Автореферат диссертации (1141515), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Выявлено, что оптимальным расходом суперпластификатораPeramin SMF-10 является количество 0,75%, а гидрофобизатора Vinnapas 8031 H– 4 % от массы гипса. Для разработки облегчённых гипсовых составов, необходимых для реставрации памятников архитектуры, требуется существенное повышение прочности при сохранении низких значений средней плотности. Дляэтих целей предлагается в смесь гипса, ПСМС (СП+ГФ) введение высокоактив-12ного метакаолина ВМК-45, количество которого было определено предварительными исследованиями. Было установлено, что эквивалентная замена 10 мас.% гипса на 10 мас.
% метакаолина, позволит значительно повысить пределыпрочности при сжатии и на изгиб. В дальнейшем исследования проводились наоптимизированных расходах СП и ГФ в соответствии с указанной методикойисследований. Были определены свойства гипсового камня с 10 и 30 % ПСМС.Последовательность снижения средней плотности и повышения прочности камня представлены в таблице 1.Таблица 1 – Свойства гипсового камня и камня с 10 и 30% ПСМССредняя плотность, кг/м3Прочность, МПа, наВлажность, %,влажногосухогоизгибсжатиеГипсовый камень (без добавок), В/Г = 0,4185014456,4618,6228,3Гипсовый камень с 10 % ПСМС, В/Г = 0,613018671,773,1257,1Модифицированный гипсовый камень с 10 % ПСМС, СП + ГФ, В/Г = 0,5135011022,785,1746,1Упрочнённый гипсовый камень с 10 % ПСМС, СП + ГФ, ВМК, В/Г = 0,4812708053,5310,3240,1гипсовый камень с 30 % ПСМС, В/Г = 19635440,761,377,0модифицированный гипсовый камень с 30 % ПСМС, СП +ГФ, В/Г = 0,849115311,834,1158,2упрочнённый гипсовый камень с 30 % ПСМС, СП + ГФ, ВМК, В/Г = 0,798705022,855,3350,1Анализ данных, приведенных в таблице 1, показал, что у упрочнённых гипсовых смесей и камня с 10 % ПСМС В/Г или В/(Г+ВМК) снизилось на 20 и 4 %,влажность уменьшилась – на 10 % за счёт фактического уменьшения отношенияколичества воды к сумме гипса и метакаолина.
При этом, средняя плотность снизилась на 14 %; а прочность при сжатии за счёт уплотнения структуры матрицымежду микросферами увеличилась по сравнению с модифицированным составом– в 2 раза, с гипсовым камнем с 10 % ПСМС – в 3 раза, при этом марка по прочности – на 5 ступеней: с Г3 до Г10.Были определены основные свойства упрочнённого гипсового камня с 30 %ПСМС в возрасте 2 часов (по сравнению с модифицированным и без добавок соответственно): В/Г или В/(Г+ВМК) уменьшилось на 6 и 21 %. При этом средняя13плотность уменьшилась на 6,5 и 8 %, а прочность при сжатии увеличилась – на 29% и в 4 раза, марка стала выше на 3 ступени – от Г 2; Г4 до Г5.Определено, что у гипсовых смесей с 10 % ПСМС: без добавок; с СП+ГФ иСП+ГФ, ВМК соответственно, изменяются рН = 8; 8,2 и 7,7.
Аналогично: для 30 %ПСМС рН=8,4; 8,6 и 7,4. Сроки схватывания по мере введения компонентовСП+ГФ и СП+ГФ, ВМК постепенно увеличиваются, что способствует улучшениюкачества проводимых работ по реставрации (удлиняется время работы с гипсовымтестом). Далее в соответствии с предложенной методикой исследования проведеныисследования МСА, РФА и ЭА чистого гипсового камня, модифицированного иупрочнённого камней с 10 и 30 % ПСМС. На рис.
1 и 2 приведены РФА, на рис. 3 –фотографии микроструктуры камней с 10 % ПСМС, СП+ГФ и с 10 % ПСМС,СП+ГФ, ВМК с зонами проведения элементных анализов ПСМС и гипсовой матрицы.Рисунок 1 – Рентгенограмма гипсового камня с 10 % ПСМС, СП+ГФ14Рисунок 2 – Рентгенограмма гипсового камня с 10 % ПСМС, СП+ГФ, ВМКа)б)Рисунок 3 – Микроструктура гипсового камня:а – с 10 % ПСМС, СП+ГФ; б – с 10 % ПСМС, СП+ГФ, ВМК;зона А – гипсовый камень; зона В – ПСМСДля выявления влияния составляющих были проведены элементные анализы исходных ПСМС, ПСМС в гипсовом камне и гипсовой матрицы. Результатыисследований приведены в таблице 2 и 3.15Таблица 2 – Элементный анализ исходных ПСМС и ПСМС в гипсовом камнеЭлементNaSiSСаВO2ИсходныеПСМС7,56-7,5841,8-41,91,14-1,171,1-1,848,3-48,4ПСМС в гипсовом камнес 30 % ПСМСПСМС в гипсовом камнес 10 % ПСМСбездобавок6,9-7,1243-43,541,06-1,649,8- 49,9СП +ГФбезВМКдобавокКоличество элементов, мас.
%6,1-6,66,4-6,53,3-3,3442,5-44,4 43,2... 43,9 44,5-44,50,71-0,771,05-1,611,03-1,24 1,05-1,5850,1-50,5 50,1...51,5 51,8-51,9СП +ГФСП +ГФСП +ГФВМК2,42-2,5444,5-44,50,27...0,281,04...1,5151,8-51,92,7-2,7645,3-45,61,03-1,1251,8-51,9В гипсовых камнях с 30 % ПСМС, ВМК, СП +ГФ происходят существенныеизменения элементного состава (таблица 2). По натрию – уменьшение составляетпочти в 3 раза в сравнении с исходными ПСМС.
Так же увеличивается количествокремния на 3,5%, что может вызвать предварительное напряжение в стенке микросферы и её упрочнение. Содержание бора и кислорода практически не изменяется.Таблица 3 – Элементный анализ гипсовой матрицы, мас. %ГипсовыйкаменьNaMgAlбез добавок------с 10 %ПСМСс 10 %ПСМС,СП+ГФс 10 %ПСМС,СП+ГФ,ВМКс 30 %ПСМСс 30 %ПСМС,СП+ГФс 30 %ПСМС,СП+ГФ,ВМКСlO20,1-0,16 20,1-21,57 31,4-31,82-46,2-46,46-0,61-0,66 22,1-22,5 36,2-36,6-41,2-41,4--1,64-1,71 20,34-21,49 29,2-30,93 045-0,61 44,2-45,92,7-2,9--0,8-0,84--0,92-0,94 23,3-23,7 35,5-35,90,85-0,87--0,94-0,96 24,3-24,4 32,5-32,65 0,2-0,32 41,5-41,72Si3,7-3,8SCa20,2-21,5 28,5-29,8 0,38-0,51 44,8-44,98-40,1-40,72,84-2,88 0,08-0,1 1,4-1,45 4,52-4,61 18,5-19,92 27,3-28,5 0,23-0,24 44,9-45,116При анализе элементных составов в таблице 3 были выявлены следующиезакономерности.
После введения в смесь ПСМС в гипсовых камнях, происходятсущественные изменения элементного состава по сравнению с чистым гипсовымкамнем. Так, содержание натрия обнаружено только в упрочнённых камнях сСП+ГФ, ВМК. При расходе 10 % ПСМС установлено, что возрастание в 23 ...38раз и достижение 3,8 % количества кремния может происходить за счёт переходаего ионов из метакаолина и/или ГФ, а натрий в количестве до 2,8 % – из стекластенок ПСМС и из СП. Обнаруженный в гипсовой матрице до 0,5 % хлор содержится в составе винилхлорида ГФ.В гипсовой матрице с 30 % ПСМС количество кальция снижается на 3...4 %по сравнению с чистым гипсовым камнем и замещается, вероятно, кремнием, содержание которого увеличилось в 28 ...46 раз и достигло 4,61 % за счёт возможного перехода его ионов из метакаолина и/или ГФ.
Ионы натрия в количестве до2,88 % могли перейти в гипсовые кристаллы из стекла стенок ПСМС, а также изСП. Хлор в количестве до 0,32 % появился в гипсовой матрице из состава ГФ.Алюминий в количестве до 1,45 % попадает в гипсовый камень, видимо из метакаолина.Микроструктура упрочнённого гипсового камня с 10 % и 30 % ПСМС отличается высокой однородностью распределения ПСМС в гипсовой матрице.Однородность структуры была проверена равенством средней плотности в 4частях по высоте образца. При этом формируется дентритоподобная структураиз перекрещивающихся в разных плоскостях кристаллов гипса, которые формируют более прочную контактную зону между микросферой и гипсовым камнем.Однако, у камня с 30 % ПСМС формируется более пористая структура, чем укамня с 10 % ПСМС.Расположение кремния, алюминия и способ их проникновения в кристаллыгипса в системе с ПСМС пока не выяснены.
Однако, существенное увеличение ихсодержания в кристаллах должно внести изменения в строение кристаллов гипса.В таблице 4 приведены минимальные (Min) и максимальные (Мax) размеры сечения кристаллов гипса в гипсовом камне с 10 и 30 % ПСМС. Кристаллы имеютформы, близкие к прямоугольным призмам.17Таблица 4 – Поперечное сечение* кристаллов гипсаГипс.
камень с 10 % ПСМССП+ГФСП+ГФВМКMin, мкм 1,8х1,08 0,9х0,72 0,9х0,72 1,63х2,72Мax, мкм 3,6х2,16 5,4х1,8 6,12х5,4 7,08х4,9*hхb - (высота) х (толщина),Размеры:Гипс.каменьГипс. камень с 30 % ПСМССП+ГФСП+ГФВМК2,25х0,3 2,73х1,094,4х1,74,8х0,87,08х2,88,3х3,27Анализ таблицы 4 установил, что после введения в гипсовую смесь 10 %ПСМС по сравнению с чистым гипсовым камнем минимальная высота кристаллову всех составов уменьшилась; минимальная толщина у составов без добавок и сСП+ГФ также снизилась, а с метакаолином стала толще более чем в 2,5 раза; максимальные размеры кристаллов у камней с 10 % ПСМС с СП+ГФ и СП+ГФ, ВМКкрупнее, чем у чистого гипсового камня более чем в 2 раза; максимальная высотау них достигает 6,12...7,08 мкм, а максимальная толщина – 4,9...5,4 мкм; увеличение площади поперечного сечения кристаллов обеспечивает значительное повышение прочности модифицированного и, особенно, упрочнённого гипсовогокамня с 10 % ПСМС по сравнению с камнем с ПСМС без добавок.При введении 30 % ПСМС (таблица 4) установлено, что по сравнению счистым гипсовым камнем минимальная высота кристаллов у всех составов увеличилась до 2,25...
4,4 мкм; минимальная толщина у составов с 30 % ПСМС без добавок (b = 0,3 мкм) объясняет низкую прочность такого камня; максимальная высота кристаллов у всех составов с добавками больше в 1,3...2 и более раз; максимальные высоты кристаллов у камней с 30 % ПСМС, СП+ГФ и 30 %ПСМССП+ГФ, ВМК составляет 7,08...8,3 мкм; максимальные толщины кристаллов укамней с 30 % ПСМС, СП+ГФ и 30 % ПСМС, СП+ГФ, ВМК имеют размеры от2,8 до 3,27 мкм. Увеличение максимальной толщины в 3...4 раза, а также и максимальной высоты в 1,5...2 раза обеспечивает значительное повышение площадипоперечного сечения кристаллов и прочности модифицированного и, особенно,упрочнённого гипсового камня с 30 % ПСМС по сравнению с гипсовым камнем30 % ПСМС без добавок.Таким образом, для гипсовых камней с ПСМС (10 и 30 %) введение в исходную смесь СП+ГФ позволяет значимо повысить прочность модифицированного и, особенно, упрочнённого гипсового камня с метакаолином СП+ГФ, ВМК за18счёт значительного увеличения площади поперечного сечения кристаллов двуводного гипса.Были проанализированы рентгенограммы упрочнённого гипсового камня с10 и 30 % ПСМС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
