Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка самоочищающейся шпатлевки на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего с добавлением нанодисперсного диоксида титана

Сведения об участнике
ФИО
Шайхалисламова Айгуль Фелуновна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Строительные материалы
Тема
Разработка самоочищающейся шпатлевки на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего с добавлением нанодисперсного диоксида титана
Резюме
Разработан состав самоочищающейся шпатлевки с улучшенными физико-техническими свойстсвами на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ). Введение метакаолина – в качестве пуццолановой добавки позволит сократить образование эттренгита. А применение диоксида титана, обладающего высокой фотокаталитической активностью, обеспечит создание самоочищающегося эффекта на поверхности конструкции за счет разложения загрязняющих веществ. В работе подобран оптимальный состав гипсоцементно-пуццолановой композиции и показана возможность модификации ГЦПВ порошком диоксида титана. Определена эффективность самоочищаемой способности в модифицированном вяжущем.
Ключевые слова
гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, метакаолин, диоксид титана, фотокатализ, самоочищение
Цели и задачи
Целью научно-исследовательской работы является разработка самоочищающегося строительного материала и выявление возможности протекания фотокаталитических реакций в композициях на основе гипса и портландцемента, модифицированных ультра- и нанодисперсными добавками.
Для достижения поставленной цели требуется:
- провести анализ современного состояния и недостатков исследований разработок композиционных материалов на основе сульфата кальция и портландцемента с полимерными, ультра- и нанодисперсными модификаторами;
- подобрать оптимальный состав гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ) с повышенными физико-механическими характеристиками;
- выявить возможность модификации ГЦПВ нанодисперсными добавками. Оценка фотокаталитической активности модифицированного вяжущего водной дисперсией на основе нанодисперсного порошка диоксида титана;
- разработать составы на основе модифицированного ГЦП вяжущего для дальнейшего применения в качестве отделочного строительного материала.
Введение

Одним из эффективных и экономически целесообразных методов повышения прочности гипсовых вяжущих является введение в их состав портландцемента и пуццолановой добавки [1,2]. С точки зрения потребителя, важно использовать материал, который будет долго сохранять свои эстетические свойства, при этом отвечая современным санитарно-гигиеническим нормам. Для решения данной проблемы, была представлена возможность применения самоочищающихся композиционных строительных материалов. Способность к самоочищению разрабатываемой композиции достигается путем, добавление в ГЦПВ наноразмерных частиц диоксида титана (TiO2) в кристаллической модификации анатаз, который характеризуется химической стабильностью и легкодоступен [4,11].

Методы и материалы

Для получения разрабатываемой композиции использовались следующие материалы:

- Гипс марки Г5;

- Портландцемент марки ЦЕМ I 32,5Б;

- Метакаолин МКЖЛ-1;

- Нанодисперный порошок диоксид титана в модификации - анатаз;

- Пластификатор MELFLUX 1641 F.

Физико-механические методы исследования

            Испытания образцов механическим методом проводятся в соответствии с требованиями [12], в работе образцы подвергались механическим испытаниям на гидравлическом прессе ПГМ-100МГ4. Испытательный пресс ПГМ-100МГ4 предназначен для испытаний на сжатие образцов из ячеистого бетона и раствора с размером грани до 10 см по ГОСТ 10180, ГОСТ 28570, цементных и гипсовых балок по ГОСТ 310.4 на сжатие и на изгиб. Пресс ПГМ-100МГ4 дополнительно обеспечивает возможность испытаний асфальтобетонных образцов по ГОСТ 12801. Для проведения испытаний по оценки фотокаталитической активности образцов, использовалась УФ лампа (26W) и цифровой фотоаппарат для проведения фотофиксаций образцов.

 

Описание и обсуждение результатов

Для определения оптимального состава гипсоцементно-пуццолановой композиции, изготавливались стандартные образцы-балочки размерами 160х40х40 мм. Водовяжущее отношение подбиралось по нормальной густоте ГЦПВ (150-210 мм) согласно ГОСТ 31376-2008. Контрольные образцы испытывались на 28 сутки в нормальных условиях. В качестве контрольного образца взят состав из чистого гипса.

Таблица.5. Процентное соотношение компонентов исследуемых составов

№ состава

Гипс (%)

Портландцемент (%)

Метакаолин (%)

1

75

20

5

2

65

25

10

3

75

15

10

4

65

30

5

            Анализ результатов испытаний прочностей (рис.5.), выявил, что наилучшие прочностные характеристики наблюдаются у составов с замещением 5-ти % портландцемента ультрадисперсной добавкой. Наилучший показатель предела прочности на изгиб наблюдается у состава №1 - Rизб28 = 6,65 МПа, предел прочности на сжатие – у состава № 4 - Rсж28 = 16,93 МПа. Данные составы были выбраны для дальнейшего изучения.

Рис.5. Диаграмма зависимости прочности от процентного соотношения компонентов гипс/портландцемент/метакаолин

           Для выявления возможности модификации ГЦПВ нанодисперсной добавкой, проводилась качественная оценка фотокаталитической активности модифицированного вяжущего. Модификацию ГЦП композиции проводили путем смешивания ГЦПВ и суспензии. Суспензию получали при смешивании дистиллированной воды, нанодисперсного порошка диоксида титана в количестве 10 % от массы вяжущего и пластификатора MELFLUX 1641 F [13]. Пластификатор служит в качестве высокоэффективного диспергатора. Состав наносился на поверхность подложки изготовленной из легкого бетона. После высыхания состава, на поверхность были нанесены растворы кобальтовой соли CоCl2 и хромовой соли Cr2(SO4)3. Затем образцы облучали ультрафиолетовыми лучами. Через каждые 30 минут проводилась фотофиксация образцов.

Рис.6. Фотография исследуемого образца

а) до облучения; б) после 8 часов УФ облучения

            Анализ результатов УФ облучения (рис.6.) выявил, что в процессе 8-ми часового ультрафиолетового облучения происходить разрушение частиц неорганического красителя в результате чего, происходить очищение поверхности, что в свою очередь доказывает фотокаталитическую активность модифицированного вяжущего.

Используемые источники
1. Волженский А.В., Стамбулко В.И., Ферронская А.В. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. - М.: Стройиздат. 1971. С. 318.
2. Коровяков В.Ф., Гипсовые вяжущие и их применение в строительстве//Рос.хим.ж. (Ж. Рос.хим. об-ва. Им. Д.И. Менделеева), 2003, т. XLVII, №4. С. 22-23.
4. 1.Hangfeldt A., Gratzel M. Light-induced redox reactions in nanocrystalline systems // Chem. Rev.– 1995. – Vol. 95. – P. 49-68.
11. Благутина В., Очистка светом// Химия и жизнь. 2003. №9. С. 12.
12. ГОСТ 10181-2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний»
13. Шайхалисламова А.Ф., Михайлов А.Н., Токарев Ю.В., Оценка фотокаталитической активности диоксида титана на поверхности отделочных материалов // «Выставка инноваций – 2015 (осенняя сессия)».-2015.- С. 28-34.
Information about the project
Surname Name
Shaikhalislamova Aigul
Project title
The development of self-cleaning fillings on the basis of gypsumcement-pozzolan binder with the addition of nanosized titanium dioxide
Summary of the project
A self-cleaning composition of filler with improved physical and technical characteristics on the basis of gypsumcement-pozzolan binder (GTSPV).Introduction metakaolin - as a pozzolanic additive in the composite material will reduce the number ettrengit formation.The use of titanium dioxide having a high photocatalytic activity, developed as part of fillings, ensure the creation of a self-cleaning effect on the surface of the structure due to the decomposition of pollutants.In the optimal composition of gypsum cement, pozzolanic composition and the possibility of modifying GTSPV nanodispernym titanium dioxide powder. The efficiency of self-cleaning ability of the modified binder.
Keywords
gypsumcement-pozzolan binder, metakaolin, titanium dioxide, photocatalysis, self-cleaning.