ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

Современные сухие строительные смеси (далее ССС) - это многокомпонентные специализированные системы, в которых кроме минерального вяжущего и заполнителя содержится комплекс химических добавок, обеспечивающих необходимые реологические свойства смеси, регулирующих скорость схватывания и твердения вяжущего и обеспечивающих необходимые физико-механические свойства раствора после затвердевания.

Области применения ССС и, соответственно, варианты их составов весьма многообразны. Разнообразию производимых сухих смесей способствует использование различных вяжущих: портландцемента, гипса, глиноземистого цемента, растворимого стекла, а в последние годы и магнезиальных вяжущих.

В сухих смесях, используемых в тонких слоях или от которых не требуются высокие прочностные показатели, используют тонкодисперсные наполнители: молотый известняк, мел, тонкодисперсные золы электростанций и т. п., как бы разбавляющие цементное вяжущее.

Анализ технической информации позволяет утверждать, что в настоящее время остаются не изученными ССС с активными тонкодисперсными наполнителями (микрокремнеземом и метокаолином).

Одним из факторов, сдерживающих применение активных минеральных добавок в строительстве, является отсутствие в отечественной литературе достаточных сведений о коррозионных свойствах и реологии растворов с этими добавками. Эффективность микрокремнезема или метокаолина зависит как от их физико-химических свойств, так и от типа применяемой водоредуцирующей химической добавки. Наиболее эффективно сочетание микрокремнезема с суперпластификатором.

Композиции на основе указанных компонентов могут быть основой для создания сухих смесей самого различного назначения для стяжек и покрытий полов и эффективных самовыравнивающихся (self-leveling) смесей. Эти смеси после затворения водой и интенсивного перемешивания, благодаря совместному действию системы пластифицирующих и водоудерживающих добавок, обладают свойствами «жидкого тела». Они могут растекаться под действием собственного веса, образуя ровную горизонтальную поверхность. В смесях для стяжек в качестве вяжущего применяют портландцемент и гипс, а для лицевых покрытий — портландцемент или глиноземистый цемент.

В настоящее время глиноземистый цемент широко применяется в специальном строительстве, производстве огнеупорных бетонов, а также является основой специальных цементов, обладающих высокой водонепроницаемостью, сульфатостойкостью и жаростойкостью.

Главным преимуществом глиноземистого цемента перед другими вяжущими является быстрое нарастание механической прочности. Обычно через 15-18 часов прочность глиноземистого цемента уже достаточна для введения построенного сооружения в эксплуатацию, что максимально соответствует современным требованиям большинства общестроительных и отделочных работ, выполняемых по мокрому способу (с использованием различных бетонных и растворных смесей, а также специальных штукатурных, плиточных, гидроизоляционных и наливных смесей). Однако длительные наблюдения, проведенные в лабораторных и практических условиях, показывают, что изменение прочности этого цемента отличается от изменения прочности портландцемента не только в первые сроки твердения, но и в сроки, измеряемые годами и десятилетиями, и характеризуются спадами и подъёмами.

Почти закономерно, что максимум прочности глиноземистых цементов достигается между 1 и 3 годами (увеличиваясь на 50-60% по сравнению с 28-суточной прочностью), а затем в течение 5-30 лет  снижается на 30 - 70% по сравнению с 28-суточной прочностью. Особенно сильно влияет на спад прочности высокое (более 0,4) В/Ц отношение и температура эксплуатации (более 20 °С).

Эта особенность глиноземистого цемента является основной причиной отказа, а во многих случаях и государственного запрета на использования этого цемента для общестроительных целей (жилищного строительства и т.п.) в большинстве стран (в том числе и России) и введение жестких ограничений в ряде стран, в частности - во Франции.

Процессы перекристаллизации глиноземистого цемента можно характеризовать такой величиной, как время, требующееся для перекристаллизации половины продуктов гидратации. В таблице 1 представлены данные по перекристаллизации глиноземистого цемента с одним из самых низких значений В/Ц=26%, при котором влияние В/Ц отношения минимально.

Таблица 1

Наглядно влияние содержания воды на процессы перекристаллизации ГЦ для стандартных образцов можно отобразить ниже таблицей 2.

Таблица 2

Все приведенные здесь данные характерны для стандартных глиноземистых цементов.

Есть исследования  бетонов на глиноземистом цементе и гранулированном доменном шлаке в условиях водного хранения при 20 и 38 °С: прочность на сжатие постоянно возрастала в течение I года и более, в то время как контрольные образцы, приготовленные без шлака, показывают обычное падение прочности, связанное с процессами перекристаллизации. Исследовательские тесты показывали, что лучшее поведение бетонов на шлаке связано с образованием стратлингита.

Цель работы  ? доказать возможность как разработки, так и практического использования нового вида вяжущего - композиционного глиноземистого цемента, модифицированного активными минеральными добавками и не обладающего спадами прочности.

Для этого ставилась задача по определению влияния микрокремнезема (далее МК) и метокаолина на гидратацию и твердение глиноземистых цементов с целью разработки композиционного глиноземистого вяжущего (далее КГВ).

Большинство первичных гидроалюминатов быстро образуются при рН 11,5 (с преобладание САН₁₀), а образование вторичных C₂AH₈ и С₃АН₆ термодинамически возможно при рН 12,26-13,63 (изменение рН можно легко наблюдать по цвету камня от черного до светло-коричневого для контрольных образцов, благодаря соединениям железа, а также физико-химическими методами), но при этом МК или метокаолин активно вступает в реакции с образованием алюминатов и силикатов, а также возможно гидрогранатов.

В ходе экспериментов было установлено, что введение МК в количестве до 5 % и более 15 % от общей массы глиноземистого цемента резко снижает прочностные свойства, а в количестве 8-12 (15) % незначительно снижает, а в некоторых случаях даже повышает (при низком В/Ц отношении) прочностные показатели цементного камня на ГЦ в одно-, 3-х, 7-ми и 28-ми суточном возрасте на сжатие.

Введение метокаолина в количестве более 15 % от общей массы глиноземистого цемента резко снижает прочностные свойства, а в количестве 8-12 % незначительно снижает, а в некоторых случаях даже повышает (при низком В/Ц отношении) прочностные показатели цементного камня на ГЦ в одно-, 3-х, ,7-ми и 28-ми суточном возрасте, как на сжатие, так и на изгиб.

Далее выполнялись исследования влияния добавки как МК, так и метокаолина на прочностные характеристики цементного камня в зависимости от вида ГЦ и В/Ц отношения при длительном твердении, с целью определения оптимального количества вводимого как МК, так и метокаолина, с учетом роли МК и метокаолина как активной минеральной добавки, улучшающей и стабилизирующей свойства цементного камня.

Здесь было установлено, что введение МК или метокаолина в количестве до 15% от общей массы повышает прочностные показатели цементного камня на ГЦ в 1,2 ? 1,8 раза через 90 суток и при ускоренном старении (в воздушных условиях при 100 % влажности и температуре 70 °С в течение 7 суток) по сравнению с 3-х суточной прочностью в зависимости от В/Ц отношения, и при этом у всех контрольных образцов наблюдался устойчивый спад прочности. .

Параллельно исследованию КГВ были выполнены исследования влияния молотого песка на гидратацию ГЦ. Полученные данные позволяют утверждать, что в этом случае нет физико-химического взаимодействия между глиноземистым цементом и минеральной добавкой.

Разработанное КГВ удовлетворяет основным требования, предъявляемым к вяжущим, используемым для выполнения общестроительных работ, так как не обладает резкими спадами прочности. При твердении КГВ не наблюдается резких сбросов прочности за счет перехода САН₁₀ и  C₂AH₈ в С₃АН₆, наблюдается рост прочности за счет образования гелеобразных силикатов кальция, а также возможно образование  различных алюмосиликатов и гидрогранатов.