Свойства синтезированной добавки на основе алюмосиликатов для известковых сухих строительных смесей

Приведены сведения о химическом составе синтезируемых алюмосиликатов. Показано, что введение добавок алюмосиликатов способствует ускорению набора прочности.

Ключевые слова: известковые сухие строительные смеси, синтез, алюмосиликаты, сорбция

Анализ научно-технической литературы свидетельствует, что в настоящее время усилия отечественных и зарубежных ученых преимущественно сосредоточены в направлении модифицирования строительных композитов нанообъектами — углеродными и оксидными наночастицами, углеродными нанотрубками [1–6].

К настоящему моменту синтезирован значительно широкий ассортимент наполнителей, позволяющих регулировать структуру и свойства материалов на основе известкового вяжущего.

В работах [7–9] предлагается для повышения стойкости известковых покрытий вводить в рецептуру синтетизированные гидросиликаты кальция.

В продолжение дальнейших исследований нами установлена возможность регулирования структурообразованием и свойствами известковых композиций введением синтезированных алюмосиликатов [10].

Синтез алюмосиликатов заключался в их осаждении из раствора сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ добавлением силиката натрия, с последующим высушиванием при температуре 110◦С. Синтез осуществлялся в кислой среде. При разработки технологии синтеза алюмосиликатной добавки исследовалось влияние модуля жидкого стекла, рН раствора сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃, количество введенного силиката натрия, рН фильтрата.

Установлено, что синтезированные алюмосиликаты характеризуются высокой активностью, составляющей более 350 мг/г. Удельная поверхность порошка, определенная методом БЭТ, составляет S_уд = 86.5 ± 3.5 м² /г.

Химический состав синтезируемого продукта представлен в таблице 1.

Таблица 1

Результаты химического анализа элементов, присутствующих в синтезированной добавке, %

Анализируя полученные данные табл.1., выявлено высокое содержание химических элементов О, Si и Na, составляющее соответственно 46,47–61,58 %, 20,78–39,60 % и 5,54–16,52 %, что свидетельствует о преобладании оксидов соответствующих элементов.

Методом ренгенофазового анализа (РФА) установлено, что состав добавки представлен минералами группы цеолитов: натролит Na₂(Al₂Si₃O₁₀)H₂O, анальцим Na [AlSi₂O₆]H₂O. Содержание группы цеолитов свидетельствует о водоудерживающих свойствах синтезированной добавки [11].

Для изучения закономерностей влияния синтезированных наполнителей на свойства известковых композитов изготовлялись образцы на извести-пушонке 1 сорта с активностью 84,4 %. Содержание алюмосиликата составляло 10 % от массы извести. Готовились составы с водоизвестковым отношением В/И, равным В/И=1/1. Образцы твердели в воздушно-сухих условиях при температуре 18–20^оС и относительной влажности воздуха 60–70 %.

Установлено, что количество химически связанной извести в контрольных образцах в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения составляет 46,5 %, а с применением синтезированных алюмосиликатов 55,28 %.

Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что применение синтезированных алюмосиликатов, приводит к повышению прочности при сжатии известковых образцов в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения по сравнению с контрольными образцами на 33,125 %.

Результаты исследований свидетельствуют, что композиционное вяжущее, состоящее из извести-пушонки и синтезированных алюмосиликатов в количестве 10 % от массы извести, обладает большей водостойкостью по сравнению с известью-пушонкой. Так, коэффициент размягчения образцов, приготовленных на композиционном вяжущем, составляет К_разм=0,68 -0,71, а на извести-пушонке — 0,31.

Для оценки сорбционных свойств добавки определялось сорбционное увлажнение. При изучении кинетики сорбции влаги образцы проходили предварительную сушку в сушильном шкафу при температуре t=110⁰С до постоянной массы, помещались в эксикаторы с различной относительной влажностью воздуха φ = 18–97 % и постоянной температурой t = 20 + 2^оС. Десорбция изучалась на увлажненных образцах, которые помещались в эксикаторы с влажностью воздуха φ = 10 % и постоянной температурой t = 20 + 2^оС. На основании полученных данных были построены изотермы сорбции и десорбции (рис. 1).

Результаты экспериментальных данных показали, что с увеличением относительной влажности воздуха закономерно возрастает сорбционная влажность, при этом процесс насыщения образцов влагой и влагоотдача описывается S-образными изотермами сорбции и десорбции, характерными для капиллярно-пористых материалов, хорошо смачиваемых водой. Сорбция влаги в интервале значений относительной влажности воздуха до 18 % подчиняется закону Генри в соответствии с формулой (1), т. е. зависимость сорбционного увлажнения от величины относительной влажности воздуха близка к линейной:

W=k(φ) (1)

Рис. 1. Изотермы сорбции и десорбции для синтезированных алюмосиликатов: 1-изотерма сорбции; 2-изотерма десорбции.

При повышении относительной влажности воздуха до 40 % влагосодержание в образцах увеличивается в соответствии с уравнением Фрейндлиха [12]. Выпуклая часть изотерм (φ = 60–80 %) указывает на присутствие внутри исследуемых образцов только адсорбированной влаги, состоящей из одного слоя молекул водяного пара. Повышение относительной влажности воздуха до 90 % приводит к образованию на внутренней поверхности материала пленок адсорбированной влаги, состоящих из многих слоев молекул. Начиная с 80 %-ной влажности происходит резкое возрастание сорбционного увлажнения, что свидетельствует о протекании процесса капиллярной конденсации [13].

Изотермы сорбции и десорбции совпадают только при очень малых и очень больших значениях относительной влажности воздуха, при других значениях — не совпадают. Изотермы сорбции располагаются ниже, чем изотермы десорбции и равновесное влагосодержание при одинаковом значении относительной влажности воздуха при десорбции влаги меньше, чем при сорбции влаги.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о эффективности применения синтезируемых алюмосиликатов в известковых композициях как добавки, регулирующей структурообразование. Известковые составы с применением алюмосиликатов характеризуются хорошей удобоукладываемостью, отсутствием трещинообразования.

Литература:

1.                  Строкова, В. В. Свойства синтетических нанотубулярных гидросиликатов [Текст] / В. В. Строкова, А. И. Везенцев, Д. А. Колесников, М. С. Шиманская // Вестник БГТУ им. Шухова. — Белгород: Изд-во БГТУ, — 2010. — № 4. — С. 30–34.

2.                  Логанина, В.И. Разработка органоминеральной добавки для сухих строительных смесей [Текст] / В. И. Логанина, Н. А. Петухова, Э. Р. Акжигитова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2011. — № 3. — С. 8–12.

3.                  Логанина, В. И. Исследование закономерностей влияния золя кремниевой кислоты на структуру и свойства диатомита [Текст] / В. И. Логанина, О. А. Давыдова, Е. Е. Симонов // Строительные материалы. — 2011. — № 12. — С. 63.

4.                  Eva Vejmelková, Martin Keppert, Zbyněk Keršner, Pavla Rovnaníková, Robert Černý. Mechanical, fracture-mechanical, hydric, thermal, and durability properties of lime–metakaolin plasters for renovation of historical buildings // Construction and Building Materials. 2012. — Volume 31. — P. — 22–28.

5.                  Sevim İşçi, F. Seniha Güner, Ö. Işık Ece, Nurfer Güngör. Investigation of rheological and collodial properties of bentonitic clay dispersion in the presence of a cationic surfactant //Progress in Organic Coatings. 2005. — Volume 54. — Issue 1. — P. — 28–33.

6.                  Paul F Luckham, Sylvia Rossi. The colloidal and rheological properties of bentonite suspensions //Advances in Colloid and Interface Science. 1999. — Volume 82. — Issues 1–3. — P. — 43–92.

7.                                            Логанина, В. И. Свойства известковых композитов с силикатсодержащими наполнителями / В. И. Логанина, Л. В. Макарова, К. А. Сергеева// Строительные материалы. — 2012.-№ 3. — С.30–35

8.                                            Логанина, В. И. Повышение водостойкости покрытий на основе известковых отделочных составов / В. И. Логанина, Л. В. Макарова, С. Н. Кислицина, К. А. Сергеева// Известия высших учебных заведений. — 2012.-№ 1(637). — С.41–47

9.                                            Логанина, В. И. Влияние технологии синтеза силикатных наполнителей на свойства известковых и отделочных составов / В. И. Логанина, Л. В. Макарова, К. А. Папшева// Региональная архитектура и строительство. — 2011. — № 2. — С.66–69

10.                                        Жданов С. П.,Егорова Е. П. Химия цеолитов.- М.:Наука,1968

11.                                Дружинкин С. В. Сухие строительные смеси на основе цеолитсодержащих пород: дисс.канд. техн. наук: 05.23.05: защищена 26.04.10– Красноярск., 2010. — 169 с.

12.              Лопаткин, А. А. Теоретические основы физической адсорбции / А. А. Лопаткин. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983. — 339 с.

13.              Гельфман, М. И. Коллоидная химия / М. И. Гельфман, О. В. Ковалевич, В. П. Юстратов. — СПб.: Лань, 2008. — 336 с.