Диссертация (Эффективный гипсовый материал для реставрационных работ)

1ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиХАЕВ Тотраз ЭдуардовичЭФФЕКТИВНЫЙ ГИПСОВЫЙ МАТЕРИАЛДЛЯ РЕСТАВРАЦИОННЫХ РАБОТСпециальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделияДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИКАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУКНаучный руководитель:доктор технических наук,профессор Е.В. ТкачМосква – 20192ОГЛАВЛЕНИЕОглавление………………………………………………………………………...2Введение…………………………………………………………………………….4Глава 1.

Научно-технический анализ применения гипсовых и цементныхматериалов в строительстве и реставрации ……………………………………… 101.1 Применение гипсовых материалов в строительстве, ремонте иреставрации. Пути снижения средней плотности гипсовых материалов ……101.2 Использование полых стеклянных микросфер (ПСМС) в строительныхи специальных растворах для снижения их средней плотности ……………191.3 Выводы по главе 1. Научная гипотеза ……………………………………25Глава 2. Компоненты состава, оборудование, анализ компонентов, разработкаметодики и начального состава гипсового материала …………………………282.1 Характеристики исходных материалов ……………………………………282.2 Методики исследований и оборудование ………………..………………392.3 Расходы материалов ………………………………………………………… 47Глава 3.

Модифицирование гипсового камня и состава облегчённой гипсовойсмеси с ПСМС ………………….……………………………………………… …523.1 Структура и свойства модифицированного гипсового камня ……………523.2 Структура и свойства облегчённого гипсового камня ……………………593.3 Математическое планирование эксперимента и подбор составаоблегчённого гипсового камня.……………………………………………… … 723.4 Структура и свойства модифицированного облегчённого гипсовогокамня с ПСМС …………………………………………………………………783.5 Выводы по главе 3…………………………………………………………… 91Глава 4.

Исследование структуры и свойств упрочнённого гипсового камня сПСМС …..…………………………………………………………………………944.1 Микроструктурный, химический анализы и оценка размеров кристалловгипса в упрочнённом гипсовом камне с ПСМС ………………………………944.2 Рентгенофазовый анализ упрочнённого гипсового камня с ПСМС……… 10834.3 Определение основных свойств упрочнённого гипсового камня с ПСМС 1154.4 Выводы по главе 4 …………………………………………………………... 122Глава 5. Техническая эффективность и опытно-производственное внедрениеупрочнённого гипсового камня с ПСМС………………………………………… 1275.1 Техническая эффективность и эксплуатационные свойстваупрочнённого гипсового камня ……………………………………………….1275.2 Опытно-производственные работы по внедрению эффективногогипсового материала для реставрационных работ…………………………….

131Заключение…………………………………………………………………………. 135Список литературы……………………………………………................................ 138Приложения ……………………………………………………………………....1594ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования.К гипсовым материалам для реставрационных работ предъявляютсякомплексные требования по цвету, срокам схватывания, средней плотности,прочности гипсового камня во влажном и сухом состоянии. Минимальная средняяплотность при требуемой прочности необходима для потолочной лепнины,которая находится на деревянных конструкциях (балках, перекрытиях), несущаяспособность которых со временем может снижаться.

С этой целью в гипсовыесмеси вводят древесные опилки, вспученные перлит и вермикулит, гранулы изпеностекла, пенообразователи, полые алюмосиликатные микросферы. Однако,недостатком этих материалов является малое снижение средней плотности,низкая прочность и потеря белизны.Решениепроблемыполученияэффективногореставрационных работ пониженной средней плотностиэксплуатационнымипоказателямиможетбытьматериаладляи улучшеннымиосуществленосозданиемуплотненной и упрочненной структуры гипсовой матрицы за счет совместноговлияния наповерхностновысокопрочный гипс полых стеклянных микросфер (ПСМС),ихимическиактивныхметакаолинаигидрофобно-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 пооблегчённым строительным материалам, строительному материаловедению иреставрации. Были изучены работы по снижению средней плотности иповышению прочности облегчённых цементных и гипсовых систем. Работы поданным вопросам имеют большую научную значимость. Однако, вопрос5значительного снижения средней плотности высокопрочного гипсового камня дляреставрации архитектурных элементов за счёт введения полых стеклянныхмикросфер, метакаолина и гидрофобно-пластифицирующей добавки, а также ихвлияние на структуру материала в целом не изучались.Цель и задачи исследования.Цельюдиссертационнойтехнологическогорешения,работыявляетсяобеспечивающегонаучноеобоснованиеполучение эффективногогипсового материала на основе высокопрочного гипса с полыми стекляннымимикросферами для 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 полымистеклянными микросферами (ПСМС) с помощью методов математическогопланирования 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 гипсовогоматериаланаосновевысокопрочногогипсасполымистекляннымимикросферами для реставрационных работ.Научная новизна.Обосновано и экспериментально доказано, что совместное введение ввысокопрочный гипс полых стеклянных микросфер (ПСМС), гидрофобнопластифицирующей добавки (суперпластификатор (СП) Peramin SMF-10 +гидрофобизатор (ГФ) Vinnapas 8031 H) и метакаолина приводит к появлениюсинергетическогообразованияуплотнениеэффекта,проявляющегосявинтенсивностипроцессакристаллогидратов более крупных размеров, обеспечивающихи упрочнение структуры матрицы гипсового камня пониженной6средней плотности с улучшенными показателями эксплуатационных свойствкомпозиционного материала: прочности при сжатии, изгибе и сцепления соснованием, водостойкости (коэффициента размягчения), сорбционной влажностии водопоглощения.С помощью методов электронной микроскопии, РФА и химическогоанализа установлено совместное влияние полых стеклянных микросфер (ПСМС),гидрофобно-пластифицирующей добавки (СП+ГФ) и метакаолина на процессформирования плотной дендритоподобной структуры гипсового камня встеснённыхусловиях,образующейсяизперекрещивающихсявразныхплоскостях закономерных сростков кристаллов гипса, которые формируют болеепрочную контактную зону между микросферой и гипсовым камнем.Получены квадратичные модели прочности при сжатии, изгибе ивлажности гипсового камня от влияния гидрофобно-пластифицирующей добавки(суперпластификатор (СП) Peramin SMF-10 + гидрофобизатор (ГФ) Vinnapas8031 H) при расходах ПСМС 10 и 30 %, которые дополняют и расширяюттеоретические и практические результаты теории композиционных материалов иструктурообразования гипсовых вяжущих.Теоретическая значимость.Обоснована возможность получения эффективного гипсового материала,на основе минеральных и органических компонентов, обеспечивающихснижение средней плотности, уплотнение и упрочнение гипсовой матрицы засчёт синергетического эффекта, проявляющегося в интенсивности процессаобразованиякристаллогидратов,участвующихвобразованиидендритоподобной структуры, которая формирует более прочную контактнуюзону между микросферой и гипсовым камнем, что позволяет значительноповысить 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):7средней 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 художественнойлепнины) – 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 %.РазработанытехническиеусловияТУ2352-201-10-29888514-2017«Эффективный гипсовый материал для реставрационных работ», утвержденныеООО «Инновационный ресурс».Методология и методы диссертационного исследования.Методологической основой исследования являются теоретические иэмпирические методы, базирующиеся на обобщении, сравнении, эксперименте,методах системного подхода, математического моделирования, планирования иобработки результатов экспериментов.

Работа выполнена с применениемметодологическихосновсистемно-структурногоподходастроительногоматериаловедения «состав – структура – свойства». Экспериментальныеисследования проводились на лабораторных образцах, изготовленных ииспытанных на оборудовании НИУ МГСУ по действующим нормативнымдокументамприменением современных методов анализа: рентгенофазовыйанализ, электронная микроскопия и химический анализ.Положения, выносимые на защиту:– обоснование возможности получения эффективного гипсового камняпутём введения в высокопрочный гипс полых стеклянных микросфер,гидрофобно-пластифицирующей добавки и метакаолина с максимальнымснижением средней плотности, упрочнением гипсовой матрицы за счётформирования дендритоподобной структуры, которая обеспечивает улучшенныепоказатели эксплуатационных свойств гипсового материала;– результаты оптимизации состава облегчённого гипсового камня сполымистекляннымимикросферами(ПСМС)спомощьюметодовматематического планирования эксперимента и методов регрессионного анализа;– зависимости прочностных свойств (при сжатии и изгибе, сцепление с8основанием),среднейплотности,водостойкостиотсодержанияполыхстеклянных микросфер, комплексной добавки (СП +ГФ) и метакаолина.–результатыоценкитехническойэффективностииопытногоапробирования состава предлагаемого гипсового материала.Степень достоверности.Высокаястепеньдостоверностиобеспечиваетсяпроведениемэкспериментальных работ с использованием исследовательского оборудования сдостаточной воспроизводимостью результатов исследований; применениемстандартных методик, обеспечивающих достаточную точность полученныхрезультатов с вероятностью 0,95, в том числе применением статистическихметодов обработки данных и необходимого числа повторных испытаний;сопоставлением полученных результатов с аналогичными результатами другихавторов; положительными результатами опытного апробирования гипсовогоматериала с полыми стеклянными микросферами, комплексной добавкой иметакаолином.Апробация работы.Результаты диссертации были доложены и обсуждены на разных научныхмероприятиях, в т.ч.