Исследования эффективности добавок для сухих строительных смесей

Проведены экспериментальные срав¬нительные испытания импортных и отечественных добавок в сухие строитель¬ные смеси. Установлено, что местные добавки при рациональных дозировках по достигаемым физико-механическим и реологическим результатам не уступают импортным и заслуживают внимания производителей ССС.

Производство и применение сухих строительных смесей (ССС) в России неуклонно растет. Удобства и выгоды их использования становятся все более очевидными. Однако часто производители ССС наталкиваются на то обстоятельство, что добавки, без которых невозможно получение ССС с заданными технологическими характеристиками, в России не производятся. Импортные же вещества, применяемые в качестве таких добавок, дороги, что, естественно, при их использовании - приводит к удорожанию такой нужной строителям продукции.

В то же время хорошо известно, что целый ряд промышленных производств стал свои отходы утилизировать, превращая их в побочную продукцию. Так, в бумажной промышленности теперь уже давно производят различные разновидности лигносульфонатов, производные целлюлозы. Содовая промышленность начинает производить продукцию на основе тонкодисперсных карбонатных шламов. Горнодобывающие предприятия утилизируют пылевидные отходы измельчения горных пород и т.д.

Часто эти продукты по своему химическому, минералогическому и дисперсному составу весьма близки к специальным добавкам, производимым для получения ССС за рубежом.

На кафедре СМиСТ в 2004-2006 годах была проделана работа, целью которой было исследование возможности замены дорогих импортных добавок побочными продуктами различных отечественных производств. В работе были использованы следующие материалы:
- песок - отсев песчано-гравийной смеси производства ООО «Западуралне-руд», филиал «Пермский песчано-гравийный карьер». Гранулометрический состав песка приведен в таблице 1.

Таблица 1

Модуль крупности (Мкр) песка = 2,26, минералогический состав песка представлен кварцем, кварцитом, яшмой и ее ана¬логами. Слюдистых минералов - менее 0,5 масс.%; пылеватых и глинистых примесей вместе - 3,5 масс.%, в том числе глинистых 1,1 масс.%;

- микрокремнезем МК-85, представляющий собой отход ферросплавного производства Липецкого металлургического комбината. Состоит из частиц аморфного кремнзема Si0₂, содержание которого составляет в нем 99,9 масс.%. Удельная поверхность 850 м²/м³. Насыпная плотность 500-600 кг/м³. Внешне представляет порошок светло-серого цвета. Влажность не превышает 0,3%. Имеет сертификаты санитарно-эпидемиологической и радиационной безопасности;

- шлам из шламоотстойников ООО «Сода» (Березники) (так называемое «белое море»), представляющий собой тонкий порошок с размерами частиц от 0,001 до 50 мкм. По химическому составу это, в основном, карбонат кальция СаС0₃ с небольшой примесью хлорида натрия и сульфата кальция - в пробах шлама разного времени образования суммарное количество примеси меняется от 5% по массе - у свежего и до 0,7 - у многолетнего возраста;

- известняковая мука марки А класса 1 (ООО «Березниковский содовый завод»). Гранулометрический состав по паспорту - полные остатки на ситах (масс.%). Рассев в лаборатории дал следующие результаты:

Влажность муки составляет 0,2 % по массе. Содержание карбонатов кальция и магния – 85,58 масс %.

- целлюлоза электродная – побочный продукт бумажного производства Краснокамского ЦКБ. Характеристики однородности по рассеву:

Карбосиметилцеллюлоза (КМЦ), ТУ У24.1-05761620.018-2001.
Na КМЦ техническая представляет собой мeлкозернистый, порошкообразный, содержащий волокна материал от белого до кремового цвета. Применяется в производстве зубных паст, эмульсий, мазей, кремов. Выпускается нескольких марок Na КМЦ технический:
  - марка 70/300 применяется в производстве синтетических моющих средств в качестве рессорбционной добавки;
  - марка 75/450 – в горно-химической промышленности при флотации обогащённых сильвинитовых руд;
  - марка 75/200 – в бумажной промышленности.

- лигносульфонат технический (ЛСТ) ТУ 54-028-00279580-97. Порошкообразные технические лигносульфонаты - побочный продукт переработки древесины. Технические лигносульфонаты образуются из лигнина при сульфитной варке древесины с кислотой на натриевом основании в производстве целлюлозы. Состав по компонентам (%): лигносульфонат натрия (66-71), сахара (10-12), натриевые соли сернистой кислоты (12-14).

Водорастворимые в любых соотношениях, технические лигносульфонаты oбладают универсальными свойствами поверхностно-активных веществ, содержат смесь натриевых солей лигносульфоновых кислот;

- тиосульфат натрия (гипосульфит) 2Na₂S₂O₃. Под воздействием кислорода воздуха тиосульфат натрия разлагается по реакции:

На способности к легкому окислению, т.е. действовать в качестве восстановителя, а также на способности присоединять к себе многие вещества, с которыми он образует комплексные соли, основано множество способов применения тиосульфата натрия в промышленности;

- импортные добавки (эфиры целлюлозы Mecellose* - Mecelloce FMC 2094; Mecelloce FMC 2070; Mecelloce FMC 60150; Mecelloce FMC 22501; Melflux 1641F), которые легко растворяются в холодной воде, диспергируется в горячей. Обладают свойством удерживать воду в растворе и противодействовать испарению, адсорбированию впитывающим основанием и т.д. Совместимы с другими добавками в водном растворе и обеспечивают устойчивую комбинацию растворимости в воде. Устойчивы в диапозоне рН 3.612.0 (однако, кислота или щелочи влияют на растворимость ЭЦ). При повышении температуры водного раствора ЭЦ до определенного уровня раствор переходит в гелеобразное состояние, но при этом гель возвращается после охлаждения снова в свое исходное состояние раствора (обратимая коагуляция). Обеспечивает загущение раствора и улучшает его адгезионные свойства. Образует прозрачную, прочную, гибкую пленку, обладающую отличной стойкостью к маслам и смазкам. Обеспечивает отличную стабильность вязкости во время длительного хранения благодаря стойкости к воздействию грибков и бактерий;

- редиспергируемые сополимерные порошки Mowilith Pulver® (Mowilith Pulver® LDM 2028 P; Mowilith Pulver® DM 2072 P; Mowilith Pulver® LDM 2080 P; Mowilith Pulver® DM 117 P; Mowilith Pulver® DM 1142 P; Mowilith Pulver® LDM7974 H). Под торговой маркой Mowilith® поставляют тонкие, редиспергируемые в воде синтетические полимеры, которые находят широкое применение в качестве добавок для сухих строительных смесей. Редиспергирующие порошки Mowilith® производятся методом распылительной сушки водных синтетических дисперсий на базе сополимеров винилацетата, этилена, акрилатов и версататов. Они содержат антикоагулянты и средство против слеживания;

- суперпластификаторы. MELMENT® F10 - универсальный суперластификатор и разжижитель для ССС на основе цемента и гипса и других строительных материалов; Esapon 1214 - реологический модификатор на базе эфира крахмала для штукатурок, клеев, шпатлёвок и строительных растворов. Применяется в сухих смесях совместно с эфирами целлюлозы, редиспергируемыми порошками и другими поверхностно-активными модификаторами, существенно улучшает удобоукладываемость и перерабатывемость раствора, повышает фиксирующую способность. В клеях и шпатлёвках, требующих высокого содержания метилцеллюлозы, снижает клейкость при переработке (устраняет прилипание к инструменту) и увеличивает открытое время. При ручном и машинном нанесении существенно улучшает технологичность и гладкость и устраняет комкообразование, особенно для гипсовых систем.

Методика работы включала следующие определения свойств сырьевых материалов:
  - зернового состава и модуля крупности песка;
  - содержания пылевидных частиц и глинистых;
  - насыпной плотности.

Растворные смеси готовили, смешивая сухие компоненты в заданных соотношениях. Рецептуры смесей приведены в таблицах 2-6.

Таблица 2

Смеси подвергали следующим испытаниям, определяя при этом:
  - консистенцию цементного раствора;
  - плотность растворной смеси;
  - расслаиваемость растворной смеси;
  - водоудерживающую способность растворной смеси.

Образцы-балочки размерами 4×4×16 формовали с применением вибрации на лабораторном вибростоле. Время вибрации во всех случаях составляло 15 сек. Отформованные образцы до распалубки хранили в камере твердения, через 1 сутки образцы распалубливали и снова помещали в камеру. Условия в камере: температура 20±2°С, относительная влажность 90%. Через 28 суток после приготовления oбразцы испытывали на изгиб и сжатие.

Для определения силы сцепления клеевых составов с поверхностью изготавливали образцы-плитки размерами 7×7×1 см. Образцы формовали и хранили до испытания так же, как балочки, а затем с помощью эпоксидного клея приклеивали в устройво для испытаний на отрыв.

Образцы кладочных и штукатурных растворов для наружных работ испытывали на морозостойкость дилатометричес методом. Результаты приведены в таблицах 2-6.

Сравнивая полученные результаты можно сделать следующие общие выводы:

1. Местные добавки при рациональных дозировках по достигаемым физико- механическим и реологическим результатам не уступают импортным добавкам и заслуживают внимания производителей ССС.
2. В ряде случаев, для достижения особенно высоких прочностей клеевых составов на отрыв - более 15 кг/см², целесообразно использование импортных добавок. Однако, надо иметь в виду, что долговечность плиточного покрытия в условиях пермского климата завис не только от прочности сцепления, но и от свойств самой плитки. При низкой паропроницаемости плитки она неизбежно будет отпадать из-за замерзания конденсата паров воды в клеевом слое.

   Таблица 3

   Сравнительные испытания пластификаторов

   Минеральные компоненты	Содержание в смеси, масс. %
   Портландцемент	20	20	20	20	20	20	20
   Молотый известняк	3	3	3	3	3	3	3
   Песок фракций 0,315+0,65 мм	65	65	65	65	65	65	65
   Песок фракции 1,25 мм	12	12	12	12	12	12	12
   Количество воды, добавляемой при приготовлении раствора на 1 кг сухой смеси, л	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
   Добавки
   Mowilith Pulver* LDM 2028 P	0,5
   Mowilith Pulver* DM 2072 P		0,5
   Mowilith Pulver* LDM 2080 P			0,5
   Mowilith Pulver* DM 117 P				0,5
   Mowilith Pulver* DM 1142 P					0,5
   Mowilith Pulver* LDM 7974 H						0,5
   ЛСТ							0,5
   Результаты испытаний
   Прочность при сжатии, МПа	10,5-11,5	12,5-13,0	10,0-13,0	12,0-14,0	15,5-17,5	10,0-12,0	12,0-15,0
   Прочность при отрыве, МПа	0,7-0,8	0,8-0,85	0,7-0,75	0,6-0,7	0,7-0,9	0,7-0,75	0,7-0,75

   Таблица 4

   Сравнительные испытания добавок ЛСТ и LDM

   Цемент, кг	Песок, кг, фр. 0,315+0,63 мм	Вода, мл	ЛСТ, кг	LDM 7974, кг	"Белое море", кг	Р.К., см	''юг
   0,2	1	270	0,001	-	0,2	15	21,09	51,53
   0,2	1	250	0,001	-	0,1	21	-	52,87
   0,2	1	270	-	0,001	0,2	18	-	50,8
   0,2	1	250	-	0,001	0,1	18	21,09	51,12
   0,2	1	300	0,0015	-	0,3	13	18,75	52,34
   0,2	1	300	-	0,001	0,3	11	16,4	52,71

   Таблица 5

   Результаты испытаний составов с добавками КМЦ, "белой сажи" и гипосульфита

   Ц, кг	П*, кг	П**, кг	В, кг	ЛСТ, г	КМЦ, г	"Белая сажа", г	Гипосульфат, г	РК, см	Rизг	Rсжатия
   0,260	1,2	-	0,13	0,5	3	-		14	1,88	5,08
   0,260	1,2	-	0,20	0,5	3	-		10	2,03	7,58
   0,260	1,2	-	0,13	0,5	3	-	3	10	2,41	10,56
   0,260	1,2	-	0,20	0,5	3	-	3	11	2,11	12,36
   0,260	1,2	-	0,20	0,5	3	30		8	1,17	9,18
   0,260	1,2	-	0,20	0,5	3	30	3	10	1,88	11,00
   0,350	0,6	0,6	0,22	0,5	3	-		12	4,06	20,44
   0,350	0,6	0,6	0,22	0,5	3	-	3	18	5,0	17,86
   0,260	1,2	-	0,13	0,5	-	-		16	3,44	11,1
   0,260	1,2	-	0,13	0,5	-	-	1,5	19	3,28	6,22

   Примечание: П* - песок фр. 0,14+0,315+0,63; П** - песок фр. 1,25; РК - расплыв конуса, см.

   Таблица 6

   Результаты испытаний составов с различными добавками

   N	Цемент, кг	Песок, кг, фр.0,63+1,25	Песок, кг,фр.0,315+0,63	Вода	в/ц	«Белое море», кг	Известь, г	N 1"	N 2"	N 3"	N3"
   1	0,5	1,8	-	225	0,45	-	-	0,13	-		-
   2	0,6	1,3	-	270	0,45	0,2	-		1,25
   3	0,5	1,8	-	270	0,54	-	-		-	1,25	-
   4	0,6	1,3	-	270	0,45	0,2	-				0,8
   5	0,5	1,8	-	225	0,45	-	-	0,13	1,25		-
   6	0,4	-	1,5	250	0,63	0,1	-	-	1,25		-
   7	0,4	-	1,5	250	0,63	0,1		-			0,8
   8	0,3	-	1,7	120	0,4	-	20			2,1	-
   9	0,3	-	1,7	120	0,4	-	20			2,1	-

   Таблица 7

   Результаты испытаний
   №№	Rизг	Rсж
   1	4,532	12,3
   2	2,813	7,82
   3	3,282	6,98
   4	3,438	5,74
   5		9,51
   6	2,1096	7,32
   7	2,344	9,08
   8	1,4064	2,18
   9	1,484	2,42
   Добавки
   №1	Esapon 1214
   №2	Mowilith pulver DM 1142
   №3	Mecellose FMS 2094
   №4	Melment FIO