Пензенская область, Россия
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ББК 383 Строительные материалы и изделия
В настоящее время на российском рынке преобладают модифицирующие добавки для сухих строительных смесей зарубежных производителей. В связи с этим, актуальной задачей строительного материаловедения является разработка модифицирующих добавок для сухих строительных смесей отечественного производства. Разработка таких добавок позволит снять зависимость от зарубежных поставок и снизить себестоимость сухих строительных смесей без снижения их эксплуатационных свойств. В ходе исследований установлена возможность применения аморфных алюмосиликатов в рецептуре известковых сухих строительных смесей в качестве структурообразующей добавки. Для эффективного применения разработанной модифицирующей добавки подобрано оптимальное соотношение твердой:жидкой фаз и время синтеза добавки с применением метода планирования эксперимента. С помощью полученной квадратичной модели произведен расчет прочности при сжатии известковых образцов с предлагаемой добавкой на основе аморфных алюмосиликатов.
аморфные алюмосиликаты, сухие строительные смеси, модифицирующие добавки, оптимиза-ция.
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. Ботка Е.Н. Рынок сухих строительных смесей России и стран СНГ: состояние и пер-спективы // Газета «Технологии и бизнес на рынке сухих строительных смесей». 2016. № 11. С.2-3.
2. Голубев В.И., Василик П.Г. Новые продукты на рынке добавок для сухих строи-тельных смесей и бетонов // Строительные материалы. 2006. № 3. С. 24-25.
3. Логанина В.И., Жегера К.В. Формиро-вание прочности цементной композиции в присутствии синтезированных алюмосиликатов // Вестник Южно-Уральского государственно-го университета. Серия «Строительство и ар-хитектура». 2015. Т. 15(№2). С.43-46.
4. Логанина В.И., Рыжов А.Д. Оценка прочности сцепления известково-перлитовой сухой строительной смеси с применением синтезированных алюмосиликатов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2016. № 3 (687). С. 38-42.
5. Zhegera K.V. Application of amorphous alumosilicates as a modifiing additive in the rec-ipe of a cementitious adhesive for tiles // Modern Science. 2017. № 4-1. С. 65-68.
6. Логанина В.И., Жегера К.В., Жернов-ски И.В. Структурообразование цементного камня в присутствии добавки на основе аморфных алюмосиликатов // Вестник граж-данских инженеров. 2016. №3(56). С. 142-148.
7. Пат. RU2402486 Российская федерация, С01В33/26. Способ получения аморфно-го алюмосиликатного адсорбента / В. К. Милинчук (RU), А.С. Шилина (RU) патентообла-датель ФГБОУ ВПО "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) (RU). 3 с.
8. ГОСТ 50779.21-2004 Статистические методы. Правила определения и методы рас-чета статистических характеристик по выбо-рочным данным. Часть 1. Нормальное распределение. М: ИПК Изд-во стандартов, 2004. 47с.
9. ГОСТ Р 57336-2016/EN 998-1:2010 Растворы строительные штукатурные. Технические условия. Росстандарт. М.: Стандар-тинформ, 2017. 20с.
10. Логанина В.И., Жегера К.В., Рыжов А.Д. Закономерности синтеза добавки на основе аморфных алюмосиликатов // Инженер-ный вестник Дона. №2 (2018). [Электронный ресурс]. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_119_Loganina__N.pdf_75a1e2f0ae.pdf/
