В настоящее время активно развивается промышленность сухих строительных смесей для внутренней отделки помещений, в частности на основе гипсового вяжущего. Применение бездобавочного гипса по естественным причинам ограничено. Поэтому современные сухие строительные смеси на основе гипса содержат специальные модификаторы, повышающие физико-механические и эксплуатационные характеристики гипсового камня. Одной из таких добавок является модификатор на основе гидросиликатов металлов, оказывающих биоцидное действие [1, с. 16–18; 2, с. 1; 3, с.1]. Однако влияние модификатора на механические характеристики гипсового камня не исследованы. Поэтому целесообразно установить влияние биоцидного модификатора на физические характеристики гипсового камня, в частности, прочность при сжатии.
Для оценки влияния гидросиликатов цинка и меди на прочность гипсового камня использовался ангидрит марки Г-5, соответствующий ГОСТ 125-79 и гидросиликаты цинка и меди, полученные низкотемпературным синтезом – осаждением натриевого жидкого стекла (ГОСТ 13078-81) с МSi = 3,0 растворами сульфата меди (ГОСТ4165-78) и ацетата цинка (ГОСТ 5823-79). Количество осадителя варьировали в диапазоне ν(Cu/Zn) : ν(Si) = 0,7:1.
Для установления возможности использовать указанных модификаторов для повышения прочности гипсового камня исследовано влияние модификаторов различной технологии синтеза в количестве 5 %. Результаты исследования представлены на рисунке 1.
Анализ рис. 1 показывает, что изменение прочности модифицированных гипсовых камней описывается рациональной функцией:
где R0 – прочность немодифицированного гипсового камня, МПа; b, c и d – эмпирические коэффициенты; х – доля осадителя.
Значения эмпирических коэффициентов приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Значения эмпирических коэффициентов
| Вид модификатора | Эмпирические коэффициенты | |||
| R0, МПа | b, МПа | c | d | |
| Гидросиликаты меди | 8,00 | –7,57 | –1,11 | 0,16 |
| Гидросиликаты цинка | –2,54 | –0,61 | 0,23 | |
Совместный анализ рис. 1 и табл. 1 показывает, что при введении модификаторов протекают как конструктивные, так и деструктивные процессы. Отрицательные значения коэффициента b указывают на сильную зависимость прочности гипсового камня от химического состава модификатора: увеличение содержания осадителя (сульфата меди или ацетата цинка) выше определенной концентрации (ν(Zn/Cu) : ν(Si) = 0,8…0,9:1) приводит к снижению прочности гипсового камня, модифицированного гидросиликатами меди или цинка. Одновременно, происходит уменьшение интенсивности деструктивных процессов, которое, вероятно, связано с изменением параметров структуры гипсового камня, что обеспечивает повышение его прочности. Указанное, безусловно, требует дополнительных исследований как в более широком диапазоне концентраций модификатора – гидросиликатов цинка или меди, так и привлечение высокоинформативных методов исследования структуры вещества.
Обычно изменение прочности материала связывают с плотностью формирующейся структуры, которую оценивают по изменению средней плотности и пористости. Результаты исследования изменения средней плотности и пористости представлены на рис. 2 и 3.
Анализ рис. 2 и 3 показывает, что изменение химического состава модификатора приводит к снижению средней плотности гипсового камня и увеличению его общей пористости. Указанное может быть связано физическими характеристиками гидросиликатов меди и цинка, в частности, изменением средней плотности модификатора в зависимости от количества осадителя, используемого при синтезе. Известно [1, с. 16–18.], что количество кремниевой кислоты в составе модификатора снижается при увеличении количества осадителя, поэтому средняя плотность модификатора возрастает. При увеличении средней плотности вводимого модификатора средняя плотность модифицированного гипсового камня также возрастает. Кроме того, уменьшение содержания высокопористой кремниевой кислоты также приводит к снижению общей пористости получаемого гипсового камня. При этом изменения средней плотности и общей пористости гипсового камня описываются зависимостью вида:
,
где ρ0(П0) – средняя плотность или общая пористость гипсового камня контрольного состава,; a и b – эмпирические коэффициенты.
Значения эмпирических коэффициентов представлены в табл. 2 и 3.
Таблица 2.
Значения эмпирических коэффициентов
| Вид модификатора | Эмпирические коэффициенты | ||
| ρ0, кг/м3 | a, кг/м3 | b, кг/м3 | |
| Гидросиликаты меди | 1165,2 | –117,54 | 110,87 |
| Гидросиликаты цинка | –156,44 | 127,90 | |
Таблица 3.
Значения эмпирических коэффициентов
| Вид модификатора | Эмпирические коэффициенты | ||
| П0, % | a, % | b, % | |
| Гидросиликаты меди | 49,33 | 5,12 | –4,82 |
| Гидросиликаты цинка | 6,83 | –5,58 | |
Анализ данных рис. 1 и 2 показывает, что изменение средней плотности и пористости гипсового камня не соответствует изменениям его прочностных характеристик. Указанное свидетельствует об участии в формировании прочности других факторов, в частности, физико-химических (изменение кристаллической структуры, прочности контакта и др.), и, вероятно, химических, а именно образовании продуктов взаимодействия между вводимыми модификаторами и гипсом.
Таким образом, показано, что модификаторы на основе гидросиликатов меди и цинка кроме биоцидного действия могут принимать участие в структурообразовании гипсовых камней и оказывать положительное влияние на прочность формируемого гипсового камня. При этом наибольшая прочность достигается при введении гидросиликатов меди и цинка, синтезированных при содержании осадителя ν(Zn/Cu) : ν(Si) = 0,8…0,9:1. Поэтому целесообразно продолжение исследований влияния гидросиликатов меди и цинка на структурообразование, физико-механические и эксплуатационные свойства гипсового камня с применением высокоинформативных методов исследования структуры вещества.
Список литературы:
- Гришина А.Н. Королев Е.В. Исследования химического состава силикатного модификатора, предназначенного для изготовления биоцидного композиционного вяжущего // Сборник научных трудов XIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». Томск, Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 2016. Т. 6.
- Изотиазолиноновые биоциды, улучшенные ионами цинка : пат. 2436561 Рос. Федерация. №2008145035/15 ; заявл. 25.0.007,опубл. 20.12.2011. Бюл. № 35. 19 с.
- Соль цинка или меди (II) и ее применение в качестве биоцида : пат. 2564867 Рос. Федерация. № 2014134076/13 ; заявл. 19.08.2014, опубл. 10.10.2015. Бюл. № 28. 6 с.[schema type=»book» name=»Гришина Анна Николаевна К. т. н., с.н.с., НОЦ НТ НИУ МГСУ, г. Москва Королев Евгений Валерьевич Д.т.н., профессор, директор НОЦ НТ НИУ МГСУ, г. Москва» description=»Целью работы является исследование физических свойств модифицированного гипсового камня. Установлено, что модификаторы на основе гидросиликатов меди и цинка кроме биоцидного действия могут принимать участие в структурообразовании гипсовых камней и оказывать положительное влияние на прочность формируемого гипсового камня. При этом наибольшая прочность достигается при введении гидросиликатов меди и цинка, синтезированных при содержании осадителя ν(Zn/Cu) : ν(Si) = 0,8…0,9:1.» author=»Гришина Анна Николаевна, Королев Евгений Валерьевич» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-06″ edition=»euroasia-science_30_22.09.2016″ ebook=»yes» ]