УДК 666.971
Трофимов Б.Я., Ахтямов Р.Я., Ахмедьянов Р.М.
Южно-Уральский государственный университет
Растворные смеси с повышенным содержанием вермикулитового заполнителя характеризуются пониженной пластичностью, в связи с этим решалась задача получения растворных смесей с улучшенными реологическими характеристиками. В статье показано, что за счёт применения тонкомолотых минеральных и полимерных добавок улучшаются свойства растворных смесей и появляется возможность применения лёгких растворов плотностью менее 900 кг/м3.
Строительные растворы с заполнителем из вспученного вермикулита по сравнению с обычными цементнопесчаными строительными растворами, вследствие высокой пористости имеют в 2…3 раза меньшую среднюю плотность и в 3…5 раз меньший коэффициент теплопроводности. Вермикулитовые штукатурные растворы применяются для внутренней и наружной отделки строительных конструкций. Они могут выполнять, помимо теплозащитных, декоративные, звукопоглощающие и огнезащитные функции. Наносятся они на конструкции обычными для штукатурных работ способами. При ручном способе нанесения цементновермикулитовых растворных смесей при отсутствии в них пластифицирующих добавок достаточной пластичностью и удобоукладываемостью обладают лишь растворы, имеющие среднюю плотность не ниже 900 кг/м3 [1].
Для определения степени пригодности штукатурных растворных смесей с вермикулитовым заполнителем для ручного нанесения изучались их структурно-механические свойства, характеризующиеся следующими показателями: прочность структуры, упругость, эластичность, пластичность, вязкость. Изучать эти показатели позволяют методы реологии. Количественные оценки структурно-механических (реологических) свойств пластичных масс разработаны в самостоятельном разделе коллоидной химии, называемом физико-химической механикой. Основные положения физико-химической механики пластичных масс разработаны акад. П. А. Ребиндером и С. П. Ничипоренко [2]. О удобоукладываемости растворной смеси судили по изменению основных структурно-механических характеристик, полученных при испытании пластичной массы в состоянии предельно неразрушенной структуры на приборе плоскопараллельного сдвига конструкции Д. М. Толстого. Испытания растворной смеси проводились при одинаковом «Водо-Вяжущем» отношении равном 0,74 и «Вермикулито – Вяжущее» отношение (Вер/Вяж) по массе 0,2. Составы, исследованные в ходе эксперимента, представлены в табл. 1.
На приборе Д. М. Толстого были исследованы цементновермикулитовые растворы с тонкодисперсными добавками негашёной извести, микрокремнезёма, а также с водоудерживающей добавкой – метилгидроксиэтилцеллюлозы (ЭЦ), редиспергируемого полимерного порошка (РПП) – система мономеров винилацетат + виниловый эфир версатиковой кислоты + акрилат и суперпластификатора С-3.
Время начала испытания от момента затворения сухой растворной смеси водой составляло 4,5 мин. В ходе опыта фиксировали нагрузку и изменение деформации во времени в течение 15 мин. Последовательно увеличивая нагрузки, замеряли деформацию образца. По результатам исследования строили графики зависимости деформации e от времени t. Результаты расчётов характеристик растворных смесей по [2] представлены в табл. 2.
В пластичных массах под действием сдвиговых напряжений могут возникнуть 3 типа деформаций:
- быстрая эластическая деформация eб происходит в первые мгновения после приложения внешнего усилия; она связана с шарнирным поворотом и упругой деформацией частиц дисперсной фазы. После снятия нагрузки она полностью исчезает;
- медленная эластическая деформация eм развивается с момента приложения внешней нагрузки в течение нескольких минут с постепенно уменьшающейся скоростью. Она связана с небольшим смещением частиц относительно друг друга без разрыва межмолекулярных связей и разрушения структуры. При снятии нагрузки она полностью обратима;
- пластическая деформация eпл возникает только тогда, когда напряжение сдвига достигает величины, равной пределу текучести. Она связана с частичным разрушением начальной структуры и является необратимой.
На основании полученных данных были построены графики зависимостей eм = f (Р), eб= f (Р) и deпл/dt = f (Р). Эти зависимости представляют собой прямые линии, причём первые две проходят через начало координат. Третья прямая, проведённая через экспериментальные точки по методу наименьших квадратов, отсекает на оси Р отрезок, равный по величине условному статистическому пределу текучести Рк. Представленные зависимости можно описать линейным уравнением.
Для данных уравнений рассчитали коэффициенты a и b, которые характеризуют степень развития различных видов деформации конкретной растворной смеси. В результате получили уравнения для расчёта быстрой eб и медленной eм эластических деформаций, а также градиента скорости пластической деформации deпл/dt.
По рассчитанным данным были построены зависимости упругопластичновязких констант и структурно-механических характеристик от вида вяжущего, вида добавки и её концентрации (рис. 1…5).
Как видно из этих рисунков, при замене части цемента тонкодисперсными добавками: известью и микрокремнезёмом происходит увеличение статистического предела текучести — Рк, эластичности — l, наибольшей пластической вязкости — hпл и уменьшение условной мощности деформаций Ne.. Увеличение статистического предела текучести Рк показывает увеличение нагрузки, не
обходимой для возникновения необратимых деформаций, т.е. толщина слоя штукатурного раствора, наносимого за один раз при обрызге, может быть увеличена без опасения его стекания. Повышенная эластичность характеризует способность штукатурной растворной смеси противостоять усадочным деформациям при высыхании. Уменьшение условной мощности деформации характеризует уменьшение нагрузок необходимых для одинаковой деформации растворной смеси, т.е. позволяет снизить давление на рабочий инструмент штукатура при протягивании, выравнивании и затирки штукатурной смеси.
При замене части цемента тонкодисперсными добавками: известью и микрокремнезёмом, происходит адсорбирование тонкодисперсных частиц на поверхности цемента и заполнителя и связывание их между собой. В результате повышаются силы притяжения между цементом и заполнителем, что приводит к увеличению наибольшей пластической вязкости и статистического предела текучести.
В тоже время применение тонкодисперсных добавок обеспечивает повышение содержания пластичного теста, заполнение пустот в растворной смеси между зёрнами заполнителя, что позволяет увеличить тиксотропность, снизить нагрузку, необходимую для придания растворной смеси текучего состояния, т.е. приводит к уменьшению условной мощности деформаций. Аналогичное действие на реологические свойства растворных смесей оказывает применение эфиров целлюлозы и редисперсионных полимерных порошков, которые при увлажнении образуют водную дисперсию полимеров. Полимеры дополняют действие тонкодисперсных частиц, в ещё большей степени увеличивая силу сцепления между частицами цемента и заполнителя, и заполняя пустоты между ними. Однако, степень влияния эфиров целлюлозы по сравнению с редисперсионными полимерными порошками на реологические свойства растворных смесей значительно больше из-за значительного набухания при увлажнении.
Введение суперпластификатора С–3 приводит к противоположному действию, чем предыдущие добавки – уменьшению наибольшей пластической вязкости растворной смеси, снижению статистического предела текучести и уменьшению условной мощности деформаций. Пластифицирующее действие С–3 объясняется его адсорбцией на зёрнах заполнителя и цемента и влиянием на x — потенциал [3]. С–3 нейтрализует силы притяжения между твёрдыми частицами и предотвращает их коагуляцию.
Цементновермикулитовые растворы с плотностью менее 900 кг/м3 имеют в растворной смеси пластичное тесто малой вязкости, слабосвязанное с другими её компонентами, что уменьшает область пластического сдвига растворной смеси. Это делает весьма малым интервал давлений, в котором растворную смесь можно деформировать без разрушения структуры, и часто приводит к необратимому разрушению по всему объёму. Введение минеральных тонкодисперсных добавок, эфиров целлюлозы и редисперсионных полимерных порошков позволяет увеличить толщину наносимого за один раз штукатурного слоя, снизить усилие деформирования. Модифицированная штукатурная смесь протягивается без расслоения внутренних и наружных слоёв, без задиров после прохода инструмента, что позволяет получать штукатурные растворы с вермикулитовым заполнителем средней плотностью от 900 до 400 кг/м3 и с возможностью их ручного нанесения.
Библиграфический список
- Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П. Вермикулит. Стройиздат, — Л., 1971.- С. 122 – 128
- Ничипоренко С. П. Физико-химическая механика дисперсных структур в технологии строительной керамики. – Киев: Наукова думка, 1978. – 76с.
- Добавки в бетон: Справочное пособие. / В.С. Рамачандран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди и д.р.; Под ред. В.С. Рамачандрана; Пер с англ. Т.И. Розенберг и С.А. Болдырева; Под ред. С.А. Болдырева и В.Б. Ратинова. М.: Стройиздат, 1988. –575 с.: ил.
