выбрать оптимальный режим синтеза добавки. С этой целью в работе спланирован полный факторный эксперимент с квадратичной моделью [8]. Параметром оптимизации выбран предел прочности при сжатии известковых образцов. За факторы, оказывающие действие на изменение прочности известкового композита приняты: Х1 – соотношение твердая:жидкая фаза Т:Ж и X2 – время синтеза добавки.
Матрица плана в кодовом выражении приведена в таблице 3.
Таблица 3
Матрица плана в кодовом выражении
|
Переменные |
Номера опытов |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
X0 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
|
X1 |
-1 |
+1 |
-1 |
+1 |
-1,4142 |
+1,4142 |
0 |
0 |
0 |
|
X2 |
-1 |
-1 |
+1 |
+1 |
0 |
0 |
-1,4142 |
+1,4142 |
0 |
В табл. 4 представлены условия изменения переменных X1 – соотношение твердая:жидкая фаза Т:Ж и X2 – время синтеза добавки.
Таблица 4
Условия изменения переменных
|
Наименование |
Кодированное обозначение |
Переменные |
|
|
Х1, % |
Х2, мин |
||
|
Нижний уровень |
-1 |
0,045 |
60 |
|
Основной уровень |
0 |
0,09 |
90 |
|
Верхний уровень |
+1 |
0,135 |
120 |
|
Интервал варьирования |
∆ |
0,045 |
30 |
Однородность дисперсий проверялась по критерию Кохрена, адекватность модели проверялась по критерию Фишера, а значимость коэффициентов – по критерию Стьюдента. После обработки полученных экспериментальных данных и исключения из уравнения регрессии незначимых коэффициентов модель, описанная уравнением (1) считается адекватной.
Полученные результаты позволили получить квадратичную модель:
|
|
(1) |
Графическая интерпретация составленной модели представлена на рис. 1.
Рис. 2. Зависимость прочности при сжатии известкового композита от технологических
факторов синтеза добавки
При анализе полученной квадратичной модели были выявлены точки экстремума. Предлагаемая модель позволяет подобрать оптимальное содержание компонентов.
С помощью полученной квадратичной модели (1) произведен расчет прочности при сжатии известковых образцов с добавкой на основе аморфных алюмосиликатов, получаемая при разных времени синтеза и соотношении твердая:жидкая фаза Т:Ж (табл. 4).
Немецким стандартом DIN EN 998-1 установлено, что долговечность и сопротивление внешним воздействиям обеспечиваются в том случае, если штукатурный раствор обладает прочностью при сжатии Rсж= 2–5 МПа [9]. Растворы с такими прочностными характеристиками способны приспосабливаться к малым деформациям и противостоять трещинообразованию.
Таблица 4
Прочность при сжатии известкового
композита, В/И=1,25
|
Соотношение твердая:жидкая фаза Т:Ж, % |
Время синтеза добавки, мин. |
Прочность при сжатии известковых композиций, МПа |
|
0,045 |
60 |
1,93 |
|
0,135 |
60 |
1,90 |
|
0,045 |
120 |
2,77 |
|
0,135 |
120 |
2,53 |
|
0,09 |
90 |
2,24 |
Выводы. Исходя из данных математической модели и ранее полученных данных о пористости образцов на основе алюмосиликатной добавки [10], а также учитывая требования стандарта DIN EN 998-1 выбран оптимальный режим синтеза добавки. Режим синтеза заключается в добавлении микродисперсных порошков алюминия в натриевое жидкое стекло в течение 90 мин с соотношением компонентов: алюминиевая пудра:жидкое стекло:вода в соотношении 0,09 %.
Известковая смесь с применением аморфных алюмосиликатов характеризуется хорошей удобоукладываемостью и высоким значением предела прочности при сжатии, равным
2,24 МПа.
Таким образом, проведенные исследования и расчеты свидетельствуют об эффективности применения аморфных алюмосиликатов в известковых композитах в качестве структурообразующей добавки.
Источник финансирования. РФФИ в рамках научного проекта №18-33-00018 мол_а «Исследование закономерностей структурообразования композиций на основе минеральных вяжущих в присутствии неорганической нанодисперсной добавки в виде аморфных алюмосиликатов. Разработка состава и технологии изготовления теплоизоляционной сухой строительной смеси».
1. Botka E.N. The market of dry building mixtures in Russia and CIS countries: state and prospects. Newspaper "Technologies and business on the market of dry construction mixtures", 2016, no. 11, pp. 2-3.
2. Golubev V.I., Vasilyk P.G. New products on the market for additives for dry mortars and concretes. Construction Materials, 2006, no. 3, pp. 24-25.
3. Loganina V.I., Zhegera K.V. Formation of the strength of the cement composition in the presence of synthesized aluminosilicates. Vestnik of the South Ural State University. Series "Construction and architecture", 2015, vol. 15 (no. 2), pp. 43-46.
4. Loganina V.I., Ryzhov A.D. Evaluation of the adhesion strength of the lime-perlite dry construction mixture using synthesized aluminosilicates, Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Building, 2016, no. 3 (687), pp. 38-42.
5. Zhegera K.V. Application of amorphous alumosilicates as a modifiing additive in the recipe of a cementitious adhesive for tiles. Modern Science, 2017, no. 4-1, pp. 65-68.
6. Loganina V.I., Zhegera K.V., Zhernovski I.V. Structural formation of cement stone in the presence of an additive based on amorphous aluminosilicates. Bulletin of Civil Engineers, 2016, no. 3 (56), pp. 142-148.
7. Milinchuk V.K., Shilina A.S. Method for the preparation of an amorphous aluminosilicate adsorbent. Patent RF, no. 2402486.
8. GOST 50779.21-2004 Statistical methods. Rules for the determination and methods for calculating statistical characteristics from sample data. Part 1. Normal distribution. M: IPK Publishing Standards. 2004, 47p.
9. GOST R 57336-2016 / EN 998-1: 2010 Plastering construction solutions. Technical conditions. Rosstandart. Moscow: Standardinform, 2017, 20 p.
10. Loganina V.I., Zhegera K.V., Ryzhov A.D. Regularity of the synthesis of an additive based on amorphous aluminosilicates. Engineering Bulletin of the Don, no. 2 (2018). [Electronic resource]. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_119_Loganina__N.pdf_75a1e2f0ae.pdf.
