Чикичев Артур Андреевич. Штукатурные сухие строительные смеси с повышенными эксплуатационными характеристиками для влажных помещений

Короткий опис

Чикичев Артур Андреевич. Штукатурные сухие строительные смеси с повышенными эксплуатационными характеристиками для влажных помещений: автореферат дис. ... кандидата Технических наук: 05.23.05 / Чикичев Артур Андреевич;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»], 2018

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи

Чикичев Артур Андреевич
СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ СТЕН, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ВО ВЛАЖНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук
Научный руководитель: канд. техн. наук, доцент Белых С.А.
Братск - 2018 
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
11
1 ЗАЩИТНЫЕ И ОТДЕЛОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ КИРПИЧНЫХ СТЕН ВО ВЛАЖНЫХ УСЛОВИЯХ (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)
11
1.1 Условия эксплуатации покрытий кирпичных стен при повышенной влажности
1.2 Штукатурные смеси - свойства и технические требования 18
1.3 Факторы, влияющие на эксплуатационные свойства штукатурных смесей
1.4 Управление качеством растворных смесей с помощью добавок 24
Выводы по главе 1. Цель и задачи работы 33
2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ,
36
МЕТОДЫ И МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Характеристики использованных материалов 36
2.2 Методы исследований 43
2.3 Методология проведения исследований 44
Выводы по главе 2 48
3 РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОФОБНО-
^ 49
ФУНГИЦИДНЫХ ШТУКАТУРНЫХ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
3.1 Разработка гидрофобно-фунгицидных добавок 49
62
3.2 Разработка сухой строительной смеси для отделочного слоя штукатурной системы
72
3.3 Исследование влияния комплексной добавки на скорость гидратации и фазовый состав цементного камня
74
3.4 Основные свойства и технология производства сухих строительных смесей отделочного слоя
Выводы по главе 3 82
4 РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИИ АДГЕЗИВНО- СОЛЕУДЕРЖИВАЮЩИХ ШТУКАТУРНЫХ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ 84 СМЕСЕЙ 
4.1 Предварительные исследования 84
4.2 Разработка сухой строительной смеси для нижнего слоя защитной штукатурной системы
4.3 Исследование влияния чёрных сланцев на скорость гидратации и фазовый состав цементного камня
4.4 Основные свойства и технология производства сухой строительной смеси для нижнего адгезивно-солезадерживающего слоя
Выводы по главе 4 109
5 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННЫХ СМЕСЕЙ И СТРУКТУРЫ ШТУКАТУРНОЙ 111 СИСТЕМЫ
5.1 Исследование эффективности покрытий 111
5.2 Исследование структуры штукатурной системы 116
5.3 Опытно-промышленная апробация разработанных покрытий и оценка их экономической эффективности
Выводы по главе 5 122
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124
Список сокращений 126
Список литературы 127
Приложение А. Технические условия на комплексную гидрофобно-
147
фунгицидную добавку для строительных смесей
Приложение Б. Технические условия на штукатурные сухие строительные смеси для влажных помещений
Приложение В. Акт об опытно-промышленной апробации результатов НИР 166 Приложение Г. Акт о внедрении результатов диссертационного исследования в учебный процесс
Приложение Д. Акт испытаний строительных растворов на фунгицидность 170
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. На современном этапе научно-технического развития строительного комплекса повышаются требования к стеновым кирпичным конструкциям зданий. Большое внимание уделяется качеству покрытий при эксплуатации кирпичных стен в условиях замачивания, градиента влажности воздуха снаружи и внутри помещений, нарушения гидроизоляции фундамента, что способствует образованию высолов на поверхности, биологической коррозии и отслоению отделочных материалов. Эффективным способом борьбы с этими явлениями является комплексная защита кирпичных стен многослойными штукатурными покрытиями (системами) из полифункциональных сухих строительных смесей (ССС).
Используя ССС с минеральными и органическими модифицирующими добавками и инновационные технологии их изготовления можно эффективно управлять пористостью и процессами структурообразования, а также массопереносом в покрытиях кирпичных стен, повышая их эксплуатационные характеристики. С целью снижения транспортных расходов, а также импортозамещения используемых модифицирующих добавок необходимо размещать производство ССС ближе к потребителю, используя местные сырьевые ресурсы, в том числе побочные продукты и промышленные отходы, обладающие высокой степенью технологической готовности в качестве исходных компонентов. Снижается стоимость ССС, повышается долговечность покрытий, обеспечивается утилизации отходов и охрана окружающей среды.
Для управления структурой и свойствами растворов из ССС в покрытиях стен кирпичных зданий, эксплуатируемых во влажных помещениях, рекомендуется введение модифицирующих добавок различного функционального действия, обеспечивающих пластификацию, гидрофобизацию,
воздухововлечение, ускорение структурообразования и биозащиту.
Разработка научно обоснованных составов и технологий изготовления
штукатурных сухих строительных смесей улучшенного качества с эффективными
4
добавками на основе промышленных отходов для комплексной защиты стен от
различных видов внешнего воздействия (химической и биологической коррозии)
является актуальной.
Работа выполнена в рамках комплексной программы «Охрана окружающей
среды в городе Братске» на 2016-2018 гг., а также при поддержке Фонда
содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (по
программе «УМНИК», договор 6909ГУ2/2015).
Степень разработанности темы. Исследованиями гидрофобизации
цементных строительных материалов занимались Скрамтаев Б.Г., Горчаков Г.И.,
Хигерович М.И., Баженов Ю.М., Соловьёв В.И., Батраков В.Г., Стольников В.В.,
Рамачандран В.С., Комохов П.Г., Калашников В.И., Загороднюк Л.Х., Урханова
Л.А. и другие. Основным методом гидрофобизации считается введение в материал
веществ, представляющих собой соединения дифильного характера, имеющие
гидрофильную «головку» и гидрофобный «хвост». Влияние комплексных
органоминеральных добавок на основе кубового остатка производства
сульфатного скипидара (далее - полимерный остаток, ПО) на гидрофобные
характеристики и структурообразование цементных материалов не исследовано.
Процессы биологической коррозии и защиты строительных материалов
изучали Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Кузьмин Д.А., Смирнов О.Н., Трофимов
А.Н., Гончаров Е.Н., Косухин М.М., Белолапоткова О.С., Ткаченко С.В., Богатов
А.Д. и другие. Биостойкость строительных материалов повышают введением в
смесь добавок, препятствующих развитию микроорганизмов. Терпеновые
соединения, находящиеся в полимерном остатке, обладают фунгицидными
свойствами, что позволяет спрогнозировать возможность изготовления на его
основе функциональных добавок, повышающих биостойкость и улучшающих
свойства цементных смесей и покрытий на их основе
Исследованиям процессов высолообразования на кирпичной стене
посвящены работы Инчика В.В., Устиновой Ю.В., Никифоровой Т.П., Яковлевой
М.Я., D.W. Bolme, L.P. Berriman, J.M. Ross, W.E. Brownell, Jeffrey Elder.
Основными источниками солей на поверхностях стен являются кирпич
5
керамический, строительные растворы, грунтовые воды, атмосферные осадки. Эффективным приёмов предотвращения образования высолов на кирпичной стене является комплексная защита покрытием из штукатурных растворов с регулируемой пористостью, создаваемой минеральными и воздухововлекающими добавками.
Снижение высолов, биокоррозии, деструкции на поверхности кирпичных стен предлагается обеспечивать нанесением штукатурных растворов из сухих строительных смесей, в которых структура пор формируется добавками пористых минеральных веществ и поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Способы комплексной защиты кирпичной стены во влажностных условиях эксплуатации путем создания покрытия, состоящего из двух специализированных слоёв, выполняющих разные функции, недостаточно изучены. Отсутствуют универсальные методики исследования и оценки эффективности двухслойного покрытия кирпичной стены из ССС по критериям солезадерживающей способности и эксплуатационных характеристик покрытий.
Цель работы: разработка научно обоснованных составов и технологии изготовления сухих строительных смесей с улучшенными эксплуатационными характеристиками для создания комплексных защитных покрытий кирпичных стен в помещениях с повышенной влажностью.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
- научно обосновать выбор исходных материалов;
- разработать методологию проведения исследований;
- разработать состав и технологию изготовления адгезивно -
солеудерживающей штукатурной сухой строительной смеси;
- разработать состав и технологию изготовления гидрофобно-фунгицидной штукатурной сухой строительной смеси;
- исследовать структуру и свойства защитных покрытий на основе разработанных смесей;
- провести опытно-промышленную апробацию разработанных сухих строительных смесей в покрытиях кирпичных стен и технико-экономическую оценку эффективности их применения в строительстве.
Объект исследования - сухие строительные смеси штукатурные цементные и многослойные защитные покрытия кирпичных стен.
Предмет исследования - структурообразование и свойства штукатурных сухих строительных смесей с различными модифицирующими добавками, растворов и покрытий из них на кирпичной стене.
Научная новизна. Определены научно обоснованные технологические приемы управления структурой и свойствами многослойной штукатурной системы на основе модифицированных тяжелых растворов полифункционального назначения по критериям структурообразования, солезадерживающей способности, адгезионной прочности, фунгицидности, гидрофобности. При этом:
- установлено, что комплексные добавки на основе зол-уноса и чёрных сланцев, с адсорбированным на поверхности полимерным остатком, содержащем гидрофобно-фунгицидные терпеновые соединения, при введении в сухую смесь для отделочного штукатурного слоя в количестве, содержащем 0,13-0,21 % и 0,87¬
2,1 % полимерного остатка, модифицируют поры строительных растворов, что повышает грибостойкость затвердевшего раствора в покрытиях до показателей фунгицидности 0-9 мм и 0-4 мм, соответственно;
- доказано, что при введении в смесь для нижнего штукатурного слоя покрытия кирпичных стен измельчённых чёрных сланцев с открытыми порами 1-15 нм в количестве 10 % от массы цемента повышается абсорбция солей из водных солевых растворов, что увеличивает стойкость затвердевшего раствора к образованию высолов на поверхности;
- показано, что при модификации сухих строительных смесей
комбинированной добавкой, включающей кирпичную крошку, чёрные сланцы и
воздухововлекающее вещество, 1 дм2 защитного покрытия эффективно
отфильтровывает не менее 30 г мигрирующих при капиллярном подсосе солей с
закупориванием условно-открытых пор, что обеспечивает сохранение сцепления
7
между покрытием и кирпичной стеной, повышает стойкость к образованию высолов на поверхности и долговечность отделочного покрытия.
Теоретическая значимость:
- получены новые знания о формировании структуры цементных многофункциональных растворов из сухих строительных смесей с комбинированными активными, пористыми и гидрофобно-фунгицидными добавками, в том числе отходами промышленности, в многослойных покрытиях кирпичных стен, обеспечивающих высокую водонепроницаемость, био- и морозостойкость, адгезионную прочность и стойкость к образованию высолов на поверхности.
Практическая значимость:
- разработана комплексная органоминеральная добавка на основе полимерного остатка и золы-унос, позволяющая снизить коэффициент водонасыщения цементно-песчаного раствора с 0,89 до 0,78 и увеличить водонепроницаемость с марки W2 до марки W8, и технология ее изготовления;
- разработана гидрофобно-фунгицидная штукатурная сухая строительная смесь с повышенными грибостойкостью и водонепроницаемостью, соответствующей марке W8;
- разработана адгезивно-солезадерживающая штукатурная сухая строительная смесь, обеспечивающая адгезию раствора к кирпичу не менее 0,5 МПа и отсутствие высолов на поверхности стены;
- разработаны технические условия на комплексную гидрофобно-фунгицидную добавку для строительных смесей и с её использованием на штукатурные сухие строительные смеси для влажных помещений.
Методология и методы исследования основаны на результатах и теоретических постулатах работ отечественных и зарубежных учёных. Работа проведена с использованием действующих национальных стандартов, методов математического планирования эксперимента с компьютерной обработкой результатов, рентгенофазового (РФА) и дифференциально-термического (ДТА) анализов, ртутной порометрии и нестандартных методов исследований, применение которых обусловлено спецификой работы.
Положения, выносимые на защиту:
- повышение фунгицидных и гидрофобных характеристик затвердевших растворов в покрытиях осуществляется за счет введения в сухие строительные смеси комплексных органоминеральных добавок на основе полимерного остатка, содержащего терпены;
- добавка чёрных сланцев обладает полифункциональным действием в цементных смесях: изменяется структура пор, фазовый состав, повышается прочность и скорость структурообразования, увеличивается стойкость к образованию высолов на поверхности;
- комбинированная добавка, включающая кирпичную крошку, чёрные сланцы и воздухововлекающее вещество увеличивает стойкость к образованию высолов на поверхности стены, адгезию и долговечность отделочных покрытий.
Степень достоверности результатов и обоснованность выводов по работе обеспечена корректным использованием основных научных положений строительного материаловедения, методами исследований с использованием современных поверенных средств измерений и аттестованного испытательного оборудования, применением физико-химических методов исследований, математических методов планирования и статистической обработкой результатов, проверкой результатов лабораторных исследований в производственных условиях.
Личный вклад автора состоит в выявлении теоретических предпосылок, формулировании методологии проведения исследований, разработке программы экспериментальных исследований и непосредственном их проведении, анализе и обобщении.
Реализация результатов исследований:
- разработанные смеси были использованы для нанесения штукатурных покрытий по кирпичным стенам на объекте ООО «СТ-Строй»;
- методологические разработки внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО
«БрГУ» на кафедре «Строительное материаловедение и технологии» по
9
дисциплинам «Производство строительных материалов в Иркутской области», «Ресурсосберегающие технологии строительных материалов на основе минеральных вяжущих» и другим.
Апробация результатов:
Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались: на всероссийских конференциях молодых учёных БрГУ «Энергия молодых - строительному комплексу» (г. Братск, 2010, 2011, 2012 гг.); II всероссийской конференции «Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение»
(г. Якутск, 2011 г.); V (XI) всероссийской научно-технической конференции «Молодая мысль: Наука. Технологии. Инновации: материалы» (г. Братск, 2013 г.); X и XIV международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, 2013 г.; 2017 г.); II международной научной конференции студентов и молодых учёных «Молодёжь, наука, технологии: идеи и перспективы» (г. Томск, 2015 г.); VIII, XI, XII, XIII, XIV, XVI всероссийских конференциях «Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири» (г. Братск, 2010, 2012, 2013, 2014, 2015; 2017 гг.).
Автор благодарит профессора ТГАСУ, д.т.н. Кудякова А.И. и доцента БрГУ, к.т.н. Зиновьева А.А. за конструктивные предложения, ценные советы, замечания и помощь при выполнении работы.

Список літератури

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработаны научно обоснованные составы и технологии изготовления штукатурных сухих строительных смесей для защитных покрытий кирпичных стен, обладающие повышенными адгезией, стойкостью к образованию высолов, водонепроницаемостью наружной поверхности и грибостойкостью.
В диссертационной работе решались научная и практическая задачи производства штукатурных сухих смесей для комплексной защиты кирпичных стен влажных помещений с максимальным использованием местного сырья и отходов промышленности. На основе анализа научных публикаций были выдвинуты и подтверждены гипотезы:
- о фунгицидности полимерного остатка производства скипидара и порошкообразных добавок на его основе;
- о возможности предотвращения образования высолов и отслоения штукатурного покрытия в результате кристаллизации солей на границе контакта с кирпичной кладкой путём нанесения тяжёлых штукатурных растворов, структура пор которых модифицирована добавками пористых веществ и ПАВ.
- о комплексном модифицирующем действии на цементные материалы чёрных сланцев, повышающих скорость твердения, прочность и стойкость к образованию высолов.
Дальнейшие исследования по теме работы:
- исследования долговечности свойств гидрофобности и фунгицидности строительных смесей с добавками на основе полимерного остатка, осаждённого на различных минеральных носителях;
- исследования стойкости адгезивно-солеудерживающего штукатурного покрытия к растворам солей с высоким давлением кристаллизации.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВД - воздухововлекающая добавка;
ДТА - дифференциально-термический анализ;
ЖС - жидкое стекло;
ЗУ - зола-унос;
К - кирпичная крошка;
КД - комплексная добавка на основе полимерного остатка и золы-унос; МК - микрокремнезём;
ПО - полимерный остаток;
РП - ртутная порометрия;
РФА - рентгенофазовый анализ;
ССМ - сырое сульфатное мыло;
ССС - сухая строительная смесь;
ФК - формиат кальция;
ЧС - чёрные сланцы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акчурин, Т.К. Нетрадиционные отходы региона как компоненты строительных композиционных материалов / Т.К. Акчурин, О.Ю. Пушкарская // - Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. - 2016. - № 46 (65). - С. 27-38.
2. Алексеев, С.Н. Долговечность железобетона в агрессивных средах: совм. изд. СССР-ЧССР-ФРГ / С.Н. Алексеев, Ф.М. Иванов, С. Модры, П. Шисель // - М.: Стройиздат, 1990. - 320 с.
3. Аникина, Н.А. Исследование устойчивости к действию микроскопических грибов лакокрасочных материалов, используемых в
строительстве, приборо- и машиностроении / Н.А. Аникина, В.Ф. Смирнов, Д.В. Кряжев, О.Н. Смирнова, Е.А. Захарова, Е.Н. Григорьева // Вестник
Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2014. - № 2-1. - С. 100-105.
4. Баженов, Ю. М. Технология сухих строительных смесей / Ю.М. Баженов, В.Ф. Коровяков, Г.А. Денисов // Издательство Ассоциации строительных вузов. Москва, 2011. - 112 с.
5. Баженов, Ю.М. Мелкозернистый бетон, модифицированный комплексной микродисперсной добавкой / Ю.М. Баженов, Н.П. Лукутцова, Е.Г. Карпиков // Вестник МГСУ - 2013. - № 2. - С. 94-100.
6. Балыков, А.С. Критерии эффективности цементных бетонов и их применение для анализа составов высокопрочных композитов / А.С. Балыков, Т. А. Низина, Л.В. Макарова // Строительные материалы. - 2017. - № 6. - С. 69-75.
7. Батраков, В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. / В.Г. Батраков // - M., 1998. - 768 с.
8. Безбородов, В.А. Сухие смеси в строительстве: учебное пособие / В.А. Безбородов, Е.В. Парикова, А.П. Пичугин // - Новосибирск, 2006. - 100 с.
9. Белан, И.В. Изучение структуры и процесса массопереноса в затвердевших строительных растворах из сухих смесей / И.В. Белан, А.П. Пичугин, А.С. Денисов, В.Ф. Хританков // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2015. - № 1(673). - С. 32-38.
10. Белых, С.А. Воздухововлекающие добавки комплексного действия в сухие строительные смеси / С.А. Белых, А.М. Фадеева // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Материалы четвертой Международной научно¬практической конференции. Том 1. - Ростов н/Д: РГСУ - 2006. - С. 76-81.
11. Белых, С.А. Малоэнергоемкие способы получения воздухововлекающих добавок в сухие строительные смеси / С.А. Белых, А.М. Фадеева // Сухие строительные смеси. - 2008. - № 1. - С. 64.
12. Белых, С.А. Обеспечение стабильности свойств золошлаковых отходов иркутской области при применении в цементных материалах / С.А. Белых, М.Н. Черниговская, Э.Э. Буянова, Т.А. Меркульева, М.Н. Самусева // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2010. - № 4. - С. 235-239.
13. Белых, С.А. Отходы флотационного извлечения золота месторождения «Сухой лог» как перспективное сырьё для производства строительных материалов / С.А. Белых, А.А. Чикичев // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. - 2015. Т. 1. С. 246-248.
14. Белых, С.А. Оценка основного эффекта действия санирующей штукатурки / С.А. Белых, А.А. Чикичев // Труды Братского государственного университета (Естественные и инженерные науки). Т. 1. - Братск: Изд-во БрГУ -
2014. - С. 106-110.
15. Белых, С.А. Подбор и оптимизация кладочных растворов пониженной теплопроводности с использованием золы-уноса и пенополистирола / С.А. Белых,
Э.Э. Буянова, М.Н. Черниговская // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. - 2012. - Т. 3. - С. 179¬183.
16. Белых, С.А. Рентгенофазовый анализ гидратированного цементного камня с модифицирующими добавками / С.А. Белых, А.М. Даминова, А.А. Чикичев. // Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири: Материалы XII (XXXIV) Всероссийской научно-технической конференции. - Братск : Изд-во БрГУ - 2013. - С. 95-96.
17. Белых, С.А. Способы приготовления гранул комплексных добавок для
128
воздухововлекающего действия в цементные композиты / С.А. Белых, А.М. Фадеева // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2005. - № 10. - С. 16-19
18. Белых, С.А. Сухая строительная смесь с повышенной адгезионной прочностью для отделки кирпичных поверхностей во влажных помещениях / С.А. Белых, А.И. Кудяков, А.А. Чикичев // Вестник ТГАСУ - 2017. - №1 (60). С. 122¬133.
19. Белых, С.А. Сухие строительные смеси для растворов пониженной водопроницаемости / С.А Белых., А.М. Даминова,. А.А. Чикичев. // Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение : материалы II Всероссийской научно-практической конференции, г. Якутск 24-25 ноября 2011 г. / Под ред. Т.А. Корнилова, Г.П. Афонской, И.А. Докторова. - Якутск: Издательский дом СВФУ - 2011. - С. 132¬
136.