автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Эффективные цементные штукатурные растворы с полыми стеклянными микросферами

На правах рукописи

ПАШКЕВИЧ Анастасия Александровна

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ ШТУКАТУРНЫЕ РАСТВОРЫ С ПОЛЫМИ СТЕКЛЯННЫМИ МИКРОСФЕРАМИ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 С 4 1 70

Москва - 2007

003174170

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Орешкин Дмитрий Владимирович

Официальные оппоненты

■ доктор технических наук, профессор Румянцев Борис Михайлович

кандидат технических наук Бессонов Игорь Вячеславович

Ведущая организация

- ГУЛ «НИИМосстрой»

Защита состоится « 06 » ноября 2007 г в часов на заседании

диссертационного совета Д 212 138 02 при ГОУ ВПО Московском

государственном строительном университете по адресу 113114, г Москва, Шлюзовая набережная, д 8, ауд 223

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета

Автореферат разослан « ¿> » октября 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Алимов Л А

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальность

Задачей технологий с применением цементных штукатурных растворов являются обеспечение высокого уровня качества применяемых защитно-декоративных покрытий и его стабильность

Широко используют штукатурные растворы, обладающие высокими средней плотностью при существенной водопотребности, теплопроводностью и паропроницаемостью, что нарушает теплотехническую однородность ограждающей конструкции и приводит к утолщению наружных стен

Решением задачи является повышение эксплуатационных свойств цементных штукатурных растворов на основе полых стеклянных микросфер -ПСМС, что достигается путем обеспечения нормального паропереноса, исключения накопления влаги в конструкции стены, повышения теплоизоляционных свойств ограждающей конструкции при значительном увеличении прочности штукатурного раствора, уменьшении его средней плотности и водопоглощения и достаточной морозостойкости

Работа выполнена в соответствии с проектом «Разработка и оптимизация энерго-, ресурсосберегающих технологий производства и применения эффективных строительных материалов, изделий и конструкций» Министерства образования и науки РФ, НИР МГСУ Цель и задачи

Основной целью диссертации является получение эффективных цементных штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи

• обосновать возможность применения полых стеклянных микросфер для составов цементных штукатурных растворов,

• изучить физико-механические и реологические свойства, пористость, паропроницаемость цементных штукатурных раствора и камня,

• разработать и оптимизировать составы эффективных штукатурных растворов с позиций физико-механических, реологических свойств и, как следствие, эксплуатационных свойств,

• разработать Технические условия и Технологический регламент для штукатурных растворов, опробовать их в производственных условиях и оценить технико-экономический эффект

Научная новизна

• Обосновано получение облегченных малотеплопроводных цементных штукатурных растворов для наружных фасадов зданий путем применения в качестве заполнителя полых стеклянных микросфер и суперпластификатора, снижающих общую пористость и средний диаметр пор, улучшающих пластическо-вязкие свойства раствора, а также формирующих более качественную контактную зону между цементной матрицей и микросферами за счет образования низкоосновных гидросиликатов кальция,

• Получены графо-аналитические зависимости реологических свойств, пористости, влажности, паропроницания, водоудерживающей способности, прочности сцепления с различными основаниями штукатурных растворов от расхода микросфер и количества суперпластификатора,

• Получены математические модели (уравнения регрессии) физико-механических и реологических свойств штукатурных растворов в зависимости от расхода микросфер и суперпластификатора,

• Установлено, что водоудерживающая способность, прочность при сжатии, изгибе и сцеплении с основанием штукатурных растворов повышаются при увеличении вязкости и связности, характеризуемой снижением глубины погружения конуса от 10.14 до 4 8 см, обусловленным уплотнением структуры и поверхностной активности микросфер;

• Теоретически обоснованы и количественно установлены значения пластической прочности и предельного напряжения сдвига для штукатурных растворов во времени, общей пористости цементной матрицы затвердевшего раствора от общей пористости раствора

Практическая значимость

• Получены и оптимизированы составы эффективных цементных штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами, отличающиеся пониженной плотностью (до 0,8 г/смЗ), водопотребностью и повышенным сопротивлением паропроницанию по сравнению с традиционными штукатурными растворами;

• Разработана технология получения и применения штукатурных растворов с ПСМС и суперпластификатором, включающая дозирование компонентов по массе, перемешивание, набрызг, грунтование и накрывку при оштукатуривании поверхности

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научно-практических конференциях Всероссийская конференция «Большая нефть реалии, проблемы, перспективы Нефгь и газ европейского Северо-Востока» (г Ухта, УхГГУ, 2006 г ), на юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Института строительства и архитектуры МГСУ (Москва, МГСУ, 2006 г), на 4-й и 5-й международных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2006, 2007 гг), на научно-технической конференции с международным участием, посвященной 50-летию НИИСФ «Строительная физика в XXI веке» (Москва, НИИСФ, 2006 г), на заседании кафедры строительных материалов МГСУ (Москва, 2007 г )

Внедрение результатов исследований

На основании исследований были разработаны и введены в действие нормативные документы «Технологический регламент на приготовление и применение штукатурного раствора с полыми стеклянными микросферами», Москва, 2005 г, «Штукатурный раствор с полыми стеклянными микросферами», ТУ 4140-073-02066525-2005, Технические условия», Москва,

2005 г, внедрение которых в Республике Удмуртия позволило получить прямой экономический эффект свыше 75 тыс рублей Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 115 наименований, и 3 приложений Работа изложена на 133 страницах текста, иллюстрирована 27 рисунками, имеет 24 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обобщение современных достижений и нормативных требований позволяет высказать мнение, что в настоящее время практически нет штукатурных растворов, имеющих среднюю плотность меньше 800 кг/м3 Известно, что использование традиционных облегчающих заполнителей (вспученного перлитового песка и вспученного вермикулитового песка) для кладочных растворов не позволяет их получить со средней плотностью менее 1000 кг/м3 Учитывая то, что штукатурные растворы могут иметь более высокую подвижность, то получение таких материалов затруднительно

Сейчас существуют сверхлегкие высококачественные кладочные и тампонажные растворы с полыми стеклянными микросферами - ПСМС Поэтому применение штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами позволят обеспечить однородность однослойных ограждающих стен при использовании мелкоштучных изделий Оштукатуривание стены из мелкоштучных блоков со средней плотностью 500, 600 кг/м3 обычными растворами приведет к неоднородности по плотности и коэффициенту линейного расширения, существенно снизит теплозащиту стены и трещиностойкость В настоящее время не изучены структура и свойства штукатурных растворов и камня с ПСМС. Не исследовались пористость, паропроницаемость, прочность сцепления с подложкой, реологические свойства, водоудерживающая способность штукатурных растворов с полыми

стеклянными микросферами Также не изучались вопросы влияния подвижности штукатурных растворов на структуру и свойства

Изучение и обобщение научно-технической литературы позволило высказать научную гипотезу. Традиционные облегченные цементные штукатурные растворы на вспученном вермикулитовом и вспученном перлитовом песках имеют большую водопотребность, расслаиваются, обладают низкой прочностью и трещиностойкостью, высокой паропроницаемостыо Было предположено, что использование сверхлегкого цементного штукатурного раствора с полыми стеклянными микросферами позволит повысить теплотехническую однородность стены, значительно увеличить прочность, термическое сопротивление, снизит теплопроводность и паропроницаемость за счет использования суперпластификатора, большой удельной поверхности, шаровидной формы и низкой средней плотности полых стеклянных микросфер Это позволит снизить трудовые и энергетические затраты, повысить эксплуатационную надежность, увеличить теплотехнические показатели ограждающих конструкций стен Кроме того, низкая паропроницаемость даст возможность равномерно снижать влажность штукатурки, что приведет к снижению влажностных и усадочных деформаций В исследованиях использовалось исследовательское оборудование растровый микроскоп-микроанализатор САМЯКАИ (Великобритания) Реологические исследования проводились на коническом пластометре КП-1

В работе при определении свойств строительных растворов испытывались образцы-призмы с размерами 4x4x16 см Использовались вспученный перлитовый песок (ВПП) завода «Стройперлит» (г Мытищи, Московской области) марки М-75, насыпной плотностью 75 кг/м3 Применялся вспученный вермикулитовый песок (ВВП) производства АООТ «ДЗТИ» (г Дмитров, Московской области) насыпной плотностью 130 кг/м3, а также полые стеклянные микросферы со средним размером - 25 мкм из натрийборосиликатного стекла, суперпластификатор С-3 ПСМС серийно выпускаются на Андреевском заводе «Стеклопластик» (Московская область)

Они имели среднюю плотность 0,26 г/см3, насыпную 0,13 г/см3, коэффициент заполнения объема 0,65, прочность при объемном сжатии 10,5 МПа Толщина стенки этих микросфер 1 2 мкм Растворы имели погружение конуса -ПК=4 8, 8 10, 10 ,14 см Применялся портландцемент ГГЦ 500-ДО Старооскольского завода

Изучение и обобщение научно-технической литературы позволило подтвердить высказанную научную гипотезу Традиционные цементные штукатурные растворы на вспученном вермикулитовом и вспученном перлитовом песках

Таблица 1

Физико-механические свойства штукатурных растворов с ПК = 10 14 см

Состав, мае % Рр, г/см3* Прочность, МПа %.. weoa % Плотность камня, г/см3 ****

Изгиб Сжатие сухого в 28 сут

ПЦ-100, ВГ1П-15, В-104 1,31 0,4 5,1 40,2 42 0,9 1,3

ПЦ-100, ВПП-30, 190 1,17 0,15 3,2 71,7 84 0,64 1,16

ПЦ-100, ВПП-50, В-325 1,1 0,06 1,1 111 120,5 0,51 1,09

ПЦ-100, ВВП-15, В-87 1,35 0,35 4,8 39,4 40,9 0,92 1,31

ПЦ-100, ВВП-30, В-145 1,2 0,15 3,1 48,9 70,7 0,69 1,19

ПЦ-100, ВВП-50, В-235 1,12 0,08 1,2 81,3 110 0,52 1,П

ПЦ-100, ПСМС-10, В-61 1,05 3,5 11,5 28,9 33,8 0,76 1,02

ПЦ-100, псмс- 30,В-110 0,95 1,2 3,2 49,6 60,1 0,52 0,93

ПЦ-100, ПСМС-50, В-185 0,85 0,9 1,9 74,5 82 0,37 0,83

ПЦ-100, ПСМС-10, СП-1.В-53 1,1 3,8 13,5 20 28,7 0,9 1,07

ПЦ-100, ПСМС-30, СП-1, В-100 0,91 2 4,1 35 44 0,58 0,92

ПЦ-100, псмс- 50, СП-1, В-165 0,8 1,05 2,3 59,1 72,2 0,5 0,82

*- средняя плотность штукатурного раствора, ** - влажность по массе, ***-водопоглощение по массе, ****- средняя плотность затвердевшего раствора, хранившегося в нормальных условиях

имеют рыхлую структуру, расслаиваются, обладают низкой прочностью и трещиностойкостыо, высокой паропроницаемостью за счет большой водопотребности Введение в штукатурный раствор полых стеклянных микросфер и суперпластификатора позволило уплотнить структуру благодаря существенному снижению водопотребности Это значительно увеличило прочность при сжатии, изгибе, сцепления с основанием, трещиностойкость, термическое сопротивление, снизило теплопроводность и паропроницаемость (табл 1)

Анализ структуры камня штукатурных и кладочных растворов с полыми стеклянными микросферами, вспученными перлитовым и вермикулитовым песками показал, что структура материала с ПСМС более плотная за счет существенно более низкого В/Ц Так, при плотности раствора 1,1 г/см3, что соответствует расходу ВПП и ВВП 50 % от массы портландцемента, для ПСМС - 10 % (с использованием СП), В/Ц последнего меньше более чем в 6 раз Это обеспечивает существенное преимущество в свойствах камня с микросферами по сравнению с раствором с ВПП и ВВП Результаты представлены в табл 1, 2, 3

Таблица 2

Прочность на растяжение при изгибе затвердевших штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами при разной подвижности

Состав раствора, мае % Средня) г/см3, п I плотность раствора, ри погружении конуса Прочность при изгибе, МПа, при погружении конуса

4 8 8 10* 10 14 4 8 8 10* 10 14

ПЦ-100, ПСМС-10 1,41 1,29 1,05 4,95 4,2 3,5

ПЦ-100, псмс-зо 0,85 0,89 0,95 2,1 1,6 1,2

ПЦ-100, ПСМС-50 0,71 0,75 0,85 1,1 0,95 0,9

ПЦ-100, ПСМС-10, СП-1 1,45 1,32 1,1 5,5 4,7 3.8

ПЦ-100, ПСМС-30, СП-1 0,81 0,85 0,91 3,1 2,5 2

ПЦ-100, ПСМС-50, СП-1 0,65 0,7 0,85 1,6 1,3 1,05

* - По данным К И Кириллова

Таблица 3

Прочность при сжатии затвердевших штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами при разной подвижности

Состав раствора, мае % ** Средня) г/см3, п плотность раствора, эи погружении конуса Прочность при сжатии, МПа, при погружении конуса

4 8 8 10* 10 14 4 8 8 10* 10 14

ПЦ-100, ПСМС-10 1,41 1,29 1,05 16,5 14,5 11,5

пц-юо, псмс-зо 0,85 0,89 0,95 4,8 3,9 3,2

ПЦ-100, ПСМС-50 0,71 0,75 0,85 2,6 2,2 1,9

ПЦ-100, ПСМС-10, СП-1 1,45 1,32 1,1 17,7 15,5 13,5

ПЦ-100, ПСМС-ЗО, СП-1 0,81 0,85 0,91 8,03 6,1 4,1

ПЦ-100, ПСМС-50, СП-1 0,65 0,7 0,85 4,3 3,2 2,3

Прочность при сжатии и изгибе затвердевших растворов с ПСМС возрастает по мере уменьшения подвижности раствора, то есть при снижении количества воды затворения для одинакового расхода микросфер

Штукатурные растворы с полыми стеклянными микросферами имеют однородную структуру после перемешивания в течение 4 часов после их приготовления С увеличением расхода микросфер от 10 до 50 % однородность растворов немного снижается изменения по плотности увеличиваются с 0,5 % до 4,4 % соответственно Растворы с суперпластификаторами имеют повышение средней плотности только на 2,9 % Причем, при снижении ПК раствора от 10 14 до 4 8, раствор становится более стабильным за счет снижения воды

Была определена усадка затвердевшего штукатурного раствора с ПК=10 14 см и сравнена с показателями кладочного раствора с ПСМС и ячеистого бетона равной плотности Она была немного больше, чем у затвердевшего кладочного раствора, но существенно ниже, чем у ячеистого бетона Было определено время стабилизации усадки для ячеистого бетона плотностью 400 500 кг/м3 оно составляет 2 недели, для кладочного раствора с ПСМС с погружением конуса 8 10 см - 3 недели, для штукатурного раствора с погружением конуса 10. 14 см - 4 недели Это было за счет, видимо, более высокого водозатворения и низкого паропроницания растворов с полыми стеклянными микросферами Это позволяет строительным растворам с ПСМС

более равномерно проходить период снижения влажности после кладки и штукатурки стен, что дает возможность формировать более прочную структуру цементного камня

Прочность сцепления растворов с ПСМС с газобетонами марки О 500 была равна прочности последнего на срез, а с газобетоном марки Б 700 тоже была ограничена прочностью ячеистого бетона, но сцепление было уже в 10 раз больше С керамическим кирпичом она резко возросла и достигла 4 и более МПа для камня с 10 % ПСМС, а для камня с 10 % ПСМС и СП - 4,5 МПа

Таблица 4

Прочность сцепления затвердевшего строительного раствора с основанием в возрасте 28 суток различной подвижности

Прочность сцепления, МПа, с газобетоном О Прочность сцеплешк МПа, с газобетоно» Прочность сцепления. МПа, с керамическим

Состав, мае % 500 раствора Б 700 раствор кирпичом раствора

родвижноегью подвижностью подвижностью

4 8 8 10* 10 14 4 8 8 10* 10 14 4 8 8 10* 10 14

100Ц+10ПСМС 0,066 0,064 0,062 0,75 0,65 0,58 4,1 3 2,5

100Ц+30 ПСМС 0,064 0,062 0,06 0,68 0,63 0,53 2,2 1,11 1

100Ц+50 ПСМС 0,062 0,06 0,058 0,65 0,61 0,5 1,1 0,72 0,6

100Ц+10ПСМС+СП 0,068 0,066 0,064 0,8 0,7 0,63 4,5 3,25 2,35

юоц+зопсмс+сп 0,066 0,064 0,062 0,72 0,67 0,59 2,2 1,83 1,5

100Ц+50ПСМС+СП 0,064 0,062 0,058 0,65 0,62 0,55 1,5 1,19 1,1

* По данным К И Кириллова [4]

Прочность сцепления камня с микросферами с основанием увеличивается при снижении подвижности раствора и уменьшается по мере роста расхода микросфер Прочность сцепления строительных растворов с ПСМС любого состава позволяет их использовать для оштукатуривания стен из ячеистого бетона средней плотности 500 кг/м3 и больше, а также из керамического кирпича Результаты показаны в табл 4

Штукатурные растворы с полыми стеклянными микросферами полностью соответствуют стандарту и имеют водоудерживающую способность более 90 % При сравнении растворов с погружением конуса 4 8 см, 8 .10 см, 10 14 см было выяснено, что, чем ниже содержание воды в растворе (меньше погружение конуса), тем выше водоудерживающая способность растворов с ПСМС. Это объясняется

поверхностной активностью микросфер В растворе с погружением конуса от 4 до 8 см, видимо, поверхностные силы микросфер, цементных частиц и новообразований обеспечивают высокую водоудерживающую способность (вплоть до 98 %) Результаты приведены в табл 5

Таблица 5

Водоудерживающая способность растворов различной подвижности

Состав раствора, мае % Средняя плотность раствора, г/см3, при погружения конуса Водоудерживающая способность растворов. %

4 8 8 10* 10 14 4 8 8 10* 10 14

ПЦ-100, ПСМС-10 1,41 1,29 1,05 97 95,1 93

ПЦ-100, псмс-зо 0,85 0,89 0,95 95,1 93,2 91,5

ПЦ-100, ПСМС-50 0,71 0,75 0,85 92 90,2 90

ПЦ-100, ПСМС-10,СП-1 1,45 1,32 1,1 98 97,4 95

ПЦ-100, ПСМС-30, СП-1 0,81 0,85 0,91 96 95,2 93

ПЦ-100, ПСМС-50, СП-1 0,65 0,7 0,85 93,5 92,6 92

* - По данным К И Кириллова

Использование математического планирования и обработки результатов эксперимента, позволили получить математические модели свойств штукатурного раствора и камня Уравнения регрессии позволили выявить закономерности влияния расхода полых микросфер и суперпластификатора С-3 Были получены математические модели свойств штукатурных материалов с ПСМС Доказано, что существенное влияние на функции цели (свойства) оказывают расходы ПСМС и СП Было выяснено, что с увеличением расходов наполнителя повышается В/Ц раствора, влажность и водопоглощение камня, снижаются средняя плотность раствора, и затвердевшего камня в естественном и высушенном состоянии, а также прочностные показатели Оптимальным расходом СП С-3 является 1 % от массы портландцемента Удалось оптимизировать составы штукатурных растворов с расходом полых стеклянных микросфер от 10 до 50 % от массы ПЦ Используя уравнения регрессии в исследованном диапазоне, можно определить расходы составляющих в зависимости от требуемых свойств штукатурного раствора например, средней плотности

Уравнения имеют вид В/Ц = 0,387 + 0,22 X! - 0,366 Х2 + 0,346 Х22

Для средней плотности раствора р р = 1,129 - 0,329 X, - 0,234 Х2 + 0,296 Х22

Для прочности при изгибе, МПа 1{И1Г = 4,93 - 0,164 Х4 - 0,046 Х2 + 0,576 Х22

Для прочности при сжатии, МПа К^ = 18,475 - 0,737 Х1 - 2,342 Х2 + 4,642 Х22 - 0,04 Хх Х2

Для влажности, % \ум = 18,35 + 1,17 Х1 - 14,99 Х2 + 6,9 Х22 - 0,163 Х1 Х2

Для водопоглощения, % W = 25,26 + 1,05 X! - 19,82 Х2 + 12,8 Х22 - 0,113 X, Х2

Для средней плотности камня в высушенном состоянии, г/см3 Р К сух = 0,972 - 0,602 X! + 0,083 Х2 + 0,035 Х22

Для плотности камня в естественном состоянии, в возрасте 28 сут г/см3

р ест = 0,84 - 0,27 X! + 0,434 Х2 - 0,363 Х22

Причем, средняя ошибка аппроксимации была от 2 до 5 %

Были определены реологические свойства сгроительных растворов с ПСМС и СП Произведено сравнение с кладочным раствором подвижностью 8 10 см Было выяснено, что при одинаковой подвижности раствора (погружение конуса 4 8, 8 10, 10 14 см) прослеживается определенная зависимость чем ниже процент содержания наполнителя в цементной системе, тем быстрее он набирает пластическую прочность и происходит увеличение значений напряжения сдвига Более того, было выяснено, что с ростом количества микросфер для всех видов растворов, сроки схватывания увеличиваются Это связано с повышением воды затворения Установлено, что более высокой подвижности строительного раствора соответствует более высокие сроки начала и конца схватывания, что делает такой раствор более технологичным, так как позволяют ему дольше сохранять рабочее состояние Было произведено сопоставление сроков схватывания и значений пластической прочности и напряжений сдвига во времени (см рис 1 4)

-3

Рпл. * 10 МПа

Рис 1 Пластическая прочность составов ПЦ+10 % ПСМС+С-3,

ПЦ + 30 % ПСМС + С-3, ПЦ+50 % ПСМС+ С-3 Погружение конуса 4 8 см

Были определены значения пластической прочности, напряжения сдвига у составов с полыми стеклянными микросферами при разных ПК

Погружение конуса 4...8 см:

Предельные значения пластической прочности были (ПЦ+10 % ПСМС+С-3) -120 10 3 МПа в 360 мин , (ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 76 10"3 МПа в 360 мин, (ПЦ+50 % ПСМС+С-3) -42 10"3 МПа в 360 мин Предельные значения напряжения сдвига были (ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 32 10-3 МПа в 360 мин , (ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 22 КГ3 МПа в 360 мин , (ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 16 10"3 МПа в 360 мин

-з

Рсдв. * 10 МПа

пц+ю%псмс+с-з пц+зо%псмс+ с-з

ПЦ+50%ПСМС+ С-3 015 45 90 150 210 270 330 360 390 время, мин

Рис 2 Напряжение сдвига составов ПЦ+10 % ПСМС+С-3, ПЦ+30 % ПСМС+С-3, ПЦ+50 % ПСМС+С-3 Погружение конуса 4 8 см

-3

Рпл. *10 МПа

112

96

80

64

48

32

16 8

015 45 90 150 210 270 330 390 420 время, мин

Рис 3 Пластическая прочность составов ПЦ+10 % ПСМС+С-3, ПЦ + 30 % ПСМС + С-З, ПЦ+50 % ПСМС+ С-З Погружение конуса 10 .14 см

Рсдв. * 10 МПа

Рис 4 Напряжение сдвига составов- ПЦ+10 % ПСМС+С-3, ПЦ+30 % ПСМС+С-3; ПЦ+50 % ПСМС+С-3 Погружение конуса 10 14 см

Погружение конуса 8...10 см:

Предельные значения пластической прочности были (ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 104 Ю-3 МПа в 390 мин ; (ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 52 10~3 МПа в 390 мин , (ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 32 10~3 МПа в 390 мин Предельные значения напряжения сдвига были (ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 25 Ю-3 МПа в 390 мин , (ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 22 10"3 МПа в 390 мин , (ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 16 10'3 МПа в 390 мин

Погружение конуса 10...14 см:

Предельные значения пластической прочности были (ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 88 10"3 МПа в 420 мин, (ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 51 10"3 МПа в 420 мин , (ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 32 10'3 МПа в 420 мин Предельные значения напряжения сдвига были (ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 20 10"3 МПа в 420 мин , (ПЦ+30 % ПСМС+С-3) -16 10"3 МПа в 420 мин , (ПЦ+50 % ПСМС+С-3) -13 10"3 МПа в 420 мин

Была количественно оценена ¡-елевая, капиллярная, воздушная пористость цементной матрицы в зависимости от состава и погружения конуса. Самая высокая ге левая пористость, самые низкие капиллярная и воздушная пористость определены у камш при погружении конуса 4.-/8 см. С увеличением погружения конуса и при повышении расхода микросфер г елевая пористость снижается, а капиллярная и воздушная - возрастает. Причем, ¡елевая пористость максимальна при расходе ПСМС 10 % от массы 1П I и равна 94 % от всей пористости цементной матрицы. Установлено, что самая низкая гелевай пористость при расходе Микросфер 50 % и погружении конуса 10, ..14 см. Это связано, видимо, с количеством воды затворен дат, которая по-разному распределяется в объеме материала. Все механические свойства у затвердевшего раствора с ПК = 4...8 см выше, чем у остальных растворов с ИСМ.С. Данный исследований после компьютерной обработки по программе ВолГАСУ позволили получить графики дифференциального и интегрального распределения пор по диаметрам. Результаты изображены на рис. 5...К. На них условно соединены кривые дифференциального и интегрального распределения пор при Р/Р.>0,97. .0,9^ или 97...98 %.

Результаты приведены в табл. 6, 7, 8.

- „ _

ЯРЕ

о.эоо 0.501) 0.700 и.аао о.-эоо 0,840 0,э&5 д. над о.эйй

1д (с1. Е-08 т)

Рис. 5. Дифференциальное и интегральное распределение пор по диаметрам цементной матрицы с 10 % ПСМС и СП С-3 в зависимости от относительной влажности водяного чара, (воздуха).Погружение конуса 10.,, 14 см.

Рис. 6. Дифференциальное и интегральное распределение пор по диаметрам цементной матрицы с 10 % 11СМС и СП С-3 в зависимости от относительней влажности водяного пара (воздуха). Погружение конуса 4., .8 см.

Были определены коэффициенты паропроницания и сопротивления нароирошщагшю штукатурных растворов с ПСМС и СП с разной подвижностью. Результаты приведены в табл. 8.

№

О.КЮ О.ЛМ о.аэо и. 300 О,У40 У,0,362 (ЗДОб

1э 6-05 гя)

Рис. 7. Дифференциальное и шЦегрЕщьное распределение пор по диаметрам цементной матрицы е 50 % ПСМС и СП С-3 в зависимости от относительной влажности водяного пара (воздуха). Погружение конуса 4... 8 см.

О.ЗСО 0,503 0,700 0,1500 0,000 0.940 0.975 0.962 С.В86 О.ОМ

1

п 1 1

т 3— ■ э ■,

га1 в - ' И К

1,39 1,60 1,85 2,04 2,34 2,57 2.00 г,9+ 3,00 Я,18 5.33 >3 (О, Е-03 гт>>

Рис. 8. Дифференциальное и интегральное распределение пор по диаметрам цементной матрицы с 50 % Г1СМС и СП С-3 в зависимости от относительной влажности подано го пара (воздуха). Погружение конуса 10... 14 см.

Была «пределе] 1а общая пористость затвердевшего раствора (с учетом внутреннего объема полых стеклянных микросфер). Она повышается по мере роста ПК и расхода ПСМС.

Самая низкая общая пористость наблюдалась у состава с 10 % микросфер и 1 % СП при ПК = 4...8 см. Она составляет 28,5 % при пористости матрицы, равной 9,6 %. Самая большая общая пористость у состава с 50 % ПСМС и 1 % СП с ПК = 10... 14 см. Она равна 88,1 % при пористости матрицы - 46 %. с 50 % ПСМС и 1 % СП с ПК = 10. ..14 см. Она равна 88,1 % при пористости матрицы - 46 %.

Определено, что самую низкую общую пористость имеет состав с 10 % микросфер, а самую высокую — с 50 % ПСМС. Общая пористость у последнего состава достигает 88,1 %, что с учетом прочностных данных говорит о высокой эффективности таких растворов. Причем, пористость матрицы составляет от 1/3 до половины общей пористости у растворов с 10 % и 50 % полых стеклянных микросфер соответственно.

Таблица 6

Пористость цементной матрицы с микросферами при различном погружении конуса

Состав, мае % Пористость затвердевшего раствора, %, при погружении конуса

4 8 см 8 10 см * 10 14 см

геле-вая капиллярная воздушн ая геле-вая капиллярная воздушн ая геле-вая капиллярная воздушн ая

100 Ц, 10ПСМС, 1 СП 94 5,2 0,8 90 9 1 78,1 19,9 2

100 Ц, 30 псмс, 1 СП 87,4 10,6 2 76,4 21,2 2,4 68,9 28 3,1

юоц, 50 ПСМС, 1 СП 80,6 15,3 4,1 70 25 5 62 31 7

* - по данным К И Кириллова

Таблица 7

Общая пористость цементного камня с полыми стеклянными микросферами при различном погружении конуса

Состав, мае % Пористость затвердевшего раствора, %, при погружении конуса

4 8 см 8 10 см* 10 14 см

матриц ы ПСМС общая матри цы ПСМС общая матриц ы ПСМС общая

100 Ц, 10 ПСМС, 1 СП 9,6 18,9 28,5 11 21,8 32,8 12,6 25 1 37,7

100 Ц, 30 ПСМС, 1 СП 25,5 27,2 52,7 29 31,8 60,8 33,3 36,5 69,8

ЮОЦ, 50 ПСМС, 1 СП 36,5 31,8 67,3 42 36,3 78,3 46 42,1 88,1

* - по данным К И Кириллова

Установлено, что коэффициент паропроницания снижается по мере уменьшения подвижности раствора с 10 14 см до 4 8 см Это снижение составляет 38 38,2 % Рост сопротивления паропроницанию в этих условиях находится в пределах от 20,1 до 28,2 % Следовательно, при таком паропроницании потери тепла через наружные стены и усадка при высыхании будут существенно ниже

Таблица 8

Коэффициент паропроницания строительного раствора с ПСМС и СП с различным погружением конуса

Погружение конуса

4 5 см 8 10 см 10 14 см

Состав, Коэффициен Сопротивлен Коэффицие Сопротивлен Коэффициен Сопротивлен

«с % т ие нт ие т ие

паропрониц паропроница паропрониц паропроница паропрониц паропроница

ания, нию, ания, нию, ания, нию,

мг/м чПа м2 чПа/мг мг/м чПа м2 чПа/мг мг/м чПа м2 чПа/мг

100 Ц,

10 ПСМС, 0,0063 1,196 0,0076 1,015 0,0087 0,915

1 СП

100 Ц,

30 ПСМС, 0,0254 0,35 0,0305 0,328 0,0351 0,273

1 СП

юоц, 50 ПСМС, 0,0415 0,231 0,0498 0,2 0,0573 0,187

1 СП

На основании научных исследований были разработаны технические условия «ТУ 4140-073-02066525-2005 Штукатурный раствор с полыми стеклянными микросферами» и технологический регламент на приготовление и применение штукатурного раствора с полыми стеклянными микросферами

Экономический эффект от внедрения штукатурного раствора с полыми стеклянными микросферами составил 76 тысяч 779 рублей

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Обосновано получение облегченных малотеплопроводных цементных штукатурных растворов для наружных фасадов зданий путем применения в качестве заполнителя полых стеклянных микросфер и суперпластификатора, снижающих общую пористость и средний диаметр пор, улучшающих пластическо-вязкие свойства раствора, а также формирующих более качественную контактную зону между цементной матрицей и микросферами за счет образования низкоосновных гидросиликатов кальция и уплотнения структуры

2 Установлены графо-аналитические зависимости реологических свойств Растворы с ПСМС имеют стабильную структуру в течение 4 часов после перемешивания С увеличением расхода микросфер от 10 до 50 % плотность увеличиваются с 0,5 % до 4,4 % Растворы с суперпластификатором увеличивают среднюю плотность в среднем на 2,9 % Менее подвижные растворы обладают повышенной стабильностью

3 Установлено, что коэффициент паропроницания у растворов с ПСМС и СП снижается на 38 38,2 % при уменьшении подвижности раствора с 10. 14 см до 4 8 см, а рост сопротивления паропроницанию равен 20,1 до 28,2 %

4 Подтверждено экспериментально, что с увеличением расходов ПСМС повышается В/Ц, влажность и водопоглощение затвердевшего раствора, снижаются средняя плотность раствора и затвердевшего камня в естественном и высушенном состоянии, а также прочностные показатели Оптимальным расходом СП С-3 является 1 % от массы портландцемента Оптимизированы составы штукатурных растворов

5 Получены математические модели свойств штукатурного раствора и камня Получены уравнения регрессии физико-механических и реологических свойств штукатурных растворов в зависимости от расхода полых стеклянных микросфер и суперпластификатора

6 Установлено, что цементные растворы с ПСМС имеют водоудерживающую способность более 90 % , достигающую значение 98 % При увеличении погружения конуса от 4 8 до 8 10 и 10.14 см водоудерживающая способность растворов уменьшается за счет повышения содержания воды в растворе снижения поверхностной активности микросфер

7 Определено, что прочность сцепления растворов с ПСМС с различными основаниями увеличивается при снижении подвижности раствора и уменьшается по мере роста расхода микросфер

8 Установлена закономерность влияния содержания полых стеклянных микросфер в цементной системе на набор прочности и сроки схватывания В действительности, чем ниже содержание наполнителя в цементной системе, тем

быстрее он набирает пластическую прочность и происходит увеличение значений напряжения сдвига Более того, с ростом количества микросфер для всех видов растворов, сроки схватывания увеличиваются за счет повышения воды затворения Определено, что более высокой подвижности раствора соответствует более высокие сроки начала и конца схватывания

9 Определено, что гелевая пористость максимальна при расходе ПСМС 10 % от массы ПЦ и равна 94 % от пористости цементной матрицы, а при расходе микросфер 50 % и ПК = 10 14 см гелевая пористость снижается до 80,6 % за счет более высокого водозатворения При этом все механические свойства у затвердевшего раствора с ПК=4 8 см выше, чем у более подвижных растворов с ПСМС

10 Установлено, что общая пористость затвердевшего раствора повышается по мере роста ПК и расхода ПСМС при 10 % микросфер ПК = 4 8 см она составляет 28,5 % при пористости матрицы, равной 9,6 %, при общей пористости у состава с 50 % ПСМС с ПК =10 14 см - 88,1 % при пористости матрицы - 46 % Определено, что самую низкую общую пористость имеет состав с 10 % ПСМС определено, что пористость матрицы составляет от 1/3 до половины общей пористости у растворов с 10 % и 50 % полых стеклянных микросфер соответственно

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1 Пашкевич А А Сухие строительные смеси для систем наружной теплоизоляции фасадов / В сб международной научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности - М МГСУ, 2007 - 582 с , С 441 -443

2 Пашкевич А А, Первушин Е Г, Орешкин Д В Полые стеклянные микросферы и формирование цементных систем / В сб докл научно-техн

конф с межд участием «Строительная физика в XXI веке» - М НИИСФ, 2006 - С 134-139

3 Пашкевич А А Сухие строительные смеси как перспективный строительный материал / В сб международной научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности - М МГСУ, 2006 - 582 с , С 441 -443

4 Кириллов К И, Пашкевич А А, Первушин Е Г, Орешкин Д В Облегченный кладочный раствор / В сб докл научно-техн конф с межд участием «Строительная физика в XXI веке» -М НИИСФ, 2006 - С 151-154

5 Пономаренко Д В , Перфилов В А, Пашкевич А А, Орешкин Д В Проницаемость цементных материалов // Вестник ВолГАСУ Серия «Архитектура и строительство» - Волгоград ВолГАСУ, 2007, № 7 - С 141 -143

6 Пашкевич А А, Орешкин Д В Сухие смеси с полыми стеклянными микросферами для получения штукатурных растворов // Сухие строительные смеси, 2007 - №2 - С 21-23

7 Орешкин Д В , Пашкевич А А , Первушин Е Г Формирование структуры цементных систем с полыми стеклянными микросферами / Сб докл VIII науч -техн конф - Ухта УГТУ-2007 -С 276-279

Лицензия ЛР № 020675 от 09 12 1997 г

Подписано в печать 03 10 07 г Формат 60x84 1/16 Печать офсетная И- Объем 1,5 п л Тир 100 Заказ 59

Московский государственный строительный университет Экспресс-полиграфия МГСУ , 129337, Москва, Ярославское ш , 26 тел /ф (495) 183-3865, рс1у@п^8и ги