Влияние пигментов на свойство гажевых растворов

От хорошего подбора пигментов зависят физико-механические свойства растворов. Для цветных гажевых растворов должны быть использованы дешевые, прочные пигменты (охра, умбра и др.).

Нас интересовало совместное действие гажи и цемента, гажи и извести с пигментами и выяснилось, что гажевые растворы, пластифицированные цементом, более устойчивые и требуют IB меньшем количестве пигменты, чем гажевые растворы с известковым пластификатором.

Каменноугольная зола и шлак (Зестафонского ферросплавного завода) могут заменить пластификаторы и пигменты в гажевых растворах. Эти отходы производства оказались самыми дешевыми и весьма полезными для повышения некоторых физико-механических показателей цветного гажевого раствора. Зола и шлак, введенные в раствор в качестве пигмента, повышают сопротивляемость растворов на сжатие как гажи и цемента, так и гажи и извести (на растяжение и изгиб не испытывали). Кроме того, при низкой температуре у растворов с золой и шлаком время начала и окончания схватывания несколько замедленно (мастер успевает обрабатывать поверхность). В то же время схватывание быстро заканчивается. Эти компоненты придают раствору эластичность и цвет и повышают сопротивляемость к увлажнению и т. д.

Результаты опытов, проведенных по определению влияния золы на гажевые растворы, сравнивались с показателями гажевых растворов. Для опытов использовали смесь гаж №№ 2, 4, 5 и 12.

По усредненным показателям составлена таблица 75, в которой показано различие смесей гаж №№ 2, 4, 5 и 12 от гажевых растворов с золой. Аналогично изучалось влияние шлакового порошка Зестафонского ферросплавного завода и котельных каменноугольных шлаков. Усредненные показатели даны в таблице 76.

Ввиду того, что остальные пигменты не вызывают резких физико-механических изменений, результаты не приводим, но что касается белого пигмента — мела, то он в среднем на 20% уменьшает сопротивляемость раствора на сжатие. Поэтому этот пигмент нельзя рекомендовать, особенно при нанесении раствора на наружные поверхности. В случае надобности в белом пигменте лучше использовать известь, которая одновременно выполняет и функции пластификатора.

В литературе указывается, что минеральные пигменты улучшают физические и механические показатели растворов. Ho опыты показали, что эго влияние незначительно.

На основании проведенных опытов нами выделены более характерные гажи из карьеров № 2, 4, 5 и 12, минералогический состав которых приведен в таблице 77.

Из таблицы 75 видно, что гажевый раствор с золой позже начинает схватывание, чем только гажевый раствор. Замедленное схватывание раствора способствует нормальной обработке нанесенного слоя, чего нельзя достичь при быстром схватывании раствора. Такое свойство гаже-зольного раствора позволяет равномерно распределять силы надавливания, вследствие чего отсутствуют темные полоски (которые часто появляются под малкой из-за неравномерного распределения силы надавливания) и определенное время раствор сохраняет эластичность. Установлено, что с увеличением количества золи в растворе (входящей в раствор до 60%) пропорционально возрастает время начала схватывания. Так, например, смесь гаж с добавлением золы от 20 до 60% замедляет начало схватывания от 18 (зола 20%) до 30 мни. (зола 60%), т. е. с увеличением золы на 3% замедляется схватывание на 1 минуту, тогда как при увеличении количества золы от 60 до 80% начало схватывания увеличивается на 3 минуты, то есть для замедления схватывания на 1 минуту нужно добавлять 7% золы, что б два раза больше, по сравнению с добавлением золы до 60%. Поэтому выгоднее использовать раствор, содержащий гажу 20%, золу 80%, но такой раствор не удовлетворяет требованиям на сопротивление сжатию, отрыву и т. д. Сила сопротивления на отрыв (накрывка и набрызг) от всех видов оснований, увеличивается добавлением золы от 20 до 50%, а дальнейшее увеличение — понижает. Например, сила сопротивления на отрыв от бетонной поверхности накрывки из раствора, содержащего смесь гажи 80%, волу 20% равняется 0,2 кгс/см2, дальнейшее увеличение количества золы понижает сопротивление раствора на отрыв и при параметрах смесь гаж 20%, зола 80% — равняется 0,19 кгс/см2. Сопротивление на сжатие цветного гажевого раствора повышается с увеличением количества золы и достигает 81 кгс/см2, когда гажи 50%, золы 50%. Дальнейшее увеличение золы понижает сопротивление раствора из гажи 20%, золы 80% — равняется 45 кгс/см3. При сопоставлении других показателей (окончание схватывания, подвижности и др.) установлено, что лучшие результаты получаются при добавлении к гаже любого месторождения 50% золы.

С целью экономного расходования гажи в раствор можно ввести золу более, чем 50%, но с условием, чтобы раствор имел физико-механические показатели такие же, как у гажи без золы. Установлено, что эти требования удовлетворяют растворы, в которые входит зола чистотой 70—75% и в количестве 60—70%, или шлак такой же чистоты, но в количестве 55—65%.

В основном, чистота золы зависит от коэффициента загрязнения или от наличия несгоревших частиц угля.

Нами использовалась зола и шлак, которые содержали 25—45% недогоревшей муки к/угля.

В зависимости от чистоты золы или шлакового порошка их количество в растворе меняется (табл. 78).

Опыты проводились над гажами №№ 2, 4, 5 и 12, все гажи брались в равном количестве — 25%. Поэтому показатели в вышеуказанных таблицах не совпадают с показателями какой-либо из перечисленных гаж.

Из таблицы 77 видно, что средний минералогический состав смеси этих гаж состоит из гипса — 62%. глинистой субстанции — 15%. кремнезема — 13% и карбоната —10%. любая гажа аналогичного состава будет иметь физико-механические показатели условной гажи (смеси гаж № 2, 4, 5 и 12). Это подтверждают контрольные опыты, проведенные над гажами, имеющими минералогический состав, близко стоящий средним минералогическим составам смеси гаж №№ 2, 4, 5 и 12. Опытами установлено, что расхождение в минералогическом составе в пределах 10—20% не дает чувствительных различий физико-механических показателей растворов (например, с кумысского карьера). Испытываемые образцы брались непосредственно с объектов и завод не был информирован об опытах, иначе говоря испытывались гажи с фактическим товарным качеством, а потому результаты являются более практическими.

Результаты контрольных испытаний приведены в таблице 79. Минералогический состав кумысской гажи почти совпадает с минералогическим составом условной гажи, она содержит: гипс 61%, глинистую субстанцию 16%, кремнезем 13% и карбонат 10%. Испытанные восемь составов раствора кумысской гажи, содержащие золу и шлаковый порошок характеризуются физико-механическими свойствами, аналогичными для условной гажи. Из таблицы 79 видно, что растворы не испытывались на отрыв от всех поверхностей и проверены только на отрыв от гажевого штукатурного намета. Влияние недогоревших частиц и загрязненность золы и шлаковых порошков на экономное расходование гажи и физико-механические свойства растворов довольно значительно, так, например, при чистоте золы 70—75% расходуется 30—40% гажи, а качество накрывочного раствора намного лучше, чем раствора, для приготовления которого расходуется 45—55% гажи, а чистота золы составляет 55—60%. Если сравнить время начала схватывания накрывочных растворов этих двух рецептов, получается, что с увеличением расхода гажи уменьшается время схватывания от 31—36 до 22—29 минут, соответственно понижается окончание схватывания. Такое явление нужно объяснить тем, что при повышении процента загрязненности золы или шлакового порошка уменьшается количество золы и шлака, которые вступают в реакцию с гажей и замедляют (при наличии достаточной влажности) схватывание. Увеличение количества золы замедляет реакцию, кроме этого, вызывает сокращение количества гажи в растворе, что также замедляет реакцию. Сокращение количества гажи и увеличение недогоревшей или загрязненной массы в золе или шлаке замедляет схватывание раствора в меньшей степени, чем чистая зола и шлак. Если при чистоте шлакового порошка 70—75% в раствор вводится 35—45% гажи и схватывание раствора начинается через 26—31 мин., то с уменьшением чистоты шлакового порошка до 55—60%, количество гажи увеличивается до 50—60%, а начало схватывания раствора наступает через 18—25 мин. Если с уменьшением чистоты золы время начала схватывания пропорционально сокращается, то при введении в раствор шлака с понижением чистоты — время начало схватывания также пропорционально сокращается, но до определенного предела.

В зависимости от качества обжига и некоторых других причин в шлаке образуются спекшиеся, перегоревшие и другие частицы, которые малоактивны или являются простыми наполнителями, но являются вторым источником понижения чистоты шлака, который не учитывается при определении чистоты шлакового порошка обыкновенным способом, а только лабораторным. Зола устойчивее по химическому составу, чем шлак, и активнее при гидратации гажи. Следующий фактор, действующий на схватывание, это способность водоотдачи и водоудерживаемости. Шлаковый порошок содержит спевшиеся частицы, которые характеризуются высокой водоотдачей, оказывают меньшее влияние на замедление схватывания раствора, чем зола, у которой этот фактор почти отсутствует. Такое свойство золы увеличивает сроки гидратации. Гажевый раствор с добавлением шлакового порошка чистотой 55—60% характеризуется быстрым сокращением начала схватывания (18—25 минут). Такое резкое падение объясняется тем, что влага, находящаяся в шлаковом порошке передается гаже быстрее, чем из золы. В первую очередь поглощается гажей та часть воды, которой обволакиваются недогоревшие, спекшиеся и другие частицы, а потом влага, содержащаяся в шлаке. Поэтому, чем выше степень загрязнения шлака, тем быстрее наступает начало схватывания. Чем ниже степень загрязнения, тем количество гажи в растворе меньше, она не в силах в единицу времени поглотить столько воды, сколько поглотит гажа, в которой степень чистоты золы или шлака низкая, так как, в этом случае, расходуется больше гажи. Таким образом, можно заключить, что: а) для более экономного расходования гажи лучше использовать золу, чем шлак; б) с добавлением золы или шлака (при насыщенности раствора водой) в гажевый раствор время начала схватывания увеличивается и находится в прямой зависимости от степени чистоты золы или шлака — чем больше степень чистоты, тем позже наступает начало схватывания.

Время окончания схватывания для накрывочного слоя или набрызга не имеет решающего значения, так как обработку накрывочного слоя необходимо закончить до начала схватывания. Следует отметить, что:

а) окончание схватывания гажевого раствора более ритмичным бывает при содержании золы, б) схватывание раствора, содержащего шлаковый порошок оканчивается резко, чем при содержании золы, а иногда раньше, чем только гажевого раствора. В нашем случае (из таблицы 79 видно), оно длится 21—27 минут, тогда, как только гажевый раствор оканчивает охватывание в течение 20—45 минут. Если сопоставить с этими показателями, показатели растворов кумысской гажи, то заметим, что начало и окончание схватывания растворов, приготовленных на основе условной гажи, золы или шлакового порошка почти совпадают. Незначительные отклонения происходят от минимальной разницы минералогического и химического составов условной и кумысской гажи. Из проведенных исследований вытекает, что физические и механические свойства (начало и окончание схватывания), условной и любой гажи совпадают, если их химический и минералогический состав приблизительно одинаковый. Наличие кремнезема не оказывает решающего влияния. Для определения минералов, влияющих на схватывание раствора, сравнивались гажи № 2 и № 4, которые имеют почти одинаковое количество глинистой субстанции и карбоната. Время схватывания этих гаж отличается. У гажи № 2 равняется 30 минуту а у гажи № 4—33 минуты. Влияние гипса, в этом случае, является решающим, чем больше гипса в гаже, тем раньше начинается схватывание. Проведенные эксперименты показали, что, чем больше глинистой субстанции, тем больше период от начала и до окончания схватывания раствора и наоборот, чем больше карбоната, тем меньше этот период. Это явление происходит потому, что глинистая субстанция впитывает влагу, набухает и отделяет друг от друга частицы гипса. Сила отталкивания этих частиц постепенно слабеет, так как гипс гидратируется и всасывает влагу, уменьшает его по объему и наступает момент, когда влажность уравнивается, в результате чего образуются кристаллы гипса. Кристаллизация во влажной среде по сравнению с кристаллизацией при нормальной влажности раствора начинается позднее, а если воды меньше, чем нужно для полной кристаллизации, то она начинается раньше нормального. Таким образом, перекачка воды от глинистой субстанции к гипсу будет активнее у тех гаж, которые содержат больше гипса, но меньше глинистой субстанции. У рассматриваемых гаж содержание гипса почти совпадает, значит увеличение периода от начала до окончания схватывания вызвано у гажи № 5 глинистой субстанцией. Нами были поставлены опыты с целью определения влияния щелочных растворов, полученных на основах карбонатов на гажу, в результате которых выяснилось, что карбонаты кроме ускорения окончания схватывания уменьшают раствор в объеме и незначительно повышают их прочность. Этот факт творит о том, что если пипс при твердении увеличивается в объеме, а в наших опытах раствор уменьшается, то карбонат, входящий в щелочь путем уплотнения гипса и глинистой субстанции, а также заполнения пустот, уменьшает раствор в объеме. Поэтому, чем больше гипса в растворе, тем меньше уменьшается он в объеме. Это вызвано тем, что набухшая глинистая субстанция теряет больше воды, чем в обычных условиях, когда для затворения раствора используется обычная вода. Большая усадка получается еще и от того, что глинистая субстанция при щелочном растворе теряет больше воды и содержит после карбонизации щелочи меньше естественной влаги по сравнению с образцами, растворенными на обыкновенной воде. Мы надеялись, что со временем естественная влажность образцов, приготовленных на обыкновенной питьевой воде и щелочном растворе уравновесится, но этого не произошло. Это говорит о том, что карбонат при твердении, уменьшая в объеме раствор и уплотняя его, не разбухает и поры остаются почта постоянной величины. Тут же нужно отметить, что эти разности незначительны. Так, например, круглая плита толщиной 3 мм и диаметром 18 ом уменьшилась после высыхания в диаметре на 0,5 мм. Прочность этих же образцов на сжатие и изгиб была почти одинаковой (незначительное повышение наблюдалось у смеси с щелочным раствором).

Из вышеописанного можно заключить, что для уменьшения времени начала схватывания и получения устойчивого объема при высыхании гажевого раствора нужно использовать гажу с меньшим содержанием глинистой субстанции и большим содержанием карбоната и гипса. Добавление гипса в большом количестве ухудшает качество раствора. Имеются факты, когда гипс вообще портит раствор и делает непригодным для штукатурных целей.

Зола и шлаки, содержащие карбонат, вступая в реакцию с водой образуют гидрат окиси кальция и другие соединения, которые оказывают воздействие на раствор после начала схватывания, что способствует быстрому окончанию схватывания (короткий период между началом и окончанием схватывания). Опыты показали, что, чем больше содержит гажа гипс, чтобы замедлить начало схватывания, тем больше нужно добавить в раствор золу или шлак. Это говорит о том, что образовавшийся гидрат окиси кальция и другие соединения на схватывание гипса — соединение кристаллов, действуют активно и препятствуют кристаллизации, поэтому раствор до начала схватывания сохраняет эластичность и при обработке малкой отсутствуют темные — прессованные полосы. Большой период высыхания раствора наблюдается в тех случаях, когда в растворе воды больше, чем требуется для полной вытяжки из шлака и золы щелочи и для поглощения другими элементами, входящими в раствор.

Значительное замедление схватывания при наличии излишней воды объясняется там, что лишняя вода, обволакивая частицы раствора, делает его более подвижным и создаются условия отдаления друг от друга элементов, которые должны вступить в реакцию схватывания. При испарении или же всасывании основанием — наметом воды наступает момент, когда количество воды в растворе уменьшается и сопротивление водяной пленки слабеет. Предел утончения водяной пленки бывает разным и зависит от количества гипса, входящего в гажу. Чем больше гипса в гаже, тем легче преодолевают частицы гипса и других элементов водяную пленку и раньше начинается схватывание, то есть с увеличением количества гипса в растворе можно увеличить количество воды, что повышает подвижность раствора. Наблюдались случаи, когда гажевый раствор в смеси с золой или шлаком при высоком содержании гипса отслаивался и схватывался, причем покрываемый водой раствор постепенно твердел, следовательно гажу с высоким содержанием гипса не всегда можно подчинить нашему желанию и регулировка начала и окончания схватывания не всегда зависит от нас. Практика показывает, что гажа, используемая в смеси с золой, шлаком, цементом или известью должна содержать гипс не более 50—60%.