2427

Как следует из рентгенограммы образца известково-песчаного состава №1 (нумерация соответствует табл. 5.15) , на содержание Са(ОН)2 указывают

пики с межплоскостными расстояниями 4.916А, 3.115 А, 2.629 А, 1.928 А, 1.797 А, 1.688 А, 1.556 А, 1.483 А, 1.419 А; пики, характерные для кальцита,

образующегося в результате карбонизации: 3.857А, 3.040 А, 2.493 А, 2.098 А, 1.913 А, 1.876 А, 1.622 А, 1.608 А, 1.602 А, 1.529 А. Выявлены пики

при 4.267 А, 3.349 А, 1.829 А, 1.549 А, 1.543 А, 1.449 А, 1.383 А, принад-

лежащие β-кварцу. Идентифицируются линии, соответствующие каолиниту

Al2O32SiO22H2O – 7.177 А, 4.491 А, 3.571 А, 2.567 А, 2.343 А, 1.981 А [69].

Гидрослюда, гетит, гематит присутствуют в небольших количествах, очевидно, как примесь к суглинку: K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O – гидрослюда типа иллита с d= [10.5; 9.5; 5.0; 4.50; 3.50; 3.34; 3.095; 2.86- 2.88; 2.56- 2.57;

1.49- 1.505] А; α-Fe2O3 – гематит с d=[2.69- 2.71; 2.50- 2.51; 1.69; 1.84; 1.48; 1.451- 1.454;] А; FeOOH или Fe2O3 H2O с d= [4.16- 4.18; 2.45- 2.46;

2.69- 2.70; 1.720; 2.18- 2.19; 1.56- 1.55; 1.455] А.

Анализ рентгенограмм образца (см. рис 5.11) с добавкой золя кремниевой кислоты (состав №2) показал, что присутствуют минералы, характерные для состава №1, однако появляются линии гидросиликата кальция

C–S–H (II) с d = 2.847 А, 2.381 А, 2.130 А, 2.109 А, 1.628 А, 1.526 А, свиде-

тельствующие о взаимодействии извести с золем кремниевой кислоты при обычной температуре [69]. Интенсивность пиков, указывающих на содержание извести Са(ОН)2, снижается по сравнению с контрольным составом.

Распределение СаО и Н2О в твердом растворе С–Н–S (II) статистическое, случайное. СаО и Н2О не занимают определенных позиций в кристаллической решетке. Хаотичность в распределении СаО и Н2О в твердом растворе С–Н–S (II) делает его неравновесной структурой. Вследствие чего это малое количество способно связать воедино наполнитель и известь.

Все пробы содержат кристаллическую и аморфную фазы. В пробе контрольного состава (без добавок) присутствуют две фазы – аморфная и кристаллическая с соотношением фаз 28 % и 72 %. В присутствии добавки золя кремниевой кислоты и комплексной модифицирующей добавки наблюдаются уменьшение аморфной фазы и возрастание кристаллической, составляющее соответственно 27 и 73 %, 24 и 76%.

Термодинамический анализ возможных твердофазовых изобарно-изо- термических реакций был проведен в соответствии со вторым началом термодинамики, который устанавливает связь между тепловым эффектом

272

химически необратимого процесса и работой соответствующего необратимого процесса и определяется уравнением Гиббса – Гельмгольца [21]:

где G – энергия Гиббса;Нр – энтальпия процесса;

Т – температура, К.

Учитывая, что структурообразование исследуемой системы протекает при температуре (293 К), близкой к стандартной (298 К), тепловой эффект реакции и изменение энергии Гиббса определяли только при стандартном состоянии и рассчитывали как разность сумм соответствующих показателей продуктов реакции и исходных веществ. Результаты расчетов термодинамических параметров представлены в табл. 5.16.

Результаты расчетов свидетельствуют о вероятности протекания реакций в прямом направлении (отрицательные значения H2980 ).

Большие числовые значения G2980 , найденные для реакций образо-

вания 2CaO·SiO2·1,17H2O, CaSO4·2H2O, CaCO3 позволяют с достаточной вероятностью говорить о возможности протекания этих реакций не только при стандартной температуре (25 °С), но и при других температурах.

Результаты термодинамических расчетов показывают, что возможность образования гидроалюмината кальция H2980 составляет –866,9 кДж/моль.

Однако на рентгенограмме не идентифицированы линии, характерные для гидроалюмината кальция; очевидно, это вызвано очень малым количеством образовавшихся гидроалюминатов.

В продолжение дальнейших исследований для оценки физико-хими- ческого взаимодействия извести с золем кремниевой кислоты были оценены работа адгезии золя к извести и теплота смачивания.

Значения работы жидкости к извести рассчитывали по формуле

Определение поверхностного натяжения проводили методом счета капель (сталагмометрический метод).

В качестве эталонной жидкости использовали дистиллированную воду с плотностью ρ20m C = 0,9982 г/см2 иповерхностнымнатяжением σ20 C = 72,8 мН/м.

Измерение смачивающей способности золя кремниевой кислоты производили по углу смачивания (краевой угол ). Краевой угол смачивания определяли микроскопическим методом.

273

Таблица 5.16

Термодинамические параметры изобарно-изотермических твердофазовых реакций при структурообразовании известковых отделочных композиций

274

Установлено, что краевой угол смачивания известковой подложки золем кремниевой кислоты составляет 58 , а водой – 53 , величина поверхностного натяжения золя практически не отличается от значения поверхностного натяжения воды и составляет 0,0698 Дж/м2. Результаты расчета показывают, что работа адгезии воды к извести составляет 0,0289 Дж/м2, а золя кремниевой кислоты – 0,0328 Дж/м2, что обусловливает лучшие условия взаимодействия золя с известью.

Для определения теплоты смачивания применялся сосуд Дьюара. Количество теплоты рассчитывалось по формуле

где с – удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С); t – изменение температуры, °;

mн – масса навески, кг; m – масса извести, кг.

Результаты расчета показали, что количество удельной теплоты Q, выделившейся при смачивании извести золем кремниевой кислоты, составило 15,0 кДж/кг, а при смачивании извести водой – 10,6 кДж/кг.

Более высокие значения теплоты смачивания, на наш взгляд, обусловлены дополнительно выделившейся теплотой вследствие взаимодействия извести с золем.

При оценке структуры декоративных штукатурных покрытий установлено, что контрольный состав характеризуется большей пористостью, причем поры более крупных размеров (0,25–0,43 мм). Состав с золем кремниевой кислоты имеет более монолитную структуру с порами размером

0,10–0,21 мм (рис.5.12).

Рис. 5.12. Фотографии поверхности покрытий на основе контрольного состава (а) и состава с добавкой золя кремниевой кислоты (б), х200

275

При оценке структуры покрытий (рис.5.13) на основе красочного состава с добавкой золя кремниевой кислоты (б) установлено наличие участков, характерных для гидросиликатов кальция, что согласуется с данными рентгенофазового анализа.

Рис. 5.13. Микрофотографии поверхности излома покрытий на основе контрольного состава (а) и состава с добавкой золя кремниевой кислоты, х1000

При анализе структуры покрытий на основе контрольного состава (а) и на основе состава с добавкой золя кремниевой кислоты (б) видны кристаллы Са(ОН)2, причем кристаллы имеют бóльшие размеры на рис. 5.13 (а), чем на фотографии структуры покрытия с золем кремниевой кислоты. Цвет покрытия на основе состава с золем кремниевой кислоты становится более насыщенным по сравнению с цветом покрытия на основе контрольного состава.

5.3.2. Закономерности изменения технологических

иреологических свойств известковых композиций

сдобавкой золя кремниевой кислоты

Реологические свойства известковых композиций оценивали по показателю пластической прочности, которую определяли с помощью конического пластометра КП-3. Установлено, что с увеличением известковопесчаного отношения наблюдается ускорение набора пластической прочности (рис. 5.14). Так, спустя 16 ч после затворения пластическая прочность состава с И:П=1:4 составляла 0,0007 МПа (кривая 3), а при соотношении И:П=1:2 – 0,00005 МПа (кривая 1).

276

Рис. 5.14. Влияние количества песка (фракция 0,314–0,14 мм) на пластическую прочность смеси, В/И = 1,2:

1 – И: П=1:2; 2 – И:П=1:3;3 – И:П=1:4; 4 – то же, золь кремниевой кислоты; 5 – то же, комплексная добавка – стабилизированный золь

кремниевой кислоты + сульфат алюминия

При введении добавки золя кремниевой кислоты в известковую смесь наблюдается ускорение набора пластической прочности, отмечаемое на составах с использованием песка фракции 0,314–0,14 мм (см. рис. 5.14) и молотом суглинке (рис. 5.15). Спустя 16 ч после затворения пластическая прочность состава И:Н = 1:3 (молотый суглинок) с добавкой золя кремниевой кислоты (отношение И:З = 1:1) составила 0,0010 МПа, а у контрольного состава – 0,0002 МПа. Пластическая прочность состава с добавкой аэросила = 0,0003 МПа.

Увеличение срока старения золя кремниевой кислоты до 15 сут снижает активность его взаимодействия с известью, как уже указывалось выше. Так, спустя 16 ч пластическая прочность смеси с добавкой золя (отношение И:З = 1:1) составила 0,0006 МПа (рис. 2.8), в то время как пластическая прочность состава с добавкой золя кремниевой кислоты (срок старения кремнезоля 1 сут) при отношении И:З = 1:1, как указывалось выше, – 0,0010 МПа.

Влияние содержания золя кремниевой кислоты (срок старения кремнезоля 15 сут) на изменение пластической прочности вызывает меньший эффект. При отношении И:З = 1:0,5 пластическая прочность смеси спустя 16 ч составила 0,00060 МПа, а при отношении И:З = 1:1 – 0,00063 МПа.

277

278

В реальных условиях отделочные составы наносятся на поверхности с определенной пористостью, вследствие чего происходит капиллярный отсос влаги пористым основанием. Потеря влаги в составе сопровождается повышением жесткости смеси, что приводит к осложнению технологических операций по выравниванию отделочного слоя, повышению трудоемкости выполняемых работ. В связи с этим проводились исследования по оценке водоудерживающей способности отделочного состава. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 5.17. Установлено, что составы с добавкой золя кремниевой кислоты и комплексной модифицирующей добавкой характеризуются несколько большей водоудерживающей способностью, составляющей 98 %.

Таблица 5.17 Водоудерживающая способность отделочных составов

В качестве контрольного принят состав И:П =1:4, песок фракции 0,314– 0,14 мм, В/И = 1,2.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что известковые составы с добавкой 2%-го золя характеризуются замедленными сроками высыхания. Так, например, время высыхания до степени 3 состава с добавкой 2%-го золя кремниевой кислоты на бетонной подложке составляет 17 мин, в то время как у контрольного состава (без добавки) – 7 мин (табл. 5.18). Введение добавок стабилизированного желатином 2%-го золя и Al2(SO4)3 способствует ускорению высыхания покрытия на бетонной подложке. Время высыхания до степени 3 составляет 9 мин. Выявлена зависимость времени высыхания от количества воды затворения. Так, время высыхания до степени 3 состава с В/И = 1,2 на бетонной подложке составляет 9 мин, в то время как у состава с В/И = 2,6–15 мин.

279

Таблица 5.18 Время высыхания известковых составов, мин

Состав И:П=1:4, песок фракции 0,314–0,14 мм, В/И=2,6, комплексная модифицирующая добавка. Состав нанесен на бетонную подложку

модифицирующая добавка. Состав нанесен на бетонную подложку

В ходе проведения эксперимента установлено, что на скорость высыхания разрабатываемого отделочного покрытия при прочих равных условиях влияет пористость подложки. Составы, нанесенные на стеклянную подложку, твердели менее интенсивно. Время высыхания до степени 5 на стеклянной подложке составляет 30 мин, а на бетонной – 17 мин.

280