автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Сухие строительные смеси специального назначения на основе щелочесиликатных вяжущих

На правах рукописи

Сеньков Сергей Александрович

СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЩЕЛОЧЕСИЛИКАТНЫХ ВЯЖУЩИХ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2005

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Голубев Виктор Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Иващенко Юрий Григорьевич

кандидат технических наук, доцент Хлыстов Алексей Иванович

Ведущая организация: Пензенский государственный университет

архитектуры и строительства

Защита состоится 12 мая 2005 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.05 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан 11 апреля 2005 года.

диссертационного совета

Ученый секретарь

Иноземцев В.К.

тот

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Переход к рыночным отношениям требует изменений в подходах к организации строительных работ и ассортименту применяемых материалов.

Изменения в ассортименте применяемых строительных материалов, в свою очередь, обусловлены новыми технико-экономическими требованиями к строительству:

- минимизации трудозатрат на строительном объекте;

- сокращения сроков строительных работ;

- минимизации расхода материалов;

- повышения качества выполняемых работ;

- увеличения срока эксплуатации объекта.

Все это позволяет повысить экономическую эффективность строительства или ремонта и, следовательно, обеспечение конкурентоспособности при применении новых материалов.

Значительное увеличение объемов ремонтно-строительных работ привело к увеличению производства сухих строительных смесей как общестроительного, так и специального назначения.

Высокое качество сухих смесей обеспечивается стабильностью состава смесей и свойствами применяемых ингредиентов. Важнейшую роль играют различные добавки, в том числе полимерные, придающие сухим смесям требуемые свойства.

В смесях общестроительного назначения применяются традиционные вяжущие вещества (цемент, известь, гйпс), фракционированные заполнители (песок, перлит, вермикулит), наполнители (известняковая мука, молотый кварцевый песок), а также полимерные добавки (метилцеллюлоза, оксиме-тилциллюлоза и др.).

К смесям специального назначения могут предъявляться самые разнообразные требования, например высокая адгезия к различным материалам, сочетаемая с такими свойствами, как коррозионная стойкость, жаростойкость, водонепроницаемость и другими.

Сухие смеси специального назначения в настоящее время ввозятся преимущественно из-за рубежа, а поэтому важной задачей является разработка составов смесей на основе местных сырьевых ресурсов.

Перечисленные, а также и другие свойства смесей специального назначения во многом определяются свойствами применяемого вяжущего.

Ассортимент порошкообразных неорганических вяжущих веществ, пригодных для производства жаростойких, теплоизоляционных, коррозион-ностойких материалов ограничен и представлен в основном водорастворимыми гидросиликатными порошками (ГСП) или безводными силикат-натриевыми стеклами (БСН).

Следовательно, задача создания производства цементов гидратацион-ного твердения, сочетающих вы йЩ ¡Щ} КИРГТИ*1У> дереву,

^ИБЗИОТСКА |

¡ГЗЁЖ

металлу с высокой собственной механической прочностью, а также стойкостью к действию высоких температур и химической сопротивляемостью, является своевременной.

Такими вяжущими, обладающими вышеперечисленными свойствами являются щелочесиликатные цементы. Однако технологические особенности получения и свойства щелочесиликатных цементов, в том числе полученных на основе композиций смешанного состава, а также вопросы применения таких цементов в смесях специального назначения изучены недостаточно.

Таким образом, исследование состава, структуры и свойств щелочесиликатных цементов, в том числе смешанного состава, в сочетании с наполнителями различной природы и разработка технологии их производства являются актуальной задачей.

Цель работы. Разработка составов, исследование закономерностей образования структуры и свойств строительных композиций на основе щелочесиликатных вяжущих.

Задачи исследования:

1. Провести научно-технологическое обоснование получения щелочесиликатных вяжущих на основе местного минерального сырья и техногенных отходов.

2. Исследовать процессы твердения и закономерности структурообра-зования щелочесиликатных вяжущих, в тм числе смешанного типа.

3. Установить возможность модифицирования щелочесиликатных цементов комплексными органоминеральными добавками.

4. Разработать составы, исследовать физико-технические и эксплуатационные свойства строительных композиций на основе моно- и полтцелоче-сшшкатных вяжущих.

5. Оценить экономическую эффективность разработанных составов и провести апробацию результатов исследований в производственных условиях.

Научная новизна работы:

- разработаны основные материаловедческие и технологические принципы получения эффективных составов сухих смесей на основе щелочесиликатных вяжущих;

- показана эффективность использования в составе щелочесиликатных вяжущих минеральных дисперсных кремнеземсодержащих наполнителей;

-выявлены основные закономерности улучшения структуры за счет применения наполнителей и органических модификаторов, структурирующихся в условиях повышенной щелочности;

-определена высокая адгезионная способность разработанных составов (клеев) к металлу, бетону, дереву, горным породам (карналлит, сильвинит);

- получены экспериментальные данные по эффективности применения разработанных составов для огнезащиты строительных конструкций.

Практическая значимость работы. Разработана новая группа сухих строительных смесей, включающая смешанные щелочесиликатные вяжущие, наполненные органомдаерадьным» добавками-модификаторами и характери-

"»¿I :

-sí"*.

' »«

v-ч- - '9 " - • - —

зующиеся высокими физико-механическими свойствами. Определены оптимальные составы смешанных щелочесиликатных вяжущих. Получены высокопрочные, быстротвердеющие щелочесиликатные цементы с хорошей адгезией к различным видам подложек и клеевые композиции на их основе. Определены оптимальные составы композиционных материалов для работы в условиях высоких температур. В ОАО «Горнозаводскцемент» и ООО «Стройогнеупор» в 2004 г. выпущены опытные партии щелочесиликатных вяжущих, в том числе смешанного типа. В ОАО «Горнозаводскцемент» и ООО «Стройогнеупор» в 2004 г. выпущена опытно-промышленная партия сухих строительных смесей специального назначения. Результаты разработок внедрены в ООО «Научно-производственная фирма «МОСТ» при работах по отделке стальных конструкций огнезащитным покрытием. Разработанные составы клеевых композиций использовались для крепления дробленой сильви-нитовой руды на поверхности спелеоклиматической камеры в спелеоклассе лицея № 1 Пермского государственного технического университета. Спелео-класс спроектирован и смонтирован специалистами ООО «Научно-внедренческое управление» (г. Березники) совместно с региональным центром безопасности и здоровья человека «Техновита» Г1ГТУ и является уникальной и единственной в своем роде «комнатой живого воздуха». Приведенный экономический эффект составляет 20 руб./м2.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: научно-технических конференциях «Молодежная наука Прикамья- 2000, 2001» (Пермь, 2000, 2001); «Строительство и образование» (Екатеринбург, 2001, 2002); научно-технической конференции молодых ученых Пермской области (Пермь, 2002); научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов Строительного факультета ПГТУ (Пермь, 2003, 2004); XXX юбилейной научно-технической конференции ПГТУ, посвященной 50-летию Пермского государственного технического университета (Пермь, 2003); международной научно-технической конференции «Гидроизоляционные и кровельные материалы XXI века» (Санкт-Петербург, 2003); научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2005); полученные силикатные связующие и композиционные материалы на их основе демонстрировались на международной выставке «Строительство и ремонт» (Пермь, 2001); в законченном виде работа доложена в Саратовском государственном техническом университете.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и содержит 218 страниц текста, включая 31 таблицу, 61 рисунок, 5 приложений, список использованной литературы из 96 наименований.

На защиту выносятся:

1. Экспериментально-техническое обоснование материаловедческих и технологических принципов формирования структуры и свойств строительных композиций на основе щелочесиликатных вяжущих.

2. Составы сухих смесей и композиций, установленные технологические особенности их применения.

3 Зависимости физико-технических показателей композиций от их состава.

4. Закономерности структурной модификации строительных вяжущих композиций путем введения наполнителей и ацетоноформальдегидной смолы АЦФ-ЗМ с целью повышения их эксплуатационных показателей.

Автор благодарит к.т.н., доцента Семейных Н. С. за участие и помощь в исследованиях и разработках при решении научных и технических проблем при выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отражены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приведен обзор вяжущих веществ, используемых в составе сухих смесей специального назначения. Одними из таких наиболее распространенных материалов являются щелочесиликатные композиционные вяжущие.

Разработка щелочесиликатных вяжущих веществ начата в 70-е годы прошлого века российскими учеными М.М. Сычевым, Н.Ф. Федоровым, В.Д. Глуховским, В.И. Корнеевым и многими другими. Н.Ф. Федоров с сотрудниками на основании проведенных работ показал, что реакции гидролиза и гидратации, характерные для известных видов цементов гидратационного твердения, характерны и для многих солей, в том числе щелочесодержащих, которые могут быть с успехом использованы для расширения ассортимента вяжущих веществ. Данные вяжущие были получены твердофазовым синтезом простых и сложных силикатных соединений, в частности на основе систем типа ЛгО-БЮг при температуре 600-700°С. Полученные цементы, кроме высокой прочности при сжатии, обладали и высокой прочностью при отрыве к металлам. Однако процессы твердения и структурообразования предлагаемых щелочесиликатных цементов не были достаточно изучены. В этих работах было также показано, что на основе таких цементов можно получать жаростойкие материалы, декоративные силикатные композиции, силикатные краски и др.

Поэтому задача создания производства сухих смесей на основе щелочесиликатных цементов гидратационного твердения, сочетающих высокую адгезию к бетонам, кирпичу, дереву, металлу с высокой собственной механической прочностью, коррозионностойкостью и стойкостью к действию высоких температур, является актуальной и современной.

В настоящее время весьма перспективным научно-техническим направлением является разработка составов сухих смесей специального назначения, обладающих заданными функциональными свойствами. Показаны

возможные области применения щелочесиликатных цементов в качестве сухих строительных смесей специального назначения.

На основании изложенного в первой главе сформулирована цель и поставлены задачи исследований.

Во второй главе представлены характеристики используемых материалов, методы и методики испытаний, метод математического планирования эксперимента, где результаты оценивались по критерию Фишера и Кохрена.

Исследования проводились с применением комплекса современных, взаимодополняющих методов: инфракрасной спектроскопии, дифференциально-термического и рентгеноструктурного анализа, петрографического анализа, стандартных методов испытаний физико-механических свойств. В качестве объекта исследования были выбраны щелочесиликатные цементы на основе калия и натрия. Основные физико-технические показатели данных цементов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-технические показатели щелочесиликатных цементов

Цвет светло-розовый

Плотность, кг/м3 2600

Насыпная плотность, кг/м3 800

Водопотребность, % 25

рН, не менее 12,2

Предел прочности, МПа при сжатии при отрыве к алюминию к бетону к дереву 50-80 15 10 3

Сроки схватывания, мин начало конец 45 90

Остаток на сите №008, % 15

Ударная вязкость, кг/мм'' 1,3

Температура вспучивания при нагревании, °С 120-200

Средняя плотность вспученного материала, кг/м3 400

Коэффициент теплопроводности, ккал/м ч°С 0,1

При выполнении исследований использовались следующие материалы: калий углекислый полутораводный - поташ, удовлетворяющий ¡ребованиям ГОСТ 10690-73; натрий углекислый, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 2156-76; кварцевый песок с содержанием 8102=96%. В качестве наполнителя использовались: кварцевая мука, получаемая размалыванием кварцевого песка в лабораторной мельнице до удельной поверхности 3000...3600 см2/г; карбонатная мука, получаемая размалыванием известняка Пашийского месторо-

ждения до 3000...3500 см2/г. В качестве добавок-модификаторов для исследуемых композиций использовались: ацетоноформальдегидная смола АЦФ-ЗМ, удовлетворяющая требованиям ТУ 59.02.039.57-99 - целевой продукт химического производства; сульфат натрия (Ка2504) - ускоритель твердения, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 6318-77.

Для разработай составов сухих смесей огнезащитных покрытий на основе щелочесиликатных цементов использовали вермикулит Потанинского месторождения (Челябинская область) фр. <0,315 и фр. 0,315-0,63 мм.

Приготовление щелочесиликатного цемента включало:

-помол сырьевых компонентов (поташа, соды, кварцевого песка) до удельной поверхности 3000-3500 см2/г;

- приготовление шихты с влажностью \\^=3-4% с последующим твер-дофазовьм спеканием в лабораторной муфельной печи по режиму: для ка-лийсодержащего состава при £=500°С - 30 минут затем при 1г=700оС - 8 часов; для натрийсодержащего состава при 1=300°С - 30 минут, затем при И600°С -8 часов;

- охлаждение после обжига резкое в помещении с Ъ=20±2°С;

- дробление и помол спеков в лабораторной дробилке и мельнице до удельной поверхности 3000-3500 см2/г.

Образцы для испытания щелочесиликатных цементов формовали размером 10x10x10 мм и 20x20x80 мм.

Твердение образцов осуществляли на воздухе при комнатной температуре 20±2°С и влажности 60-70%. Образцы испытывали на прочность в возрасте 1,7, 28 суток твердения. Для каждого испытания готовили по 5 образцов.

Для оптимизации составов и количественной оценки результатов исследованных зависимостей применяли математическое планирование эксперимента (трехфакторный, трехуровневый).

В третьей главе приведены результаты исследований структуры, физико-механических и адгезионных свойств монощелочесиликатных цементов на основе оксидов натрия и калия. Состав вяжущих и адгезионные свойства натрийсиликатных цементов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Состав, вяжущие и адгезионные свойства натрийсиликатных цементов

Состав Ыа20, мол. % 8102, мол. % Прочность при сжатии, М11а, в возрасте (сут.) Прочность при отрыве к алюминию, МПа, в возрасте (сут)

1 7 28 1 7 28

Н-0,5 5 95 0,0 1,5 2,0 0,0 0,7 0,7

Н-1 10 90 0,2 16,0 50,0 0,7 1,0 1Д

Н-2 15 85 0,0 17,6 44,9 0,3 1,0 1,1

Н-3 20 80 0,0 6,1 33,7 0,5 1,1 1,3

Н-4 25 75 1,0 6,8 26,0 0,3 0,5 0,9

Н-5 30 70 1,5 4,5 11,3 0,3 0,5 0,5

Исследования показали, что лучшим натрийсиликатным составом по механическим свойствам является малощелочной состав, содержащий Ыа20=10 мол%, 8Ю2=90 мол%. Данный состав был использован в дальнейшем при исследовании структуры, физико-механических и адгезионных свойств смешанных композиций.

Исследования фазового состава натрийсиликатного цемента методами рентгенофазового, ИК-спектрального, дифференциально-термического, мик-роспопического анализов показали, что спеки состоят в основном из двух силикатов: дисиликата натрия ГМа281205) и трисиликата натрия (Ка^зО?). Отмечено присутствие кремнезема в форме а-кварца и непрореагировавшего исходного компонента - соды.

На ИК-спектре спека состава: Ыа20^10%, 8Ю2=90% присутствует широкая полоса поглощения у=900-1200 см-1 Возникновение этой полосы связано с формированием щелочных силикатов натрия. Присутствие в спе-ках силикатов натрия отмечено на термограммах эндоэффектом при 705-710°С. О значительном количестве кремнезема в форме а-кварца свидетельствуют отмеченные на рентгенограммах дифракционные максимумы А/п, А: 4,28; 3,36; 1,82, а на ИК-спектрах характерные полосы поглощения у=470, 790, 1100 см"1.

Полученный экспериментальный материал по синтезу и исследованию свойств натрийсиликатных цементов свидетельствует, что тонкоизмельчен-ные спеки на основе исходных шихт, состава в интервале концентраций, мол% Ыа20=5-30, 8Ю2=70-95 при затворении водой проявляют вяжущие свойства, причем наибольшее значение прочностных показателей характерно для высококремнеземистых составов с содержанием 8Ю2>80мол%.

Адгезионные свойства синтезированных цементов к металлам незначительны, величина прочности на отрыв к алюминию в возрасте 28 суток не превышает 1,3 МПа.

По результатам петрографического анализа структуры продуктов твердения натрийсиликатных цементов установлено, что исследуемые цементы обладают полиминеральным составом, а цементный камень имеет сложную структуру. В продуктах твердения присутствует значительное количество обломков остаточного кремнезема в форме а-кварца, которые соединены цементирующей массой, состоящей из гидросиликатов натрия типа Ма28Юз-9Н20 и Ма28Ь07-11Н20, определяющих процессы твердения вяжущих веществ на основе силикатов натрия, и 1-5% свободной непрореагиро-вавшей соды (Ыа2СОз) (см. рис. 1).

При анализе продуктов твердения цементов натрийсиликатного состава методами ИК-спектроскопии и ДТА отмечено присутствие полосы поглощения у=1010-1190 см-1, а на дериватограмме - эндоэффектов при 400°С и 503°С, подтверждающих наличие гидросиликатов натрия. Присутствие свободного кремнезема отмечено по характерным полосам поглощения в области у=440, 780, 1100 см4

В качестве второго составляющего компонента для смешанных цементов использовали калийсиликатный цемент, обладающий высокими адгезионными и вяжущими свойствами. Калийсиликатные цементы, содержащие К20 о г 10 до 25 мол%, имеют значительные адгезионные свойства к металлам, дереву, бетону. Вяжущие и адгезионные свойства приведены в табл. 3.

Таблица 3

Вяжущие и адгезионные свойства цементов на основе калийсиликатных спеков

Состав к2о, мол. % ЯЮг, мол. % Прочность при сжатии, МПа, сут. Прочность при отрыве, МПа, сут.*

1 7 28 1 7 28

К-1 20 80 45,5 55,5 80,0 3,7 6,2 13,3

К-2 18 82 16,6 50,3 50,3 7,1 10,5 15,8

К-3 16 84 13,0 39,4 41,3 6,2 9,3 13,7

К-4 14 86 10,1 30,6 32,4 3,8 7,4 11,6

К-5 12 88 6,5 19,8 22,6 2,4 6,4 10,8

К-6 10 90 3,9 11,7 13,1 3,6 6,9 11,4

подложкой служил металл (алюминий).

Анализ данных показывает, что калийсиликатные цементы К-1 и К-2 имеют высокие физико-механические и адгезионные характеристики (Ксж=50-80 МПа, 1^=13-16 МПа).

С целью выяснения процессов твердения и закономерностей структу-рообразования полученных вяжущих были проведены исследования методами кристаллооптики и физико-химического анализа.

Выявлено, что структура цементного камня «многоуровневая». Она сформирована при цементации микрообломочных включений кварца крип-токристаллическим агрегатом гидросиликатов калия. В продуктах твердения цементов количество кварца составляет 50-85%. Цементирующая масса имеет кристаллическое строение и представлена в основном гидросиликатами калия типа К20-28Ю2 Н20, К20-48Ю2-Н20 (см. рис. 2) и гелем кремниевой кислоты, образующимся за счет воздействия щелочной среды на остаточный кремнезем (а-кварц), которая способствует его активному растворению. Возникновение щелочной среды в цементном тесте после затворения обусловлено гидролизом К20'28Ю2 и присутствием бикарбоната калия (у=780,1350 см1).

По данным ИК-спектрального анализа, в цементном камне составов К-1 и К-2 присутствуют полосы поглощения с максимумами у=450,720,1170 см-1, отвечающие свободному кремнезему (ЯЮ2), а полосы поглощения в интервале частот 960-1170 см"1 показывают на наличие гидросиликатов калия. На рентгенограммах продуктов твердения калийсиликатных цементов, ввиду их рентге-ноаморфности, выделяются интенсивные линии кремнезема в форме а-кварца с!/п, А: 3,30; 1,82; 1,54. Термограммы продуктов твердения свидетельствуют о присутствии бикарбоната калия (КНС03) - эндоэффект при 180°С, а эндоэффект при 420°С обусловлен разложением гидротетрасиликата калия.

Рис. 1. Гидросиликаты натрия, Рис. 2. Гидросиликаты калия,

увеличение 30х увеличение 700х:

1 план - гидродисиликат калия;

2 план - дендритовидные кристаллы гидротетрасиликата калия На рис. 3 показано изменение во времени водородного показателя ка-лийсшшкатного раствора. Через 1 час после затворения значение основности составляет - рН= 12,21, что свидетельствует о достаточно высокощелочной среде цементного теста, которая способствует протеканию процессов струк-турообразования.

Время твердения, мин Рис. 3. Изменение щелочности раствора во времени

В цементном тесте щелочная среда частично растворяет остаточный кремнезем и является катализатором образования гелеобразной кремнекисло-ты, обладающей высокой цементирующей способностью, обеспечивающей приобретете цементом значительных адгезионных свойств, в том числе к металлам.

В то же время высокие адгезионные свойства калийсиликатных цементов могут быть обеспечены только в том случае, если в составе продуктов

твердения цемента, кроме кремнегеля, имеется гидротетрасиликат калия (К2048Ю2Н20).

Показано, что цементный камень натрий- или калийсиликатного состава имеет структуру игольчатого типа, а кристаллические новообразования представлены высококремнеземистыми гидросиликатами типа Ма20-38Ю211Н20 или К20-48Ю2Н20.

Диссертационная работа посвящена разработке составов и изучению свойств сухих строительных смесей на основе щелочесшшкатных цементов, модифицированных различными добавками ускорителями, модификаторами структуры и свойств щелочесшшкатных цементов. Показано влияние комплексных добавок на формирование структуры и свойств композиционных строительных материалов на основе щелочесиликатных вяжущих.

Заслуживают внимания вещества органической природы (ацетонофор-мальдегидная смола АЦФ-ЗМ), выполняющие роль модифицирующих добавок для щелочесиликатных цементов, которые структурируются под влиянием щелочности твердеющих систем.

Кроме того, применение комплексных модификаторов (пластификатор - ускоритель твердения - наполнитель) позволяет обеспечить функциональный эффект повышения прочностных характеристик.

Анализ зависимости прочности цементного камня от дозировки АЦФ-смолы показывает, что для щелочесиликатного вяжущего наиболее оптимальной областью концентрации добавки является 0,2-0,3% от массы цемента (рис. 4).

Количество АЦФ, % от массы цемента

Рис. 4. Зависимость предела прочности калийсиликатного вяжущего от количества АЦФ

Для регулирования кинетики твердения и структурообразования в качестве добавки-ускорителя твердения использована соль сульфата натрия

(ИагБОД Выявлено, что при добавке сульфата натрия в количестве 0,9-1% от массы цемента происходит более интенсивное нарастание прочности в начальные сроки твердения (3 суток) в среднем на 16% по сравнению с контрольным составом. В качестве минеральных добавок использовали молотый кварцевый и карбонатный песок.

Анализ данных показывает, что минеральные наполнители в количестве 10-20% от массы цемента способствуют увеличению механических показателей композиций на 18-20% (см. рис 5).

Предпринята попытка объединить рассмотренные по отдельности, но разные по функциональному назначению добавки с целью получения композиционной добавки, которая может обеспечить направленное регулирование структуры и свойств наполненного щелочесиликатного цементного камня (см. рис. 6).

16

1 8

I

а

I

а: а»

I

8. £

ю

----^

^ 1

2

1

Количество наполнителя в %от массы цемента

Рис. 5 Зависимость предела прочности калийсиликатного вяжущего от количества наполнителя: 1 - КСЦ + молотый кварцевый песок;

2 - КСЦ + молотый карбонатный песок

Исследования показали, что композиционная органоминеральная добавка способствует повышению физико-технических показателей в среднем на 25-30%. Кроме того, комплексная органоминеральная добавка в щелочеси-ликатном цементе положительно влияет на структурообразование и твердение, а именно на кинетику структурообразования цементного камня. Можно сделать предположение, что комплексные добавки в индукционный период твердения оказывают стабилизирующее действие, следствием чего является пептизирующий эффект и увеличение дисперсности кристаллогидратов.

В четвертой главе исследованы вопросы структурообразования и физико-механические свойства смешанных щелочесиликатных цементов. Смешанные щелочесиликатные цементы получены путем совместного помола двух мо-нощелочесиликатных цементов натрий- и калийсиликатного состава.

О 10 20 30 40

Количество органаминеральной добавки в Нот массы цемента

Рис. 6. Зависимость предела прочности при сжатии калийсиликатного цемента от количества композиционной органоминеральной добавки: 1 - КСЦ+ мол. кварцевый песок + АЦФ (0,3%) + Ма2304 (1%); 2 - КСЦ+ мол. карбонатный песок + АЦФ (0,3%) + ^БО, (1%)

Результаты исследований вяжущих и адгезионных свойств смешанных цементов приведены на рис. 7 и 8.

<3

I 90 -I

а" а 80 ■

Р

в # 70-

и

а 60 ■

а

Р 50 ■

о

о

я > 40 ■

о

р.

30 ■

Д 20

10 •

0 ■

0/100 10/90 20/80 30/70 40/60 50/50 60/40 70/30 80/20 90/10 100/0 Соотношение компонентов К-2/Н-1, %

Рис. 7 Зависимость прочности при сжатии СЩЦ от состава композиции и времени ее твердения: кривая 1 - прочность при сжатии в возрасте 1 суток; кривая 2 - прочность при сжатии в возрасте 28 суток

Содержание исходных компонентов в смешанных щелочесиликат-ных цементах изменялось от 10 до 90 %.

Установлено, что для цементов смешанного состава на основе натрий-и калийсиликатных цементов отмечается значительное повышение прочности при сжатии. Прочность при сжатии смешанных щелочесиликатных цементов К-2 80 50

составов ——- от — до — вьпие прочностных показателей исходных моно-

щелочесиликатных цементов в полтора раза и составляет 75,0 МПа. Можно предположить, что это обусловлено наличием полищелочного (синергическо-го) эффекта при твердении данных цементов.

0/100 10/90 20/80 30/70 40/60 50/50 60/40 70/30 80/20 90/10 100/0

Соотношение компонентов К-2/Н-1, %

Рис. 8. Зависимость прочности на отрыв СЩЦ от состава композиции и времени ее твердения: кривая 1 - прочность при отрыве в возрасте 1 суток; кривая 2 - прочность при отрыве в возрасте 28 суток

При исследовании адгезионных свойств смешанных цементов выявлена зависимость изменения адгезионных свойств от содержания калийсиликатного цемента, который обладает более высокими адгезионными свойствами, чем на-трийсиликатный цемент. Характер зависимости линейный.

Для выяснения механизма структурообразования смешанных щелочесиликатных цементов использовались методы петрографического, дифференциально-термического, рентгенофазового и ИК-спектрального анализов.

По данным петрографического анализа (см. рис. 9) выявлены кристаллические сростки волокнистого типа, между которыми расположены частицы кварца. В препаратах на основе однокомпонентных цементов подобных

структур не наблюдалось. Образование кристаллических структур игольчато-волокнистого типа обусловливает значительный прирост прочности при сжатии у смешанных щелочесиликатных составов.

Рис. 9. Игольчато-волокнистая структура смешанного щелочесиликатного цемента

Цементирующая масса смешанных щелочесиликатных цементов представлена высокощелочными гидросиликатами натрия СМа20-38Ю2-11Н20) и калия (К2048Ю2-Н20), что подтверждается данными РСА.

Оптимизация составов смешанных щелочесиликатных цементов осуществлялась при помощи метода математического планирования эксперимента.

Реализован трехфакторный трехуровневый эксперимент. В качестве оптимизационных факторов приняты: содержание калийсиликатного цемента в смеси; марочная прочность при сжатии калийсиликатных цементов; марочная прочность натрийсиликатных цементов, а в качестве параметра оптимизации принята прочность при сжатии полученных смешанных щелочесиликатных цементов.

При математической обработке экспериментальных данных установлено, что на основе калийсиликатного и натрийсиликатного цементов могут быть получены смешанные щелочесиликатные цементы, механическая прочность которых превосходит прочность составляющих цементов в 2-3 раза. Оптимум предела прочности при сжатии смешанных цементов находится в интервале введения в смесь 70-80% высокопрочного калийсиликатного цемента (Ксж28срт=54,0 МПа), при этом величина механической прочности составляет 90,0-102,0 МПа.

Полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать прочность смешанных щелочесиликатных цементов в зависимости от состава.

В пятой главе описано применение щелочесиликатных цементов в различных областях строительства.

Калийсиликатный цемент эффективен для изготовления огнезащитных покрытий, где наполнителем является вспученный вермикулит. На основе композиционного вяжущего (связующее : наполнитель) разработан состав огнезащитного покрытия, где в качестве наполнителя применен вермикулит с разме-

ром зерен 0,315-0,63 мм и плотностью 175 кг/м3. Состав и результаты испытаний физико-механических свойств огнезащитных покрытий показаны в табл. 4.

Таблица 4

Состав и физико-механические свойства огнезащитных покрытий

Состав, % по массе Вид вяжущего Подвижность (ОК), см Плотность растворной смеси, кг/м3 Плотность раствора в возрасте 7 суток, кг/м3 Rorrp к стали, МПа R-адг к стали после 900°С, МПа

вяжущее вермикулит

40 60 КСЦ 5,0 - 300 0,02 0,00

50 50 КСЦ 5,0 1200 600 0,12 0,02

50 50 Композиционное вяжущее (КСЦ+СаСОз) 5,0 1250 800 0,11 0,02

60 40 КСЦ 5,7 1350 900 0,13 0,05

60 40 жидкое стекло 5,0 1120 700 0,09 0,00

70 30 КСЦ 6,2 1380 950 0,15 0,07

80 20 КСЦ 5,5 1440 1100 0,17 0,10

Исследование огнезащитной эффективности разработанных составов покрытий по стали проводилось по НПБ 236-97. На металлическую пластину размером 600x600x5 мм наносили огнезащитный состав толщиной 25 мм.

По результатам проведенных испытаний огнезащитного покрытия установлено, что время достижения предельного состояния составило не менее 45 минут.

По заключению испытательной лаборатории огнезащитное покрытие может обеспечить огнезащитную эффективность не ниже 4 группы при толщине слоя 25 мм.

Исследуемый калийсиликатный цемент предложено использовать при получении клеевых композиций для крепления солеплиток в помещениях сильвинитовых спелеоклиматотерапевтических камер и спелеокомплексов.

Основными этапами по разработке составов клеевых композиций являлись:

- разработка клеевых композиций;

- исследование физико-механических свойств предложенных композиций;

- определение прочности сцепления пиленых солеплиток с различными видами подложек на исследуемых клеевых композициях;

- оценка фиксирующей способности клеевых композиций.

Изготовлен состав клеевой композиции. Составляющие материалы: калийсиликатный цемент; кварцевый песок (8УД=3000-3200 см2/г); карналлито-вая соль фракцией <0,14 мм. Составы и физико-механические свойства представлены в табл. 5.

Таблица 5

Физико-механические свойства клеевых композиций на основе КСЦ

Состав клеевой композиции, % по массе В/Т Прочность при сжатии, МПа, в возрасте(сутки) Прочность при отрыве, МПа, в возрасте (сутки)

КСЦ Кв. песок S„=3000 г/см2 Магнезиальное вяжущее Карналлит, % от массы КСЦ

1 7 28 1 7 28

100 - - - 0,25 3,4 6,5 12,2 1,2 2,3 3,5

100 - - 2 0,30 0 4,4 6,3 0,7 1,6 1,8

70 30 - 2 0,30 0 6,2 11,5 0,9 2,0 3,6

- - 100 - 0,45 11,0 П,9 11,2 0 0 0

Определение прочности сцепления солеплитки с подложкой проводили согласно методикам испытаний клеевых композиций (DIN EN PRC 1348).

Подложкой служили следующие материалы:

- пиленая солеплитка из карналлита;

- плитка из мелкозернистого бетона;

- кирпич керамический;

- газобетон;

- фанера.

По результатам проведенных исследований предложенный калийсили-катный цемент может быть использован при изготовлении клеевых композиций для укладки солеплигок в спелеоклиматотерапевтических камерах.

Результаты испытаний прочности сцепления пиленых солеплиток с различными подложками на основе исследуемых композиций приведены в табл. 6.

Таблица 6

Прочность сцепления пиленых солеплиток с различными подложками

Вид подложки Прочность при отрыве, МПа, в возрасте

1 7 28

Пиленая солеплитка 100x100x30 мм 0,18 0,27 0,50

Бетонная плитка М75 (В5) 150x150x50 мм 0,20 0,42 0,48

Кирпич керамический 125x120x65 (1/2) 0,07 0,24 0,34

Газобетон 100x100x70 мм 0,06 0,31 0,34

Фанера 100x100x10 мм 0,05 0,13 0,20

Для клеевых композиций, используемых на вертикальной поверхности, оценивали их фиксирующую способность (устойчивость против скольжения). Метод оценки заключается в определении расстояния, на которое съезжает приклеенная солеплитка по вертикально установленному основанию под действием собственной массы или действующей на нее касательной нагрузки. Выявлено, что данные композиции обладают хорошей фиксирующей способностью.

В результате проведенных экспериментов получены эффективные составы для изготовления сухих огнезащитных смесей с огнезащитной эффективностью не ниже 4 группы при толщине слоя покрытия 25 мм, и клеевые композиции для приклеивания сильвинитовых плиток на различные виды поверхностей (бетон, дерево, металл и т.д.).

Технико-экономический эффект от внедрения клеевой композиции в практику производства спелеоклиматотерапевтических камер составил 20 руб./м2 по отношению к сухим смесям магнезиального состава.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны эффективные составы сухих строительных смесей на основе ще-лочесиликатных вяжущих. Установлены закономерности структурообразова-ния и особенности гидратации и твердения щелочесиликатных цементов с образованием высококремнеземистых гидросшгикатов типа №20-38Юг11Н20 и К20-48Ю2Н20.

2. Структура затвердевшего монощелочесиликатного цемента состоит из кристаллических образований игольчатого типа, а сметанных щелочесиликатных цементов - игольчато-волокнистого типа с многоуровневой организацией по модели «микробетон».

3. Показано влияние ацетоноформальдегидной смолы и электролита-сульфата натрия на интенсивность твердения композиций. Оптимальная дозировка АЦФ-смолы находится в интервале 0,2-0,3% от массы цемента, электролита сульфата-натрия - 0,9-1% от массы цемента.

4. Показано положительное влияние органоминеральных добавок на реологические свойства смеси, кинетику структурообразования в начальные сроки твердения, морфологию и скорость возникновения новообразований. Достигается: увеличение пластической прочности на 10-20%; снижение водовяжущего отношения на 5-7%; увеличение физико-технических показателей на 25-30%.

5. Выявлена эффективность использования дисперсных минеральных наполнителей композиционных составов и получены зависимости свойств композиций от структурообразующих факторов (оптимальная степень наполнения 10-20%, дисперсность 2500-3000 см /г, наполнитель с содержанием 8Ю2>70%).

6. С использованием метода математического планирования эксперимента определены оптимальные составы смесей смешанных щелочесиликатных цементов (КСЦ: НСЦ, 60-80% : 20-40% по массе).

7. Установлено, что щелочесиликатные вяжущие благодаря высоким адгезионным характеристикам могут быть использованы в огнезащитных составах сухих смесей с огнезащитной эффективностью не ниже 4-й группы (45 мин) и в клеевых смесях специального назначения (Ящц. мет=3,5 МПа, Ида бет =0,5 МПа, Кадг.Дср=0,2 МПа).

Р ~ 6 6 7 4

8. Приведены опытно-экспериме калийсиликатного цемента в практик! камеры при облицовке стен сильвинш тельной оценки эффективности ожида дрения калийсиликатного цемента в щ ческих камер составил 20 руб/м2.

Основные положения и резулы жены в следующих публикациях:

1. Южаков К. Н. Сухие строительн К. Н. Южаков, С. А. Сеньков // Проектирование, L i fj<jn i сльс i tíu п JKL-UJ ly a. l аипп ацаппп и сооружений: Сборник научных трудов / Пермск. гос. техн. ун-т. Пермь, 1999. - С. 8085. i

2. Голубев В. А. Исследование свойств смешанных щелочесиликатных вяжущих / В. А. Голубев, Н. С. Семейных, С. А. Сеньков // Строительство и образование: Сборник научных трудов. - Екатеринбург, 2002. - С. 193-195.

3. Южаков К.Н. Вяжущие для сухих смесей специального назначения/ К. Н. Южаков, С. А. Сеньков // Сборник тезисов XXX юбилейной науч.-техн. конф. ПГТУ. - Пермь, 2003. - С. 12-13.

4. Клеевые композиции на основе щелочесиликатных цементов дам сильвинито-вых спелеоклиматических камер и спелеокомплексов / В. А. Голубев, Н. С. Семейных, С. А. Сеньков и др. // Вестник Уральского государственного технического университета. № И (41). Строительство и образование: Сборник научных трудов - Екатеринбург, 2004.-С. 164-167.

5. Голубев В. А. Клеевые композиции для укладки солеплиток на поверхности спелеоклиматотерапевтических камер / В. А. Голубев, Н. С. Семейных, С. А. Сеньков // Строительство, архитектура. Теория и практика: Материалы семинара аспирантов, молодых ученых и студентов строительного факультета Пермского гос. техн. ун-та, посвященного 50-летию ПГТУ. - Пермь, 2004. - С. 27-31.

6. Огнезащитные покрытия на калийсиликатном цементе / В. А. Голубев, Н. С. Семейных, С. А. Сеньков и др. // Строительство и образование: Сборник научных трудов. - Екатеринбург, 2005. - С. 169-171.

7. Процессы твердения и закономерности структурообразования щелочесиликатных цементов / В. А. Голубев, Н. С. Семейных, С. А.Сеньков и др. // Актуальные вопросы строительства: Материалы Всероссийской научно-технической конференции / Мордов. гос. ун-т им. Н. П. Огарева. - Саранск, 2005. С. 209-213.

Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01

i

Подписано в печать 01.04.05 Формат 60x84 1/16

Бум. тип. Усл.-печ. л. 1,16 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 125 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Копипринтер СГТУ, 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77

РНБ Русский фонд

2006-4 3741

ВВЕДЕНИЕ. ф 1. СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ, КОМПОЗИЦИОННЫЕ

МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЩЕЛОЧЕСИЛИКАТНЫХ ВЯЖУЩИХ

1.1. Композиционные вяжущие вещества. Виды и применение в сухих строительных смесях.

1.2. Щелочесиликатные цементы.

1.2.1. Натрийсиликатные цементы, их синтез и физико-механические свойства. Виды вяжущих композиций.

1.2.2. Калийсиликатные цементы. Синтез, их вяжущие и адгезионные свойства. Области применения композиций на их основе.

1.2.3. Смешанные щелочесиликатные цементы.

1.3. Структура цементного камня. Особенности формирования структуры, влияние минеральных компонентов.

1.4. Некоторые специальные области применения минеральных вяжущих веществ.

1.4.1. Спелеоклиматотерапия.

1.4.2. Огнезащита строительных конструкций.

1.5. Выводы по главе 1.

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Характеристика исходных материалов. ф 2.2. Методы испытаний и методики исследования.

2.2.1. Методы исследования ингредиентов композиций.

2.2.2. Математическое планирование эксперимента.

2.2.3. Методики испытания адгезионных свойств щелочесиликатных цементов и композиций на их основе.

2.2.3.1. Определение прочности сцепления клеевой композиции с основанием.

2.2.3.2. Методика определения устойчивости против скольжения (фиксирующей способности) раствора для приклеивания плитки.

2.2.4. Методика испытания огнезащитных свойств строительных материалов.

3. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИЙ МОНОЩЕЛОЧЕСИЛИКАТНЫХ ЦЕМЕНТОВ.

3.1. Вяжущие свойства натрийсиликатных цементов.

3.2. Вяжущие и адгезионные свойства калийсиликатных цементов.

3.3. Особенности твердения калийсиликатных цементов.

3.4. Свойства вяжущих с комплексными модификаторами.

3.5. Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИЙ НА СМЕШАННЫХ ЩЕЛОЧЕСИЛИКАТНЫХ ЦЕМЕНТАХ.

4.1. Исследование свойств смешанных щелочесиликатных цементов.

4.2. Исследование структурообразования смешанных щелочесиликатных цементов.

4.3. Оптимизация состава смешанных щелочесиликатных цементов.

4.4. Выводы по главе 4.

5. РАЦИОНАЛЬНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

ЩЕЛОЧЕСИЛИКАТНЫХ ЦЕМЕНТОВ.

5.1. Огнезащитные покрытия на калийсиликатном цементе.

5.2. Клеевые композиции для крепления солеплигок и солеблоков в помещениях сильвинитовых спелеоклиматогерапевтических камер и спелеокомплексов.

5.3. Выводы по главе 5.

Актуальность работы.

Переход к рыночным отношениям требует изменений в подходах к организации строительных работ и ассортименту применяемых материалов.

Изменения в ассортименте применяемых строительных материалов в свою очередь обусловлены новыми технико-экономическими требованиями к строительству:

- минимизации трудозатрат на строительном объекте;

- сокращение сроков строительных работ;

- минимизации расхода материалов;

- повышении качества выполняемых работ;

- увеличении срока эксплуатации объекта.

Все это позволяет повысить экономическую эффективность строительства или ремонта и, следовательно, обеспечение конкурентоспособности при применении новых материалов.

Значительное увеличение объемов ремонтно-строительных работ привело к увеличению производства сухих строительных смесей, как общестроительного, так и специального назначения [1,2].

Высокое качество сухих смесей обеспечивается стабильностью состава смесей и свойствами применяемых ингредиентов. Важнейшую роль играют различные добавки, в том числе полимерные, придающие сухим смесям требуемые свойства.

В смесях общестроительного назначения применяются традиционные вяжущие вещества (цемент, известь, гипс), фракционированные заполнители (песок, перлит, вермикулит), наполнители (известняковая мука, молотый кварцевый песок), а также полимерные добавки (метилцеллюлоза, оксиметилциллюлоза и др.).

К смесям специального назначения могут предъявляться самые разнообразные требования, например, высокая адгезия к различным материалам, сочетаемая с такими свойствами, как коррозионная стойкость, жаростойкость, водонепронецаемость и другими.

Перечисленные, а также и другие свойства смесей специального назначения во многом определяются свойствами применяемого вяжущего.

Ассортимент порошкообразных неорганических вяжущих веществ, пригодных для производства жаростойких, теплоизоляционных, коррозионностойких материалов ограничен и представлен, в основном, водорастворимыми гидросиликатными порошками (ГСП) или безводными силикат-натриевыми стеклами (БСН).

Сухие смеси специального назначения в настоящее время ввозятся, преимущественно, из-за рубежа, при этом важной задачей является разработка составов из местных сырьевых ресурсов.

Поэтому, задача создания производства цементов гидратационного твердения, сочетающих высокую адгезию к бетонам, кирпичу, дереву, металлу с высокой собственной механической прочностью, а также стойкостью к действию высоких температур и химической сопротивляемостью является своевременной.

Такими вяжущими, обладающими вышеперечисленными свойствами являются щелочесиликатные цементы [3]. Однако, вопросы технологии синтеза щелочесиликатных цементов, в том числе, полученных на основе композиций смешанного состава, а также вопросы применения таких цементов в смесях специального назначения изучены недостаточно.

Таким образом, исследование состава, структуры и свойств щелочесиликатных цементов, в том числе, смешанного состава, в сочетании с наполнителями различной природы и разработка технологии их производства является актуальной задачей.

Цель работы

Разработка составов, исследование закономерностей образования структуры и свойств строительных композиций на основе щелочесиликатных вяжущих.

Задачи исследования:

1. Провести научно-технологическое обоснование получения щелочесиликатных вяжущих на основе местного минерального сырья и техногенных отходов;

2. Исследовать процессы твердения и закономерности структурообразования щелочесиликатных вяжущих в том числе смешанного типа;

3. Установить возможность модифицирования щелочесиликатных цементов комплексными органоминеральными добавками;

4. Разработать составы и исследовать физико-химические и эксплуатационные свойства строительных композиций на основе монощелочесиликатных и смешанных щелочесиликатных вяжущих;

5. Оценить экономическую эффективность разработанных составов и провести апробацию результатов исследований в производственных условиях.

Автор защищает:

1. Экспериментально-техническое обоснование материаловедческих и технологических принципов формирования структуры и свойств строительных композиций на основе щелочесиликатных вяжущих;

2. Составы сухих смсссй и композиций, установленные технологические особенности их применения;

3. Зависимости физико-технических показателей композиций от их состава;

4. Закономерности структурной модификации строительных вяжущих композиций путем введения наполнителей и ацетоноформальдегидной смолы АЦФ-ЗМ с целью повышения их эксплуатационных показателей.

Научная новизна работы:

1. Разработаны основные материаловедческие и технологические принципы получения эффективных составов сухих смесей на основе щелочесиликатных вяжущих;

2. Показана эффективность использования в составе щелочесиликатных вяжущих минеральных дисперсных кремнеземсодержащих наполнителей;

3. Выявлены основные закономерности улучшения структуры за счет применения наполнителей и органических модификаторов структурирующихся в условиях повышенной щелочности;

4. Доказана высокая адгезионная способность разработанных составов (клеев) к металлу, бетону, дереву, горным породам (карналлит, сильвинит);

5. Получены экспериментальные данные по эффективности применения разработанных составов для огнезащиты строительных конструкций.

Практическое значение и реализация работы:

Разработана новая группа сухих строительных смесей, включающая смешанные щелочесиликатные вяжущие, наполненные добавками-модификаторами и характеризующиеся высокими физико-механическими свойствами. Определены оптимальные составы смешанных щелочесиликатных вяжущих.

Получены высокопрочные, быстротвердеющие, с хорошей адгезией к различным видам подложек щелочесиликатные цементы и клеевые композиции на их основе.

Определены оптимальные составы композиционных материалов для работы в условиях высоких температур (протокол №48 т/ф по оценке огнезащитной эффективности огнезащитного покрытия).

В ОАО «Горнозаводскцемент» и ООО «Стройогнеупор» в 2004 г. выпущены опытные партии щелочесиликатных вяжущих, в том числе, смешанного типа.

В ОАО «Горнозаводскцемент» и ООО «Стройогнеупор» в 2004 г выпущена опытно-промышленная партия сухих строительных смесей специального назначения.

Результаты разработок внедрены в ООО «МОСТ» при работах по отделке стальных конструкций огнезащитным покрытием.

Разработанные составы клеевых композиций использовались для крепления дробленной сильвинитовой руды на поверхность спелеоклиматической камеры в спелеоклассе лицея №1 Пермского государственного технического университета. Спелеоклас спроектирован и смонтирован специалистами ООО «Научно-внедренческое управление» (г. Березники) совместно с региональным центром безопастности и здоровья человека «Техновита» ПГТУ и является уникальным и единственным в своем роде «комнатой живого воздуха». Приведенный экономический эффект составляет 20 руб/м3.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались на международных, всероссийских и региональных: научно-технической конференции: «Строительство и образование», УПИ г. Екатеринбург в 2001, 2002 гг.; на научно-технической конференции молодых ученых Пермской области в 2002 г.; на ежегодных научно-технических конференциях молодых ученых и аспирантов Строительного факультета ПГТУ в 2003, 2004 гг.; на XXX юбилейной научно-технической конференции ПГТУ Строительного факультета, посвященной 50 летию Пермского государственного технического университета, г. Пермь в 2003 г; на научно-технической конференции, г. Санкт-Петербург, 2003 г; на научно-технической конференции, г. Саранск, 2005 г; полученные силикатные связующие и композиционные материалы на их основе демонстрировались на международной выставке «Строительство и ремонт» (г. Пермь, апрель 2001 г.).

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны эффективные составы сухих строительных смесей на основе щелочесиликатных вяжущих. Установлены закономерности структурообразования и особенности гидратации и твердения щелочесиликатных цементов с образованием высококремнеземистых гидросиликатов типа Na20-3Si02-l 1Н20 и K20-4Si02-H20.

2. Структура затвердевшего монощелочесиликатного цемента состоит из кристаллических образований игольчатого типа, а смешанных щелочесиликатных цементов - игольчато-волокнистого типа с многоуровневой организацией по модели «микробетон».

3. Показано влияние ацетоноформальдегидной смолы и электролита-сульфата натрия на интенсивность твердения композиций. Оптимальная дозировка АЦФ-смолы находится в интервале 0,2-0,3% от массы цемента, электролита сульфата-натрия - 0,9-1%) от массы цемента.

4. Показано положительное влияние органоминеральных добавок на реологические свойства смеси, кинетику структурообразования в начальные сроки твердения, морфологию и скорость возникновения новообразований. Достигается: увеличение пластической прочности на 1020%; снижение водовяжущего отношения на 5-7%; увеличение физико-технических показателей на 25-30%.

5. Выявлена эффективность использования дисперсных минеральных наполнителей композиционных составов и получены зависимости свойств композиций от структурообразующих факторов (оптимальная степень наполнения 10-20%, дисперсность 2500-3000 см2/г, наполнитель с содержанием Si02>70%).

6. С использованием метода математического планирования эксперимента определены оптимальные составы смесей смешанных щелочесиликатных цементов (КСЦ : НСЦ, 60-80% : 20-40%) по массе).

7. Установлено, что щелочесиликатные вяжущие благодаря высоким адгезионным характеристикам могут быть использованы в огнезащитных составах сухих смесей с огнезащитной эффективностью не ниже 4-ой группы (45 мин) и в клеевых смесях специального назначения (R-адг. мет =3,5 МПа, R^. бет =0,5 МПа, RMr. дср =0,2 МПа).

8. Приведены опытно-экспериментальные данные об использовании калийсиликатного цемента в практике обустройства спелеоклематической камеры при облицовке стен сильвинитовой плиткой. На основании сравнительной оценки эффективности ожидаемый экономический эффект от внедрения калийсиликатного цемента в практику производства спелеоклиматических камер составил 20 руб/м .

1. Энтин 3. Б., Юдович Б. Э. Специальные многокомпонентные цементы // Обзорные доклады II международного совещания по химии и технологии цемента. Том II. СПб: Издательство ЦПО "Информация образования", 2000. с. 91-102.

2. Энтин 3. Б., Юдович Б. Э. Многокомпонентные цементы // Пленарные доклады II международного совещания по химии и технологии цемента. Том I. СПб.: Издательство ЦПО "Информация образования", 2000. с. 94-109.

3. Левин В. Е. Разработка составов и исследование свойств щелочесиликатных связующих. // Диссертация на соискание степени кандидата технических наук.-П.: ПГТУ, 2000.

4. Локанина В. И., Исаева А. М. Отделочные составы на основе силикат-глыбы // Изв. Вузов. Строительство. 2000. №11. с. 45-47.

5. Белкин В. А., Хлыстов А. И. Бетоны специального назначения: Учебное пособие / Куйбышевский государственный университет. Куйбышев. 1986. с. 80.

6. Патент. США №3928052, 1975.

7. Корнеев В. И. Брыков А. С. Синтез и характеристика свойств гидросиликатов щелочных металлов. // Обзорные доклады II Международного совещания по химии и технологии цемента. Том II. СПб.: Издательство ЦПО "Информация образования", 2000.-е. 27-31.

8. Larosa-Tomoson S., Gill P., Scheetr В. E., Silsbee M. R. // Proceed 10th Jnt, Cong. Chem. Cem. (Gooteborg), 1977. - vol. 3, - 3iii024. - 8 p.

9. Патент. US 4227932, C04B19/4, on. 14.10.80. Single component potassium silicate cement for dry gunning.

10. Патент. RU 2051944, C09K7/00, on. 10.01.96. Способ получения бурового концентрата.

11. Бродко О. А., Кривенко П. В., Мохорт Н. А., Попель Г. Н. Использование щелочных алюмосиликатных связующих для производства экологически чистых строительных материалов и изделий (www.mgsu.ru/infor). Copyright с УНИРМГСУ, 1999.

12. З.Федоров Н. Ф., Уполовникова JI. К., Семейных Н. С. Мономинеральные силикатные цементы. // Цемент, №6, 1977, с. 14-15.

13. Семейных Н. С. Синтез и исследование свойств цементов на основе двойных силикатов калия и некоторых двухвалентных элементов. // Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. — JL: ЛТИ им. Ленсовета, 1978.

14. Федоров Н. Ф. Введение в химию и технологию специальных вяжущих веществ. Учебное пособие. Ч. 1. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1976. 30 с.

15. Федоров Н. Ф., Волконский Б. В., Михайлова А. И., Уполовникова Л. К. Щелочесиликатные цементы. // Цемент, №4, 1974, с. 8-9.

16. Федоров Н. Ф., Гаврилов А. П., Загарова С. А. Закономерности проявления вяжущих свойств окисными соединениями в сочетании с водой. // Цемент, №5, 1972, с. 11-13.

17. Федоров Н. Ф., Кожевникова Л. В., Вяжущие вещества на основе окислов и окисных соединений. // Краткие сообщения НТК ЛТИ им. Ленсовета, 1970, с. 34-36.

18. Федоров Н. Ф., Соколова Р. А. Вяжущие вещества на основе систем МеО — Na2Si03, МеО CaO, MgO, РЮ. // Краткие сообщения НТКю - Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1971, с. 2-3.Баженов 10. М. Технология бетона. - М.: Издательство ЛСВ, 2002. с. 23-25.

19. Михайлова А. И. Вяжущие вещества на основе спеков системы К20 — А12СЬ Si02. //Краткие сообщения НТК. - Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1973, с. 23-24.

20. Федоров. Н. Ф., Уполовникова Л. К., Волконский Б. В. Синтез и вяжущие свойства соединений силикатов и алюминатов натрия. // Краткие сообщения НТК. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1973, с. 25-26.

21. Матвеев М. А. "Труды МХТИ им. Менделеева", вып. 19, стр. 166-177., М.: 1954 г.

22. Матвеев М. А. "Труды МХТИ им. Менделеева", вып. 19, стр. 205-207., М.: 1954 г.

23. Матвеев М. А., Матвеев В. А. и другие. Авторское свидетельство №101329, 1954 г.

24. Нессонова Г. Д., Потапова Д. С., Матвеев В. А. Авторское свидетельство №119116, 1959 г.

25. Нехорошев А. В. Авторское свидетельство № 156879. 1964 г.

26. Нехорошев А. В. Кремнеземистый цемент. Цемент № 5. 1964 г. стр. 10-12.

27. Федоров Н. Ф., Мельникова О. В., Волконский Б. В., Сорокина А. И. Способ производства щелочесиликатного цемента. Авторское свидетельство № 363673. 1974 г.-Б. Из. №5

28. Тотурбиев Б. Д. Силикат натриевые композиции для жаростойких бетонов. //Бетон и железобетон, №10, 1985. - с. 5-6.

29. Тотурбиев Б. Д. Строительные материалы на основе силикат натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988. - 205 с.

30. Уполовникова Л. К. Синтез и изучение цементов гидратационного твердения на основе сложных натрийсодержащих окисных соединений. // Автореферат кандидатской диссертации. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1975. с. 25.

31. Торопов II. А. и другие. Диаграммы состояния 2-х компонентных силикатных систем. Том 2. Издательство "Наука", Л.: 19.

32. Эйтель В. Физическая химия силикатов. Издательство иностранной литературы. М.: 1962 г.

33. Рыскин Я. И., Ставицкая Г. П., Митропольский И. А. Изв. АН СССР. сер. химическая, №3, 416 с. 1964 г.

34. Виичел А. Н., Виичел Т. Оптические свойства искусственных минералов. М.: Издательство "Мир". 1967 г.

35. Федоров Н. Ф., Уполовникова J1. К., Волконский Б. В. Сырьевая смесь для получения декоративного вяжущего. // Авторское свидетельство СССР, №557070, 1977. Б. Из. №17, с. 40.

36. J. Marey, Fenner, J. Am. Chem. Soc. 36, 215, 1914.

37. J. Marey, J. Am. Chem. Soc. 36, 2, 215-230, 1915.

38. J. Marey, J. Am. Chem. Soc. 39, 6, 1173-1229, 1917.

39. P. Niggli, J. Am. Chem. Soc. 35, 1, 1693-1727, 1913.

40. Kracek, N. Bouen, J. Morey, J. Phys. Chem. 419, 1183, 1917.

41. Kracek, N. Bouen, J. Morey, J. Phys. Chem. 33, 12, 1897, 1917.

42. H. Scheinslerg, F. Ziebau, Zetschrift, anorgan allgan. Chem. 387, 2, 271, 1972.

43. Алексеева 3. Д. Кандидатская диссертация, Л., 1966.

44. Горшков В. С., Савельев В. Г., Федоров Н. Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений. -М.: "Высшая школа", 1988, с. 56-57.

45. J. Morey, Js. anorgan. allgem. chem. 86, 3, 314, 1914.

46. W. Pukall, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 49, 2/3, 405, 1916.

47. H. Funk., H. Stade, Zs. Anorganall 315, 1-2, 79, 1962.

48. В. Г. Буховец, В. С. Сажин, О. И. Шор, 3. А. Калита Укр. Химический журнал, 38, 6, 558, 1972.

49. J. G. Vail, Soluble Silicates VI, 1952.

50. Федоров Н. Ф., Кожевникова Л. В., Семейных Н. С., Григорашвили О. Е., Жаворонков А. А., Фролов П. В., Волков С. А. Токопроводящее вяжущее. // Авторское свидетельство, № 655670. Б. Из., № 13, 1979.

51. ГОСТ 4647-69. Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи.

52. Голубев В. А., Левин В. Е., Семейных Н. С., Симонов Н. С., Симонов К. С., Хлопин А. В. Рецептура сухих силикатных красок. // Сборник научных трудов "Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений" Пермь: ПГТУ, 1999, - с. 203-207.

53. Баженов Ю. М. Технология бетона. М.: Издательство АСВ, 2002. с. 23-25.56. // Обзорные доклады II Международного совещания по химии и технологии цемента. Том II. СПб.: Издательство ЦПО "Информация образования",2000.- с. 135-136.

54. Корюкина И. П., Туев А. В., Файнбург Г. 3. и др. Спелеоклиматотерапия на курорте "Усть-Качка". Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 2001. 20 с.

55. Баранников В. Г., Туев А. В., Чекина Н. Л., Красношейн А. Е., Старцев В. А., Ковтун В. Я. // А. с. 1068126 СССР. Климатическая камера. Опубл. 23.01.84. Бюл. №3.

56. Старцев В. А., Соляков П. С., Марьин В. В. // А. с. 1648487 СССР. Климатическая камера. Опубл. 15.05.91. Бюл. №18.

57. Красношейн А. Е., Файнбург Г. С. Пермское "ноу-хау" использование природных калийно-магниевых солей в лечебных и оздоровительных целях.

58. Материалы Российской научно-практической школы-семинара. Спелеоклиматотерапия: методики и эффективность применения Москва-Пермь, 2002. с. 14-17.

59. Огнезащита материалов, изделий и строительных конструкций. Сборник, -М.: ВНИИПО, 1999,- 107 с.

60. Гвоздева О. Н., Воронин К. М. Современные методы повышения предела огнестойкости металлических конструкций // Межвузовский сборник научных трудов Магнитогорск, МГТУ, 2000, с. 175.

61. Романенков И. Г., Левитес Ф. А. Огнезащита строительных конструкций -М.: Стройиздат, 1991.

62. СНиП 21-01-97 "Пожарная огнезащитная безопасность зданий и сооружений".

63. ГОСТ 30244-94 "Материалы строительные. Методы испытаний па горючесть".

64. ГОСТ 30403-96 "Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности".

65. ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования".

66. НПБ 236-97 "Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности"

67. Н. И. Кошелева Высокотемпературные теплоизоляционные изделия с применением в качестве связующего растворимого стекла. М.: ЦБНТИ Главтепломонтаж, 1977 (Экспресс-информ. Сер. Спец. Строй, раб.).

68. Авторское свидетельство №1014812 СССР, МКИ3 С 04 В 19/04, 43/02.

69. ГОСТ 23791-85 Покрытие по стали фосфатное огнезащитное. Технические требования.

70. И. Р. Ладыгина, Л. А. Лукацкая. Огнезащитные фосфатные покрытия // Производство и применение фосфатных материалов в строительстве. М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, 1983.

71. Кирилов Ф. М., Лебединский В. Н. Опыт применения огнезащитных покрытий на объектах Главмоспромстроя // Бюллетень строит, техники, №4, 1987,-45-46 с.

72. Сорин В. С., Лукацкая Л. А. Огнезащитные фосфатные покрытия // Строительные материалы, №12, 1985, 6-7 с.

73. ГОСТ 25665-83 Покрытие по стали фосфатное огнезащитное на основе минеральных волокон. Технические требования.

74. ТУ 5767-002-20942052-00 "Ныоспрей" Покрытие огнезащитное для несущих строительных конструкций.

75. ГОСТ 10690-73. Калий углекислый технический (поташ). Технические условия.

76. ГОСТ 2.156-76. Натрий двууглекислый. Технические условия.

77. Инструкция по измерению удельной поверхности цементов и аналогичных порошкообразных материалов при помощи пневматического поверхностемера типа Т-3.

78. Судакас Л. Г. Изучение вяжущих свойств соединений системы RO Н3РО4, R2O3 - Н3РО4, RO2 - Н3РО4. // Автореферат кандидатской диссертации. - Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1969, - 30 с.

79. Форэ Ж. Сообщение научно-исследовательского центра промышленности гидравлических вяжущих. Центральный институт информации по строительству и архитектуре (Госстрой СССР), перевод № 5758. М.: Госстрой СССР, 1968.

80. ГОСТ 8905-82 «Машины (прессы) гидравлические для статических испытаний строительных материалов на сжатие».

81. ГОСТ 5382-91. Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа.

82. Американская картотека. ASTM. Cpystallographic. Дата. Fcr the Cnleinm Silicates. London, Her majesty's stationeri office, 1956.

83. Вознесенский В. А. Численные методы решения строительно-технологических задач на ЭВМ. Киев: Вища школа, 1989. 304 с.

84. Южаков К. Н. Методики испытания адгезионных свойств клеевых композиций Пермь, ПГТУ, 2003 г.

85. Тонков И. JL Исследование физико-механических свойств полистиролбетона как материала для ремонта стен из ячеистых бетонов. // Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. П.: ПГТУ, 1999.-206 с.

86. Бутт Ю. М. Практикум по технологии вяжущих веществ. М.: Промстройиздат, 1953, с. 248-250.

87. Вернигора В. Н., Макридин Н. И., Соколова Ю. А. Современные методы исследований свойств строительных материалов. // Уч. пособие. М.: Издательство, 2003, с. 240.

88. Соломатов В. И., Тахиров Н. К. Интенсивная технология бетона. М.: Стройиздат, 1989. - 284 с.

89. Тахиров М. А. Бетоны с применением ацетонофармальдегидных олигомеров: Автореферат дисс. на соискание степени докт. тех. наук. М.: 1989.-43 с.

90. ГОСТ 24211-91 Добавки для бетонов. Общие технические требования.

91. Жирнова Е. А. Огнезащитные обмазки на местных материалах // сборник тезисов докладов "Строительство, архитектура, образование" четвертая студенческая научно-практическая конференция Екатеринбург: УГТУ, 2001, с. 26.