автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Гидрофобные сухие строительные смеси для отделочных покрытий

На правах рукописи

о

Орехов Сергей Алексеевич

ГИДРОФОБНЫЕ СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ОТДЕЛОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ

Специальность 05.23.05 - строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о АПР 2014

Казань-2014

005547014

005547014

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Гаркави Михаил Саулович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Рахимова Наиля Равильевна, доктор технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет», доцент кафедры «Строительные материалы»

Самошин Андрей Павлович, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», доцент кафедры «Технология строительных материалов и деревообработки»

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина», г. Саратов

Защита диссертации состоится «27» мая 2014 года в 11 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.077.01 на базе Казанского государственного архитектурно-строительного университета по адресу: 420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1, КГАСУ, ауд. 3-203 (Зал заседаний Ученого совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Абдрахманова Л. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ

Актуальность работы

Современное строительство характеризуется ускоренными темпами возведения гражданских и промышленных зданий различного функционального назначения. Создание таких объектов требует использования огромного разнообразия сухих строительных смесей для отделочных покрытий, назначение которых не только формирование архитектурного облика, но и защита конструкций от внешних агрессивных сред. Основной причиной разрушения строительных материалов является воздействие влаги. Вода, проникающая в капиллярно-пористую структуру материала, мигрируя в полости, не только разрывает его изнутри при отрицательных температурах, но и приводит к массопереносу отдельных компонентов. Поэтому важным условием надежности и долговечности отделочных покрытий является повышение их водоотталкивающих свойств, что достигается введением в состав смеси эффективных поверхностно-активных веществ гидрофобного типа.

Современные сухие строительные смеси (ССС) имеют многокомпонентный состав, поэтому выбор гидрофобных добавок должен осуществляться с учетом свойств их минеральных составляющих. Этот выбор возможен при использовании современных методов моделирования, позволяющих не только определить наиболее рациональную область применения гидрофобных добавок, но и прогнозировать ориентировочный срок службы материалов на основе ССС.

В этой связи актуальной научной и практической задачей является разработка гидрофобных сухих строительных смесей для отделочных покрытий с применением методов атомно-молекулярного моделирования.

Цель работы - разработка эффективных составов гидрофобных сухих строительных смесей с учетом природы минеральных компонентов и поверхностно-активных веществ.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- разработать энергетические модели гидрофобных поверхностно-активных веществ;

- выполнить молекулярное моделирование структуры отделочных покрытий из гидрофобных сухих строительных смесей, исходя из природы поверхностно-активного вещества (ПАВ) и минеральных компонентов;

- разработать схемы рациональной упаковки минеральных частиц в смешанных цементах с учетом структурных особенностей компонентов;

- исследовать процесс твердения гидрофобизированных цементно-наполненных систем;

- разработать рациональные составы отделочных гидрофобных сухих строительных смесей и определить их строительно-технические свойства;

- определить технико-экономическую эффективность разработанных составов гидрофобных сухих строительных смесей.

Научная новизна работы:

- впервые с использованием метода атомно-молекулярного моделирования разработаны модели структуры распределения поверхностно-потенциальной энергии в молекулах ПАВ и сложных минеральных систем;

- экспериментально подтверждена правомерность использования разработанных атомно-молекулярных моделей по критерию минимума свободной энергии системы при проектировании составов сухих строительных смесей с повышенным сроком службы;

- теоретически обосновано и экспериментально определено сродство Ыа-содержащих гидрофобизаторов к поверхности минеральных компонентов в зависимости от их природы. Установлено высокое сродство гидрофобизаторов на основе олеатов натрия к основным минеральным компонентам сухих строительных смесей, а стеаратов натрия - к кислым;

- показано, что использование цементно-наполненной системы рационального состава, содержащей 12% наполнителя, позволяет повысить однородность поровой структуры камня, снизить средний размер открытых капиллярных пор более чем в 3 раза и увеличить прочность при сжатии на 1013%;

- предложен комплексный критерий долговечности отделочных покрытий из гидрофобных сухих строительных смесей, учитывающий изменения гидрофизических характеристик в условиях воздействия циклического замораживания и оттаивания.

Достоверность научных выводов и результатов работы обеспечена применением современного оборудования для стандартных испытаний, корректностью постановки задач, принятых допущений, достаточным объемом исходных данных и результатов исследований, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием комплекса современных физико-химических методов анализа.

Фактический материал и методы исследований

Для обработки результатов исследований применялись статистические и математические методы. Разработка молекулярных термодинамических моделей произведена методом атомно-молекулярного моделирования специализированным программным комплексом. Изучение структуры проводилось с помощью оптических наблюдений, рентгенофазового анализа, методов дилатометрии и электронной микроскопии.

В качестве исходных компонентов применялись: портландцемент ПЦ 500-Д0, дисперсные компоненты различной минеральной природы, химические функциональные добавки и поверхностно-активные вещества гидрофобного типа. Исследования проводились на оборудовании кафедры «Технология строительного производства», ИЦ «Оренбургстройис питания» и института микро- и нанотехнологий ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».

Практическая значимость работы

1. Разработаны составы сухих строительных смесей на основе оптимизированных смешанных вяжущих с повышенными гидрофизическими характеристиками (Патент № 2499777). Достигнуто снижение водопоглощения более чем в 2 раза, капиллярного подсоса влаги - на 65% и повышение морозостойкости с 75 до 100 циклов.

2. Проведена оценка гидрофобного эффекта во времени методом ускоренного старения. Доказано снижение числа плановых ремонтов разработанных отделочных покрытий в два раза.

3. Определена технико-экономическая оценка результатов диссертационной работы и подтвержден экономический эффект практического использования разработанных составов сухих строительных смесей.

Внедрение результатов исследований

Результаты проведенных исследований внедрены в производственный процесс при изготовлении промышленных составов сухих строительных смесей различного функционального назначения с повышенными водоотталкивающими свойствами торговой марки «ГРИМИС» (г. Оренбург).

Аналитические и научно-технические материалы использованы при разработке нормативного документа ТУ 5745-001-56100665-2012 «Смеси сухие строительные различного функционального назначения «ГРИМИС».

Результаты научно-практических исследований диссертационной работы использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлению 270800.62 - Строительство.

Работа выполнена в рамках госбюджетных НИР («Рациональное использование сырьевых ресурсов Оренбуржья и утилизация отходов производства» № 01990000128 и «Проектирование и разработка эффективных составов сухих строительных смесей» № 01201000572) на кафедре технологии строительного производства Оренбургского государственного университета при поддержке областного гранта в сфере научной и научно-технической деятельности.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были представлены на следующих научно-технических конференциях, форумах, совещаниях: региональная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2009, 2010, 2011 и 2012); 68-ая Всероссийская научно-техническая конференция по итогам НИР «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» (Самара, 2010); Международная научно-техническая конференция «Современные технологии сухих смесей в строительстве «Mix BUILD» (Москва, 2009, 2010); конкурс работ молодых ученых в рамках XV Академических чтений РААСН «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (Казань, 2010); Internationale Baustofftagung. Ibausil - Institut für Baustoffkunde der Bauhaus-Universität

(Weimar, 2009, 2012); Всероссийская научно-техническая конференция МГТУ (Магнитогорск, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013); Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (Пенза, 2009, 2010, 2011); Международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (Москва, 2010); конкурс научно-исследовательских работ аспирантов и молодых ученых «ЭВРИКА» (Новочеркасск, 2010, 2011, 2012); научно-техническая конференция, посвященная 100-летию со дня рождения профессора А. Ф. Полякова (Уфа, 2011); Всероссийский молодежный образовательный форум «СЕЛИГЕР» (Тверская обл., 2011); Международный форум по нанотехнологиям (Казань, 2011); I и III региональный молодежный инновационный конвент Оренбургской области (Оренбург, 2011, 2013); II Всероссийская научно-практическая конференция «Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона» (Саратов, 2012); II Всероссийский форум молодых ученых Приволжского федерального округа (Уфа, 2012); Международная научно-техническая конференция «Инновационные строительные технологии, теория и практика» (Оренбург, 2013).

Экспонаты по результатам НИР отмечены дипломами и грамотами на следующих выставках: областная выставка научно-технического творчества молодежи «НТТМ» (Оренбург, 2010, 2011, 2012, 2013); Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи «НТТМ» (Москва, 2011, 2012); Международная выставка в рамках VII форума межрегионального сотрудничества Казахстана и России (Усть-Каменогорск, 2010); IX ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов в рамках IV Российского Форума «Российским инновациям - российский капитал» (Оренбург, 2011); Всероссийская выставка в рамках V Российского форума «Российским инновациям — российский капитал» (Нижний Новгород, 2012).

Публикации

Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 38 научных публикациях, включающих 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, и получен 1 патент.

На защиту выносятся:

- разработанные атомно-молекулярные модели гидрофобных поверхностно-активных веществ и компонентов минеральных систем;

- закономерности изменения строительно-технических свойств смешанных цементов в зависимости от их состава, природы минеральных компонентов и содержания различных гидрофобных ПАВ;

- метод оценки гидрофобного эффекта во времени и долговечности отделочных покрытий из сухих строительных смесей по их гидрофизическим показателям в процессе циклического замораживания-оттаивания.

Структура и объём диссертации:

Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка источников и приложений. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 22 таблицы, список источников из 173 наименований и 4 приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту, докторанту, к.т.н., доценту Дергунову С.А. за помощь в проведении экспериментальных и теоретических исследований при выполнении диссертации, а также всему коллективу кафедры технологии строительного производства Оренбургского государственного университета за оказанное содействие при выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранного направления исследований, сформулированы цель и задачи исследований, показана их научная и практическая значимость.

В первой главе представлен обзор научно-технической литературы, проведён анализ отечественного и зарубежного опыта применения гидрофобных ПАВ в цементных бетонах и растворах. Рассмотрены методы повышения водоотталкивающих свойств и увеличения долговечности строительных материалов на основе цемента при использовании различных модификаторов. Описаны и проанализированы активные и конструктивные способы защиты отделочных покрытий от комплексного воздействия агрессивных факторов (миграция влаги, перепад температур, биологическое воздействие и т.д.).

В последние годы для отделки зданий и сооружений широко используются сухие строительные смеси, которые повсеместно вытесняют готовые строительные растворы. Учитывая специфику строительно-монтажных работ с использованием данных продуктов и технологические особенности их производства, получение долговечного покрытия с высокими водоотталкивающими характеристиками возможно только с использованием эффективных порошковых гидрофобизаторов.

Несмотря на то, что изучению долговечности различных строительных материалов посвящено много работ, выполненных под руководством Баженова Ю.М., Батракова М.М., Горчакова Г.И., Рахимова Р.З., Скрамтаева В.Г., Хигеровича М.И., Черкинского Ю.М. и др., повышение и прогнозирование долговечности отделочных покрытий на основе сухих строительных смесей остается актуальной проблемой. Применение новых эффективных продуктов строительной химии в составе ССС требует углубления методологического аппарата исследований, испытания смесей в натурных условиях, учета особенностей эксплуатации в различных климатических регионах при снижении времени и трудозатрат на проведение данных работ. Это потребовало применения новых подходов к разработке составов и прогнозированию свойств композиционных материалов посредством методов атомно-молекулярного

моделирования, позволяющих учитывать природу минеральных компонентов сухих строительных смесей и ПАВ.

Исходя из анализа литературных источников, сформулирована рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что разработка гидрофобных сухих строительных смесей для отделочных покрытий основана на применении атомно-молекулярного моделирования их структуры с учетом природы ПАВ и минеральных компонентов.

Во второй главе дана характеристика применяемых материалов и использованных методов исследования.

В работе использовано вяжущее - портландцемент ПЦ 500-Д0 производства Новотроицкого цементного завода (г. Новотроицк).

В качестве наполнителей выбраны дисперсные минеральные порошки различной природы и основности: песок Архиповского месторождения с содержанием БЮг от 85,5 до 92,7 % и известняк Кондуровского месторождения с содержанием СаС03 от 96,3 до 97,0 %.

Для улучшения водоотталкивающих свойств минеральных систем применялись порошковые ПАВ гидрофобного типа на основе солей жирных кислот (стеараты натрия, кальция, бария, цинка и олеат натрия) с содержанием активного компонента не менее 98% по массе.

Диссертационные исследования проведены с использованием теоретических и экспериментальных методов.

Атомно-молекулярное моделирование структуры минеральных компонентов и ПАВ гидрофобного типа проведено с использованием программного комплекса НурегСЬет.

Разработка составов наполненных цементов и сухих строительных смесей проведена методом математического планирования эксперимента.

Оценка плотности упаковки зернистых компонентов для сухих строительных смесей проведена по методике, разработанной в Оренбургском государственном университете.

Адекватность экспериментальных результатов оценивалась их статистической обработкой с применением программного комплекса «С>-сопйо1».

Оценка структуры порового пространства камня на основе гидрофо-бизированных цементно-наполненных систем и отделочных покрытий из сухих строительных смесей проведена по кинетике водопоглощения.

Для анализа структуры и состава исследуемых гидрофобных сухих строительных смесей использовался комплекс современных методов, включая оптическую и растровую электронную микроскопию, рентгенофазовый анализ.

Определение физико-технических и эксплуатационных характеристик цемента, цементно-наполненного вяжущего и сухих строительных смесей на их основе проводилось в соответствии с действующей нормативной документацией.

В третьей главе приведены результаты атомно-молекулярного моделирования структуры компонентов гидрофобной сухой строительной смеси.

Исследован механизм образования, условия стабильности, электронное строение, химические связи, физико-химические свойства молекул ПАВ и минеральных частиц в зависимости от размеров, морфологии и наличия в них дефектов.

Оптимизация структуры гидрофобизаторов по минимуму энергетического потенциала проведена прямым и полуэмпирическим методами молекулярной механики.

Анализ полученных моделей исследуемых гидрофобизаторов показал, что стеарат и олеат натрия характеризуются высокими показателями удельной поверхности и поверхностной энергии по сравнению с другими однотипными ПАВ, это обеспечивает образование ими новых связей с элементами модифицируемого материала.

Из распределения электростатического потенциала молекул олеата и стеарата натрия (рисунок 1) следует, что наличие активных центров обуславливает образование достаточно прочных водородных связей. Установлены значительные электростатические взаимодействия между отрицательно и положительно заряженными участками, наличие которых объясняет нерастворимость молекул и их устойчивость в воде. Очевидно, что катионы стремятся подойти к области отрицательного электростатического потенциала, анионы к положительной области.

Разработка модели структуры и исследование свойств сухой строительной смеси, включающей минеральные компоненты (цемент, наполнитель) и гидрофобную добавку, выполнены, исходя из критерия оценки результата моделирования - достижения минимума свободной энергии системы.

Г — ?"' "г/" '"''. '"'■.' ■: Область молекулы и иовишешюй УЛОК-фОННОЙ плотностью Стеарат натрия

1 ¥ ЙШ * Олеат натрия ^^Щг^ с 1

Рисунок 1 - Распределение электростатического потенциала молекулы

9

Установлено, что для систем с «кислыми» наполнителями (кварц) предпочтительным является использование в качестве гидрофобной добавки стеарата натрия, а для систем с «основными» наполнителями (известняк) -рационально использовать олеат натрия.

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования твердения цементно-наполненных систем, модифицированных гидрофобными ПАВ, для сухих строительных смесей.

Тонкомолотые дисперсные компоненты различной минеральной природы, входящие в состав системы «цемент-наполнитель», изменяют условия межчастичных взаимодействий в ней, причём вид и свойства наполнителей играют при этом ведущую роль. Оптимальная концентрация и вид наполнителя позволяют обеспечить минимизацию внутренних напряжений за счёт организации структуры композита, затруднить рост трещин в твердеющих дисперсных системах, и тем самым, повысить физико-технические и эксплуатационные характеристики материала.

Установлено, что рациональная дисперсность наполнителя (по удельной поверхности зерен) составляет ~ 3000 см2/г, что сопоставимо с дисперсностью цемента (рисунок 2). При грубозернистом помоле наблюдается водоотделение, сопровождающееся неравномерностью твердения и снижением прочности камня. При более тонком помоле наполнителя существенно возрастает водопотреб-ность вяжущего.

Дальнейшие исследования проводились на наполнителях с дисперсностью 3000 см2/г, частицы которых характеризуются сильноразвитыми поверхностями и плотными ядрами зерен. Данные компоненты хорошо смачиваются водой, практически ее не впитывая, поэтому форма зерен будет способствовать упрочнению твердеющей системы за счет механического сцепления между собой.

Наполнение цемента компонентами различной минеральной природы привело к изменению структуры цементного камня (рисунок 3).

Анализ структуры порового пространства цементного камня на основе наполненного вяжущего показал, что введение наполнителей способствует снижению среднего размера капиллярных пор и достижению их большей однородности по размерам. Оптимальная концентрация наполнителя в количестве 12% от массы цемента обеспечила минимальное значение усадки при твердении и увеличение механических показателей.

80 70 60 50 40 30 20 10 0

2000

3000

4000

5000

■ Цеменпго-лесчаное вяжущее ■ Цемсгггно-ижсстшковое вяжущее

Удельная поверхность, см2/г

Рисунок 2 - Влияние удельной поверхности минерального наполнителя на предел прочности при сжатии

цементный цементно-известняковый цементно-песчаный

Рисунок 3 - Микроструктура камня на основе наполненных вяжущих

Это обусловлено рациональной организацией порового пространства композита и наличием в камне субмикрокристаллических гидратных новообразований, что подтверждено результатами рентгенофазового анализа.

При проведении экспериментальных исследований модификации це-ментно-наполненных вяжущих оптимального состава стеаратами и олеатами металлов (N8, Са, Ва, гп) контролировались гидрофизические свойства систем. Анализ результатов показал наилучшее проявление данных характеристик при введении в минеральную часть добавок, содержащих в качестве катиона металла - натрий, что подтверждает правомерность выводов атомно-молекулярного моделирования. Исходя из этого, дальнейшее комплексное исследование процесса гидрофобизации проводилось модификацией добавками стеарата и олеата натрия.

Исследование влияния добавок на прочность при сжатии цементного камня показало, что максимальными значениями обладают немодифициро-ванные составы. Это объясняется тем, что гидрофобизаторы, адсорбировав-шись на поверхности минеральных частиц, препятствуют гидратации клинкерных минералов и способствуют снижению прочности камня во все сроки твердения (рисунок 4).

Содержание гидрофобизатора, % Содержание гидрофобизатора, %

—Ч»— Стеарат натрия —А—Олеат натрия « Стеарат натрия —Олеат натрия

цементно-песчаное вяжущее цементно-известняковое вяжущее

Рисунок 4- Влияние гидрофобизатора на прочность камня различного возраста Тенденция снижения предела прочности при изгибе во все сроки твердения сохраняется. Однако, следует отметить, что в ранние сроки твердения при модификации цементно-песчаной системы стеаратом натрия прочность составляет 5,4 МПа, в то время как в цементно-известняковой - 3,3 МПа. Напротив, прочность при вводе олеата натрия в цементно-песчаную систему составляет 3,0 МПа, а в цементно-известняковую - 4,9 МПа. В возрасте 28

суток прочностные показатели гидрофобизированных систем сравниваются с характеристиками бездобавочных составов.

Изменение прочностных показателей сочетается с экспериментальными значениями соответствующих структурных коэффициентов, характеризующих поровое пространство цементного камня (рисунок 5).

0,3 0,25 0,2 0,15

5 I

м ■ 1 III

¡ИИЙ^Ш

■Я |Щ| 1

Ша [ шГ ШГ| 1

0,00 0,25 0,50 1,00

Содержание гидрофобизатора,%

0,00 0,25 0,50 1,00

Содержание гидрофобизатора,%

0,00 0,25 0,50 1,00

Содержание гид роф обизатора,%

Цементно-песчаное вяжущее Стеарат натрия

0,00 0,25 0,50 1,00

Содержание гид роф обизатора ,%

Цементно-известняковое вяжущее КЗ Олеат натрия

Рисунок 5 - Влияние гидрофобизаторов на коэффициенты однородности и среднего размера открытых капиллярных пор Введение модификаторов в цементно-песчаную систему приводит к равномерному снижению коэффициента однородности открытых капиллярных пор при увеличении их среднего размера. При введении стеарата натрия до 0,5% однородность порового пространства выше по сравнению с системой, гидрофобизированной олеатом натрия.

Цементно-известняковое вяжущее, модифицированное олеатом натрия до 0,25%, обладает наименьшей однородностью (значение коэффициента однородности открытых капиллярных пор составило 0,12), при содержании добавки более 0,25 % однородность возрастает при снижении коэффициента, отвечающего за средний размер, что превосходит значения показателей системы, модифицированной стеаратом натрия.

Отмечено, что добавка олеата натрия проявляет лучшее сродство к це-ментно-известняковой системе по механическим и структурным характеристикам. Напротив, стеарат натрия более предпочтительно применять в це-ментно-песчаном вяжущем. Это хорошо согласуется с разработанными атом-но-молекулярными моделями и является их экспериментальным подтверждением.

Улучшение порового пространства закономерно сопровождается повышением эксплуатационных показателей, таких как водопоглощение, капиллярный подсос, что также является экспериментальным подтверждением разработанных теоретических моделей (рисунки 6,7).

Прочностные показатели являются важными для вяжущих веществ, однако введение гидрофобизаторов преследует цель улучшения гидрофизических свойств. На рисунке 6 отражено влияние добавок на водопоглощение камня.

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 0, 03 0А 05 0(6 0_7 08 0_9 ,

Содержание добавки,%

■5ш5^шйОлеат натрия ^^^^Стеарат натрия «шч&с» Олса г натрия еарат натрия

цементно-песчаная цементно-швестняковая

Рисунок6 - Влияние гидрофобизаторов на водопоглощение минеральных систем

Введение олеата натрия до 0,25 % способствует снижению величины водопоглощения, дальнейшее повышение дозировки практически не сказывается на изменении данной характеристики. При модификации стеаратом натрия водопоглощение цементно-песчаной и цементно-известняковой систем падает по мере увеличения содержания гидрофобизатора до 1,00%.

Не менее важной проблемой при эксплуатации отделочных покрытий является проявление мокрых пятен на поверхности вследствие водопоглощения при капиллярном подсосе влаги (рисунок 7).

Содержание гидрофобизатора. % цементно-песчаное вяжущее цементно-известняковое вяжущее

И Олеат натрия И Стеарат натрия

Рисунок 7 - Влияние гидрофобизаторов на водопоглощение при

капиллярном подсосе минеральных систем Из данных рисунка 7 следует, что оптимальное содержание гидрофобизаторов в цементно-известняковой системе составляет 0,25%, при этом величина водопоглощения при капиллярном подсосе снизилась более, чем в 6 раз по сравнению с минеральным составом. Интенсивность капиллярного подсоса в цементно-песчаной системе зависит от содержания добавок: минимальная величина данной характеристики - 0,2 кг/м2-ч2 достигается при максимальном содержании модификаторов - 1,00%.

Анализ результатов экспериментальных исследований позволил установить оптимальные дозировки гидрофобизаторов в минеральных системах с различным наполнителем (таблица 1).

Таблица 1 - Оптимальные дозировки гидрофобизаторов_

Составы Содержание гид рофобизатора, %

Стеарат натрия Олеат натрия

Чистый цемент 0,50 0,50

Цементно-известняковое вяжущее 0,50 0,25

Цементно-песчаное вяжущее 0,25 0,50

Для проведения сравнительного анализа составов с оптимальными дозировками гидрофобизаторов построены лепестковые диаграммы (рисунок 8). За 100% приняты значения строительно-технических характеристик гидро-

фобизированного цемента. нг

а) б)

Ё1 Чистый цемент

Ш Цементно-известняковое вяжущее О Цементно-песчаное вяжущее

И Чистый цемент

ОЦементно-известняковое вяжущее ■ Цементно-песчаное вяжущее

а) стеарат натрия б) олеат натрия

Рисунок 8 - Номограмма сравнительных изменений строительно-

технических характеристик гидрофобизированных вяжущих Сравнительную эффективность модификаторов в различных минеральных системах можно оценить соотношением площадей фигур, контуры которых построены по относительным изменениям основных строительно-технических характеристик (рисунок 9).

100%

80% 60% 40% 20% Н 0%

Цемент

Цементно-песчаное Цементно-известняковое вяжущее вяжущее

11 ~'арат натрия | | олеат натрия Рисунок 9 - Эффективность применения гидрофобизаторов в минеральных

системах 14

Эффективность использования ПАВ в наполненных системах на 2022% выше по отношению к цементному вяжущему и кардинально зависит от природы минерального наполнителя. Так, олеат натрия лучше проявляет сродство к системе с содержанием известняка. Стеарат натрия более предрасположен к системе, содержащей кремнеземистый наполнитель, что еще раз подтверждает выводы, полученные в процессе атомно-молекулярного моделирования.

Исследования гидрофобных сухих строительных смесей проводились на разработанных цементно-наполненных вяжущих. За основу приняты промышленные рецептуры смесей торговой марки «ГРИМИС» предприятия по производству сухих строительных смесей в г. Оренбурге.

Показатели модернизированных промышленных составов соответствуют требованиям современной нормативной документации при более высоком значении гидрофизических свойств, что отражено в таблице 2.

Таблица 2 - Строительно-технические показатели сухих строительных смесей в соответствии с ГОСТ 31357-2007 Смеси сухие строительные на цементном вяжущем. Общие технические условия. ____

Состав Назначение состава Водоудерживающая способность, % Водопоглощение по массе, % Водопоглощение при капиллярном подсосе, кг/(м2/ч0-5) Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности при сжатии, МПа Адгезия, МПа Морозостойкость, F

Нормативное значение я 'S >95 <15 <0,4 4,0 15,0 >0,4 75

Базовый №1 i 98,2 10 0,33 4,3 16,5 0,59 75

Состав №1 1 3 5я Г 98,1 6 0,10 4,0 15,3 0,57 100

Состав №2 98,0 5 0,09 4,2 15,4 0,55 100

Нормативное значение ¡К >95 <15 <0,4 4,0 15,0 >0,8 75

Базовый №2 ш н 98,7 15 0,28 5,2 17,2 1,10 75

Состав №3 о S 98,5 8 0,09 4,3 15,8 1,04 100

Состав №4 0- 98,3 7 0,07 4,4 16,0 1,02 100

Для оценки долговечности отделочных покрытий на основе базовых и модернизированных составов введен критерий долговечности, учитывающий изменения гидрофизических характеристик в условиях воздействия циклического замораживания и оттаивания:

I

/->и

Кл= —

L"

п

где, 1°и V- гидрофизические показатели базового и модернизированного составов; г - гидрофизический показатель; п - общее число гидрофизических показателей.

Значение критерия долговечности для строительных материалов Кд>1 свидетельствует об эффективности модернизации составов при соблюдении условия:

Критерий долговечности для отделочных покрытий на модернизированных сухих строительных смесях при использовании выбранных гидрофо-бизаторов отражен на рисунке 10.

Отделочный

Поверхностный

0 25 50 75 100 0 25 50 75 100

Циклы замораживания и оттаивания, И

■ Стеарат натрия А Олеат натрия

Рисунок 10 - Критерий долговечности отделочных покрытий

Как видно из графиков, совокупные значения гидрофизических свойств составов, модернизированных гидрофобными наполненными вяжущими, в 2,0-4,5 раза выше по отношению к базовым даже с учетом воздействия отрицательных температур. После 75 циклов замораживания и оттаивания минимальное значение Кд для модернизированного отделочного штукатурного состава равно 2,5, поверхностно-ремонтного - 3,0.

Технико-экономический эффект достигнутых результатов рассчитан с учетом спрогнозированного срока службы отделочных покрытий по методикам, рекомендованным ГУП «НИИМОССТРОЙ», НИИЖБ и полученного критерия долговечности. Достигнуто прогнозируемое увеличение срока службы покрытий на основе модернизированных составов по отношению к промышленным рецептурам в 2 раза для штукатурной и в 2,4 раза - ремонтной сухой строительной смеси.

В пятой главе произведена оценка экономической эффективности результатов диссертационной работы по модернизированному штукатурному составу для отделки зданий и сооружений.

Эффект от использования гидрофобных материалов, в основном, связан с более высокой долговечностью отделочного покрытия. Поэтому обоснование экономического эффекта проведено не только с учетом затрат на изготовление, применение, но и эксплуатацию отделочных покрытий на основе модернизированных составов сухих строительных смесей.

Ориентировочный срок службы традиционной цементной штукатурки толщиной 10 мм на кирпичной стене при средней интенсивности капиллярно-

го подсоса воды составляет не менее 20 лет и предусматривает 6 плановых ремонтов.

Применение модернизированного состава с повышенным сроком службы снижает число плановых ремонтов и увеличивает эффективность применения отделочного покрытия на 25,9 % по сравнению с базовым. Это позволяет ежегодно экономить 14,28 руб. с 1 м2 оштукатуренной поверхности.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Методом атомно-молекулярного моделирования разработаны модели структуры гидрофобных сухих строительных смесей с учетом природы ПАВ и минеральных компонентов.

2. Установлено, что добавки стеарата и олеата натрия характеризуются высокой поверхностной энергией, что обеспечивает образование новых более сильных связей с определенными компонентами минеральной системы.

3. Разработана схема наиболее плотной упаковки зерен цементно-наполненных систем с учетом структуры компонентов минеральной части.

4. Определены рациональные составы смешанных цементов для гидрофобных сухих строительных смесей. Использование цементно-наполненной системы, содержащей 12% наполнителя с 8уд=3000 см2/г, позволяет повысить однородность поровой структуры камня, снизить средний размер открытых капиллярных пор более чем в 3 раза и повысить прочность при сжатии на 10-13% по сравнению с бездобавочной вяжущей системой.

5. Выполненный сравнительный анализ строительно-технических характеристик вяжущих по эффективности действия гидрофобизаторов в зависимости от природы минеральной части подтвердил достоверность разработанных атомно-молекулярные моделей сложных минеральных систем. Определены оптимальные дозировки гидрофобизаторов в сухие строительные смеси - 0,25 % ПАВ от массы вяжущего при содержании в нем сродного наполнителя.

6. Предложен комплексный подход к оценке долговечности отделочных покрытий, учитывающий изменения гидрофизических характеристик в условиях воздействия циклического замораживания и оттаивания, позволяющий прогнозировать срок их эксплуатации. Доказано снижение числа плановых ремонтов отделочных покрытий в процессе эксплуатации более чем в 2 раза при использовании разработанных гидрофобных сухих строительных смесей по сравнению с базовыми промышленными рецептурами.

7. Впервые введены в практику строительства: нормативный документ ТУ 5745-001-56100665-2012 «Смеси сухие строительные различного функционального назначения «ГРИМИС» и документированные процедуры рационального выбора гидрофобизаторов для сухих строительных смесей на основе разработанных моделей их структуры.

8. Определен технико-экономический эффект практического применения разработанных гидрофобных сухих строительных смесей для отделочных

покрытий за счет снижения затрат вследствие замены части вяжущего, увеличения срока службы и снижения числа плановых ремонтов. Доказана ежегодная экономия в процессе эксплуатации отделочного покрытия - 14,28 руб. с 1 м2 оштукатуренной поверхности.

Положения диссертации опубликованы в следующих основных работах:

1. Орехов, С.А. Гидрофобные добавки для строительных растворов / С. А. Орехов, С. А. Дергунов // Вестник ОГУ. - 2008. - № 82. - С. 233234.

2. Орехов, С.А. Исследование кинетики водопоглощения минеральных систем с гидрофобными добавками на основе стеариновой кислоты / С. А. Орехов, С. А. Дергунов // Вестник ОГУ. - 2009. - № 12. -С. 437-442.

3. Orekhov, S. А. Theoretische Grundlagen der Beeinflussung von mineralischen Baustoffen durch Erzeugnisse der Bauchemie / Internationale Baustofftagung Die 17. Ibausil / S.A Orekhov, S. A. Dergunov. - Institut für Baustoffkunde der Bauhaus-Universität Weimar, 2009. - S. 2-77.

4. Орехов, С. А. Гидрофобизация минеральных систем / С. А. Орехов, С. А. Дергунов // Материалы XV Академ, чтений РААСН - Международ, науч.-техн. конф., 2010 г., Казань. - Т. 1. - Казань, 2010. - С. 206-210.

5. Орехов, С. А. Наполненные вяжущие с повышенными гидрофобными свойствами / С. А. Орехов // Международ, семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей. - М., 2010 - С. 74-77.

6. Орехов, С. А. Разработка смешанных вяжущих с повышенными гидрофобными свойствами / С. А. Орехов, С. А. Дергунов // Журнал для профессионалов «СтройПРОФИль». - СПб., 2010. - С. 16-18.

7. Орехов, С. А. Роль гидрофобизаторов в формировании свойств це-ментно-наполненных вяжущих / С. А. Орехов, С. А. Дергунов, В. Н. Рубцова, М. С. Гаркави // Материалы научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Полякова Алексея Филипповича / Уфимский гос. нефт. техн. ун-т. - Уфа: УГНТУ, БашНИИстрой, 2011. - С. 94-99.

8. Орехов, С. А. Влияние олеата натрия на прочностные показатели камня на основе смешанного вяжущего / С. А. Орехов, С. А. Дергунов, JI. Н. Сасина // Материалы VI Международ, конф. студентов, аспирантов и молодых ученых / Пензен. гос. ун-т архитектуры и стр-ва. - Пенза : ПГУАС, 2011.-С. 165-168.

9. Орехов, С. А. Вопросы атомно-молекулярного моделирования молекул ПАВ в композиционных строительных материалах / С. А. Орехов, М. В. Бреднева, С. А. Дергунов // Материалы 69-й науч.-техн. конф.: сб. докл. / Магнитогор. гос. техн. ун-т им. Г. И. Носова - Т. 2. - Магнитогорск : МГТУ, 2011.-С. 124-127.

10. Орехов, С. А. Компьютерное моделирование в строительном материаловедении / С. А. Орехов, С. А. Дергунов, М. В. Бреднева // Сб. материалов V Всерос. науч.-практ. конф. «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии». - Оренбург, 2011. - С. 325-329.

11. Орехов, С. А. Повышение водоотталкивающих свойств отделочных покрытий на основе строительных растворов / С. А. Орехов, С. А. Дергунов, Л. Н. Сасина // Вестник ОГУ. - 2011. - № 4. - С. 189-191.

12. Орехов, С. А. Сродство гидрофобных добавок к компонентам минеральной природы / С. А. Орехов, С. А. Дергунов // Материалы 68-ой Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР 2010 «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» / Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. - Самара : СГАСУ, 2011.-С. 519-521.

13. Орехов, С. А. Улучшенные гидрофизические свойства отделочных покрытий на основе сухих строительных смесей / С. А. Орехов, С. А. Дергунов, М. В. Бреднева // Материалы 69-ой науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» : сб. докл. / Магнитогор. гос. техн. ун-т им. Г. И. Носова. - Магнитогорск : МГТУ, 2011. - С. 238-241.

14. Orekhov, S.A. Erhöhung der Effektivität der Anwendung der hydrophoben Zusätze in den Bindemittel auf Zementbasis / S.A. Orekhov, S. A. Der-gunov, VN. Rubtsova //Internationale Baustofftagung Die 18. Ibausil - Institut fiir Baustoffkunde der Bauhaus-Universität Weimar, 2012. - P 1.07.

15. Орехов, С. А. Гидрофобизация сухих строительных смесей на основе цемента / С. А. Орехов, С. А. Дергунов, М. С. Гаркави //Материалы Всероссийской научно-методической конференции / Оренбургский гос. ун-т. -Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2012. - С. 536-540.

16. Орехов, С. А. Исследование кинетики водопоглощения минеральных систем с гидрофобными добавками на основе олеатов / С. А. Орехов, С. А. Дергунов // Вестник ОГУ. - 2012. - №4. - С. 19-20.

Патенты

17. Пат. 2499777 Российская Федерация, Cl С04В 28/02, 41/46, 111/72 Сухая строительная смесь / Дергунов С.А., Орехов С.А., Бреднева М.В., Рубцова В.Н.; опубл. 27.11.2013, Бюл. №33.

Ч3

Подписано в печать 24.03.2014 г. Формат 60х84*/16, бумага офсетная, гарнитура «Тайме». Усл. печ. листов 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 68.

Участок оперативной полиграфии ОГУ 460018, г. Оренбург, пр-т Победы 13, Оренбургский государственный университет

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

0420!457621

Орехов Сергей Алексеевич

ГИДРОФОБНЫЕ СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ОТДЕЛОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор

Гаркави М. С.

Оренбург 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ......................................4

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................5

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ГИДРОФОБНЫХ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЯХ ДЛЯ ОТДЕЛОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ ......................................................................... 13

1Л Техническое состояние и перспектива развития отрасли производства и применения сухих строительных смесей....................................................................13

1.2 Факторы, определяющие долговечность отделочных покрытий................................................................17

1.3 Классификация и принцип действия и гидрофобизиру-ющих добавок......................................................... 19

1.4 Атомно-молекулярное моделирование сложных систем гидратационного твердения.......................................32

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ..................................................................44

2.1 Характеристика исходных компонентов......................44

2.2 Атомно-молекулярное моделирование........................48

2.3 Физико-химические методы анализа...........................49

2.4 Исследование строительно-технических свойств материалов.................................................................. 49

2.5 Математическое планирование эксперимента...............50

ГЛАВА 3 МОЛЕКУЛЯРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КОМПНОНЕТОВ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ............... 52

3.1 Атомно-молекулярное моделирование исходных компонентов................................................................ 53

3.2 Моделирование цементно-наполненных систем, модифицированных гидрофобными ПАВ........................... 57

3.3 Прогнозирование свойств модифицированных цемент-но-наполненных вяжущих.........................................61

3.4 Выводы по главе 3...................................................66

ГЛАВА 4 МОДИФИКАЦИЯ ЦЕМЕНТНО-НАПОЛНЕННЫХ СИСТЕМ И СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ... 67

4.1 Влияние минеральных наполнителей на реологические свойства цементного теста........................................ 67

4.2 Влияние минеральных наполнителей на структурные и физико-механические характеристики цементного камня..........................................................................70

4.3 Объемная гидрофобизация наполненных вяжущих........79

4.3.1 Влияние модифицирующих добавок на свойства цементно-наполненного теста...........................81

4.3.2 Механические характеристики гидрофобизиро-ванных систем................................................82

4.3.3 Влияние добавок на гидрофизические свойства вяжущего ......................................................89

4.4 Сравнительная эффективность гидрофобизаторов ....... 98

4.5 Выводы по главе 4................................................... 102

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ГИДРОФОБНЫХ НАПОЛНЕННЫХ ВЯЖУЩИХ........................................................................... 104

5.1 Исследование гидрофобного эффекта во времени.........116

5.2 Выводы по главе 5................................................... 122

ГЛАВА 6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.......................................124

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ........................................................... 130

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ......................... 132

ПРИЛОЖЕНИЕ А...................................................................153

ПРИЛОЖЕНИЕ Б................................................................... 154

ПРИЛОЖЕНИЕ В...................................................................155

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

157

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

ССС - сухие строительные смеси СГ - силиконовые гидрофобизаторы КОС - кремнийорганические соединения ПАВ - поверхностно-активные вещества НГ - нормальная густота ВЖК - высшие жирные кислоты

ВКОС - высокомолекулярные кремнийорганические соединения

ПЭГС - полиэтилгидридсилоксан

ПМСК - полиметилсиликонат

ППЭ - поверхностно-потенциальная энергия

МО - молекулярные орбитали

РФА - рентгенофазовый анализ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Современное строительство характеризуется ускоренными темпами возведения общественных и промышленных зданий различного функционального назначения. Создание таких объектов требует использования огромного разнообразия отделочных покрытий на основе сухих строительных смесей, основное назначение которых не только формирование архитектурного облика, но и защита конструкций от внешних агрессивных сред. Основной причиной разрушения строительных материалов является воздействие влаги. Вода, проникающая в капиллярно-пористую структуру материала, мигрируя в полости, не только разрывает его изнутри при отрицательных температурах, но и приводит к массопереносу отдельных компонентов. Поэтому основным условием надежности и долговечности отделочных покрытий является повышение их водоотталкивающих свойств, что достигается введением в состав смеси эффективных поверхностно-активных веществ гидрофобного типа.

Современные сухие строительные смеси (ССС) имеют многокомпонентный состав, поэтому выбор гидрофобных добавок должен осуществляться с учетом свойств их минеральных составляющих. Этот выбор возможен при использовании современных методов моделирования, позволяющих не только определить наиболее рациональную область применения гидрофобных добавок, но и прогнозировать ориентировочный срок службы материалов на основе ССС.

В этой связи актуальной научной и практической задачей является разработка гидрофобных отделочных покрытий на основе сухих строительных смесей с применением методов атомно-молекулярного моделирования.

Цель работы - разработка эффективных составов гидрофобных сухих строительных смесей с учетом природы минеральных компонентов и поверхностно-активных веществ.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

-разработать энергетические модели гидрофобных поверхностно-активных веществ;

-выполнить молекулярное моделирование структуры отделочных покрытий из гидрофобных сухих строительных смесей исходя из природы поверхностно-активного вещества (ПАВ) и минеральных компонентов;

-разработать схемы рациональной упаковки минеральных частиц в смешанных цементах с учетом структурных особенностей компонентов;

-исследовать процесс твердения гидрофобизированных це-ментно-наполненных систем;

-разработать рациональные составы отделочных гидрофобных сухих строительных смесей и определить их строительно-технические свойства;

-определить технико-экономическую эффективность разработанных составов гидрофобных сухих строительных смесей.

Научная новизна работы:

- впервые с использованием метода атомно-молекулярного моделирования разработаны модели структуры распределения поверхностно-потенциальной энергии в молекулах ПАВ и сложных минеральных систем;

- экспериментально подтверждена правомерность использования разработанных атомно-молекулярных моделей по критерию минимума свободной энергии системы при проектировании составов сухих строительных смесей с повышенным сроком службы;

- теоретически обосновано и экспериментально определено сродство Иа-содержащих гидрофобизаторов к поверхности минеральных компонентов в зависимости от их природы. Установлено высокое сродство гидрофобизаторов на основе олеатов натрия к основным минеральным компонентам сухих строительных смесей, а стеаратов натрия - к кислым;

- показано, что использование цементно-наполненной системы рационального состава, содержащей 12% наполнителя, позволяет повысить однородность поровой структуры камня, снизить средний размер открытых капиллярных пор более чем в 3 раза и увеличить прочность при сжатии на 10-13%;

- предложен комплексный критерий долговечности отделочных покрытий из гидрофобных сухих строительных смесей, учитывающий изменения гидрофизических характеристик в условиях воздействия циклического замораживания и оттаивания.

Личный вклад автора состоит в постановке задач настоящего исследования, проведении экспериментов, формулировке и разработке всех положений, определяющих научную новизну работы и её практическую значимость с написанием основных выводов. Автору принадлежит ведущая роль в исследованиях ПАВ методом атомно-молекулярного моделирования (совместно с В.Н. Рубцовой и М.В. Бредневой), в изучении и анализе индивидуальных структурных особенностей дисперсных минеральных компонентов (совместно с С.А. Дергуновым и В.Н. Рубцовой), в оценке гидрофизических свойств отделочных покрытий на основе сухих строительных смесей (совместно с С.А. Дергуновым и Л.Н. Сасиной).

Достоверность научных выводов и результатов работы обеспечена применением современного оборудования для стандартных испытаний, корректностью постановки задач, принятых допущений, до-

статочным объемом исходных данных и результатов исследований, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, использованием комплекса современных физико-химических методов анализа.

Фактический материал и методы исследований

Для обработки результатов исследований применялись статистические и математические методы. Разработка молекулярных термодинамических моделей произведена методом атомно-молекулярного моделирования специализированным программным комплексом. Изучение структуры проводилось с помощью микроскопических наблюдений, рентгенофазового анализа, методов дилатометрии и электронной микроскопии.

В качестве исходных компонентов применялись: портландцемент ГИД 500-Д0, дисперсные компоненты различной минеральной природы, химические функциональные добавки и поверхностно-активные вещества гидрофобного типа. Исследования проводились на оборудовании кафедры «Технология строительного производства», ИЦ «Оренбургстройиспытания» и института микро- и нано-технологий ФГБОУ ВПО ОГУ.

Практическая значимость работы

1. Разработаны составы сухих строительных смесей на основе оптимизированных смешанных вяжущих с повышенными гидрофизическими характеристиками (Патент № 2499777). Достигнуто снижение водопоглощения более чем в 2 раза, капиллярного подсоса влаги - на 65% и повышение морозостойкости с 75 до 100 циклов.

2. Проведена оценка гидрофобного эффекта во времени методом ускоренного старения. Доказано снижение числа плановых ремонтов разработанных отделочных покрытий в два раза.

3. Определена технико-экономическая оценка результатов диссертационной работы и подтвержден экономический эффект практического использования разработанных составов сухих строительных смесей.

Внедрение результатов исследований

Результаты проведенных исследований внедрены в производственный процесс при изготовлении промышленных составов сухих строительных смесей различного функционального назначения с повышенными водоотталкивающими свойствами торговой марки «ГРИМИС» (г. Оренбург).

Аналитические и научно-технические материалы использованы при разработке нормативного документа ТУ 5745-001-56100665-2012 «Смеси сухие строительные различного функционального назначения «ГРИМИС».

Теоретические положения диссертационной работы использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлению 270800.62 - Строительство.

Пат. 2499777 Российская Федерация, С1 С04В 28/02, 41/46, 111/72 Сухая строительная смесь / Дергунов С.А., Орехов С.А., Бреднева М.В., Рубцова В.Н.; опубл. 27.11.2013, Бюл. №33

Работа выполнена в рамках госбюджетных НИР («Рациональное использование сырьевых ресурсов Оренбуржья и утилизация отходов производства» № 01990000128 и «Проектирование и разработка эффективных составов сухих строительных смесей» № 01201000572) на кафедре технологии строительного производства Оренбургского государственного университета при поддержке областного гранта в сфере научной и научно-технической деятельности.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были представлены на следующих научно-технических конференциях, форумах, со-

вещаниях: региональная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2009, 2010, 2011 и 2012); 68-ая Всероссийская научно-техническая конференция по итогам НИР «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» (Самара, 2010); Международная научно-техническая конференция «Современные технологии сухих смесей в строительстве «Mix BUILD» (Москва, 2009, 2010); конкурс работ молодых ученых в рамках XV Академических чтений РААСН «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (Казань, 2010); Internationale Baustofftagung. Ibausil - Institut für Baustoffkunde der Bauhaus-Universität (Weimar, 2009, 2012); Всероссийская научно-техническая конференция МГТУ (Магнитогорск, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012); Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (Пенза, 2009, 2010, 2011); Международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей (Москва, 2010); конкурс научно-исследовательских работ аспирантов и молодых ученых «ЭВРИКА» (Новочеркасск, 2010, 2011, 2012); научно-техническая конференция, посвященная 100-летию со дня рождения профессора А. Ф. Полякова (Уфа, 2011); Всероссийский молодежный образовательный форум «СЕЛИГЕР» (Тверская обл., 2011); Международный форум по нанотехнологиям (Казань, 2011); I и III региональный молодежный инновационный конвент Оренбургской области (Оренбург, 2011, 2013); II Всероссийская научно-практическая конференция «Ресурсо-энергоэффективные технологии в строительном комплексе региона» (Саратов, 2012); II Всероссийский форум молодых ученых Приволжского федерального округа (Уфа, 2012); Международная научно-техническая конференция «Инновационные строительные технологии, теория и практика» (Оренбург, 2013).

Экспонаты по результатам НИР отмечены дипломами и грамотами на следующих выставках: областная выставка научно-технического творчества молодежи «НТТМ» (Оренбург, 2010, 2011, 2012, 2013); Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи «НТТМ» (Москва, 2011, 2012); Международная выставка в рамках VII форума межрегионального сотрудничества Казахстана и России (Усть-Каменогорск, 2010); IX ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов в рамках IV Российского Форума «Российским инновациям - российский капитал» (Оренбург, 2011); Всероссийская выставка в рамках V Российского форума «Российским инновациям - российский капитал» (Нижний Новгород, 2012).

Публикации

Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 38 научных публикациях, включающих 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, и получен 1 патент

На защиту выносятся:

- разработанные атомно-молекулярные модели гидрофобных поверхностно-активных веществ и компонентов минеральных систем;

- закономерности изменения строительно-технических свойств смешанных цементов в зависимости от их состава, природы минеральных компонентов и содержания различных гидрофобных ПАВ;

- метод оценки гидрофобного эффекта во времени и долговечности отделочных покрытий из сухих строительных смесей по их гидрофизическим показателям в процессе циклического замораживания-оттаивания.

Структура и объём диссертации:

Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка источников и приложений.

Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 22 таблицы, список источников из 173 наименований и 4 приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту, докторанту, к.т.н., доценту Дергунову С.А. за помощь в проведении экспериментальных и теоретических исследований при выполнении диссертации, а также всему коллективу кафедры технологии строительного производства Оренбургского государственного университета за оказанное содействие при выполнении работы.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ГИДРОФОБНЫХ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЯХ ДЛЯ ОТДЕЛОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ

1.1 Техническое состояние и перспектива развития отрасли производства и применения сухих строительных смесей

Затраты на выполнение отделочных работ составляют в среднем 35 - 40 % от расходов на возведения зданий и сооружений. Поэтому совершенствованию этого вида строительных работ, освоению новых отделочных материалов должно уделяться пристальное внимание. Усилия представителей науки, проектировщиков и строителей следует направлять на продвижение передовых технологий с целью снижения трудоемкости технологических операций отделочных работ и повышения долговечности конструкции.

Для этого требуются высококачественные строительные материалы. Сегодня уже невозможно представить себе как новое строительство, так и реконструкцию или ремонт зданий без использования модифицированных сухих смесей. Их преимущества перед традиционными растворами неоспоримы.

Широкое внедрение в