Реологические свойства известковых составов с добавками полисахаридов

Для реставрации объектов культурного наследия широкое применение находят известковые составы. С целью ускорения твердения и повышения эксплуатационной стойкости известковых композитов в рецептуру вводят различные добавки [1–3].

Для повышения стойкости композитов на основе минеральных вяжущих предложено вводить в рецептуру коллоидные дисперсии на основе диоксида кремния [4–6]. В результате взаимодействия наночастицы оксида кремния с Са(ОН) 2 образуется гидросиликат кальция, что способствует существенному (до 30 %) сокращению количества пор.

В работе [7] предложено применять в качестве модифицирующей добавки в известковых составах органоминеральную добавку.

Для ускорения твердения извести предлагается также введение в рецептуру известковых составов добавки на основе природных и синтетических цеолитов [8, 9] Авторами установлено образование дополнительно гидросиликатов кальция – натрия и минералов группы цеолитов, увеличение количества химически связанной извести на 8,74 %.

В работе [10] предложено для повышения стойкости известковых покрытий применение синтезированных гидросиликатов (ГСК).

Для восстановления исторических кладок предлагается использовать известково-метакаоли-новые смеси [11], которые были использованы для производства некоторых белых штукатурок Генуи. В работах [12–18] внесено предложение в рамках реализации реставрационных проектов использовать известковые составы, в рецептуру которых вводятся органические компоненты. Авторами определено, что введение животного клея в качестве добавки повышает механическую прочность раствора в 2 раза, увеличивает в 2 раза фронт карбонизации, уменьшает пористость и размер пор.

Несмотря на значительный объем исследований, посвященных методам повышения стойкости известковых композитов, многие вопросы обеспечения их стойкости, особенно при реставрации объектов культурного наследия, остаются нераскрытыми.

Материалы и методы исследования

В работе применяли гашеную известь (пушонка) истинной плотностью 2230 кг/м3, насып- ной плотностью 280 кг/м3, активностью 71–76 %, с удельной поверхностью Sуд 559 м2/кг.

В качестве органической добавки применяли водорастворимый модифицированный полисахарид Atren Cem HV и Atren Cem LV (ТУ 2458-06263121839-2014). Добавки Atren Cem HV и Atren Cem LV представляют собой простой эфир целлюлозы (гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ)), получаемый реакцией щелочной целлюлозы с этиленоксидом (ЭО). Добавки отличаются молекулярной массой. Добавки вводились вместе с водой затворения. Кроме того, образцы также формировались с применением извести, гашеной в присутствии добавки Atren Cem HV.

Время высыхания покрытия определяли согласно ГОСТ 19007–73* и оценивали по семибалльной шкале.

Реологические свойства оценивали по показателю пластической прочности, которую определяли с помощью конического пластометра КП-3.

Результаты

Кривые кинетики набора пластической прочности приведены на рис. 1, 2.

Анализ данных, приведенных на рис. 1, свидетельствует, что введение добавки Atren Cem LV приводит к ускорению набора пластической прочности. Спустя 6 ч после затворения пластическая прочность контрольного состава составляла τ = 0,38 кПа, а с добавкой Atren Cem LV в количестве 1 % от массы извести – τ = 3,2 кПа. Уменьшение содержания добавки до 0,25 % от массы извести приводит в начальный период к замедлению набора пластической прочности, однако спустя 6 ч пластическая прочность становится одинаковой с составами с содержанием добавки 0,5 и 1,0 % от массы извести.

Эффект ускорения набора пластической прочности наблюдается у составов, приготовленных на извести, гашеной в присутствии добавки органического полисахарида (рис. 2). Спустя 18 часов с момента затворения пластическая прочность контрольного состава составляла 49,6 кПа с добавкой Atren Cem HV 120 кПа, а состава на основе извести, гашеной в присутствии добавки органического полисахарида, – 128 кПа (см. рис. 2).

Анализ пластограмм свидетельствует, что добавка с низкой молекулярной массой Atren Cem LV обладает более ускоряющим эффектом набора пластической прочности.

Рис. 1. Изменение пластической прочности известковой смеси:

1 – контрольный состав; 2–4 – составы с добавкой Atren Cem LV;

2 – содержание добавки 0,25 %; 3 – содержание добавки 1 %;

4 – содержание добавки 0,5 %

Рис. 2. Изменение пластической прочности известковой смеси:

1 – контрольный состав; 2 – состав с добавкой Atren Cem HV;

3 – состав на извести, гашеной в присутствии добавки Atren Cem HV

4050 3850 3550 3450 3250 3050 2850 2650 2450 2250 2050 1850 1650 1450 1250 1050 850 650 450

Волновое число, см 1

Рис. 3. ИК-спектры пропускания исследуемых образцов:

1 – водорастворимый модифицированный полисахарид Atren Cem HV;

2 – контрольный состав; 3 – состав с добавкой полисахарида Atren Cem HV

Время высыхания составов с добавкой замедляется, очевидно, вследствие водоудерживающих свойств добавки.

Дополнительно были получены ИК-спектры пропускания исследуемых образцов (рис. 3) на ИК-Фурье-спектрометре ФСМ 1201 (ООО «Инфраспек», Россия). Образцы готовили в виде прессованных c бромидом калия таблеток при массовом соотношении x:10x, где х – масса исходной навески, 10х – масса KBr. Дегазация образцов в процессе прессования не осуществлялась. Измерения проводили в спектральном диапазоне 450– 4050 см–1 со спектральным разрешением 4 см–1. Для удобства восприятия ИК-спектры нормировались и аддитивно смещались относительно нулевой точки по оси ординат.

Обобщенные данные анализа ИК-спектров исследуемых образцов представлены в таблице.

Интерпретация характеристических пиков и полос поглощения в исследуемых образцах

Характеристические полосы и пики поглощения, см–1	Интерпретация
712	плоскостные CO 3 2-
876	внеплоскостные CO 3 2-
1070	валентные C-O, C-CH 2
1424	Ca-CO 3 2-, деформационные CH 3
1650	деформационные H-O-H
1798	валентные С=O
2360	атмосферный CO 2
2516	обертоны, характерные для CaCO 3
2602	валентные COO-H
2870	валентные симметричные CH 3
2930	валентные асимметричные CH 2
2970	валентные асимметричные CH 3
3100-3650	валентные симметричные OH, Ca-OH