Cиликатные материалы с наномодификатором

хождение Республики Бурятия в особую экономическую зону туристско-рекреационного типа «Байкал» обуславливает интенсивное развитие строительной индустрии, в том числе производства строительных материалов. Интерес представляет развитие энергосберегающих технологий и новейших научно-технических разработок эффективных строительных материалов на основе местного минерального сырья и отходов промышленности. Перспективными являются технологии производства строительных материалов и изделий на основе бесклин-керных вяжущих веществ, в частности известково-кремнеземистых вяжущих (ИКВ). Выполненные исследования позволили получить активированные известково-кремнеземистые вяжущие композиции на основе вулканических пород Мухор-Талинского месторождения. Разработана технология производства известково-перлитового вяжущего (ИПВ) по сухому способу. В ее основу положено совместное измельчение и механоактивация перлита, воздушной негашеной извести и гипсового камня с использованием для этих целей многофункционального измельчительно-помольного и смешивающего оборудования, обеспечивающего образование при тонком измельчении этих материалов наноструктурных уровней [1] с приданием им новых вяжущих свойств. Установлено, что при совместной механоактивации извести и алюмосиликатного компонента протекают твердофазные реакции с образованием силикатов и алюмосиликатов кальция, синтез которых ускоряет процессы гидратации и твердения вяжущих композиций. Выявлено, что качественный и количественный состав продуктов твердофазных реакций меняется в зависимости от способа приложения разрушающей нагрузки, что позволяет прогнозировать физико-механические и эксплуатационные характеристики строительных материалов в зависимости от способа механоактивации вяжущих.

Одним из перспективных направлений в производстве строительных материалов является производство композиционных вяжущих веществ с использованием наноструктурированных модификаторов структуры и свойств [2], к числу которых относятся гиперпластификаторы, при производстве которых, в зависимости от назначения, создают молекулы наноразмеров с разной структурой. Поэтому для улучшения физико-механических свойств бесклинкерного вяжущего, предотвращения процессов агломерации и снижения энергозатрат при помоле ИПВ вводили поверхностно-активные вещества (ПАВ): суперпластификаторы С-3, Melment F10 и гиперпластификаторы Melflux 2651 F. При активации ИКВ с ПАВ интенсифицируются процессы измельчения, уменьшается В/В-отношение, улучшаются реологические свойства вяжущих, повышается их прочность (рис. 1). Применение гиперпластификатора Melflux 2651 F – порошкового продукта, полученного методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэ-фиркарбоксилата и имеющего наноструктурный наноразмер, обеспечивает снижение водопотребности вяжущих веществ при их содержании 0,15–0,25%, не менее чем на 20–25% при повышении прочностных показателей в среднем в 3–4 раза по сравнению с бездобавочным вяжущим. Введение ПАВ с водой оказывает меньший эффект на снижение В/В-отношения и повышение прочности по сравнению с совместным сухим измельчением. Введение активаторов ПАВ при помоле обусловливает снижение сил сцепления продуктов помола и, соответственно, их способность к агломерации.

Рис. 1. Влияние вида и количества ПАВ на водовяжущее отношение и прочность ИПВ

На основе ИПВ с гиперпластификатором получены силикатные облицовочные материалы безавтоклавного твердения с заданными и улучшенными эксплуатационными и декоративными характеристиками. Механоактивация вяжущего позволяет перейти от традиционно используемых методов формования силикатобетонных смесей к виброли-тьевой технологии и получить гладкую высококачественную лицевую поверхность изделий различной формы.

Эффективность производства облицовочной плитки заключается:

• •    в снижении водотвердого отношения за счет введения ПАВ;

• •    в повышении прочности на сжатие и изгиб;

• •    в улучшении декоративных свойств;

• •    в повышении коэффициента отражения, характеризующего степень белизны материала;

• •    в расширении ассортимента выпускаемой плитки за счет использования пигментов широкой цветовой гаммы;

• •    в снижении себестоимости 1 м 2 плитки по сравнению с облицовочной плиткой на основе портландцемента за счет меньшей стоимости материалов, применяемых в бесклинкерном вяжущем, на 10–30% (см. таблицу).

Физико-механические свойства облицовочной плитки безавтоклавного твердения на основе ИПВ

Физико-технические свойства	Единицы измерения	Облицовочная плитка на основе
		бесклинкерного вяжущего	портландцемента
Средняя плотность	кг/м3	1910–1920	2410
Водотвердое отношение	–	0,13–0,15	0,40–0,42
Прочность при сжатии через 28 сут. после ТВО	МПа	39–46	35–40
Прочность при изгибе	МПа	6,3	6,3
Водопоглощение	% по массе	3,5	3,7
Водостойкость	К разм	0,88–0,90	0,92–0,94
Морозостойкость	циклы	250	290
Усадка	%	1,3	1,3
Коэффициент отражения	%	60–70	20–30

Л.А. УРХАНОВА Силикатные материалы с наномодификатором

Состав силикатной смеси для получения облицовочной плитки, масс. %: бесклинкерное вяжущее – 30–40, песок – 60–70, гиперпластификатор Melflux 2651 F – 0,03–0,1.

Кроме того, для отделочной плитки на основе ПЦ характерно появление высолов на поверхности, для предотвращения образования которых используют специальные добавки. При производстве силикатной плитки данная проблема сводится к минимуму, поскольку вся свободная известь связывается в малорастворимые ГСК и гидроалюмосиликаты кальция.

При введении гиперпластификатора в бетонную смесь он, адсорбируясь на твердой поверхности зерен бесклинкерного вяжущего и песка, создает на поверхности утолщенную оболочку со значительным отрицательным потенциалом и тем самым повышает эффект отталкивания молекул воды и подвижность бетонной смеси. Для получения силикатных изделий различной цветовой насыщенности следует вводить минеральные пигменты в количестве от 0,5 до 3%. Указанные малые количества пигментов позволяют придать разнообразную окраску, сохранив физико-механические свойства силикатных изделий. Основными условиями для получения наиболее интенсивной окраски являются тонкая диспергация пигмента при совместном помоле с компонентами вяжущего и его равномерное распределение в силикатной массе. По полученным спектральным характеристикам интенсивности длин волн видимого излучения (спектрофотометр типа «Specord-M40») видно, что ИПВ почти в 2 раза превосходит ПЦ по интенсивности отражения света, что обусловливает его лучшие декоративные свойства (рис.2).

На основе активированных ИПВ разработаны составы и технологии производства легкого и тяжелого силикатных бетонов, в том числе бетонов с использованием некачественной извести и алюмосиликатных пород, модифицированных гидромеханоактивацией; традиционного и цветного силикатного кирпича. Разработаны рекомендации по снижению энергозатрат на производство строительных материалов на основе активированных ИКВ.

Известно, что на силикатные изделия действуют различные коррозионные факторы, которые через какой-то срок могут привести к заметному снижению их прочности и даже к полному разрушению. Отсюда вытекает потребность в создании защитных покрытий на поверхности силикатных изделий.

Рис. 2. Спектры отражения портландцемента, исходного и окрашенного ИПВ:

1 – портландцемент; 2 – ИПВ; 3 – ИПВ + оксид железа (III);

4 – ИПВ + Fepren TP-303; 5 – ИПВ + оксид хрома; 6 – ИПВ + Yipin S565

Для повышения коррозионной стойкости малоразмерных строительных изделий, в частности силикатного кирпича, его поверхность обрабатывалась низкотемпературной плазмой. Для реализации обработки была предложена конструктивная схема плазмотрона на основе использования расходуемого графитового электрода, устанавливаемого под углом к направлению потока плазменных струй [3]. При обработке поверхности силикатных изделий низкотемпературной плазмой на поверхности образуется стекловидное покрытие наноразмерной толщины, представляющее собой кварцсодержащее стекло с небольшим количеством высокотемпературной формы псевдоволластонитового компонента. Химическая стойкость стекловидного покрытия значительно выше химической стойкости основы силикатного кирпича. Это объясняется тем, что силикаты и кварцсодержащее стекло в стекловидном покрытии химически более устойчивы по сравнению с гидросиликатами кальция силикатного кирпича.

Качество стекловидного покрытия определяется минералогическим составом поверхности, подвергаемой термодекорированию. Необходимым условием получения расплава является присутствие в поверхност- ном слое кварцсодержащих компонентов. Этого можно добиться либо корректированием состава изделия (вводя необходимые добавки), либо нанесением на поверхность готового изделия специального паст-слоя толщиной 1–2 мм, что не только способствует образованию стекловидного покрытия, но и предотвращает разрушение структурообразующих гидросиликатов и гидроалюмосиликатов кальция при термоударе.

Использование того или иного компонента пасты определяется:

• •    возможностью получения сплава;

• •    согласованностью химического и минералогического составов основы и пасты;

• •    доступностью и дешевизной.

Кроме того, нанесение пасты различного состава позволяет получить декоративную поверхность силикатного кирпича определенной цветовой гаммы.

С целью получения качественных защитно-декоративных покрытий на изделиях был осуществлен подбор составов паст с последующей их корректировкой на базе природных материалов и отходов промышленности: отходы производств горнодобывающей и стекольной промышленности, речной и кварцевый песок месторождений Республики Бурятия.

В ближайшие годы будут осуществляться инвестиции в промышленность строительных материалов республики, в частности в развитие Мухор-Талинского месторождения перлитового сырья. Первоочередными проектами для реализации их в 2011–2013 гг. могут быть: организация производства бесклинкерных вяжущих, пеностекла, силикатного кирпича, минеральных порошков для дорожного строительства.

Уважаемые коллеги!

При использовании материала данной статьи просим делать библиографическую ссылку на неё:

Урханова Л.А. Силикатные материалы с наномодификатором // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. М.: ЦНТ «НаноСтроительство». 2010, Том 2, № 6. C. 51–58. URL: nb/ (дата обращения: ______________).

Dear colleagues!

The reference to this paper has the following citation format:

Urkhanova L.A. Silicate materials with nanomodificator. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal, Moscow, CNT «NanoStroitelstvo». 2010, Vol. 2, no. 6, pp. 51–58. Available at: nb/ (Accessed _____________). (In Russian).