Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Эффективные цементные штукатурные растворы с полыми стеклянными микросферами

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

ПАШКЕВИЧ Анастасия Александровна

Москва - 2007

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

Научный руководитель- доктор технических наук, профессор

Орешкин Дмитрий Владимирович

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

Румянцев Борис Михайлович

- кандидат технических наук

Бессонов Игорь Вячеславович

Ведущая организация- ГУП «НИИМосстрой»

Защита состоится « 06 » ноября 2007 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.02 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 113114, г. Москва, Шлюзовая набережная, д. 8, ауд. 223.

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

Автореферат разослан «____» октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Алимов Л.А.

штукатурный раствор полый микросфера

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальность

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

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

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

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

Цель и задачи

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

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

· обосновать возможность применения полых стеклянных микросфер для составов цементных штукатурных растворов;

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

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

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

Научная новизна

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

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

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

· Установлено, что водоудерживающая способность, прочность при сжатии, изгибе и сцеплении с основанием штукатурных растворов повышаются при увеличении вязкости и связности, характеризуемой снижением глубины погружения конуса от 10...14 до 4...8 см, обусловленным уплотнением структуры и поверхностной активности микросфер;

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

Практическая значимость

· Получены и оптимизированы составы эффективных цементных штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами, отличающиеся пониженной плотностью (до 0,8 г/см3), водопотребностью и повышенным сопротивлением паропроницанию по сравнению с традиционными штукатурными растворами;

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

Апробация работы

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

Внедрение результатов исследований

На основании исследований были разработаны и введены в действие нормативные документы: «Технологический регламент на приготовление и применение штукатурного раствора с полыми стеклянными микросферами», Москва, 2005 г., «Штукатурный раствор с полыми стеклянными микросферами», ТУ 4140-073-02066525-2005, Технические условия», Москва, 2005 г., внедрение которых в Республике Удмуртия позволило получить прямой экономический эффект свыше 75 тыс. рублей.

Объем работы

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

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

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

В исследованиях использовалось исследовательское оборудование: растровый микроскоп-микроанализатор CAMSKAN (Великобритания). Реологические исследования проводились на коническом пластометре КП-1.

В работе при определении свойств строительных растворов испытывались образцы-призмы с размерами 4х4х16 см. Использовались вспученный перлитовый песок (ВПП) завода «Стройперлит» (г. Мытищи, Московской области) марки М-75, насыпной плотностью 75 кг/м³. Применялся вспученный вермикулитовый песок (ВВП) производства АООТ «ДЗТИ» (г. Дмитров, Московской области) насыпной плотностью 130 кг/м³, а также полые стеклянные микросферы со средним размером - 25 мкм из натрийборосиликатного стекла, суперпластификатор С-3. ПСМС серийно выпускаются на Андреевском заводе «Стеклопластик» (Московская область). Они имели среднюю плотность 0,26 г/см³, насыпную 0,13 г/см³, коэффициент заполнения объема 0,65, прочность при объемном сжатии 10,5 МПа. Толщина стенки этих микросфер 1…2 мкм. Растворы имели погружение конуса - ПК=4…8, 8…10, 10…14 см. Применялся портландцемент ПЦ 500-ДО Старооскольского завода.

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

Таблица 1 Физико-механические свойства штукатурных растворов с ПК = 10...14 см

Состав, мас. %	с, г/см3*	Прочность, МПа	Wвл., % **	Wвод. ., % ***	Плотность камня, г/см3 ****
		Изгиб	Сжатие			сухого	в 28 сут.
1	2	3	4	5	6	7	8
ПЦ-100; ВПП-15; В-104	1,31	0,4	5,1	40,2	42	0,9	1,3
пц-100; впп-30; 190	1,17	0,15	3,2	71,7	84	0,64	1,16
1	2	3	4	5	6	7	8
пц-100; впп-50; В-325	1,1	0,06	1,1	111	120,5	0,51	1,09
пц-100; ввп-15; В-87	1,35	0,35	4,8	39,4	40,9	0,92	1,31
пц-100; ввп-30; В-145	1,2	0,15	3,1	48,9	70,7	0,69	1,19
пц-100; ввп-50; В-235	1,12	0,08	1,2	81,3	110	0,52	1,11
пц-100; ПСМС-10; В-61	1,05	3,5	11,5	28,9	33,8	0,76	1,02
пц-100; ПСМС-30; В-110	0,95	1,2	3,2	49,6	60,1	0,52	0,93
пц-100; ПСМС-50; В-185	0,85	0,9	1,9	74,5	82	0,37	0,83
пц-100; ПСМС-10; СП-1; В-53	1,1	3,8	13,5	20	28,7	0,9	1,07
пц-100; ПСМС-30; СП-1; В-100	0,91	2	4,1	35	44	0,58	0,92
пц-100; ПСМС-50, СП-1; В-165	0,8	1,05	2,3	59,1	72,2	0,5	0,82

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

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

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

Таблица 2 Прочность на растяжение при изгибе затвердевших штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами при разной подвижности

Состав раствора, мас. %	Средняя плотность раствора, г/см3, при погружении конуса	Прочность при изгибе, МПа, при погружении конуса
	4...8	8...10*	10...14	4...8	8...10*	10...14
пц-100; ПСМС-10	1,41	1,29	1,05	4,95	4,2	3,5
пц-100; ПСМС-30	0,85	0,89	0,95	2,1	1,6	1,2
пц-100; ПСМС-50	0,71	0,75	0,85	1,1	0,95	0,9
пц-100; ПСМС-10; СП-1	1,45	1,32	1,1	5,5	4,7	3,8
пц-100; ПСМС-30; СП-1	0,81	0,85	0,91	3,1	2,5	2
пц-100; ПСМС-50, СП-1	0,65	0,7	0,85	1,6	1,3	1,05

Таблица 3 Прочность при сжатии затвердевших штукатурных растворов с полыми стеклянными микросферами при разной подвижности

Состав раствора, мас. % **	Средняя плотность раствора, г/см3, при погружении конуса	Прочность при сжатии, МПа, при погружении конуса
	4...8	8...10*	10...14	4...8	8...10*	10...14
ПЦ-100; ПСМС-10	1,41	1,29	1,05	16,5	14,5	11,5
ПЦ-100; ПСМС-30	0,85	0,89	0,95	4,8	3,9	3,2
ПЦ-100; ПСМС-50	0,71	0,75	0,85	2,6	2,2	1,9
ПЦ-100; ПСМС-10; СП-1	1,45	1,32	1,1	17,7	15,5	13,5
ПЦ-100; ПСМС-30; СП-1	0,81	0,85	0,91	8,03	6,1	4,1
ПЦ-100; ПСМС-50, СП-1	0,65	0,7	0,85	4,3	3,2	2,3

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

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

Была определена усадка затвердевшего штукатурного раствора с ПК=10 …14 см и сравнена с показателями кладочного раствора с ПСМС и ячеистого бетона равной плотности. Она была немного больше, чем у затвердевшего кладочного раствора, но существенно ниже, чем у ячеистого бетона. Было определено время стабилизации усадки: для ячеистого бетона плотностью 400...500 кг/м³ оно составляет 2 недели, для кладочного раствора с ПСМС с погружением конуса 8...10 см - 3 недели, для штукатурного раствора с погружением конуса 10...14 см - 4 недели. Это было за счет, видимо, более высокого водозатворения и низкого паропроницания растворов с полыми стеклянными микросферами. Это позволяет строительным растворам с ПСМС более равномерно проходить период снижения влажности после кладки и штукатурки стен, что дает возможность формировать более прочную структуру цементного камня.

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

Таблица 4 Прочность сцепления затвердевшего строительного раствора с основанием в возрасте 28 суток различной подвижности

Состав, мас. %	Прочность сцепления, МПа, с газобетоном D 500 раствора подвижностью	Прочность сцепления, МПа, с газобетоном D 700 раствора подвижностью	Прочность сцепления, МПа, с керамическим кирпичом раствора подвижностью
	4...8	8...10*	10...14	4...8	8...10*	10...14	4...8	8...10*	10...14
100Ц+10 ПСМС	0,066	0,064	0,062	0,75	0,65	0,58	4,1	3	2,5
100Ц+30 ПСМС	0,064	0,062	0,06	0,68	0,63	0,53	2,2	1,11	1
100Ц+50 ПСМС	0,062	0,06	0,058	0,65	0,61	0,5	1,1	0,72	0,6
100Ц+10ПСМС+СП	0,068	0,066	0,064	0,8	0, 7	0,63	4,5	3,25	2,35
100Ц+30ПСМС+СП	0,066	0,064	0,062	0,72	0, 67	0,59	2,2	1,83	1,5
100Ц+50ПСМС+СП	0,064	0,062	0,058	0,65	0,62	0,55	1,5	1,19	1,1

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

Штукатурные растворы с полыми стеклянными микросферами полностью соответствуют стандарту и имеют водоудерживающую способность более 90 %. При сравнении растворов с погружением конуса 4...8 см, 8...10 см, 10...14 см было выяснено, что, чем ниже содержание воды в растворе (меньше погружение конуса), тем выше водоудерживающая способность растворов с ПСМС. Это объясняется поверхностной активностью микросфер. В растворе с погружением конуса от 4 до 8 см, видимо, поверхностные силы микросфер, цементных частиц и новообразований обеспечивают высокую водоудерживающую способность (вплоть до 98 %). Результаты приведены в табл. 5.

Таблица 5 Водоудерживающая способность растворов различной подвижности

Состав раствора, мас. %	Средняя плотность раствора, г/см3, при погружении конуса	Водоудерживающая способность растворов, %
	4...8	8...10*	10...14	4...8	8...10*	10...14
ПЦ-100; ПСМС-10	1,41	1,29	1,05	97	95,1	93
ПЦ-100; ПСМС-30	0,85	0,89	0,95	95,1	93,2	91,5
ПЦ-100; ПСМС-50	0,71	0,75	0,85	92	90,2	90
ПЦ-100; ПСМС-10; СП-1	1,45	1,32	1,1	98	97,4	95
ПЦ-100; ПСМС-30; СП-1	0,81	0,85	0,91	96	95,2	93
ПЦ-100; ПСМС-50, СП-1	0,65	0,7	0,85	93,5	92,6	92

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

Уравнения имеют вид:

В/Ц = 0,387 + 0,22 Х₁ - 0,366 Х₂ + 0,346 Х₂²

Для средней плотности раствора: с _р = 1,129 - 0,329 Х₁ - 0,234 Х₂ + 0,296 Х₂²

Для прочности при изгибе, МПа: R_изг. = 4,93 - 0,164 Х₁ - 0,046 Х₂ + 0,576 Х₂²

Для прочности при сжатии, МПа: R_сж. = 18,475 - 0,737 Х₁ - 2,342 Х₂ + 4,642 Х₂² - 0,04 Х₁ Х₂

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

Для водопоглощения, %: W = 25,26 + 1,05 Х₁ - 19,82 Х₂ + 12,8 Х₂² - 0,113 Х₁ Х₂

Для средней плотности камня в высушенном состоянии, г/см³:

с _{к. сух.} = 0,972 - 0,602 Х₁ + 0,083 Х₂ + 0,035 Х₂²

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

с _ест. = 0,84 - 0,27 Х₁ + 0,434 Х₂ - 0,363 Х₂²

Причем, средняя ошибка аппроксимации была от 2 до 5 %.

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

Рис. 1. Пластическая прочность составов: ПЦ+10 % ПСМС+С-3; ПЦ + 30 % ПСМС + С-3; ПЦ+50 % ПСМС+ С-3. Погружение конуса 4...8 см.

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

Погружение конуса 4…8 см:

Предельные значения пластической прочности были:

(ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 120 ^. 10^-3 МПа в 360 мин.;

(ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 76 ^. 10^-3 МПа в 360 мин.;

(ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 42 ^. 10^-3 МПа в 360 мин.

Предельные значения напряжения сдвига были:

(ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 32 ^. 10^-3 МПа в 360 мин.;

(ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 22 ^. 10^-3 МПа в 360 мин.;

(ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 16 ^. 10^-3 МПа в 360 мин.

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



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

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

Погружение конуса 8…10 см:

Предельные значения пластической прочности были:

(ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 104 ^. 10^-3 МПа в 390 мин.;

(ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 52 ^. 10^-3 МПа в 390 мин.;

(ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 32 ^. 10^-3 МПа в 390 мин.

Предельные значения напряжения сдвига были:

(ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 25 ^. 10^-3 МПа в 390 мин.;

(ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 22 ^. 10^-3 МПа в 390 мин.;

(ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 16 ^. 10^-3 МПа в 390 мин.

Погружение конуса 10…14 см:

Предельные значения пластической прочности были:

(ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 88 ^. 10^-3 МПа в 420 мин.;

(ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 51 ^. 10^-3 МПа в 420 мин.;

(ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 32 ^. 10^-3 МПа в 420 мин.

Предельные значения напряжения сдвига были:

(ПЦ+10 % ПСМС+С-3) - 20 ^. 10^-3 МПа в 420 мин.;

(ПЦ+30 % ПСМС+С-3) - 16 ^. 10^-3 МПа в 420 мин.;

(ПЦ+50 % ПСМС+С-3) - 13 ^. 10^-3 МПа в 420 мин.

Была количественно оценена гелевая, капиллярная, воздушная пористость цементной матрицы в зависимости от состава и погружения конуса. Самая высокая гелевая пористость, самые низкие капиллярная и воздушная пористость определены у камня при погружении конуса 4…8 см. С увеличением погружения конуса и при повышении расхода микросфер гелевая пористость снижается, а капиллярная и воздушная - возрастает. Причем, гелевая пористость максимальна при расходе ПСМС 10 % от массы ПЦ и равна 94 % от всей пористости цементной матрицы. Установлено, что самая низкая гелевая пористость при расходе микросфер 50 % и погружении конуса 10…14 см. Это связано, видимо, с количеством воды затворения, которая по-разному распределяется в объеме материала. Все механические свойства у затвердевшего раствора с ПК = 4…8 см выше, чем у остальных растворов с ПСМС. Данные исследований после компьютерной обработки по программе ВолГАСУ позволили получить графики дифференциального и интегрального распределения пор по диаметрам. Результаты изображены на рис. 5…8. На них условно соединены кривые дифференциального и интегрального распределения пор при P/P_s>0,97…0,98 или 97...98 %. Результаты приведены в табл. 6, 7, 8.



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

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

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



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

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

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

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

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

Таблица 6 Пористость цементной матрицы с микросферами при различном погружении конуса

Состав, мас. %	Пористость затвердевшего раствора, %, при погружении конуса
	4 … 8 см	8 … 10 см *	10 … 14 см
	геле-вая	капил-лярная	воздушная	геле- вая	капил-лярная	воздушная	геле-вая	капил-лярная	воздушная
100 Ц; 10 ПСМС; 1 СП	94	5,2	0,8	90	9	1	78,1	19,9	2
100 Ц; 30 ПСМС; 1 СП	87,4	10,6	2	76,4	21,2	2,4	68,9	28	3,1
100Ц; 50 ПСМС; 1 СП	80,6	15,3	4,1	70	25	5	62	31	7

Таблица 7 Общая пористость цементного камня с полыми стеклянными микросферами при различном погружении конуса

Состав, мас. %	Пористость затвердевшего раствора, %, при погружении конуса
	4 … 8 см	8 … 10 см *	10 … 14 см
	матрицы	ПСМС	общая	матрицы	ПСМС	общая	матрицы	ПСМС	общая
100 Ц; 10 ПСМС; 1 СП	9,6	18,9	28,5	11	21,8	32,8	12,6	25,1	37,7
100 Ц; 30 ПСМС; 1 СП	25,5	27,2	52,7	29	31,8	60,8	33,3	36,5	69,8
100Ц; 50 ПСМС; 1 СП	36,5	31,8	67,3	42	36,3	78,3	46	42,1	88,1

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

Таблица 8 Коэффициент паропроницания строительного раствора с ПСМС и СП с различным погружением конуса

Состав, мас. %	Погружение конуса
	4...8 см	8...10 см	10...14 см
	Коэффициент паропроницания, мг/м .ч.Па	Сопротивление паропроницанию, м2 .ч.Па/мг	Коэффициент паропроницания, мг/м .ч.Па	Сопротивление паропроницанию, м2 .ч.Па/мг	Коэффициент паропроницания, мг/м .ч.Па	Сопротивление паропроницанию, м2 .ч.Па/мг
100 Ц; 10 ПСМС; 1 СП	0,0063	1,196	0,0076	1,015	0,0087	0,915
100 Ц; 30 ПСМС; 1 СП	0,0254	0,35	0,0305	0,328	0,0351	0,273
100Ц; 50 ПСМС; 1 СП	0,0415	0,231	0,0498	0,2	0,0573	0,187

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

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

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

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

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

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

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

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

6. Установлено, что цементные растворы с ПСМС имеют водоудерживающую способность более 90 % , достигающую значение 98 %. При увеличении погружения конуса от 4...8 до 8...10 и 10...14 см водоудерживающая способность растворов уменьшается за счет повышения содержания воды в растворе снижения поверхностной активности микросфер.

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

8. Установлена закономерность влияния содержания полых стеклянных микросфер в цементной системе на набор прочности и сроки схватывания. В действительности, чем ниже содержание наполнителя в цементной системе, тем быстрее он набирает пластическую прочность и происходит увеличение значений напряжения сдвига. Более того, с ростом количества микросфер для всех видов растворов, сроки схватывания увеличиваются за счет повышения воды затворения. Определено, что более высокой подвижности раствора соответствует более высокие сроки начала и конца схватывания.

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

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

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

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

2. Пашкевич А.А., Первушин Е.Г., Орешкин Д.В. Полые стеклянные микросферы и формирование цементных систем / В сб. докл. научно-техн. конф. с межд. участием «Строительная физика в ХХI веке». - М.: НИИСФ, 2006. - С. 134 - 139.

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

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

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

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

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

Размещено на Allbest.ru

...