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 | 3 || 5 |

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

-- [ Страница 4 ] --

Наименьшая величина адгезии наблюдается у образцов изготовленных с применением фракции наполнителя 100-200 мкм. Однако, учитывая различный характер влияния фракционного состава наполнителя на адгезионные, прочностные и деформативные характеристики, определены оптимальные соотношения разных фракций заполнителя, обеспечивающие требуемые показатели механических свойств. Установлено, что оптимальный фракционный состав для штукатурных смесей характеризуется соотношением фракций 0,001-0,05 мм – 0-55%; 0,05-0,1 мм – 0-100%; 0,1-1,25 мм – 0-80%. При этом прочность штукатурного раствора на сжатие составит 7-8 МПа, адгезия – 0,5-0,55 МПа, прочность на разрыв 0,5-0,55 МПа. Требуемые механические свойства шпаклевочного покрытия (Rсж = 6-10 МПа, Rад = 0,5-0,7 МПа, Rр = 0,5-0,8 МПа) достигаются при использовании наполнителя фракционного состава 0,001-0,05 мм в количестве 0-0,73%; 0,05-0,1 – 0-100% и 0,1-0,2 0-72% соответственно. Клеевые смеси характеризовались показателями Rсж = 6-10 МПа, Rад = 0,5-0,8 МПа, Rр = 0,4-0,7 МПа, самонивелирующиеся стяжки - теми же значениями Rад, Rр при Rсж = 10-12 МПа.

Оптимизированные составы включают, соответственно, % по массе:

- для шпаклевочной смеси: гипсовое вяжущее – 30-50, известняковый наполнитель – 70-50, метилгидроксилэтилцеллюлозу – 0,05-0,1, арбоцель – 0,4-0,5, лимонную кислоту – 0,05-0,1.

- для штукатурной смеси : гипсовое вяжущее – 30-50, известняковый наполнитель – 30-20, известняковый песок фракции 0,14-1,2 мм – 40-30, метилгидроксилэтилцеллюлозу – 0,05-0,1, арбоцель – 0,4-0,5, сульфонат – 0,05-0,2, лимонную кислоту – 0,05-0,1.

-для клеевой смеси: гипсовое вяжущее – 30-50, известняковый наполнитель – 70-50, метилгидроксилэтилцеллюлозу – 0,1-0,2, арбоцель – 0,5-0,7, лимонную кислоту – 0,05-0,1.

- для устройства самонивелирующейся стяжки для пола включает: гипсовое вяжущее – 50, известняковый наполнитель – 10-20, известняковый песок фракции 0,14-1,2 мм – 20-30, метилгидроксилэтилцеллюлозу низкой вязкости – 0,05-0,1, арбоцель – 0,4-0,5, гиперпластификатор – 0,3-0,5, антивспениватель – 0,05-0,1, лимонную кислоту – 0,05-0,1.

6 Функциональные и эксплуатационные свойства покрытий на основе сухих гипсовых смесей пониженной вяжуще- и полимероемкости

Проведенные исследования по изучению степени гидратации образцов контрольной шпаклевки рядовых составов, применяемых на заводах по выпуску сухих строительных смесей показали, что при толщине слоя 1 мм, степень гидратации через сутки составила 78,5%, через 1 месяц – 83,9%. Следовательно, при использовании шпаклевок заводских составов длительное время не обеспечивается полной гидратации гипсового вяжущего. Это отрицательно отражается на прочности и долговечности отделочного слоя. Иная картина наблюдается при нанесении шпаклевки, приготовленной из оптимизированных составов с содержанием известнякового наполнителя в количестве 50%. В этом случае степень гидратации гипса через сутки составляет 98,95%, а через месяц – 100% (рисунок 6).

Более полная гидратация гипсового вяжущего в разработанных составах, при прочих равных условиях, обусловлена более высоким В/Г (0,73) по сравнению с известными составами (В/Г = 0,52), хотя в целом в системе количество воды становится меньше, но для гидратации вяжущего воды в системе больше.

Долговечность является одним из важных эксплуатационных свойств всех видов отделочных покрытий, в т.ч. гипсовых. Гипсовые материалы при эксплуатации их в условиях с относительной влажностью воздуха менее 60% являются долговечными. Но условия работы тонкослойного покрытия предполагают повышенную деформативность, учитывая, что основания, которыми служат строительные конструкции, претерпевают в процессе эксплуатации значительные деформации: тепловые, влажностные, от действующих нагрузок и т.д. В связи с этим, определялись значения модуля упругости, предельных упругих деформаций, прочности на растяжение при изгибе и ударной вязкости. Применение карбонатного наполнителя в соотношении «вяжущее:наполнитель» 50:50 в сочетании с дисперсным армированием смеси целлюлозными волокнами, обусловило повышение модуля упругости с 6800 до 8500 МПа, предельных упругих деформаций соответственно с 48 до 64 мм/м, прочности на растяжение при изгибе с 2,5 до 3,5-4 МПа. Более высокая деформативность покрытия при введении арбоцеля, обусловливается свойствами целлюлозных волокон: высокой растяжимостью (3-10%) и модулем упругости (4900 МПа). В процессе эксплуатации волокна предотвращают образование и блокируют рост микро трещин, вызванные растягивающими напряжениями различной природы, и повышают в целом прочность отделочного покрытия.

Рисунок 6 – Рентгенограммы образцов шпаклевки составов «гипс:наполнитель» равное 0,5:0,5 твердевших в течение 1 сутки (а) и 1 месяца (б)

Одним из важных функциональных свойств стеновых материалов является их воздухо- и паропроницаемость, которые должны обеспечивать оптимальный режим миграции воздуха и водяных паров через конструкцию стены без задержки между ее слоями, в теплоизоляционном слое, а также комфортную среду в помещении. Согласно известных представлений, паропроницаемость слоев стеновой конструкции должна увеличиваться от внутренних слоев к наружным. В то же время не следует при проектировании новых составов сухих гипсовых смесей стремиться к значительному снижению паропроницаемости покрытия на их основе, что может отразиться на условиях комфорта помещения. Значительное влияние на коэффициент воздухо- и паропроницаемости покрытия на основе сухих смесей оказывают полимерные функциональные добавки. Полученные экспериментальные данные по определению влияния полимерных добавок на паропроницаемость гипсовых образцов (таблица 2) показывают о том, что добавка метилгидроксилэтилцеллюлозы и полимерных дисперсионных порошков приводит к снижению паропроницаемости гипсовых образцов. Коэффициент паропроницаемости гипсовых материалов значительно снижается, когда содержание дисперсионного порошка превышает 2% (с 0,11 до 0,08 мг/(м·ч·Па), а эфиров целлюлозы – 0,2% (с 0,11 до 0,09 мг/(м·ч·Па).

Таблица 2 – Паропроницаемость образцов на основе сухих гипсовых смесей различных составов

Материал Штукатурка на основе традицион-ного состава Шпаклевка на основе традицион-ного состава Шпаклевка на основе разработан-ного состава Штукатурка на основе разработан-ного состава
Коэффициент Паропроницае-мости,мг/(м·ч·Па) 0,095 0,09 0,105 0,107

Снижение коэффициента паропроницаемости гипсовых образцов с повышенным содержанием добавок обусловлено тем, что молекулы МГЭЦ имеют большое количество гидроксильных групп, которые взаимодействуют с молекулами парообразной воды с образованием водородных связей и, вследствие этого удерживают часть влаги, которые являются стерическим препятствием на пути движения парообразной влаги.

Молекулы дисперсионных порошков имеют в своем составе карбоксильные группы, которые также удерживают влагу и снижают коэффициент паропроницаемости материала. Но основным фактором снижения паропроницаемости при введении дисперсионных порошков заключается в образовании ими полимерных пленок, препятствующих движению влаги внутри покрытия.

Формирование более крупнопористой структуры при твердении гипсокарбонатного камня обуславливает большую воздухопроницаемость покрытий на основе разработанных сухих смесей, что экспериментально подтверждается определением значений величины адгезии (рисунок 7). Высокое содержание МГЭЦ и редисперсионных порошков в известных составах предопределяет более высокие значения работы адгезии по сравнению с разработанными составами пониженной вяжуще- и полимероемкости.

Применение целлюлозных волокон «арбоцель» при небольшом содержании метилгидроксилэтилцеллюлозы, в сочетании с использованием известнякового наполнителя также способствует некоторому увеличению значения коэффициента паропроницаемости. Положительный эффект достигается благодаря увеличению среднего диаметра микропор – с 0,32 мкм до 0,41 мкм, высчитанному по значениям удельной поверхности пор и общей пористости материала.

Рисунок 7 – Зависимость работы адгезии воды (а) и воздуха (б) на

шпаклевочной и штукатурной поверхности на основе разработанной смеси (1; 2) и на поверхности на основе традиционных составов шпаклевочной и штукатурной смеси (3; 4)

Результаты исследований показали, что разработанные составы сухих гипсовых смесей пониженной вяжущеемкости в отсутствии редисперсионных полимерных добавок в сравнении с известными композициями отличаются улучшенными показателями функциональных и эксплуатационных свойств.

7 Внедрение технологии сухих гипсовых смесей пониженной вяжуще- и полимероемкости в производство

Результаты исследований внедрены на предприятиях ТОО «POLIMIN KZ», ТОО «PLATRE», ТОО «КОНТРАКТ». Внедрение осуществлено путем монтажа и пуска линий по производству сухих гипсовых смесей. Технологические линии включают комплекс оборудования в составе вибросит, системы питателей и дозаторов, расходных бункеров, мельницы, центрифужных смесителей, упаковочных аппаратов. Указанные фирмы производят шпаклевочные, штукатурные и клеевые смеси, а также смеси для устройства самонивелирующейся стяжки.

По результатам лабораторных и теоретических исследований и производственных испытаний разработаны проекты технических условий на сухие гипсовые смеси пониженной вяжуще- и полимероемкости.

Расчет экономической эффективности выполнен по состоянию цен на 1 июня 2009 г. Согласно выполненным расчетам эффект от выпуска 10 000 т сухих шпаклевочных смесей в год составляет 89 млн. тенге, от выпуска 10000 т сухих штукатурных смесей - 36,25 млн. тенге.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Аналитико-экспериментальными исследованиями, проведенными при выполнении диссертационной работы, сделан вклад в развитие научно-практических основ получения и применения сухих строительных смесей, заключающийся в следующем:

1. Представлены научно обоснованные принципы регулирования процессов структурообразования гипсовых растворных смесей с учетом впервые установленных закономерностей: возникновения и изменения характера физико-химических явлений в минеральной части гипсовой композиции сухой смеси и в контактном слое раствор-основание; изменения функциональной эффективности органических добавок путем их модификации и изменения вещественного состава.

2. Получены новые данные, позволяющие сделать выводы о существенном значении в процессах структурообразования гипсового раствора электрокинетических явлений, характер которых в значительной степени зависит от вида, количества применяемого наполнителя и влияет на формирование адгезионных контактов гипсовой матрицы и наполнителя, раствора и основания, а также на структуру и физико-механические свойства раствора.

Установлено, что:

- -потенциал в системе «гипс-наполнитель-вода» снижается при введении карбонатного наполнителя. Наименьшее значение -потенциала установлено в диапазоне соотношений «гипс:карбонатный наполнитель» 50:50-30:70, соответственно – 19...21 мВ, при этом его значение для гипса -49 мВ, карбонатного наполнителя - 36 мВ. Такое снижение -потенциала, показывающее на значительное сжатие двойного электрического слоя, обусловлено явлениями, характерными для родственных частиц, имеющих разные по величине, но одинаковые по знаку поверхностные заряды. В этом случае происходит наибольшее вытеснение воды в сольватном слое за счет внедрения зерен известнякового заполнителя в структуру гипса, и как следствие усиливаются адгезионные контакты. При введении в качестве наполнителя кварцевого наполнителя значение -потенциала – остается на одном уровне (при соотношениях 50:50...30:70 соответственно -41мВ...-43 мВ), т.е. можно ожидать увеличение толщины сольватной оболочки в контактном слое между гипсовым раствором и зернами заполнителя в виде кварцевого песка и, соответственно снижения адгезии;

- энергетический барьер между частицами гипсового раствора и бетонного основания характеризуется 22 кТ, что превышает энергию броуновского движения, поэтому адгезионные силы между этими частицами практически отсутствуют. Полное снижение энергетического барьера начинается только на расстоянии между частицами свыше 80 нм. Определение энергии взаимодействия частиц гипса, карбоната кальция при соотношении гипсовая смесь: порошок бетона 50:50 показало, что энергетический барьер между ними практически полностью исчезает на расстоянии свыше 40 нм. При этом притяжение частиц, как показывает вторичный минимум значений энергетического барьера, будет происходить и на дальнем расстоянии 80 и более нм. Это связано с тем, что модифицированные карбонатом кальция гипсовые частицы взаимодействуют с частицами бетона на дальних расстояниях через гидратированные слои.

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, 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%.

3. Показано, что при снижении объемного расширения твердеющего раствора повышается адгезия гипсовой смеси к основанию. Причем объемные деформации будут зависеть от вида и дисперсности применяемого наполнителя. 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 объясняется повышением дисперсности новообразований за счет возникновения между ними стерических препятствий, как результата гетерокоагуляционных процессов между зернами гипса и зернами наполнителя. При повышении дисперсности карбонатного наполнителя ( для соотношения вяжущее:наполнитель 50:50) с 100-200 мкм до 1-50 мкм характерна тенденция к снижению объемного расширения твердеющего раствора с 0,15 до 0,11%.

4. Установлено, что функциональные эффекты, обеспечиваемые в гипсовых растворах введением дисперсионных полимерных добавок, могут быть частично или полностью компенсированы за счет научно обоснованной оптимизации минеральной части растворной смеси.

При введении кварцевого наполнителя в соотношении с модифицированным гипсовым вяжущим 50:50 значение -потенциала снижается до -16 мВ, а для сухой растворной смеси без полимерной дисперсии с карбонатным наполнителем – 11 мВ. Полученные данные свидетельствуют, что введение карбонатного наполнителя при исключении из гипсовой композиции полимерной дисперсии обеспечивает значительное снижение -потенциала, близкое к значениям при введении полимера в гипсовую композицию. Адгезионная прочность модифицированного 1-2% полимерами раствора с кварцевым наполнителем к бетону 0,35-0,5 МПа, раствора без дисперсионных полимеров с карбонатным наполнителем – 0,48-0,55 МПа.

5. Разработан способ повышения функциональной эффективности замедлителя схватывания - лимонной кислоты посредством модификации диспергированием в среде карбонатного наполнителя в течение 3 мин. при соотношении композиции замедлитель : трегер 1:5.

Предложенный способ модификации замедлителя обуславливает разрыв молекул в результате разрыва водородных связей, тем самым, приближение пространственной структуры к линейной и, как следствие, снижению вероятности образования стерических эффектов между частицами твердеющего раствора. 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.

Модифицирование лимонной кислоты обусловило экономическую эффективность использования за счет снижения ее расхода и возможности замены ею традиционно применяемой в технологии сухих гипсовых смесей дорогостоящей добавки – винной кислоты.

5. Научно и экспериментально обоснована возможность снижения расхода водоудерживающей добавки в виде модифицированных сложных эфиров целлюлозы и целесообразность замены части ее на целлюлозные волокна, а также возможность использования в сухих смесях простых эфиров целлюлозы, модифицированных ПАВ.

Снижение расхода МГЭЦ в 5-10 раз по сравнению с известными составами при условии обеспечения требуемого эффекта обосновывается увеличением содержания воды по отношению к гипсовому вяжущему и формированием плотного контактного слоя раствора с основанием. Для достижения требуемого водоудержания оптимальным является совместное введение МГЭЦ и арбоцели в количестве, соответственно: 0,05% и 0,3-0,5%. Введение целлюлозных волокон позволяет в комплексе с модифицированными эфирами целлюлозы позволяет не только обеспечить требуемый водоудерживающий эффект (95-97%), но и компенсировать снижение деформационных свойств покрытий на основе сухих гипсовых смесей, не модифицированных полимерными добавками.

6. На основе результатов исследований и в соответствии с установленными научными принципами проектирования составов гипсовых растворов получены композиции с пониженной вяжуще- и полимероемкостью, вплоть до полного исключением полимера в зависимости от назначения сухой смеси.

7. Методами математического планирования эксперимента определены оптимальные фракционные составы карбонатного наполнителя для сухих гипсовых шпаклевочных, штукатурных, клеевых смесей и смесей для самонивелирующихся стяжек, обеспечивающие получение покрытий с высокими показателями физико-механических характеристик.

8. Покрытия на основе разработанных составов сухих смесей характеризуются требуемыми показателями физико-механических свойств и улучшенными в сравнении с модифицированными полимерами сухими гипсовыми смесями показателями степени гидратации, паропроницаемости, деформационных свойств.

9. Структура покрытий, полученных на основе сухих гипсовых смесей пониженной вяжуще- и полимероемкости характеризуется меньшей внутренней удельной поверхностью пор (с 5,7 до 4,8 м2/г) и увеличением среднего диаметра пор (с 0,32 до 0,41 мкм).

10. Разработаны проекты нормативных документов на производство и применение сухих гипсовых смесей.

11. Разработанные составы сухих гипсовых смесей внедрены в производство на на предприятиях трех производственных фирм: ТОО «Polimin KZ», ТОО «Platre», ТОО «Контракт».



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.