автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Декоративные бетоны, модифицированные техническим растительным маслом

ЫОСКОВС^ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНДО УНИВЕРСИТЕТ > . ;. .¡' • на правах рукописи

Мануйлова Елена Николаевна

Декоративные бетоны, модифицированные техническим растительным маслом.

05.23.05. - Строительные материалы к изделия.

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

йчбота выполнена в Московском государственном строительном

университете.

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор Воронин В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Андрианов P.A.

кандидат технических наук доцент Астахов H.H.

Ведущая организация: АО НИПТИ "Стройиндустрия"

Защита состоится "4" апреля 1995 г. в 15 час 30 мин на ааседании диссертационного совета К 063.11.02 при Московском государственном строительном университете по адресу: Иосквл, Шлюзовая наб., 8 в ауд. # 307

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отэыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, МШУ, Ученый Совет.

Автореферат разослан "2" марта 1996 г. I

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доц.

Ефимов Б.А.

ВВЕДЕНИЕ

' АКТУАЛЬНОСТЬ. Современное строительство и реконструкция зданий и сооружений выдвигает повышенные требования к их архитектур-но-худохественноыу оформлению.

Одним из направлений решения данной проблемы является применение декоративных бетонов, имитирующих горные породи. Однако, такие бетоны имеют, как правило, низкую долговечность.

В настоящее время имеются разработки по повышению долговечности декоративных бетонов, заключающиеся в обработке изделий полимерами. Несмотря на высокую эффективность этого метода применение его сдерживается слокностью технологии, связанной с токсичностью, взрывоопасностью и высокой стоимостью пропиточных составов. ■

Проблема получения высокоэффективных декоративных бетонов решается путем использования в качестве пропиточных составов технических растительных масел, входящих в группу высыхающих, существенно упрощающих технологию.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с государственной комплексной программой "Стройпрогресс- 2000".

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Основной целью диссертации является получение эффективных декоративных бетонов, обладающих художественной выразительностью и повышенными физико-механическими свойствами. Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обоснование применения технических растительных масел в качестве пропиточных составов для декоративных бетонов;

- исследование свойств технических растительных масел с целью применения их в качестве пропиточных составов для декоративных бетонов;

- разработка составов декоративных бетонов;

- обоснование способов модификации декоративных бетонов пропиточными составами на основе технических растительных масел;

■■■ ■■ . 4

- исследована свойств декоративных бетонов, ыодифицировап-1Ш технический растительным маслом;

- разработка рекомендаций по технологии декоративных бетонов, модифицированных техническими растительны.« маслами и проведение опытно-промышленного опробования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Обоснована возможность использования технических растительных масел в качестве пропиточш составов и получение эффективных декоративных бетонов, .обладающее' художественной выразительность»,повышенной прочностью и морозостойкостью.

Установлены зависимости влияния гранулометрического состава заполнителя,. вида вяжущего, "расхода пигментов, влияния добавок ПАВ и. свойств пропиточных составов на физико-механические и декоративные свойства, обрабатываемость и морозостойкость декоративных бетонов.

Установлена зависимости, параметров сушки, пропитки и полимеризации технических растительных масел от состава и структуры декоративных бетонов.

Разработана (¿ногофакторвые зависимости прочности, пористости декоративных бетонов» а также количества поглощенного ими технического масла от расхода цеыеита, воды к активности вяжущего, необходимых для оптшшзащш составов декоративных бетонов.

Получены завискшств температурно влаяностных деформаций и< морозостойкости декоративных бетонов от их состава и структуры, а также от способа введегш добавки ПАВ в пигмента в бетонную смесь.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНШШЬ РАБОТЫ. Разработана технология модификации декоративных бетонов техническим растительным маслом, вжимающаяся в нагревании технического растительного масладо 130-140%, сушке изделий до 180-200еС, их последующей пропитке на заданную глубину и полимеризации пропитанных изделии при 180-200 "С в течение 6-8 часов.

Разработан способ введения пигментов и ПАВ, заключающийся в совместном' помоле их с портландцементом, позволявши более эффек-

tübho использовать пигменты и вякуцее в декоратщиак бетонах.

Получены дегоративныс бетоны, гаоткруюцие горные породи (габбро, диабаз, базальт, гранит, известняк) с прочностью от БО до 00-100 МПа, морозостойкостью более 500 циклов, водопоглсдениеи около 1% по массе. НА ЗЩ1ТУ вьакшся:

- теоретические положения о возможности применения технических растительных масел в качестве пропиточного состава для кодификации декоративных бетснсв;

" - разработка способа модификацт декоративных бетонов техническим растительным маслом:

\ - разработка способа введения пигментов и ПАВ в декоративные бетоны;

;/•'"- свойства декоративных бетонов, шдифицироватш техническим растительным маслом;

- зависимости параметров сушки и пропитки от состава и структуры декоративных бетонов. '

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

7 Опытно- промышленное внедрение результатов диссертационной работы проведено на АОО ЮШТИ "Стройиндустрия". Объем внедрения составил 50 м2 облицовочных плит и 100 шт. изделий малой архитектурной формы. При реализации данных изделий экономический эффект составил около 300 т.руб.

ПУБЛИКАЦИЯ. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в одной печатной работе.

ОВЬЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, обда выводов, списка литературы из 119 наименований и приложения. Диссертация содержит ' страниц иашшописиого текста, ' табл.,

рис. '

: СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ.

Современное строительство и реконструкция зданий и сооружений выдвигает повышенные требования к их архитектурно-художественному оформлению. Это требует большого количества отделочных

материалов. За последнее время хорошо зарекомендовали себя в декоративном отношении цветные бетоны и растворы. Однако, их основным недостатком является относительно низкая, долговечность. Это связано с наличием в них разветвленной сети пор,- капилляров, микротрещин и других дефектов структуры, которые образуются как на стадии изготовления бетонных иэделий, что обусловлено особенность» их составов, так и в процессе их зкслуатации. Для устранения этих дефектов необходимо повысить плотность и прочность, а также непроницаемость поверхностных слоев бетона.

Существует много способов для устранения этих недостатков. Самым аффективным является пропитка бетонов мономерами с последующей полимеризацией их в порах бетона. Для пропитки бетонов наши широкое применение мономэры, отличающиеся низкой вязкостью, хорошей способностью проникать в поры бетона и высокой прочностью. Наиболее аффективные иг них: метилметакршшт, стирол, акрилонит-рил, винилацетат.

Обработка такими пропиточными составами делает бетон не только более долговечным, но и значительно повышает прочность бетонных изделий. Однако мономеры, используемые для модификации бетонов дефицитны, а сложность технологии делает пропитку дорогим и трудоемким процессом. Но самым большим недостатком является то, что большинство мономеров летучи, а т.к. процесс полимеризации относительно длинный, до 30 % мономера испаряется. Для устранения этого недостатка надо либо применять защиту, либо искать другие новые и распространенные материалы, которые могут быть использованы для тех же целей.

Эффективный пропиточный материал для бетона дешев обладать следующими свойствами: низкой ценой, доступностью, точкой плавления в пределах 100-400°С, малой вязкостью перед затвердеванием, способностью смачивать поверхность бетона, иметь значительную механическую прочность и жесткость после затвердевания, быть химически инертным, иметь низкое давление паров над твердой фазой, обладать огнестойкостью.

Большинству требований, предъявляемых к пропиточным составам, : удовлетворяет техническое растительное масло, относящееся к группе высыхащих. Однако, данных о возможности их применения в качестве лропиточных составов для декоративных бетонов нет. В сваей с этим для получения эффективных декоративных бетонов, путем ьюдификацим их технотесшм растительныш маслами были проведены систематические исследования.

Дая исследований использовали портландцементы М400 Подольского завода н ЩО Воскресенского завода, суперпластификатор 0-3, в качестве ваполнителя для декоративного бетона использовали щебень из красного гранита Токовского месторождения, с насыпной плотность» 1290 кг/и5, щебень из габбро Слипчянского месторождения с насыпной плотность» 1485 кг/у* и известняковый щебень Ков-ровского карьера с насыпной плотностью 1260 кг/и* Для придания художественной выразительности использовали пигменты: сурик хе-лезный, технический углерод, «ел, охру и др. В качестве пропиточных составов кспользоват техническое растительное масло, олифу, сиккатив.

Для кодификации декоратквпых бетонов наиболее пригодны следующие растительные технические масла: тунговое, льняное, перил-чдовое, конопляное и ойтисиковое. Масла этой группы обладают наивней прочностью при затвердевании, не плавятся и не растворяются. Проведя изучение литературных данных по составам, структуре, свойствам и процессу твердения растительных масел можно сделать следующий вывод:растительные масла при высыхании создаэт твердую необратимую пленку в результате образования сетчатой (пространственной) структуры вследствие протекания в основном реакции ауто-окислительной полимеризации по двойным .связям в кислотных остатках жирных кислот.

Процесс окисления происходит следующим образом:

а

II 4 г I

4-СН-СН- + -0-0- ----2-СН-СН- + 2-СН-СН- —- 2СН-СН ....

II ' :■ » I

масло 0 . -СН СН-О-

.1 ■■■■■ Г I . ■

инициатор трехмерный сополимер

Процесс взаимодействия масла с кислородом воздуха продолжается и после высыхания. С течением времени увеличивается, число поперечных связей, что способствует повышению твердости покрытия.

Кроме сополимеризащм молекул масла происходит полимеризация масел и без доступа воздуха:

I I

-СН-СН- + -сн-сн- -—сн-сн- ш . сн-сн

I I . I I

масло -СН-СН- -СН СН-

шшшер I I

Бескислородная полшеризаци а полимеризация мономеров с образованием кислородных мостиков привода к образован»» смеси новых молекул следующих типов:

а - полимеры — подвижные молекулы нивкой степёни полимеризации, например.- ди- и тримеры, которые в среде сохранившихся исходных мономерньи молекул дают то, что называется полимеризован-ным маслом;

Ь - полимеры — малоподвижные молекулы, представляющие собой разветвленные в пространстве иеОапшие трехмерные агрегаты, взаимно не связанные;

полимер, взаимосвязанный трехмерный полимер, составляющий основу структуры нераетворши в неплавких смол и пленок.

В жидком состоянии полимеризуемых зфиров доминируют полимеры-а, сильно разбавленные мономерами. Накопление полдое^в-Ь как

8а счет межмолекулярной полимеризации, так и в& счет изомеризации. При этом на любой стадии может встретится три типа полимеров, и по мере Полимеризации количество Ь и полимеров увеличивав ется.

При изучении свойств технических растительных масел и композиций на их основе, в качестве пропиточных составов для модификации бетонов, было, установлено, что вязкость этих композиций зависит от изменения темпера4уры. С повышением температуры вязкость . пропиточных составой понижается. При температуре 130- 140вС техническое растительное масло имеег наименьшую вязкость, при дальней-пем повышении температуры она практически не меняется. Вязкость олиЗн достигает минимального значения при температуре 160-1б0°С.

При пропитко бетона' использовалось несколько пропиточных составов на основе технического растительного масла: олифа, смесь сшакатива и растительного масла, а также чистое техническое растительное масло.

Исследования по применению олифы, в качестве полимеризущего-сз состава пошали, что вследствие высокой вязкости и большого размера молекул, проникновения олиф в поры бетона не наблюдалось.

Пропитка образцов в смеси масла и сиккатива при температуре 130-140°С не привел к положительным результатам.

Обработка бетонных образцов сиккативом о последующей сушкой и пропиткой растительным маслом также не привела к ожидаемым ре-вультатам.

Положительные результаты были получены при пропитке бетонов маслом, нагретым до температуры 130-140%.

Результаты пропитки всех пропиточных составов представлены в табл.1.

w

ТеОища!.

Изменение массы декоративных бетонов пря обрзЗотко т проттзчныш составами.'

IИзменение массы образца (4x4x16 см), t Пропиточный 1в г при пропитке, череа мин. I Глубина

I-------------------------'------------1 пропит-

состав I 30 I 90 I 120 I 150 f кй, с*-1 1 I I \

Олифа 16 23 28 30 0,5* Смесь масла

и сиккатива 11,5 13,8 14,3 16,0 0,27 Растительное

техническое 105,7 109,6 110,5 .111,0 1,98

масло

На основании данных табл. 1 можно едешь вывод, что наиболее эффективным пропиточный составом является чистое растительное техническое шело без добавок и примесей.

Для повышения степени заполнения бетона техническим растительным маслом применяли способ сшовакууьшрования. Для этого образны бетона нагревали дотемпературы 800% при погружении бетонного образца имевшего температуру 200°С о масло при температуре 130-140°С происходила интенсивная пропитка маслом. Количество поглощенного масла увеличилось на 20-2БХ по сравнении с исследованиями без самовакууиирования.

При изучении процесса твердения технических растительных маг-сел было установлено, что повышение температуры и облучение инфракрасными лучами, а также введение сиккативов ускоряет процесс аутоокислительной полимеризации растительных масел, Поэтому та»-меризацию технических растительных масел в теле бетона проводили тремя разными способ: ми: на воздухе, в сушильном шкафу и с по-

и

шщью инфракрасного облучения. ,

Данные опытов показали, что на воздухе полимеризация техпи-чесюто растительного шсла происходит очень медленно, болео бистро она происходит при инфракрасном облучении я наиболее бистро полимеризация происходит в сушильном - шкафу при температуре аюло 200вС. Результата исследования изменения прочности модифицированных бетонных'образцов в процессе полимеризации представле-пи*'В табл.й.

Таблица 2.

■Свойства образцов декоративного бетона, модифицированных техническим пяститмътл.» идолом,

Способ (Прочность!Рост прочности во 1ВОДОПОГЛО-

подг.но-1 при ска- 1 времени, , Ша 1щ,ение по

ризацигИти!! шгг- 1 Шасс э, %

¡рольного

1образца, 1 3 ! 7 1 14 1 1 28 1 до 1 после

1 МПа 1 ДНЯ 1 дней 1 дней 1 1 дней ¡про- 1про-

1 . Г 1 1 ; 1 1 1ПКТ1Ш1ПИТ1Ш

Иа воз-

духе 42,2 13,79 18,43 19,15 20,61 4,93 0,75

Прогрев

иифра-

красны- 42,36 10,71. 12,23 14,35 21,35 5,1 0,86

Ш1 лу-

чами

В. су-

шильном 42,3 19,2 24,2 42,3 59,2 4,93 0,7

шкафу

На основании проведенных исследований был разработан следующий способ модификации бетона техническим растительным маслом.

Изготовленные изделия из декоративных бетонов подвергаются сушке при температуре 180-200°С. Масло нагревают до температуры 130-140° С. Затем нагретое-изделие -погружают в масло." Пропитку осуществляют в течение такого времени, которое необходимо для проникновения масла на заданную глубину. Затем'пропитанные изде-. лия подвергаются полимеризации при температуре около 200°С в течение 6-8 часов.

При подборе состава декоративного бетона,. ■шитирУещёго природный камень было установлено, что не следует использовать песок, а часгаш менее 1,25 мм, получаемые при-дроблении -природного камня, изменяют цветовые характеристики заполнителя темноокрашеп-ных пород. Поэтому в этом случае их содержание следует ограничивать. Ориентировочный гранулометричесш! состав заполнителей из дробленого природного камня для декоратшмых бетонов представлен в табл.3. ■ : .

■Таблица 3.

Гранулометрический состав заполнителей для декоративных бетонов.

N1 I Содержание частиц отдельных фракций

п/п1 Заполнитель I------------——.......................

I I 20-101 5-10 I 2,5-5 11,25-2,51 0,63-1,25

1. Гранит серый, 1 1 1 1 1

гранит (фасный, 1 10 1 80 1 45 1 9 1 6

габбро 1 1 1 1 1

2. Иввестняк 1 б 1 18 1 42 1 20 1 14

3. Мрамор 1 10 1 1В 1 45 1 15 1 14

Исследовали декоративные бетоны с расходом цемента от 300 до 900 кг/м'в умеренно жестких и подвижных бетонных смесях. Однако, учитывая, что прочность затвердевшего технического растительного масла уступает прочности полимеров, ожидать значительного прирос-

га прочности декоративных бетонов, обработанных,техническим растительным маслом'не приходится. Поэтому при использовании технических растительных масел в качестве пропиточных составов необходимо было предусмотреть мероприятия, направленные на повышение прочности бетонной матрицы. Известно, что введение ПАВ способствует повышению, прочности бетона особенно при совместном помоле с портландцементом.

' Для придания декоративным бетона',! художественной выразительности применяют пигменты. Как правило они имеют: высокую удельную поверхность, ж трудно равномерно перемешивать с цементом. Позто-■му введение пигмента при совместном помоле ПАВ с портландцементом будет способствовать более равномерному распределению его в объеме бетона, экономии пигмента, его диспергации и достижению большей художественной выразительности дегаратквних бетонов.

Составы бетонных смесей приведены в табл.4. ,5., а свойства неходких контрольных к .юдифщцюванньа техническим' растительным маслом бетонов приведены в.табл.6.

. Анализ; данных табл.6, . показал, что наиболее эффективно используется -масло, в бетонах на основе портландцементов, прошедших механо-ХШ1чес1?уюгактивацию, т.к. несмотря- на то, что количество масла, поглощаемого этими бетонами уменьшилось по сравнений с предвдущими составами, прочностные .-характеристики бетонов остаются практически одинаковыми.

Таблица 4.

Составы.декоративных бетонных смесей.

N I Марка I Расход материалов в кг I I

п/п1 ------------1 на 1 »^бетона ... I В/Ц I Удобоук-

1цемен-1бето-1———————--—I I ладыва-

1та 1на I Ц I В I 3 I I мость

1 I 2 I 3 I 4 15 I 6 I 7 I 8

1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 % 17 1 8

' Составы декоративный бетонных смесей на ПЦ

1. 300 300 297 172 1982 0,58 50с

г. 400 200 300 193 1860 0,64 3 см

з. 400 250 341 188 1838 0,55 2 си

4. 400 250 385 ' 213 1737 • 0,55 9 см

5. 500 400 409 193 187С- 0,47 - 55 с

6. 500 400 546 252 149£ 0,46 2 с и

7. 500 500 550 212 160£ 0,39 50 С

а. 600 500 725 284 1265 0,39 2 си

9. 600 500 928 390 1040 0,42 8 сы

То же ва Щ с С-3 ( с расходом 0,8 % от кассы Ц)

10. зоо 300 238 138 .2058 . 0,58 50с

н. 400 200 240 151 2014 0,64 3 СУ

12. 400 250 275 151 1992 0,55 2 СУ

13. 400 250 309 170 1914 0,55 9 си

14. 500 400 330 155 1635 0,47 55 С

16. 500 400 439 202 1720 0.46 2су

16. 500 500 436 170 1806 0,39 50 с

17. 600 '500 582 227 1534 0.39 г см

18. 600 500 743 312 1175 0.42 б СИ

Примечание: Расход сурика жедеаного - сажа - Ж от массы цемента;

Составы декоративных бетонных смесей на Щ '' иехано-хшгсшсую активации.

N I (Запад-IРасход материалов в кг I I

п/п ¡Пигмент Нштель! на 1 м бетона 1 ¡Удобо-Г : —1—( в/Ц ¡уклады-

I I I Ц I В 1 3 I 1ваемость

2,и СИ 2,5 с« 2,5 см

7аблица 6.

Свойства декоративных бетонов.

N I ¡Прочность при1Колшгесгво погло- Шодопоглощенш н/п I (даш, Ша (¡ценного масла, % 1по массе, %

по )Шрйс-1—-———.г——.———— ——------

табл1тость }непро-1пропи-1по массе!по объо-1пепро-1пропи-4.,51 I ткан-Панно-! Шу ¡питан- (тайного I 1ного !го бе-1 Ш 1 Ш 1яого ¡бетона 1 1бетона1тона I I 1бетона1

1 I 2 I 3 14 I 8 ) в I 7 I 8

1. 14,3 35,1 48,4 5,6 6.15 8,58 0,77

2. 15,2 26,2 35,9 6 6,6 9,1 0,81

3. 16,5 24,8 33,5 6,9 7,1 10,23 0,8

4. 15,6 22,1 29,8 6,1 6,7 9,2 0,78

15

Таблица 5.

, прошедших

19. Еелеэ-

•мм!. А ¿/«ошдд и

' сурз т

20. Сажа Габбро 270

21. Мел Извест-

няк 270

А ОО «Л1Л Л 1Л

125 2200 0,46 135 1800 . 0,46

1 I 2 I 3 1 4 1 5 1 6 * ■ 17 1 8

5. 15,4 44,4 62,2 6,2 6,6 9,3 0,82

б. 18,2 42,2 58,7 7.7 8,2 11,2 0,83

7. 16,1 51,5 73,1 6.4 6,9 9,6 0.87

8. 19,3 51.3 73,9 8.5 8,7 12,3 0,87

9. 24,3 50,9 73,8 10,7 10,95 15,0 0,87

10. 10,8 35,6 49,1 3,84 4,64 6,4 0.87

И. 12,4 26,6 36 4,64 5,3 7.4 0,83

12. 11,6 25,2 33,1 4,32 4,99 ?,о 0,87

13. 13.1 22,0 30,2 5.12 5,63 8,0 0,89

14. 11.3 44,1 61,9 4'. 4,86 6,6 0,85

15. 14,7 42,0 59; 1 6 6,32 9,1 0,81

16. 11,5 51,3 72,5 4.16 .4,9 . 6,8 0,81

17. 15,4 51,5 73,0 6,48 6,6 9,7 0,75

18. 21,8 51,3 73,3 9,68 9,87 13,7 0,75

19. 7,9 35,7 51,1 2,16 3,39 4.3 0,7

20/ 8,1 34,0 47,6 2,4 3,48 4,6 0,78

21. 11,6 30,6 42,2 4,16 4,99 6.8 0,81

Установлено, что количество поглощенного масла (Мо) связано с пористостью бетона (П) линейной зависимостью:

Мо- 0,43 П , % 1.

Зависимость количества поглощенного масла по массе (Км) от водопоглощения бетонов по массе (Вм) имеет вид:

Мм- 0,8 Вм - 1,28 , X 2.

Прочность модифицированных бетонов возрастает с увеличением глубины пропитки. С увеличением глубины пропитки во-первых, воз-

растает влияние "эффекта обоиш" более прочного модифицированного слоя. Во-вторых повышается степень насыщения пор пропитанного бетона маслом в результате заполнения более тонких пор и капилляров. . 8 третьих уменьиается толщина непропитанного ядра, т.е. возрастает влияние маситабного фактора. На рис.1, представлена зависимость. изменения.прочности и морозостойкости от толщины пропитанного слоя. Анализ полученных данных показал, что возрастание прочности нашшается при глубине пропитки около 0,8-1,0 см. При большой глубине пропитанного слоя прочность интенсивно возрастает. Иная картина .с морозостойкостью, вначале она возрастает очень резко, а при глубине прогагащ, начиная с 1 см практически не меняется.:

Для ускоренной оценки морозостойкости дясоративных бетонов использовали дилатометрический.метод..

Измерение.температурныхдеформаций производилось на образ-цах-балочкач (4x4x16 см), составы которых приведены'в табл.?.

Таблица 7.

Составы и.свойства декоративных бетонов.

I Расход .материалов I I I I £ * Ш"5

I на 1 м в кг I» 1 I 1——..........

ц [_—„.—.——| | |контроль- !модифи-

п/п1 I I I В/Ц1 Пк,1 ШЗ, 1шй1 обра- (цировая--

I Ц I В I 3 I I I 1вец 1ный об-

I I I I IX Iциклы! 1разец

1. Декоративный бетон на Щ

341 188 1838 0,55 8.6 75 30 1,5-2

2. Декоративный бетон на ПЦ о С-3

309 170 1914 0,55 7,7 125 15 1,5-2

3. БНВ

270 125 2200 0,46 4,4 370 5 1-1,5

Анализ температурных деформаций модифицированных декоративных бетонов показывает, что кривые "относительное удлинение -температура" не имеют аномальных отклонений. Это подтверждает, что обработка декоративных бетонов техническим растительным «ас-лом резко повышает морозостойкость декоративных бетонов.

Исследовшие структуры декоративных беганоБ, . юд*.!.ф;щироаа1[-шх техническим растительны,! маслом под оптическим и электроннш микроскопа.«!обнаружило их высокую -плотность и проникновение упрочняющего компонента в структуру гидратнах в том числе и гидро-* силикатных фаз; не установлено наличие новообразований, связанных с химическим взаимодействием. ме*ду маслом' й компонентами ; цементного камня. Оставшиеся в бетоне поры, не заполненные маслом/, име-■ ют в основной коифигурадиа близкую к сферической. Поры завдути, и распределены ; неравномерно : и находятся главным образом на поверхностных !участках образцов. Зто объясняется десорбциеймасла до завершения / процесса полимеризации.. Пропитка маслом изменяет структуру контактной зоны цементного камня с заполнителем. Масло заполняет все неровности, поры й трешдаы на поверхности заполнителя.

В декоративных бетонах, с поверхностной пропиткой можно выделить следующие основные элементы: модифицированный поверхностный слой, переходные зоны, основной слой бетона.

Строение модифицированного слоя зависит от состава и свойств бетонной матрицы, пропиточной композиции и технологии.

Образование переходных зон происходит после завершения пропитки бетона в результате испарения масла в окружающую среду и отсоса его внутрь бетона.

Исследованиями установлено, что чем меньше В/Ц и выше содержание цементного камня в бетоне, тем меньше переходная зона между пропитанным слоем и бетонным основанием. С увеличением глубины пропитки, а также в пористых и ыалопрочных бетонах она больше и может составлять до 501 от всего пропитанного слоя.

Зависимость прочности при сжатии и морозостойкости декоративных бетонов на модифицированном цементе, пропитанных ТШ, от глубины пропптки

' 1 - прочность при сжатии; 2- морозостойкость.

Рис 1.

На строение и свойства переходной зоны оказывает влияние крупность и прочность заполнителя, с увеличением крупности сапол-пителя увеличивается величина переходной зоны, при этом заполнитель играет роль "шпонок" между пропитанной и вепропитанной частями бетонного слоистого материала в эксплуатационных условиях.

Исследования контактной зона образцов бетона производилось ва сканирующем электронном микроскопе ЛБИ-25, просматривались свежие сколы образцов, сделанные таким образом, чтобы скол прсхо-дзз через цементный камень и заполнитель.

го

Электронно-микроскошмесюю исследования повазади, что плотность переходной воны значительно превосходи? плотность непропи-танного бетона. В тоже время в области переходной воны имеется большое количество пор, не заполненных маслом.

Было установлено, что при повышении вязкости пропиточного состава величина переходной зоны уменьшается.

Можно сделать вывод, что наиболее значимыми факторами, определяющими величину переходной воны, является структура исходного бетона, вязкость пропиточного состава, а также рекшы технологии, изменяя которые можно в широких пределах изменять структуру и свойства модифицированных бетонов.

Были установлены основные факторы, позволяющие прогнозировать свойства модифицированных бетонов, а также основные уровни и интервалы варьирования факторов.

Для математического планирования эксперимента был испольво-ван Д-оптимальный план размерности К-3 типа В. При этом основными независимыми параметрами были приняты: расход цемента <Ш- XI; активность вяжущего (Ю - Х2; расход воды (В) - ХЗ.

В результате математической обработки экспериментальных данных были получены полиноыиналыше математические модели основных свойств модифицированных бетонов:

- прочность при сжатии (Ша), модифицированного технический растительным маслом бетона:

I? - -20,3 + 0,05 Ц + 0,31 Я - 0,27 В - 0,00004 Ц*

- 0,00024 0,00017 В1Ч 0,000084 Ц Л ♦ 3.

+ 0,00015 Ц В - 0,00013 й В

- пористость декоративного Сетона, 1

П - - 10,4 - 0,0015 Ц + 0,02 I? + 0,125 В - 0,0000028 Ц*- 0,00002 0,000017 Е^- 0,000012 Ц К - 4.

- 0,000011 Ц В - 0,000027 Я В

- количество поглощенногомгсла, X по объецу

М - - 4,4 - 0,00059 Ц + 0,0095 К + 0,05 В -,0,000001 Ц2-

- 0,000005 0,0000085 В2- 0,0000053 Ц И - 5.

- 0,0000044 Ц В - 0,000011 I? В

Проверка адекватности всех полученных моделей осуществлялась по критерии Фшера и показала удовлетворительную сходимость расчетных и экспериментальных данных.

Были прощены исследования по оптимизации процессов сушки декоративных Сетонов и их пропитки техническим растительным маслом.-

Для обеспечения высокой долговечности модифицированных бетоне- нообхсд;а:о ха&пххшхй слизнть десгрукц»® Сетона при суш. В . теш время требуется проводить высушивание изделий достаточно быстро и при минимальных энергетических затратах. Для исследования выбрала! составы бетонов(см* табл.8.)» значительно различающееся по юмичеству цементного камня и его пористости.

Таблица 8.

Составы бетонов и расходы материалов в кг на 1 м.

N I Цемент I Вода I Заполнитель I В/Ц I Вид заполнителя п/п1 I I II

1. 309 170 1914 0,55 Щебень из габбро

725 284 1265 0,39 Гранитный щебень

3. 439 202 1720 0,46 Щебень из габбро

4. Б82 Ш 1534 0,39 Щебень из габбро

5. 409 193 1873 0,47 Гранитный щебень

6. 385 213 1737 0,55 . Гранитный щебень

7. 1610 483 - . 0,3 Кварцевый песок

Были изготовлены образцы размером 4x4x16 см, твердели они в течении 28 суток в нормальных условиях. Потом их насыщали водой до постоянной массы, при этом определяли владностные деформации.

Сушку образцов при 170-180°С производили до постоянной массы, при этой измеряли деформации, изменение массы и температуру в середине образца.

Анализ полученных данных показал, что процесс сушки бетона .определяется составом и структурой бетона, а таете температурой и скоростью конвекции сушильного агента.

Экспериментально было установлено/ что длительность сушбе-тонных изделий толщиной до 7 см составляет от 4 до 13 часов, а изделий толщиной до 10 см не менее 9 часов, вусловиях естественной циркуляции сушильного агента при температуре 180-200°С. Применение принудительной конвекции теплоносителя позволяет снизить температуру сушки до 120°С без увеличения длительности этого процесса.

Исследования процесса пропитки производили на декоративных бетонах различных свойств и строения (см. тдбл.9).

Проведенные исследования подтвердили определяющее влияние структуры бетона на кинетику его пропитки маслом. Использование в качестве количественных характеристик строения бетона его пористость и В/Ц позволило получить четкие зависимости количества поглощенного масла от времени.

Таблица 0.

Составы бетонов для изучения кинетики пропитки.

N I Расход материалов на 1 м, в кг I I Удобоуклады-

п/п1---------------—--------—-— 1 В/Ц I ваемость

I Ц I В I 3 ' I I (ОК или Л)

II 2 1 3 • I 4 16 I 6

Бетоны иагранитном щебне

278 177 1921 0,64 3 см

2. 322 163 1920 0,5 8 см

3. 385 143 1919 0,37 60 с

1 1 2 1 3 ! 4 15 1 5

4. ; 418 224 1681 0,54 9 СМ

б. 484 . 202 1682 0,42 2 см

б. 577 170 1687 0,29 55 С

Бетоны на известняковом "щебне

7. 280 "226 1791 0,8 9 см

8. 320 212 1794 0,66 55 с

9. 380 189 1804 0,49 2 см

Бетоны с пластификатором С-3, на щебне из габбро

10. 240 154 2014 0,64 9 см

И. 309 170 1914 0,55 3 см

12. 436 170 1806 0,39. 50 с

Бетоны ца ВНЕ, на гранитном щебне

13. 270 123 2048 0,46 2,5 см

14. 270 " 125 2200 0,46 2,5 см

15. 270 135 1800 0,5 2,5 см

Увеличение пористости (следовательно и В/Ц) приводит к возрастание количества поглощенного масла, а скорость пропитки при этом резко возрастает.

При исследовании влияния технологических факторов на кинетику пропитки декоративных бетояов было установлено:

- введение в тесто иввеснякового щебня вместо гранитного приводит к увеличению скорости пропитки и количества поглощенного масла при одинаковой пористости; '

- введение в бетонную смесь пластифициругацей добавки приводит к снижению общей пористости бетона, а следовательно способствует снижению скорости пропитки и количества поглощенного пропиточного состава.

- тепловлажностная обработка декоративных бетонов приводит к

' ' . . • • ' 1 24

увеличению скорости пропитки во времени. Это объясняется тем, что при ТВО изменяется дисперсность новообразований и размеры поровых каналов.

Таким образом, изменяя поровую структуру бетона путем введения заполнителя, изменяя его вид и количество, а также за счет использования добавок и новых перспективных вяжущих, можно в значительных пределах изменять кинетику пропитки бетона и эффективность использования масла.

На основании проведенных, исследований были разработаны Рекомендации по изготовлению декоративных бетонов, модифицированных техническим растительным маслом. В Рекомендациях отражены требования к готовой продукции, исходным компонентам, особенности подбора состава декоративного бетона на основе модифицированного цемента, приведена технологическая схема производства, карта контроля технологического процесса и требования по безопасности труда. .

Внедрение Рекомендаций было осуществлено в АОО НШГП1 "Стро-йиндустрия". Объем внедрения составил около 50 м2 облицовочных плит и 100 шт изделий малой архитектурной Форш. При реализации данных ибделий экономический эффект составил около 300 т. руб. ( в ценах 1993 г.).

ОС Н О В Н и Е ВЫВ О Д Ы.

1. Теоретически обоснована возможность использования технических растительных масел в качестве пропиточных составов и получение эффективных декоративных бетонов, обладающих художественной выразительностью, повышенной прочностью и морозостойкостью.

2. Разработана технология модификации декоративных бетонов, техническим растительным маслом, заключающаяся в нагревании технических растительных масел до 130-140 С, сушке изделий при температуре 180-200 С, их последующей пропитке на заданную глубину и полимеризации пропитанных изделий при 180-200 С в течение 6-8 ча-

СОВ.

3. Показано влияние гранулометрического состава заполнителя на декоративные свойства и обрабатываемость бетонов. При этом установлено, что частицы заполнителя менее 1,25 мм изменяют цветовые характеристики заполнителя темноокрапенных пород.

4. Предложен способ более эффективного использования ПАВ и пигмента в декоративных бетонах, заключающийся в совместном помоле ' их с портландцементом и позволяющий повысить прочность бетонной матрицы, а также равномерно распределить пигмент в объеме бетона и повысить художественную выразительность декоративного бетона. :; :" "

5..Установлено,'' что при температуре ISO-140"С техническое растительное масло'имеет наименьшую вязкость, достаточную для качественной пропитки декоративных бетонов на заданную глубину.

6. Разработаны многофакторные зависимости прочности и пористости декоративных бетонов, а также количества поглощенного ими маопа от расхода цемента, воды и активности вяжущего.

7. Получены зависимости морозостойкости и-температурно-влаж-ностных деформаций декоративных бетонов от их состава и структуры, а также от способа введения добавки ПАВ и пигмента.

' 8. Получены декоративные бетоны, имитирующие горные породы (габбро, диабаз, базальт, гранит, известняк) с прочностью от 50 до 90-100 Ша, морозостойкостью более 500 циклов, водопоглощением amo it по массе.

9. Установлено, что применение способа самовакуумирования, зазсотаэдегоса в пропитке нагретых изделий из декоративного бето-ва до температура 180-200°С в техническом растительном масле с температурой 130-140 "С, способствует увеличению количества поглощенного иасла на 20-25Z по массе.

10. Получены зависимости количества поглощенного технического растительного «асла (Ио) от общей пористости бетона (П): Уо-0,43 П, I или от величины водопоглощения по массе (Вм): М-0,8" Вм -1,28, I по массе. ,

' 26

11. Установлены зависимости длительности , сушки изделий иа декоративных бетонов и последующей полимеризации технического растительного масла в теле бетона от толщины изделия и способа сушки.

12. Разработаны рекомендации по изготовлению декоративных бетонов, модифицированных техническим растительным маслом, которые были внедрены в АООТ НИШ "Стройиндустрия".

Основное содержание диссертации опубликовано в статье:

Мануйлова E.H., Воронин В.В. Декоративные бетоны, модифицированные техническим растительным маслом. МГСУ М.,1994. Деп. в ВИНИТИ 03.03.94 N 545-В94.

Подписано в печать 84.02.95 г. Формат 60х84*/16 Печать офсетная И-60»0бъем .1 уч.изд.л. Т.'вО.О Заказ #Бесплатно

Московский государственный строительный университет. Типография МГСУ. 129337, Москва, Ярославское шос<;е,2б.