УДК 691
В.П. КУЗЬМИНА, канд. техн. наук, академик АРИТПБ, генеральный директор ООО «Колорит-Механохимия » (г. Москва), технический эксперт СП ССС
Ключевые слова: ассортимент, сухие строительные смеси, вещественный состав, строительно-технические свойства, способы и области применения, особенность применения, отделочные работы, различные климатические условия, направления развития технологии
Keywords: assortment, dry building binder mixes, material structure, building-technical properties, ways and scopes, features of application, painting and decorating works, various climatic conditions, directions of development of technology
Зарубежные материалы для наружной отделки и штукатурки зданий созданы с учетом их эксплуатации в климатических условиях стран-производителей. По этой причине они нуждаются в специальной проверке по показателям долговечности в более суровых климатических условиях России. Эти отличия касаются в первую очередь осенне-зимнего и зимне-весеннего сезонов, когда происходит разрушение наружных отделочных покрытий под воздействием низких температур окружающей среды, замораживания и оттаивания, попеременных увлажнения и высыхания.
Таблица 1. Кинетика набора прочности цементно-песчаного раствора и его водопоглощения с различными гидрофобными добавками
| № п/п | Наименование добавки | Дозировка добавок | Прочность при сжатии, МПа, через | Водопоглощение по массе, % через 28 суток | ||||
| 1 сут. | 3 сут. | 7 сут. | 14 сут. | 28 сут. | ||||
| 1 | Контрольный | — | 12,0 | 17,0 | 18,5 | 20,0 | 20,2 | 8,12 |
| 2 | Стеарат кальция | 2,0 | 9,0 | 16,0 | 21,0 | 26,5 | 30,0 | 7,28 |
| 3 | Стеарат цинка | 2,0 | 10,0 | 14,6 | 18,5 | 21,5 | 22,1 | 5,86 |
| 4 | Стеарат цинка+КФ-91 | 2,0 | 10,5 | 15,8 | 17,7 | 19,2 | 20,0 | 5,93 |
| 5 | Олеат натрия | 2,0 | 5,2 | 12,7 | 16,5 | 20,6 | 21,0 | 7,33 |
| 6 | Mowilith LDM 2080 P | 1,0 | 7,0 | 13,9 | 17,0 | 19,0 | 22,7 | 7,15 |
| 7 | ГКЖ-94 | 0,15 | 6,1 | 8,2 | 12,9 | 15,8 | 18,2 | 7,04 |
| 8 | PAV-29 | 1,0 | 3,3 | 4,00 | 7,50 | 10,29 | 17,83 | 10,0 |
| 9 | PAV-30 | 1,0 | 2,2 | 3,66 | 8,62 | 9,00 | 17,08 | 10,5 |
Таблица 2. Физико-технические свойства противообледенительных бетонов
| № п/п | Наименование материала | Физико-технические свойства | Единица измерения | Показатели |
| 1 |
Песчаный бетон с добавкой ПОД-1 – 2,5% от массы цемента Состав бетона ЦПВ=1·3 0,3 Силовое прессование при давлении 22 МПа |
Прочность при сжатии в возрасте 28 суток твердения в нормально-влажностных условиях | МПа | 40-44 |
| Водопоглощение по массе (через 3 суток) | % | 0,8-0,9 | ||
| Средняя плотность | кг/м3 | 2000-2100 | ||
| Морозостойкость | цикл | более 500 | ||
| Усадочная деформация | мм/м | 0,6-0,7 | ||
| 2 |
Песчаный бетон с добавкой ПОД-1 – 4,0% от массы цемента Состав бетона ЦПВ=1·3 0,3 |
Прочность при сжатии в возрасте 28 суток твердения в нормально-влажностных условиях | МПа | 31-35 |
| Прочность при сжатии после тепловой обработки | МПа | 36-39 |
Разрушение структуры – результат воздействия напряжений, возникающих в материале при объемных изменениях воды в порах цементного камня в процессе попеременного замораживания и оттаивания, а также знакопеременных деформаций усадки и набухания при попеременном воздействии воды и сухого воздуха. В связи с этим гидрофобизация в объеме защитно-отделочных покрытий позволяет существенно снизить диффузию воды в поровое пространство и обеспечить значительное повышение их долговечности.
Не менее важной является разработка сухих смесей для защитных покрытий, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред.
В результате экспериментов получены эффективные водоудерживающие добавки на основе комбинации эфиров целлюлозы типа Tylose 15009 с высокомолекулярным оксидом полиэтилена и отечественного эфира целлюлозы с полиакриламидом, позволяющие сохранить водоудерживающую способность на уровне 99,6-99,9%, а также имеющие высокие реотехнологические и адгезионные свойства.
При этом тонкомолотые стеараты металлов вводились в количестве от 1,25 до 1,5%. Это позволяет рекомендовать технологию для изготовления специальных сухих строительных смесей для штукатурных, клеевых и кладочных растворов. В ходе работы доказано, что наиболее активными минеральными добавками, частично замещающими портландцемент, являются молотые доломит и песчаник. Коэффициент коррозионной стойкости до 0,97 снижает усадочные деформации до 1,1 мм/м.
Радиационно-защитные бетоны
При эксплуатации металлобетонного контейнера, загруженного отработанным ядерным топливом (ОЯТ), в бетоне, который заполняет полость между металлическими наружной и внутренней оболочками контейнера, под воздействием радиации (главным образом γ-излучения) и теплового потока со стороны ОЯТ происходят различного рода процессы, сопровождаемые выделением водорода и повышением давления во внутренних порах бетона и, соответственно, в герметической полости между наружной и внутренней металлическими оболочками контейнера.
Таблица 3
| Радионуклид | Кратность ослабления магнезиально-баритовым составом (толщина 10 мм) |
| Кобальт – 60 | 1,37 |
| Цезий – 137 | 1,09 |
| Натрий – 22 | 1,22 |
| Барий – 133 | 1,80 |
| Кобальт – 57 | 5,00 |
| Америций – 2441 | 10,00 |
К таким процессам относятся:
1. Термохимическая коррозия «чистого» (неокисленного) железа, имеющегося в окалине, интенсивно протекающая при повышении температуры бетона.
2. Электрохимическая коррозия, определяемая протеканием через токопроводящую бетонную среду электрического тока между металлами с различным электрохимическим потенциалом. Проводимость бетона в рассматриваемом случае определяется наличием в порах бетона свободной и адсорбционно-связанной воды и ионизацией газовой смеси пор бетона под воздействием излучения ОЯТ.
3. Радиолиз воды бетона, в том числе и химически связанной, под воздействием излучения ОЯТ. Радиолиз – разложение химических соединений под действием ионизирующих излучений. При радиолизе могут образовываться как свободные радикалы, так и отдельные нейтральные молекулы.
Таблица 4
| Свинцовый эквивалент | Магнезиально-баритовая штукатурка (на КБ-5) | Свинцовый эквивалент | Барито-бетонная штукатурка |
| 1,0-1,4 мм Pb | 15,4 мм | 1,0 мм Pb | 20-25 мм |
| 2,0-3,0 мм Pb | 19,7 мм | 2,0 мм Pb | 36-40 мм |
| 3,0-4,0 мм Pb | 24-28 мм | 3,0 мм Pb | 60-68 мм |
| 4,0-6,0 мм Pb | 34,6 мм | 4,0 мм Pb | 90 мм |
Таблица 5. Составы неорганической радиационно-защитной композиции
| Компонент | Составы, % масс. | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Цемент | 16 | 11 | 14 | 15 | 10 |
| Железорудный концентрат | 34 | 58 | 45 | 28 | 59 |
| Баритовый наполнитель | 40 | 25 | 35 | 39 | 20 |
| Пластификатор | 0,05 | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,30 |
| Вода | 9,95 | 5,90 | 5,85 | 7,80 | 10,7 |
Активность реакций термохимической и электрохимической коррозии металла, а также выделение водорода при этих реакциях зависят от количества «чистого» (неокисленного) железа в окалине и количества мелких и пылевидных фракций окалины (наиболее химически активных фракций). При эксплуатации металлобетонного контейнера, загруженного ОЯТ, вышеперечисленные процессы могут привести к чрезмерному повышению давления в порах бетонного наполнителя, а также в полости между наружной и внутренней оболочками металлобетонного контейнера. Кроме того, это приводит к электрохимической коррозии контактирующих с бетонным наполнителем ограждающих герметизирующих металлоконструкций, выполненных из стали (в частности, нержавеющей), имеющей по сравнению с окалиной другой электрохимический потенциал.
При этом, если эксплуатационным регламентом технологии хранения ОЯТ может быть предусмотрен периодический сброс давления из замкнутых полостей металлобетонного контейнера, а интенсивность газообразования определяет лишь частоту или период данной технологической операции, то процессы электрохимической коррозии ограждающей бетон герметизирующей металлоконструкции являются неконтролируемыми.
Разгерметизация контейнера вследствие коррозии металла может привести к выходу радионуклидов из внутренней полости контейнера в процессе длительного хранения ОЯТ. Таким образом, снижение интенсивности процесса электрохимической коррозии ограждающей бетон металлоконструкции является задачей не менее важной, чем снижение интенсивности газообразования, и непосредственно влияет на экологическую безопасность хранения ОЯТ.
Существенным условием повышения надежности металлобетонных контейнеров является сведение к минимуму интенсивности газовыделения и давления газовой фазы в порах бетона и в замкнутых полостях металлоконструкций.
Таблица 6. Свойства неорганической радиационно-защитной композиции
| Показатель | Значение | |||||
| Предлагаемый | Известный (прототип) | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Объемная масса, кг/м3 | 2800 | 3380 | 3400 | 3370 | 3310 | 3330-3360 |
| Прочность при сжатии, МПа | 29,7 | 44,3 | 48,5 | 40,0 | 35,4 | 28-42,5 |
| Линейный коэффициент ослабления при Е=0,66 МэВ, см-1 | 0,20 | 0,22 | 0,23 | 0,21 | 0,19 | 0,16 |
Примечание: использован источник Со-60
Таблица 7
| Компоненты | Содержание массовых частей в составах, масс.% | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Цемент | 22,4 | 22,1 | 21,9 | 21,6 | 21,3 | 21,0 | 20,7 | 20,4 | 20,2 | 16,93 |
| Известь | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 4,13 |
| Кварцевый песок | 62,8 | 61,2 | 59,3 | 59,2 | 59,1 | 58,7 | 58,6 | 58,0 | 57,5 | — |
| Песок для строительных работ | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 45,76 |
| Перлитовый песок | — | — | — | — | — | — | — | — | 4,57 | |
| Наполнитель – тонкомолотый дунит – 1 | 4,5 | 4,3 | 4,3 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,1 | 4,0 | 4,0 | — |
| Наполнитель – тонкомолотый известняк | 8,27 | |||||||||
| Вода | 10,3 | 12,1 | 13,9 | 14,1 | 14,2 | 14,6 | 14,8 | 15,5 | 15,9 | 16,92 |
| Добавка – натрий сернокислый | 0 | 0,3 | 0,6 | 0,9 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | 2,1 | 2,4 | — |
| Комплексная добавка | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 3,42 |
Патент РФ 2388715 Сухая строительная смесь. Патентообладатель: ООО «АЛЬФАПОЛ» (RU). Изобретение относится к отделочным строительным материалам, предназначенным для защиты технических средств и человека в медицинских, производственных, научных, административных и жилых помещениях от воздействия ионизирующих излучений.
Сухая строительная смесь содержит, масс.%: порошок магнезитовый каустический – 10-15, баритовый концентрат – 80-89, модифицирующая добавка – 0,1-0,5, природный минерал шунгит III модификации – остальное. Технический результат – создание материала, обеспечивающего эффективную защиту от гамма-излучения при одновременном снижении толщины слоя защитного материала и улучшении его строительных свойств.
Радиационно-защитные ССС
Предлагается состав и способ изготовления радиационно-защитных блоков, стен, перегородок и штукатурных растворов, предназначенных для биологической защиты персонала от источников рентгеновского и гамма-излучений. Состав и параметры переработки смеси заключаются в следующем: бетонная смесь, содержащая цемент, тяжелые наполнители, пластифицирующую добавку и воду, в качестве тяжелого наполнителя содержит железорудный концентрат на основе магнетита с удельной поверхностью 1600-2000 см2/г и дополнительно баритовый наполнитель с удельной поверхностью 4500-5200 см2/г. Преимуществами заявленной бетонной смеси являются высокие: плотность, прочность, радиационно-защитные показатели.
Бетонная смесь следующего состава, масс. %: цемент – 10-16 // крупный заполнитель (магнетит) – 34-59 // мелкий заполнитель барит /магнетит – 20-40 // пластифицирующая добавка – 0,05-0,3 // вода – остальное.
Испытания радиационно-защитных свойств проводились на аттестованном Госстандартом РФ гамма-спектрометре (свидетельство № 470/6037-2 РФ), (патент РФ 2172989 Сухая смесь для приготовления неорганического радиационно-защитного компонента).
Таблица 8
| Свойства | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Призменная прочность при сжатии, МПа | 16,0 | 19,1 | 21,6 | 20,8 | 18,2 | 15,5 | 13,1 | 11,6 | 9,6 |
Таблица 9
| Содержание добавки – натрий сернокислый, масс.% | Устойчивость к действию грибов в баллах по методу | Радиус зоны ингибирования мм | Характеристика по ГОСТ 9.049-91 | Оценка биостойкости |
| 1 | 3 | — | — | — |
| 0 | 3 | 5 | — | негрибостойкий |
| 0,3 | 3 | 3 | — | негрибостойкий |
| 0,6 | 1 | 2 | — | грибостойкий |
| 0,9 | 1 | 0 | 13 | фунгицидный |
| 1,2 | 0 | 0 | 18 | фунгицидный |
| 1,5 | 0 | 0 | 18 | фунгицидный |
| 1,8 | 0 | 0 | 20 | фунгицидный |
Биоцидные ССС
Патент РФ № 2428391 Строительный раствор. Патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» (RU).
При проведении ремонтно-восстановительных и отделочных работ в зданиях с биологически активными средами целесообразно применять биоцидные сухие строительные смеси.
Технология относится к строительным растворам и может быть использована для изготовления штукатурных покрытий в качестве раствора в кирпичных кладках и в соединительных прослойках плиточных покрытий. Строительный раствор содержит, масс.%: цемент марок М400Д0 (ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия») – 21,0-21,9, мелкий заполнитель – кварцевый песок (ГОСТ 8735-88) – 58,7-59,3, тонкомолотый наполнитель – тонкоизмельченный дунит – 4,2-4,3, натрий сернокислый (ГОСТ 4166-78) – 0,6-1,5, вода – остальное.
Способ приготовления строительного раствора заключается в следующем. Производят весовую дозировку компонентов. Цемент смешивают совместно с добавкой – натрий сернокислый. Затем в работающий смеситель поочередно вводят цемент с добавкой, тонкоизмельченный дунит, кварцевый песок и воду затворения. Смесь тщательно перемешивают до получения однородной массы. Приготовленную смесь укладывают в стальные формы. Уплотняют смесь на виброустановках. Через сутки готовые образцы извлекают из форм и отверждают при нормальных температурно-влажностных условиях в течение 28 суток.
Предлагаемый состав цементной композиции по сравнению с известными решениями обладает высокими фунгицидными свойствами при достаточной жизнеспособности.
Как показали исследования и практика, наиболее оптимальным техническим решением является строительный раствор, который содержит цемент, в качестве мелкого заполнителя – перлитовый песок фракции 0,63-1,25 мм и песок для строительных работ фракции 0-0,63 мм, в качестве добавки – комплексную добавку, состоящую из сульфата магния, суперпластификатора и редиспергируемого порошка Dairen 1400, а также воду (RU 2371411, МПК С04В 28/00, С04В 24/24, опубл. 27.10.2009).
Рассмотрены ассортимент и строительно—технические свойства сухих строительных смесей для различных климатических зон России. Технология их применения постоянно развивается и имеет целью удешевление готовых отделочных продуктов при сохранении заданного уровня строительно—технических характеристик, а также расширение областей использования сухих строительных смесей.
