Автореферат диссертации (Эффективный гипсовый материал для реставрационных работ)

На правах рукописиХАЕВ Тотраз ЭдуардовичЭФФЕКТИВНЫЙ ГИПСОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯРЕСТАВРАЦИОННЫХ РАБОТСпециальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени кандидататехнических наукМосква – 20192Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательскийМосковскийгосударственныйстроительныйуниверситет»(НИУ МГСУ).Научный руководитель:доктор технических наук, профессорТкач Евгения ВладимировнаОфициальные оппоненты:Чернышева Наталья Васильевнадоктор технических наук, доцент, ФГБОУВО«Белгородскийгосударственныйтехнологический университет им. В.Г.Шухова»,кафедра«Строительноематериаловедение, изделия и конструкции», профессорПетропавловская Виктория Борисовна,кандидат технических наук, доцент,ФГБОУ ВО «Тверской государственныйтехническийуниверситет»,кафедра«Производство строительных материалов иконструкций», профессорВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегообразования «Ижевский государственныйтехническийуниверситетимениМ.Т.

Калашникова»Защита состоится 03 июня 2019 г. в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.138.02, созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственныйстроительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе,д. 26, телестудия «Открытая сеть», аудитория № 9.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайтеФГБОУВО«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственный строительный университет» www.mgsu.ruАвтореферат разослан « »Ученый секретарьдиссертационногосовета2019 г.Алимов Лев Алексеевич3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.К гипсовым материалам для реставрационных работ предъявляются комплексные требования по цвету, срокам схватывания, средней плотности, прочности гипсового камня во влажном и сухом состоянии.

Минимальная средняя плотность при требуемой прочности необходима для потолочной лепнины, котораянаходится на деревянных конструкциях (балках, перекрытиях), несущая способность которых со временем может снижаться. С этой целью в гипсовые смесивводят древесные опилки, вспученные перлит и вермикулит, гранулы из пеностекла, пенообразователи, полые алюмосиликатные микросферы. Однако, недостатком этих материалов является малое снижение средней плотности, низкаяпрочность и потеря белизны.Решение проблемы получения эффективного материала для реставрационных работ пониженной средней плотности и улучшенными эксплуатационнымипоказателями может быть осуществлено созданием уплотненной и упрочненнойструктуры гипсовой матрицы за счет совместного влияния на высокопрочныйгипс полых стеклянных микросфер (ПСМС), поверхностно и химически активныхметакаолина и гидрофобно-пластифицирующей добавки.Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «КультураРоссии 2012 – 2020 годы», в которую включены мероприятия по реставрацииобъектов культурного наследия.Степень разработанности темы.При работе над диссертацией был проведён анализ научных, патентных,технических и нормативных источников.

Была обобщена литература по облегчённым строительным материалам, строительному материаловедению и реставрации. Были изучены работы по снижению средней плотности и повышениюпрочности облегчённых цементных и гипсовых систем. Работы по данным вопросам имеют большую научную значимость. Однако, вопрос значительногоснижения средней плотности высокопрочного гипсового камня для реставрацииархитектурных элементов за счёт введения полых стеклянных микросфер, метакаолина и гидрофобно-пластифицирующей добавки, а также их влияние на4структуру материала в целом не изучались.Цель и задачи исследования.Целью диссертационной работы является научное обоснование технологического решения, обеспечивающего получение эффективного гипсового материала на основе высокопрочного гипса с полыми стеклянными микросферамидля реставрационных работ.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:– обоснование возможности получения эффективного гипсового материаладля реставрационных работ с пониженной средней плотностью и улучшеннымипоказателями эксплуатационных свойств;– оптимизация состава облегчённого гипсового камня с полыми стеклянными микросферами (ПСМС) с помощью методов математического планирования эксперимента и методов регрессионного анализа;– исследование влияния модифицирования гипсового камня с полымистеклянными микросферами (ПСМС), гидрофобно-пластифицирующей добавкойи метакаолином на формирование его структуры и свойства;–разработка рекомендаций по производству эффективного гипсового ма-териала на основе высокопрочного гипса с полыми стеклянными микросферамидля реставрационных работ.Научная новизна.Обосновано и экспериментально доказано, что совместное введение в высокопрочныйгипсполыхстеклянныхмикросфер(ПСМС),гидрофобно-пластифицирующей добавки (суперпластификатор (СП) Peramin SMF-10 + гидрофобизатор (ГФ) Vinnapas 8031 H) и метакаолина приводит к появлению синергетического эффекта, проявляющегося в интенсивности процесса образованиякристаллогидратов более крупных размеров, обеспечивающих уплотнение и упрочнение структуры матрицы гипсового камня пониженной средней плотности сулучшенными показателями эксплуатационных свойств композиционного материала: прочности при сжатии, изгибе и сцепления с основанием, водостойкости(коэффициента размягчения), сорбционной влажности и водопоглощения.С помощью методов электронной микроскопии, РФА и химического ана-5лиза установлено совместное влияние полых стеклянных микросфер (ПСМС),гидрофобно-пластифицирующей добавки (СП+ГФ) и метакаолина на процессформирования плотной дендритоподобной структуры гипсового камня в стеснённых условиях, образующейся из перекрещивающихся в разных плоскостяхзакономерных сростков кристаллов гипса, которые формируют более прочнуюконтактную зону между микросферой и гипсовым камнем.Получены квадратичные модели прочности при сжатии, изгибе и влажности гипсового камня от влияния гидрофобно-пластифицирующей добавки (суперпластификатор (СП) Peramin SMF-10 + гидрофобизатор (ГФ) Vinnapas 8031H) при расходах ПСМС 10 и 30 %, которые дополняют и расширяют теоретические и практические результаты теории композиционных материалов и структурообразования гипсовых вяжущих.Теоретическая значимость.Обоснована возможность получения эффективного гипсового материала,на основе минеральных и органических компонентов, обеспечивающих снижение средней плотности, уплотнение и упрочнение гипсовой матрицы за счёт синергетического эффекта, проявляющегося в интенсивности процесса образования кристаллогидратов, участвующих в образовании дендритоподобной структуры, которая формирует более прочную контактную зону между микросферой игипсовым камнем, что позволяет значительно повысить его качество и эксплуатационные свойства.Практическая значимость работы.Разработаны составы и технологические решения получения техническиэффективных гипсовых материалов для реставрационных работ, обладающихпоказателями в возрасте 2 ч (при расходе ПСМС 10 и 30 % соответственно):средней плотностью в сухом состоянии – 805 и 502 кг/м3; пределом прочностипри сжатии 10,32 и 5,33 МПа; удельной прочностью – 12,9 и 10,66 МПа; прочностью сцепления с основанием (из чистого гипса для художественной лепнины) –1,85 и 0,9 МПа; водопоглощением по массе – 7,1 и 14,3 %; коэффициентом размягчения – 0,7 и 0,65; сорбционной влажностью – 3,1 и 4,2 %.6Разработаны технические условия ТУ 2352-201-10-29888514-2017 «Эффективный гипсовый материал для реставрационных работ», утвержденные ООО«Инновационный ресурс».Методология и методы диссертационного исследования.Методологической основой исследования являются теоретические и эмпирические методы, базирующиеся на обобщении, сравнении, эксперименте, методах системного подхода, математического моделирования, планирования и обработки результатов экспериментов.

Работа выполнена с применением методологических основ системно-структурного подхода строительного материаловедения «состав – структура – свойства». Экспериментальные исследования проводились на лабораторных образцах, изготовленных и испытанных на оборудовании НИУ МГСУ по действующим нормативным документам применением современных методов анализа: рентгенофазовый анализ, электронная микроскопияи химический анализ.Положения, выносимые на защиту:– обоснование возможности получения эффективного гипсового камня путём введения в высокопрочный гипс полых стеклянных микросфер, гидрофобнопластифицирующей добавки и метакаолина с максимальным снижением среднейплотности, упрочнением гипсовой матрицы за счёт формирования дендритоподобной структуры, которая обеспечивает улучшенные показатели эксплуатационных свойств гипсового материала;– результаты оптимизации состава облегчённого гипсового камня с полыми стеклянными микросферами (ПСМС) с помощью методов математическогопланирования эксперимента и методов регрессионного анализа;– зависимости прочностных свойств (при сжатии и изгибе, сцепление с основанием), средней плотности, водостойкости от содержания полых стеклянныхмикросфер, комплексной добавки (СП +ГФ) и метакаолина.– результаты оценки технической эффективности и опытного апробирования состава предлагаемого гипсового материала.Степень достоверности.Высокая степень достоверности обеспечивается проведением эксперимен-7тальных работ с использованием исследовательского оборудования с достаточной воспроизводимостью результатов исследований; применением стандартныхметодик, обеспечивающих достаточную точность полученных результатов с вероятностью 0,95, в том числе применением статистических методов обработкиданных и необходимого числа повторных испытаний; сопоставлением полученных результатов с аналогичными результатами других авторов; положительнымирезультатами опытного апробирования гипсового материала с полыми стеклянными микросферами, комплексной добавкой и метакаолином.Апробация работы.Результаты диссертации были доложены и обсуждены на разных научныхмероприятиях, в т.ч.