Эффективные цементные штукатурные растворы с полыми стеклянными микросферами (стр. 1 )

На правах рукописи

ПАШКЕВИЧ Анастасия Александровна

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ ШТУКАТУРНЫЕ РАСТВОРЫ

С ПОЛЫМИ СТЕКЛЯННЫМИ МИКРОСФЕРАМИ

05.23.05 – Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2009

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

Научный руководитель Официальные оппоненты Ведущая организация

- доктор технических наук, профессор - доктор технических наук, профессор - кандидат технических наук - »

Защита состоится « 30 » июня 2009 г. в 15-30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.02 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете г. Москва, Ярославское шоссе, ауд. 128 КМК.

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

Автореферат разослан «29» мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальность. Задачей технологий с применением цементных штукатурных растворов являются обеспечение высокого уровня качества применяемых защитно-декоративных покрытий и их стабильность. Высокие технологические и эксплуатационные параметры могут быть обеспечены за счет использования в цементных штукатурных растворах эффективных заполнителей.

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

Решением задачи является повышение технологических и 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 при сохранении требуемой 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 в цементных штукатурных растворах;

·  изучить физико-механические и реологические свойства, пористость, паропроницаемость цементных штукатурных растворов.

·  разработать и оптимизировать составы эффективных штукатурных растворов с заданными физико-механическими, реологическими, технологическими и эксплуатационными свойствами;

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

Научная новизна

·  Обосновано получение облегченных низкотеплопроводных цементных штукатурных растворов для ограждающих конструкций путем применения в качестве заполнителя полых стеклянных микросфер и суперпластификатора, улучшающих пластическо-вязкие свойства раствора, снижающих общую пористость и средний диаметр пор, 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 физико-механических и реологических свойств штукатурных растворов в зависимости от количества микросфер и суперпластификатора, которые необходимы для оптимизации состава композиции.

·  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 активностью 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 V международной конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов (Волгоград, ВолГАСУ, 2009 г.), на семинаре «Построим малоэтажную Россию» в рамках Круглого стола «Третий Всероссийский день строительного кирпича», ЦВК «Экспоцентр» (Москва 2009 г.), на заседании кафедры строительных материалов МГСУ (Москва, 2009 г.).

Внедрение результатов исследований. На основании исследований были разработаны и введены в действие: «Технологический регламент на приготовление и применение штукатурного раствора с полыми стеклянными микросферами», Москва, 2005 г., «Штукатурный раствор с полыми стеклянными микросферами», ТУ , Технические условия», Москва, 2005 г., внедрение которых в г. Ижевске позволило получить экономический эффект свыше 75 тыс. рублей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 124 наименования, и 3 приложения. Работа изложена на 151 страницах текста, иллюстрирована 26 рисунками, имеет 33 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обобщение современных достижений и нормативных требований показало, что в настоящее время практически нет штукатурных растворов, имеющих среднюю плотность меньше 800 кг/м3. Широко используют штукатурные растворы, обладающие высокими средней плотностью и теплопроводностью, что приводит к снижению теплотехнической однородности ограждающей конструкции, и, как следствие, утолщению наружных стен. Известно, что использование традиционных облегчающих заполнителей (вспученного перлитового песка и вспученного вермикулитового песка) для строительных растворов не позволяет их получить с заданными характеристиками из-за высокой водопотребности и расслаиваемости.

Сейчас применяются сверхлегкие высококачественные цементные тампонажные и кладочные растворы с высокой однородностью структуры за счет применения в их составе полых стеклянных микросфер – ПСМС. Предположено, что введение в состав штукатурного раствора полых стеклянных микросфер позволит получить облегченный раствор однородной структуры плотностью менее 800 кг/м3 со стабильными свойствами. Получение такого материала и его использование приведет к улучшению совместимости растворной смеси с материалом конструкции, повышению теплотехнической однородности ограждающей конструкции, будет обеспечено повышение термического сопротивления за счёт одинаковых коэффициентов температурного линейного расширения и теплопроводности. Эффективно использование цементного штукатурного раствора с ПСМС при строительстве стен из мелкоштучных изделий. Применение такого раствора позволит обеспечить однородность однослойной конструкции. Оштукатуривание обычными растворами поверхности стены из мелкоштучных блоков средней плотностью 500, 600 кг/м3 приведет к неоднородности по плотности и коэффициенту линейного расширения, существенно снизит теплозащиту стены.

До настоящего времени 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.

На основе анализа научно-технической литературы высказана научная гипотеза о повышении эффективности цементных растворов. Традиционные облегченные цементные штукатурные растворы на вспученном вермикулитовом и вспученном перлитовом песках имеют большую водопотребность, расслаиваются, обладают низкой прочностью, высокой паропроницаемостью. Было предположено, что использование 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 стен. Кроме того, низкая паропроницаемость даст возможность равномерно снижать влажность штукатурного раствора, что приведет к снижению влажностных и усадочных деформаций.

В исследованиях использовалось исследовательское оборудование: рентгеновский дифрактометр JDX-10 PA, установки Tas-Plus (Германия), растровые электронные микроскопы-микроанализаторы САМSKAN (Великобритания) и CAMEBAX (Франция, США). Реологические исследования проводились на коническом пластометре КП-1. Прочность на сжатие определялась на 10-и 20-тонных гидравлических прессах, а на растяжение при изгибе - на МИИ-100.

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 обл.) насыпной плотностью 130 кг/м3, а также полые стеклянные микросферы со средним размером - 25 мкм из натрийборосиликатного стекла, суперпластификатор С-3. ПСМС выпускаются на заводе «Стеклопластик» (г. Андреевка Московской обл.). 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-Д0 Старооскольского завода.

Известно, что традиционные цементные штукатурные растворы на вспученном вермикулитовом и вспученном перлитовом песках имеют рыхлую структуру, расслаиваются, обладают низкой прочностью, высокой паропроницаемостью за счет большой водопотребности. Введение в штукатурный раствор полых стеклянных микросфер и суперпластификатора уплотнило структуру благодаря существенному снижению водопотребности. Это значительно увеличило прочность при сжатии, изгибе, сцепления с основанием, термическое сопротивление, снизило теплопроводность и паропроницаемость (табл. 1, 2).

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 приведены в табл. 1, 2, 3, 4.

Таблица 1

Свойства штукатурных растворов на традиционных заполнителях

с ПК 10…14

Состав, мас. %	ρ, г/см3 *	В/Ц	Wвл., % **	Wвод. ., % ***	Прочность, МПа	сух, г/см3 ****	λ сух, Вт/м. 0С *****	28, г/см3 ******
Изгиб	Сжатие
ПЦ-100; ВПП-15	1,31	1,04	44,4	42	0,4	5,1	0,9	0,48	1,3
пц-100; впп-30	1,17	1,9	81,25	84	0,15	3,2	0,64	0,35	1,16
пц-100; впп-50	1,1	3,25	113	120,5	0,06	1,1	0,51	0,31	1,09
пц-100; ввп-15	1,35	0,87	42,39	40,9	0,35	4,8	0,92	0,51	1,31
пц-100; ввп-30	1,2	1,45	72,46	70,7	0,15	3,1	0,69	0,37	1,19
пц-100; ввп-50	1,12	2,35	113,46	110	0,08	1,2	0,52	0,32	1,11

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

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 плотности по высоте увеличиваются с 0,5 % до 4,4 % соответственно. Растворы с суперпластификатором имеют повышение средней плотности по высоте только на 2,9 %. Причем, при снижении ПК раствора от 10...14 до 4...8, раствор становится более стабильным за счет уменьшения количества воды.

Таблица 2

Физико-механические свойства штукатурных растворов с ПСМС

Состав, мас. %	ρ, г/см3*	В/Ц	Wвл., % **	Wвод. ., % ***	Прочность, МПа
Изгиб	Сжатие
ПК 10…14 см
пц-100; ПСМС-10	1,05	0,61	28,9	33,8	3,5	11,5
пц-100; ПСМС-30	0,95	1,1	49,6	60,1	1,2	3,2
пц-100; ПСМС-50	0,85	1,85	74,5	82	0,9	1,9
пц-100; ПСМС-10; СП-1	1,1	0,53	20	28,7	3,8	13,5
пц-100; ПСМС-30; СП-1	0,91	1,0	35	44	2	4,1
пц-100; ПСМС-50, СП-1	0,8	1,65	59,1	72,2	1,05	2,3
ПК 8…10 см
пц-100; ПСМС-10	1,35	0,49	24,1	30,29	4,41	14,94
пц-100; ПСМС-30	0,85	0,97	45,2	57,68	1,66	4,06
пц-100; ПСМС-50	0,71	1,52	55,4	62,85	0,99	2,31
пц-100; ПСМС-10; СП-1	1,39	0,4	22,5	25,83	4,94	15,97
пц-100; ПСМС-30; СП-1	0,82	0,67	30,1	40,23	2,59	6,34
пц-100; ПСМС-50, СП-1	0,67	1,3	50,2	62,67	1,37	3,36
ПК 4…8 см
пц-100; ПСМС-10	1,41	0,38	20,0	25,2	4,95	16,5
пц-100; ПСМС-30	0,85	0,76	41,3	47,6	2,1	4,8
пц-100; ПСМС-50	0,71	1,26	51,4	54,1	1,1	2,6
пц-100; ПСМС-10; СП-1	1,45	0,33	19,4	20,3	5,5	17,7
пц-100; ПСМС-30; СП-1	0,81	0,54	24,4	35,4	3,1	8,03
пц-100; ПСМС-50, СП-1	0,65	1,05	38,3	42,3	1,6	4,3

*- средняя плотность штукатурного раствора; ** - влажность по массе; ***- водопоглощение по массе.