Огне- и теплозащитные сухие строительные смеси и изделия на гипсовом вяжущем

Исследования показали, что добавка стекловолокна и асбеста способствует увеличению прочности образцов при изгибе как на вермикулите, так и на перлите. (Рис. 6) Прирост предела прочности при изгибе с добавкой стекловолокна составил 18% по сравнению с контрольным образцом. Кроме этого, образцы с добавкой стекловолокна оказались наиболее прочным после испытания в печи. Наилучшие показатели ККК (отношения предела прочности к средней плотности) получены у составов с добавкой стекловолокна. При этом уменьшилась средняя плотность образцов (на 14,2% у образцов с добавкой стекловолокна, на 10% у образцов с добавкой асбеста).

3. 
   Впервые определена зависимость трещиностойкости, объемной усадки и остаточной прочности образцов ССС от содержания вспученных заполнителей – вермикулита и перлита после высокотемпературных испытаний на экспериментальной установке, развивающей температурный режим, приближенный к стандартному режиму печи ВНИИПО).
   

Дальнейшая оптимизация составов ССС проводилась с учетом результатов высокотемпературных испытаний. Общие требования к методам испытаний строительных конструкций на огнестойкость представлены в ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования». В лабораторной печи марки «Тулячка» 10П с программным управлением, имеющей 45 программ и 9 ступеней нагрева, был выбран температурный режим испытаний, приближенный к стандартному температурному режиму печи ВНИИПО. В течение 180 минут температура печи достигала 1100°С, при этом резкий подъем температуры до 800°С достигался в течение первых 40 минут. (Рис. 7).

Рис.7. Температурные кривые испытаний

Ранние испытания показали, что растворы с применением вспученного перлита имеют меньшую среднюю плотность, дают более пластичное тесто, требуют меньше воды затворения в сравнении с вермикулитосодержащими. Но после воздействия высоких температур изделия покрываются трещинами, так как вспученный перлит начинает спекаться при 800-900°С, что приводит к значительным усадочным деформациям. Образцы с применением в качестве заполнителя вспученного вермикулита лучше противостоят высокотемпературному воздействию, так как зерна вермикулита в силу своей упругости демпфируют, воспринимают внутренние напряжения. Как показали наши исследования, у вермикулитовых образцов вдвое меньше огневая усадка, чем у перлитовых (табл. 1). В связи с этим, были проведены исследования с применением смешанного пористого заполнителя (смеси вспученного вермикулита и вспученного перлита).

Таблица 1.

Свойства растворов ССС с применением вспученного вермикулита и перлита.

№ п/п	Состав, по объему (гипс: вермикулит: перлит)	Свойства раствора		Свойства образцов после высокотемпературных воздействий
		Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа	Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности при сжатии, МПа	Объемная усадка, %
1	Г : В : П = 1:1,25:0,25	690	3,1	620	0,78	13
2	Г : В : П = 1:1:0,5	670	3,8	610	0,74	16
3	Г : В : П = 1:0,75:0,75	650	2,7	570	0,55	17
4	Г : В : П = 1:0,5:1	630	2,0	530	0,38	20
5	Г : В : П = 1:0,25:1,25	600	2,0	490	0,36	27 трещины

Совместное применение двух видов вспученных заполнителей позволило увеличить остаточную прочность образцов после высокотемпературного воздействия более, чем в два раза (рис. 8).

Как видно из диаграмм, рост содержания вермикулита позволяет снизить усадочные деформации после обжига с 27 до 13% от первоначального объема (рис.9). В то время как перлитовые образцы дают усадку около 25-30% и трещины. Прослеживается тенденция к росту остаточной прочности после обжига с увеличением содержания вермикулита.

Высокотемпературные испытания показали, что оптимальными составами по соотношению заполнителей являются составы, где соотношения (по объему) Г:В:П = 1:1:0,5 и Г:В:П = 1:0,75:0,75.

3. 
   Установлена степень влияния скоростного перемешивания растворной смеси на ее свойства. Увеличение скорости перемешивания до 600 об/мин позволило увеличить коэффициент конструктивного качества ССС в среднем на 7-10%. Применение функциональных добавок позволило уменьшить водопотребность, увеличить предел прочности при сжатии и изгибе и водоудерживающую способность смесей.
   

Исследования предшественников доказали, что аэрирование растворов благотворно сказывается на их технических характеристиках. В данной работе исследовалось влияния скорости перемешивания на среднюю плотность и прочность на образцах состава гипс: заполнитель = 1:1,5 по объему. Для поризации применялась воздухововлекающая добавка Silipon RN8018 в количестве 0,02% от массы вяжущего. (табл.2).

Таблица 2.

Влияние аэрирования на свойства тепло- и огнезащитных ССС

Состав	Гипс: вермикулит вспучен.= 1:1,5 +0,02% silipon RN 0818+стекловолокно 2%	Гипс: перлит вспучен. = 1:1,5 +0,02% silipon RN 0818+стекловолокно 2%
Скорость перемешивания 60 об/мин
Средняя плотность, кг/м3	700	650
Предел прочности при сжатии, МПа	2,8	2,6
Скорость перемешивания 240 об/мин
Средняя плотность. кг/м3	640	580
Предел прочности при сжатии, МПа	2,6	2,3
Скорость перемешивания 600 об/мин
Средняя плотность, кг/м3	550	520
Предел прочности при сжатии, МПа	2,4	2,2

Снижение средней плотности при скоростном перемешивании со скоростью 600 об/мин составило около 20% от плотности при перемешивании со скоростью 60 об/мин за счет активного воздухововлечения в растворную смесь.

Для модификации свойств гипсового теста применялись модифицирующие добавки – адгезив – редиспергируемый порошок (Vinnapas 5010N), 1-2%; замедлитель схватывания (винная кислота), 0,05-0,1%; загуститель (Amitrolit 8882), 0,1%; порообразователь (Silipon 1880), 0,02%; водоудерживающая добавка эфир целлюлозы (Mecellose FMC 7150), 0,1-0,15%. Их влияние отражено в табл.3.

Таблица 3

Влияние функциональных добавок на свойства ССС

Свойство /состав	Гипс:вермикулит:перлит = 1:1:0,5, без добавок	Гипс:вермикулит:перлит= 1:1:0,5 с добавками
Водопотребность (В/Г отношение)	1	0,8
Подвижность (расплыв конуса мм)	160	163
Время начала схватывания, мин	10	45
Предел прочности при сжатии, МПа	2,8	3,1
Предел прочности при изгибе, МПа	1,6	1,7
Средняя плотность, кг/м3	690	630
Водоудерживающая способность	93%	97%

Применение функциональных добавок позволило улучшить свойства растворной смеси. Отмечено снижение водопотребности на 20% при той же подвижности, увеличение сроков схватывания до 45 мин, увеличение пределов прочности при сжатии и изгибе на 8-10%, уменьшение средней плотности на 9%.

3. 
   Выявлено положительное влияние тонкодисперсных минеральных добавок (кембрийская глина, перлит-сырец, жидкое стекло) на повышение остаточной прочности огнезащитных ССС и экранов на их основе после высокотемпературных испытаний.
   

Проводилось исследование влияние активных минеральных добавок – кембрийской глины, жидкого стекла и перлита-сырца на огнезащитные свойства перлито-вермикулитовых штукатурных растворов. Данные добавки призваны повысить остаточную прочность образцов после испытания в печи, а также улучшить формуемость растворных смесей. Известно, что свободная известь (CaO), которая образуется при воздействии температур из сульфата кальция, при пожаре гасится водой с увеличением в объеме и разрушает материал. Перлит-сырец, который на 70-75% состоит из аморфного кремнезема SiO₂, является активным составляющим композита. При температуре t = 750–900⁰С начинаются процессы химического связывания оксида кальция тонкомолотыми добавками в результате твердофазных реакций. Химический состав кембрийской глины (табл.4) свидетельствует о повышенном содержании оксидов алюминия, железа и щелочных металлов, что объясняет сравнительно низкую температуру начала спекания глины – 800^оС. Эти факторы способствуют сохранению остаточной прочности образцов после высокотемпературного воздействия.

Таблица 4

Химический состав активных минеральных добавок

Добавка	Химический состав, % по массе
Кембрийская глина	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	K2O	Na2O
	59,9	17,6	7,61	0,26	2,97	0,93	5,36	0,14
Перлит -сырец	SiO2	Al2O3	CaO+MgO	Fe2O3+FeO	K2O+Na2O	H2O
	72,3	15	1,4	2,5	5,7	5,1
Жидкое стекло	Na2O∙3,5 SiO2

В рамках научного исследования были проведены дифференциально-термический (ДТА) и рентгенофазовый анализ (РФА). ДТА образцов проводили в воздушной среде на дериватографе Q-1500 фирмы «Paulik-Paulik-Erday» в интервале температур 20-1000^оС (рис.10,11).

В интервале температур 140-150^оС двуводный гипс дегидратирует до полуводного гипса, потеря в массе – 18,6% ( 1-ый эндоэффект). При повышении температуры до 180-190^оС наблюдается переход полугидрата в растворимый ангидрит – потеря в массе 6,2%. Суммарное удаление воды около 25%. В интервале температур 340-400 ^оС образуется нерастворимый ангидрит (3-й эндоэффект). Притемпературах 750-900^оС предположительно происходит частичная диссоциация сернокислого кальция с появлением свободной извести, а также возможно связывание оксида кальция активными добавками. ДТА не выявил появление новых веществ в присутствии минеральных добавок, поэтому для дальнейшего исследования возможных кристаллических новообразований был проведен РФА.

РФА образцов методом порошковой дифракции было проведено на рентгеновском дифрактометре ДРОН-7.

Наибольший интерес представляют образцы с добавкой кембрийской глины и перлита-сырца (рис. 12,13). В присутствии добавки перлита после воздействия температуры 1100^оС индентифицирован минерал волластонит (27,52%) В образцах с добавкой кембрийской глины обнаружен продукт спекания глины – муллит (15,32%) , а также мелилит (10,32%). Добавление кембрийской глины и перлита-сырца в ССС снизило усадочные деформации до 14,5% и увеличило остаточную прочность на 15-18 % по сравнению с образцами без добавок.