авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Научные и технологические принципы получения сухих гипсовых смесей пониженной вяжуще- и полимероемкости

-- [ Страница 3 ] --

Средний диаметр частиц 5 мкм. Соотношение «гипсовое вяжущее - известняк»: 1-100:0; 2-80:20; 3-50:50

Рисунок 2 - Зависимость энергии взаимодействия суспензии гипсового вяжущего и известняка (50%) с частицами бетона (50%)

Таким образом, впервые исследованиями электрокинетических явлений в гипсовом растворе установлено, что применение родственного вяжущему наполнителя без использования полимерных модификаторов повышает адгезию гипсовой матрицы к заполнителю, и как следствие, когезионной прочности раствора, а также адгезионной прочности в зоне контакта раствор-основание.

Одной из причин низких показателей адгезии являются линейные и объемные деформации в твердеющей гипсовой растворной смеси, вызывающие ее отслаивание от основания. В этой области проведено большое количество исследований. Известно, что объемные изменения в твердеющем гипсовом вяжущем могут регулироваться В/Г отношением, введением замедлителей, ускорителей схватывания, минерального заполнителя, но механизм и факторы, влияющие на динамику и кинетику деформаций до конца не изучены.

Проведенные исследования влияния на объемные изменения гипсовых растворов вида, дисперсности заполнителя, функциональных добавок сухих растворных смесей выявили как новые закономерности изменений объемных деформаций, так и подтвердили ранее установленные (рисунок 3).

Были получены численные характеристики объемных изменений в гипсовых смесях с функциональными добавками и наполнителями, используемыми в сухих смесях, в том числе в диапазоне дозировок, принятых в технологии гипсовых смесей (рисунки 3-4). Эксперименты показали, что при увеличении расхода наполнителя, например, кварцевого с 30 до 70% уменьшаются деформации расширения с 0,25 до 0,21%. Это вызвано уменьшением объема гидратирующего вяжущего в объеме раствора и увеличением В/Г отношения в

а б

а – на кварцевом наполнителе; б – на карбонатном наполнителе

Содержание лимонной кислоты: 1 - 0; 2 – 4 – 0,05%

Рисунок 3 - Объемное расширение и температура гидратации при соотношении «гипс:наполнитель»: 1 – 1:0; 2 – 0,7:0,3; 3 – 0,5:0,5; 4 – 0,3:0,7

а б

1 – без добавок; 2 – 0,05% ЛК; 3 – 0,05% ЛК + 0,1% МГЭЦ; 4 - 0,05% ЛК + 1% РДП

Рисунок 4 – Влияние лимонной кислоты и полимерных добавок на объемное расширение (а) и температуру гидратации (б)

растворной смеси за счет введения заполнителя. Введение лимонной кислоты (0,05%), МГЭЦ (0,1%), РДП (1%) снижают объемные деформации с 0,37 до 0,27% соответственно и их динамику. В этом случае повышается дисперсность продуктов гидратации гипса вследствие особенности структур молекул, обуславливающей возникновение стерических эффектов, препятствующих росту кристаллов двуводного гипса, замедлению межкристаллических контактов. Впервые были получены данные о более эффективном уменьшении объемного расширения (с 0,2 до 0,12%) и снижении динамики деформационных процессов при введении карбонатного наполнителя в сравнении с кварцевым. Такая особенность при введении карбонатного наполнителя вызвана, вероятно, повышением дисперсности новообразований и более плотным контактом зерен гипса и наполнителя как результата гетерокоагуляционных процессов между зернами гипса и зернами наполнителя. При повышении дисперсности карбонатного наполнителя с 100-200 мкм до 1-50 мкм ( для соотношения гипсовое вяжущее:наполнитель 50:50) характерна тенденция к снижению объемного расширения твердеющего раствора (с 0,15 до 0,11%). Действительно, гипсовый раствор при повышении дисперсности наполнителя характеризуется большей водопотребностью, что увеличивает пористость гипсовой матрицы и, как следствие, расширение объема снижается за счет использования кристаллами порового пространства для их роста и срастания. Причем этот фактор, очевидно, превалирует над повышением значений -потенциала в результате количественного увеличения зерен наполнителя по отношению к зернам гипса (при неизменном его объемном содержании).

Результаты определений адгезии не модифицированного гипсового раствора к бетонному основанию и когезионной прочности гипсовых растворов с различными видами и количеством наполнителя подтвердили проведенные исследования. Адгезионная прочность при содержании известнякового наполнителя в гипсовом растворе 50% и 70% по отношению к смеси с содержанием 30% (Rадг =0,15МПа) повышается соответственно в 3,6 и 3,2 раза и составляет 0,55 МПа и 0,48 МПа, когезионная прочность с 0,25 МПа до 0,4 МПа и 0,37 МПа соответственно. При использовании кварцевого наполнителя значения этих показателей не изменяются и даже намечается тенденция к снижению при увеличении содержания его более 30%.

Изучение структуры гипсового камня также подтвердило полученные представления о характере процессов структурообразования, происходящих в растворе с карбонатным наполнителем. Так, при введении известняковой муки наблюдается уменьшение внутренней удельной поверхности пор, а также увеличение среднего диаметра пор (таблица 1). При этом по данным сканирующей микроскопии формируются более мелкодисперсные кристаллы.

Таблица 1 - Параметры поровой структуры и межпорового пространства гипсового и гипсоизвестнякового камня

Соотношение гипсовое вяжущее: наполнитель В/Т S, м2/г , г/см3 0, г/см3 D, мкм
1 : 0 0,61 5,7 2,3 1,175 0,49 0,32
0,5 : 0,5 0,56 5,1 2,4 1,265 0,51 0,34
0,3 : 0,7 0, 53 4,8 2,5 1,310 0,53 0,41

4 Регулирование функциональной эффективности добавок различного назначения и исследование их влияния на формирование свойств сухих гипсовых смесей

Зарубежные производители сухих гипсовых смесей и добавок для замедления схватывания используют считающуюся наиболее эффективными винную или дигидроксиянтарную (в т.ч. в комплексе с гидратной известью), мезовинную кислоту, как один из видов оптических изомеров винной кислоты (в т.ч. в комплексе с винной). Однако, эти продукты не производятся в Казахстане и сопредельных государствах, что обусловило их высокую стоимость. К эффективным замедлителям, позволяющими перерабатывать большой объем гипсового раствора, принято относить полимеры - сополимер акриловой кислоты и С1-С8 алкилакрилата или водорастворимую соль этого сополимера, а также сополимеры дикарбоновых кислот. Но отрицательным фактором применения этих замедлителей является то, что они применяются совместно с промотором, в результате смесь сильно загущается, ухудшая технологические свойства растворных смесей. В то же время в технологии гипсовых изделий наибольшее применение нашли замедлители 4 класса по классификации Т.И. Розенберг и В.Б. Ратинова. К этому классу относят фосфаты и бораты щелочных металлов, буру, борную кислоту и другие замедлители, которые реагируют с гипсовым вяжущим с образованием труднорастворимых фазовых пленок.

В диссертационной работе определялась целесообразность применения в технологии отечественных сухих смесей буры, фосфатов щелочных металлов, лимонной кислоты, исходя из возможности использования их в виде порошкового быстрорастворимого продукта, достижения требуемого эффекта, доступности.

Наиболее сильное замедляющее действие оказало на гипсовое вяжущее лимонная кислота. При введении ее раствора в количестве 0,05% от массы вяжущего начало схватывания гипса составляет 1 ч 12 мин, а конец схватывания – 1ч 28 мин, т.е. является достаточным для технологической переработки раствора на основе гипсовой смеси. При этом прочность гипсовых образцов с добавкой лимонной кислоты снижается в меньшей степени, чем прочность образцов с добавками триполифосфата натрия и тринатрийфосфата. В известных исследованиях действие замедлителей также оценивалась при введении их в воду затворения, однако, при получении сухих растворных смесей замедлители входят в состав композиции. Сранительная оценка действия триполифосфата натрия (ТПН), тринатрийфосфата (ТНФ) и лимонной кислоты при введении их в воду затворения и в виде порошка показала невозможность прямого переноса данных, полученных с введением добавок замедлителей схватывания по классической технологии, на технологию приготовления сухих смесей. Так, при введении ТПН в воду затворения в количестве всего 0,08% обеспечивается требуемое замедление сроков схватывания гипсового вяжущего, при введении в сухом виде такие же сроки схватывания достигаются при дозировке 0,3%. Больший эффект действия добавок в виде водного раствора по сравнению с введением их в виде твердых зерен можно объяснить следующим. При смешивании гипсового вяжущего с водным раствором добавки, ионы последнего блокируют образующиеся кристаллы двуводного сульфата кальция, замедляя их рост и образование фазовых контактов. В этом случае ионы добавок равномерно распределены в воде затворения, и процесс адсорбции их к продуктам твердения гипсового вяжущего носит однородный характер. Взаимодействие же образующихся при растворении зерен добавок ионов с образующимися кристаллами двуводного сульфата кальция при их предварительном сухом смешивании идет в значительно более жестких условиях.

С целью исследования влияния тонины помола добавок на их свойства смеси триполифосфата натрия и лимонную кислоту, отличающихся как показало определение гранулометрического состава наличием крупнодисперсных фракций, подвергали помолу в шаровой мельнице. Для исключения процесса агрегации частиц, которая возникала уже через 5 мин. помола, был опробован процесс помола с кварцевым и карбонатным песками. Эксперименты показали, что в случае использования кварцевого песка энергия расходуется в основном на помол песка. Использование же в качестве трегера карбонатного песка является наиболее целесообразным, исходя из установленных ранее в диссертации закономерностей. Высокая тонина помола обеспечивается через 3 мин. при соотношении композиции замедлитель: трегер 1:5. Исследования показали, что такой способ подготовки замедлителя схватывания резко повышает эффективность его использования при проектировании составов сухих гипсовых смесей различного назначения. Так, при введении 0,08% предварительно подготовленной лимонной кислоты начало схватывания гипсового вяжущего наступает через 1 ч 08 мин, а конец схватывания – через 1 ч 22 мин. При этом прочность на сжатие гипсовых образцов снижается с 10,0 до 7,5 МПа, то есть находится в допустимых пределах. Предварительная подготовка триполифосфата натрия не обеспечила получения замедлителя, соответствующего требованиям: его введение приводит к значительному снижению прочности раствора.

Известно, что растворимость лимонной кислоты ниже, чем винной, рекомендуемой для применения в составе сухих строительных смесей зарубежными производителями. Это объясняется разветвленной пространственной структурой молекул и наличием 3 карбоксильных групп в отличие от винной, у которой 2 карбоксильные группы и структура молекулы линейная структура. Винная кислота легко образует мостиковые комплексы с ионами Ca++ гипса, эффективно замедляя процессы структурообразования. В случае применения лимонной кислоты особенности структуры молекулы обуславливают стерические препятствия для образования таких мостиковых комплексов. При образовании же молекулами лимонной кислоты комплексов с CaSO4 одна карбоксильная группа остается свободной, придавая отрицательный заряд, она способна образовывать комплексы только со свободными ионами Ca. Диспергирование лимонной кислоты в среде карбонатного наполнителя способствует разрыву молекул в результате разрыва водородных связей, тем самым, приближению пространственной структуры к линейной и, как следствие, снижению вероятности образования стерических эффектов.

Таким образом, исходя из результатов исследований, в качестве добавки, замедляющей сроки схватывания гипсового вяжущего, оптимальным является использование лимонной кислоты. Кроме того, лимонная кислота является широко распространенным товарным продуктом, использующимся в пищевой промышленности. Стоимость 1 кг лимонной кислоты составляет порядка 200 тенге, а расход его на 1 т смеси – 400-600 г, т.е. менее 1 кг. Предварительная подготовка лимонной кислоты заключается в его сухом помоле в течение 3-5 мин в среде сухого трегера в соотношении «добавка:трегер» равном 1:5. Соответственно, применение предварительно подготовленной лимонной кислоты позволяет достичь не только необходимые эффекты замедления твердения гипсового раствора при обеспечении требуемых характеристик прочности, но и снизить себестоимость сухих гипсовых строительных смесей.

В качестве водоудеживающих компонентов сухих строительных смесей используют модифицированные эфиры целлюлозы в количестве 0,1-0,5%. В Казахстане это, как правило, дорогостоящие продукты европейских производителей.

С целью исследования возможности снижения расхода и импортозамещения водоудерживающих добавок при выполнении диссертационной работы были опробованы карбоксилметилцеллюлоза марки Na-KMЦ-85, метилцеллюлоза марки МЦ-100 и метилгидроксиэтилцеллюлоза (МГЭЦ) марки МН 60010 Р4 германо-швейцарской фирмы «Клариант». Метил- и карбоксиметилцеллюлоза ( МЦ, КМЦ) характеризуются значительно более медленным растворением в сравнении с МГЭЦ и меньшей водоудерживающей способностью. Медленное растворение обусловлено высокой вязкостью. Снижение вязкости было обеспечено введением низкомолекулярныех ПАВ, имеющих химическое сродство с метилцеллюлозой – сульфонола и олеата натрия. Адсорбируясь на молекулы метилцеллюлозы, низмолекулярные ПАВ не дают свернуться длинным молекулам метилцеллюлозы для образования мицелл. Экспериментально была установлена возможность регулирования вязкости метилцеллюлозы добавками ПАВ: при введении 4-6% сульфонола от массы метилцеллюлозы вязкость последнего резко снижается: от 55-95 мПас до 5-20 мПас, в меньшей степени вязкость метилцеллюлозы снижается при добавке олеата натрия.

Эксперименты показали, что при введении эфиров целлюлозы более 0,4-0,5% прочность гипсовых образцов снижается до 40-80%, что является неприемлемым. К положительным качествам КМЦ следует отнести замедление им сроков схватывания гипсового вяжущего. Так, при добавке 0,5% КМЦ начало схватывания гипсового вяжущего увеличивается с 7 -ми до 27-ми минут, конец - соответственно с 11-ти до 32-х минут. Особенно значительно замедляется схватывание вяжущего при введении 1% КМЦ и более. МЦ и МГЭЦ незначительно увеличивают сроки схватывания вяжущего и этим фактором можно пренебречь.

Обобщая результаты экспериментов по исследованию влияния добавок простых и сложных эфиров целлюлозы, можно отметить возможность использования всех трех видов добавок при изготовлении сухих гипсосодержащих смесей. Применение КМЦ, хотя и не дает ощутимого эффекта, вследствие его невысокой водоудерживающей способности при введении добавки в малых дозах, тем не менее, увеличение содержания КМЦ до 0,4%, она может быть использована как водоудерживающая добавка. МЦ-100 требуемых показателей водоудерживающей способности 95-97% обеспечивает при введении ее в количестве 0,2-0,3%, т.е. при несколько большем, чем МГЭЦ (0,1-0,2 %).

С целью радикального снижения расхода полимерной водоудерживающей добавки, в работе были исследованы армирующие добавки – целлюлозные волокна (арбоцель), имеющие микро- и наноразмеры и трубчатое строение. Установлено, что целлюлозные волокна в количестве более 0,2% обладают водоудерживающими свойствами, но не сопоставимы по эффективности с эфирами целлюлозы. Поэтому оптимальным для достижения требуемого водоудержания оказалось только совместное введение МГЭЦ и арбоцель в количестве соответственно - 0,05% и 0,3-0,5%. При этом был обеспечен эффект улучшения деформационных свойств, что ценно учитывая эксплуатацию растворов в тонком слое.

5 Оптимизация составов сухих гипсовых смесей пониженной вяжуще- и полимероемкости

Проектирование композиций сухих гипсовых смесей проводилось с учетом результатов оптимизации фракционных составов известнякового наполнителя. При определении видов и количественного содержания модифицирующих добавок учитывались закономерности, установленные в диссертационной работе. При оптимизации составов шпаклевочных, штукатурных, клеевых смесей и смесей для самонивелирующейся стяжки исходили из условий соответствия их строительно-технологических, функциональных и эксплуатационных свойств требованиям действующих стандартов.

Исходя из известных научных представлений о влиянии гранулометрии состава заполнителя на свойства раствора определен характер влияния известнякового наполнителя на адгезионную прочность сцепления раствора с бетонным основанием. Исследования проводились в области фракций наполнителя соответственно для шпаклевочных и штукатурных смесей: 0,001-0,05 мм; 0,05-0,1 мм; 0,1-0,2 мм и фракций 0,001-0,1 мм, 0,1-0,25 мм, 0,25-1,2 мм (рисунок 5).

Анализ регрессионных кривых, полученных на основе математического планирования эксперимента показывает, что адгезия раствора к бетонному основанию возрастает при увеличении дисперсности частиц наполнителя. Так, при использовании наполнителя фракции 1-50 мкм в количестве 50% обеспечивается прочность сцепления 0,85 МПа. Положительный эффект от применения тонкодисперсных частиц наполнителя обусловлен как образованием контактного слоя большей площади, так и уменьшением расстояния между адгезивом и субстратом согласно теории образования двойного электрического слоя и расчетов энергии взаимодействия частиц.

Rсж; Rр; Rад – соответственно изменение прочности на сжатие, растяжение и адгезию

Рисунок 5 – Диаграммы «состав-свойство» сухих гипсовых шпаклевочных (а) и штукатурных (б) смесей



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.