УДК 691.56:666.971
Медяник Ю.В., Секерина Н.В., Рахимов Р.З.
Казанская государственная архитектурно-строительная академия
Изменившаяся экономическая ситуация в нашей стране обусловила необходимость переоценки материально-сырьевой базы стройиндустрии с целью рационализации ее использования.
Одним из путей достижения этой цели является создание новых, более эффективных по сравнению с традиционными, видов строительных материалов [1]. К этому направлению относится и развивающаяся технология производства и применения сухих строительных смесей, на что указывает зарубежный опыт и работы отечественных производителей в последнее десятилетие.
В настоящее время в России производство сухих строительных смесей налажено в основном на заводах, поставленных иностранными фирмами («Кнауф», «Лохья», «Фексима» и др.) и связано с большими затратами на оборудование и сырье, поэтому необходимым является поиск путей их удешевления [2,3]. Опыт работы известных предприятий показывает, что использование местного минерального сырья в производстве сухих смесей значительно снижает их стоимость.
Республика Татарстан обладает большими потенциальными возможностями для реализации в сухих строительных смесях продуктов добычи песков, песчано-гравийных смесей и карбонатных пород, так как располагает значительными запасами данных природных материалов. С учетом этого была проведена работа по оценке возможности использования указанного выше минерального сырья в производстве сухих строительных смесей.
Для решения поставленной задачи были отобраны пробы природного песка (кварцевого и полимиктового), песчано-гравийных смесей и карбонатных пород (известняков и доломитовых известняков) и проанализированы требования к указанным сырьевым материалам как заполнителям сухих растворных смесей для штукатурных работ и каменной кладки в соответствии с ГОСТ 8736 «Песок для строительных работ. Технические условия» и СН-290 «Инструкция по приготовлению и применению строительных растворов». С учетом данных требований песок для штукатурных растворов должен иметь модуль крупности (МКР) от 1 до 2, его максимальная крупность для выравнивающего слоя (обрызга) и грунта не должна превышать 2,5 мм, а для отделочного слоя (накрывки) – 1,25 мм. Для кладочных растворов из сухих смесей максимальная крупность заполнителя также установлена 2,5 мм. Пески должны быть промыты от глинистых, илистых и пылевидных примесей, в них не допускается наличие глины в комках, а их влажность, как и влажность сухой растворной смеси, ограничивается 0,1%. Для обеспечения наибольшей плотности и прочности штукатурных и кладочных растворов при минимальном расходе вяжущего заполнители необходимо разделять на фракции с последующим индивидуальным использованием или в виде их смесей в определенных соотношениях.
В соответствии с указанными требованиями была проведена предварительная подготовка исходного минерального сырья выбранных месторождений. Природные пески отобранных проб могут использоваться в качестве заполнителей для кладочных и штукатурных растворных смесей, так как соответствуют требованиям ГОСТ 8736 «Песок для строительных работ. Технические условия» по величине модуля крупности (МКР =1-1,5),а из песчано-гравийных смесей отсеивали гравий и частицы крупнее 2,5 мм с целью использования такого песка-отсева в штукатурных смесях для обрызга и грунта и в сухих растворных смесях для каменной кладки. Выход песка с максимальной крупностью 2,5 мм составил для песчано-гравийных смесей выбранных месторождений от 16,5 до 28,3%.
С целью получения песка-заполнителя в сухие штукатурные смеси для верхнего накрывочного слоя из ПГС отсеивали гравий и песчаные зерна крупностью более 1,25 мм. Выход песка-отсева с наибольшей крупностью 1,25 мм составил 14,8-25,3%.
Карбонатные породы подвергали измельчению в лабораторной дробилке, затем также отсеивали частицы крупнее 2,5 мм и 1,25 мм. Подготовленные таким образом материалы отмывали от глинисто-илистых примесей, высушивали до остаточной влажности не более 0,1% и рассевали на фракции 0 – 0,14 мм, 0,14 – 0,315 мм, 0,315 – 1,25 мм, 1,25 – 2,5 мм.
Подготовленные минеральные материалы использовали для приготовления сухих растворных смесей номинального состава цемент: песок=1:3 (по объему), универсальность которого заключается в том, что его можно применять, в соответствии с СН-290, как для штукатурных подготовительных и отделочных работ, так и для каменной кладки с получением соответственно растворов марок 75,100.
Применяли портландцемент Мордовского завода активностью 35,8 МПа. В качестве химических добавок использовали отечественные метилцеллюлозу строительную МЦ-С и карбоксиметилцеллюлозу КМЦ, эфиры целлюлозы Tylose производства немецкой фирмы «Клариант ГмбХ», разжижитель С-3 и комплексную добавку на основе ЛСТ и сульфата натрия СН, взятых в соотношении (0,3+1)%. В качестве минеральной добавки-наполнителя использовали известняк, размолотый до удельной поверхности 300 м2/кг (ТМИ).
Из сухих смесей указанного выше номинального состава готовили растворные смеси одинаковой подвижности, равной, в соответствии с СН-290, 8 см по погружению стандартного конуса.
В связи с тем, что в настоящее время в нашей стране отсутствуют нормативные документы, регламентирующие показатели качества и методы испытания строительных растворов, приготовленных из сухих смесей, их основные характеристики оценивали по ГОСТ 28013 «Строительные растворы. Общие технические условия». Для растворных смесей определяли водоудерживающую способность (ВУС) и плотность, для затвердевших растворов – среднюю плотность и прочность в возрасте 28 суток с целью установления их соответствия регламентируемым маркам – М25-М100 для штукатурных растворов, М50-М200 для кладочных.
Указанные свойства растворных смесей и затвердевших растворов определяли по методикам ГОСТ 5802 «Растворы строительные. Методы испытаний». Результаты исследования влияния модифицирующих добавок на свойства растворных смесей, приготовленных из сухих смесей базового номинального состава на кварцевом и полимиктовом песках, приведены в таблице 1.
Как видно из табл.1, при введении отечественных добавок МЦ и КМЦ (сост. 2,3) водоудерживающая способность растворных смесей существенно возрастает, однако прочность затвердевших растворов несколько снижается, что связано, по-видимому, с волокнистой структурой данных добавок и недостаточно равномерным и полным распределением их в составе сухой смеси при ее приготовлении. Эфиры целлюлозы Tylose придают растворной смеси самую высокую водоудерживающую способность (99,4%), однако получаемый раствор по прочности не превышает марку 100 (сост.6).
Химические добавки С-3 и (ЛСТ+СН) обеспечивают получение растворов с наибольшими плотностью и прочностью (сост.4,5), обусловленными пониженным водоцементным отношением за счет разжижающего эффекта добавок.
Примечание:
- В табл. 1 и далее содержание добавок МЦ, КМЦ, Tylose приведено в % от массы сухой смеси; добавок С-3, ЛСТ+СН и ТМИ – в % от массы цемента.
- В числители приведены показатели свойств для растворов с кварцевым песком, в знаменателе – с полимиктовым.
Данные табл. 1 указывают также на наличие пластифицирующего эффекта при введении тонкомолотого известнякового наполнителя (сост.7), о чем свидетельствует заметное снижение В/Ц растворной смеси. Наблюдается и увеличение ее водоудерживающей способности, а раствор имеет марку 100, но с большим запасом прочности – порядка 40%, что может быть связано с его структурообразующей ролью в процессе формирования искусственного камня, а также с хорошим сцеплением частиц известняка и гелевидной фазы твердеющего цемента за счет их эпитаксического срастания [4]. Немаловажным является и то, что добавление тонкомолотого наполнителя улучшает технологичность растворной смеси – облегчает работу с ней, снижает налипание на инструмент.
Полученные результаты показывают, что влияние указанных добавок на свойства растворных смесей, приготовленных с использованием полимиктового песка, практически не отличается от их влияния на те же показатели растворных смесей с традиционным заполнителем — кварцевым песком.
Результаты исследований относительно характера влияния модифицирующих добавок на растворы из сухих смесей с использованием полевошпаткварцевых песков-отсевов ПГС приведены в табл. 2.
Их анализ позволяет отметить некоторые особенности влияния вводимых добавок на растворы из сухих смесей с песком-отсевом по сравнению с сухими смесями на природных песках. Для всех составов, кроме раствора с Tylose (сост. 6), наблюдается пониженное водосодержание при одинаковой подвижности растворных смесей, что связано, очевидно, с большей крупностью песка-отсева, а затвердевшие растворы, также исключая состав с Tylose, имеют и более высокую прочность по сравнению с растворами на природных песках, что закономерно обусловлено более низкими значениями В/Ц этих смесей. Так, введение оптимальных количеств суперпластификатора С-3 и комплексной химической добавки ЛСТ+СН дает возможность получить растворы М150, но с более высокой фактической прочностью (порядка 17 МПа), а использование МЦ и КМЦ – растворы М100 также с некоторым запасом прочности (соответственно на 20% и 15%). Важно, что добавление перечисленных добавок повышает одновременно и водоудерживающую способность растворных смесей до 97 – 98%.
Введение в сухую растворную смесь импортной Tylose является наиболее эффективным в отношении увеличения водоудерживающей способности растворов (99,6%), но значительно более высокое В/Ц такой смеси не дает возможности получения раствора выше марки 100.
Достаточно высокую прочность при удовлетворяющей ГОСТу водоудерживающей способности показывает раствор с введенным в сухую смесь тонкомолотым известняком – 15,5 МПа (сост. 7).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что влияние выбранных модифицирующих добавок на растворы из сухих смесей с использованием полевошпаткварцевого песка-отсева ПГС аналогично их влиянию на свойства растворов из сухих смесей на основе кварцевого и полимиктового песков, а более высокая прочность растворов на песках-отсевах связана не с минеральной природой заполнителя, а с его фракционным составом и величиной В/Ц растворных смесей.
Изучали также влияние используемых добавок на свойства растворных смесей с дроблеными карбонатными песками. Они отличаются повышенной водоудерживающей способностью (до 99,7%) и несколько более высоким водосодержанием, причина которого, по-видимому, заключается в значительном увеличении их вязкопластичных свойств, что требует большего количества воды для достижения нормируемой подвижности растворной смеси. Однако прочность образцов с карбонатными заполнителями достаточно высокая и позволяет получить растворы марки150, что может быть объяснено, особенно при одновременном введении тонкомолотой известняковой муки, образованием в растворе, твердеющем в естественных условиях, гидрокарбоалюминатов кальция состава 3CaO×Al2O3×CaCO3 ×11H2O, которые вносят дополнительный вклад в формирование структуры твердения [5].
На основании проведенных экспериментов разработаны рецептуры эффективных сухих растворных смесей для всех видов штукатурных работ и каменной кладки с использованием продуктов добычи песков, отсевов песчано-гравийных смесей и карбонатных пород и конкретизированы области их применения в зависимости от вида и крупности заполнителя и марки раствора. Реализация результатов данной работы позволит расширить номенклатуру заполнителей из минерального сырья Республики Татарстан в производстве сухих строительных смесей.
Библиографический список
- Козлов В.В. Сухие строительные смеси. Учебное пособие. М.: Издательство АСВ, 2000. — 96 с.
- Мешков П.И., Мокин В.А. Способы оптимизации составов сухих строительных смесей //Строительные материалы. – 2000. — №5. — С. 12-14.
- Палиев А.И., Бортников В.Г., Лукоянов А.П. Сухие строительные смеси на цементной основе производства «ТИГИ Кнауф» — новое качество фасадов //Строительные материалы. – 1999. — №10. — С. 23-24.
- Тимашев В.В., Колбасов В.М. Свойства цементов с карбонатными добавками //Цемент. – 1991. — №10. — С. 10-11.
- Энергосберегающие и безотходные технологии получения вяжущих веществ./ Пащенко А.А., Мясникова Е.А. и др. Киев.: Вiща школа, 1990. — 225 с.
