Вплив кремнійорганічних просочуючих складів на міцність природного каменю

Вплив кремнійорганічних просочуючих складів на міцність природного каменю

Постановка проблеми у загальному вигляді та її зв’язок із важливими науковими чи практичними завданнями. В теперішній час в будівельній галузі збільшуються обсяги використання природних матеріалів, зокрема, природного каменю. Широко використовуються у будівництві породи середньої та невеликої міцності (вапняк, туф, черепашник, піщаник, мармур та ін.). Дані породи, маючи цінні декоративні якості, недовговічні, крім того, характерною особливістю природних силікатних та карбонатних матриць являється відносно низька механічна міцність, що обумовлює доцільність їх обробки кремнійорганічними просочуючими складами.

Аналіз останніх досліджень, у яких започатковано вирішення проблеми. У будівництві кремнійорганічні сполуки широко використовуються для зменшення водопоглинання [1] та підвищення атмосферостійкості цементного бетону [2], а також фіброцементних плит [3]. Слід також відмітити застосування кремнійорганічних складів для підвищення гідрофобності поверхні пористої керамічної цегли [4].

Порівняльна оцінка ефективності застосування індивідуальних кремнійорганічних препаратів для просочування пористих нерудних матеріалів дозволила визначити найперспективніші серед них [5]. В той же час неоднозначність впливу вказаних сполук, особливо на показники механічної міцності та водовідштовхувальні властивості просоченого поруватого природного каменю, викликає необхідність пошуку ефективніших шляхів їх застосування.

Цілі статті. Мета проведених досліджень полягає в розробці кремнійорганічних просочуючих складів для обробки природного каменю з метою підвищення його механічної міцності.

Об'єкт дослідження. В роботі використано найрозповсюдженіші у виробничій практиці облицювальні матеріали силікатного (пісковик, туф) та карбонатного (вапняк, черепашник) походження. За походженням дані матеріали можуть бути віднесені до осадових гірських порід. В якості кремнійорганічних просочуючих сполук запропоновано двота трикомпонентні склади на основі силіконатів натрію та калію, склади на основі останніх і гідролізату етилсилікату.

Методи дослідження. При дослідженнях використовували загальноприйняті стандартні методи, які дозволяють визначати механічну міцність просоченого природного каменю.

Виклад основного матеріалу дослідження з повним обґрунтуванням отриманих наукових результатів. Одним з напрямків поліпшення механічної міцності природного каменю, на наш погляд, може бути застосування двоі трикомпонентних сумішей на основі силіконатів лужних металів та гідролізату етилсилікату. Інформація про застосування таких сумішей для просочення пористих нерудних матеріалів практично відсутня.

Для просочення природного каменю застосовувались переважно двокомпонентні склади (№ 1−6) із співвідношенням метилсиліконату калію, етилі фенілсиліконатів натрію в межах від 1:2 до 2:1 в частинах по масі в перерахунку на сухий залишок, а також трикомпонентний склад № 7 із співвідношенням інгредієнтів 1:1:1. Сумарна концентрація просочуючих розчинів не перевищувала 5 мас. % у перерахунку на сухий залишок. В якості розчинника використовувалась вода. Аналогічні підходи використовувались і при підборі складів на основі гідролізату етилсилікату (просочуючі склади (№ 8−10) (табл. 1).

Таблиця 1.

Просочуючі склади на основі кремнійорганічних сполук (співідношення інгредієнтів в мас. частинах).

Співставлення ефективності застосування запропонованих складів здійснювалось з системою № 11, яка передбачала застосування сумішей водних емульсій поліетилгідридсилоксану і поліметилфенілсилоксану у поєднанні з гідролізатом етилсилікату в межах відмічених вище концентрацій.

За результатами дослідження межі міцності на згин і стиск та за їх відносною зміною порівняно з вихідним матеріалом здійснювалась оцінка ступеню впливу просочуючих складів на механічну міцність природного каменю. Остання визначалась як відношення різниці міцностей просоченого каменю двочи трикомпонентним складом і вихідного матеріалів до середньоарифметичної різниці відповідної межі міцності між просочених індивідуальними сполуками, що входять відповідно до згаданих вище складів, та вихідними матеріалами. Ця величина безрозмірна і може варіювати від нуля як в бік збільшення так і зменшення. Нульове відхилення фіксується при однаковій міцності просоченого і вихідного матеріалів.

Аналіз ступеню впливу просочуючих складів на міцність вапняку показав наявність суттєвих відмінностей (до 2,5 разів). У випадку міцності на згин максимум фіксується після використання трикомпонентного складу № 11 для складу № 1, а мінімум для № 5. Найбільшу зміцнюючу дію серед досліджуваних складів (в 2,06 разів) також проявляє склад № 1. Найменш ефективна дія виявлена для складу № 9 (відносна міцність зменшується вдвічі).

Максимальна абсолютна міцність на стиск фіксується при використанні складу № 2, а мінімальна як у попередньому випадку для складу № 5. Тоді як відносна зміна виглядає дещо інакше: значення максимуму також зафіксовано для складу № 2, але лише після дії суміші під № 11. Найменша відносна зміна міцності (на рівні - 0,72) відмічена для складу № 9.

Таким чином, стосовно підвищення рівня механічної міцності просоченого вапняку, порівняно з контрольним матеріалом, перевага спостерігається у випадку використання сумішей метилта етилсиліконатів натрію. Найменш ефективним є застосування складів № 5 та № 9 (табл.2).

Таблиця 2 Механічна міцність просоченого кремнійорганічними сумішами вапняку.

Стосовно черепашнику просоченого сумішами кремнійорганічних сполук необхідно констатувати неоднозначність впливу останніх, за виключенням складу № 11, на показники міцності на згин і стиск (табл. 3). Лише даний склад забезпечує переконливе зростання механічної міцності на фоні всіх досліджуваних складів.

Таблиця 3 Механічна міцність просоченого кремнійорганічними сумішами черепашнику.

У випадку міцності на згин далі слідує склад № 9, а за ним — № 2. Найменший ефект фіксується при застосуванні складів № 7 та № 8.

Найвища абсолютна міцність на стиск спостерігається в результаті просочення складом № 5. Наступним серед бінарних складів слід відмітити суміш № 1. В такому ж порядку відбувається і відносна зміна міцності на стиск, тоді як найвищі показники відмічені для складу № 11.

Мінімальний вплив на показники міцності відбувається відповідно при використанні складів № 8 та 9.

Отже, застосування двокомпонентних складів для просочення черепашнику характеризується неоднозначним впливом на зміну міцності на згин та стиск. В першому випадку найкращі результати зафіксовані при використанні систем на основі фенілсиліконату натрію та гідролізату етилсилікату і метилсилікату калію та етилсилікату натрію. Поєднання етилта фенілсиліконатів натрію найбільш ефективно впливає на зміну міцності на стиск для черепашнику.

Зміна хімічного характеру неорганічної матриці з карбонатної на силікатну супроводжується збереженням неоднозначності впливу просочуючих складів на механічну міцність пісковика на згин та стиск.

Позитивна відносна зміна її в першому випадку стабільно спостерігається при застосуванні препаратів з фенілсиліконатом натрію і метилсиліконатом калію (склад № 4) та трикомпонентних складів на основі силіконатів (склад № 7). Мінімальні зміни на рівні 0,56 — 0,64 відмічені для препаратів на основі гідролізатів етилсилікату (№ 8, 10) (табл. 4).

кремнійорганічний міцність камінь нерудний Таблиця 4 Механічна міцність просоченого кремнійорганічними сумішами пісковику.

Максимальна міцність на згин спостерігається при застосуванні складів № 11 та № 7, а мінімальна, відповідно, № 3 та № 1.

Слід відмітити стабільно високу ефективність використання складу № 7 для просочення пісковику, який забезпечує і максимальну міцність матеріалу на стиск. Серед інших складів заслуговує на увагу склад № 2. Мінімальна абсолютна міцність на стиск фіксується при використанні складів № 8 та 10, а відносна — при обробці складами № 5, 6.

Таким чином, для зміцнення пісковику найефективнішим є використання трикомпонентного складу на основі силіконатів лужних металів. Дещо менш ефективним є застосування складу № 2.

Найвищі показники міцності просоченого туфу зафіксовані при використанні складу на основі метилсиліконату калію і етилсиліконату натрію (№ 2). Дещо нижчі значення міцності на згин відмічені у випадку просочення складами на основі фенілсиліконату натрію (№ 6,7). Мінімальна міцність спостерігається при застосуванні сумішей на основі гідролізату етилсилікату (табл. 5).

Таблиця 5.

Механічна міцність просоченого кремнійорганічними сумішами туфу.

Аналогічна картина спостерігається при дослідженні зміни міцності на стиск. Слід відмітити досить високі показники міцності (відповідно 18,8 МПа у 10,26 разів) у випадку використання суміші № 11. Склад № 11 дещо поступається за абсолютними показниками межі міцності. Найнижчі параметри міцності спостерігаються при просоченні складом № 9.

Тобто, стосовно впливу просочуючих складів на міцність туфу, можна однозначно констатувати беззаперечну перевагу сумішей метилсиліконату калію та етилсиліконату натрію.

Висновки та перспективи подальших досліджень

Підсумовуючи викладене, необхідно констатувати, що представлені результати досліджень дозволяють достовірно оцінити ефективність застосування бінарних і трикомпонентних складів для підвищення механічної міцності просочених нерудних матеріалів, визначитися у кожному конкретному випадку із найбільш перспективними складами і надати оцінку оптимальності різних варіантів їх використання.

Дана кількісна оцінка випливу розроблених складів на зміну механічної міцності за абсолютним показником (по межі міцності на згин і стиск) та за відносною їх зміною порівняно з вихідним матеріалом на прикладі вапняку, черепашнику, пісковику і туфу. Визначено найефективніші склади кремнійорганічних просочуючих сумішей.

Література

• 1. Колесник Д.Ю.Технологічні властивості олігоорганосилоксанів у поверхневому шарі цементобетонних матеріалів / Колесник Д. Ю., Коваль П. М., Сиченко В. Г. // Залізничний транспорт України. — № 3. — 2006. — С.46−48.
• 2. Підвищення атмосферостійкості цементобетонних матеріалів поверхневою обробкою силоксановими композиціями / [П.М. Коваль, Д. Ю. Колесник, В. Г. Сиченко, А.П. Баглай] // Нові технології в будівництві. — 2005. — № 1(9). — С. 65−68.
• 3. Мухаметрахимов Р. Х. Исследование влияния кремнийорганических соединений на свойства фиброцементных плит / Мухаметрахимов Р. Х., Готов В. С. // Известия КГАСУ. — 2011. — № 4 (18). — С.254−258.
• 4. Варшавець П. Г. Сучасні методи захисту будівельних матеріалів від зовнішніх агресивних факторів / П. В. Захарченко, П. Г. Варшавець // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. — К.: Знання. — 2012. — Вип.45. — С.73−75.
• 5. Золотарьова О. Г. Кремнійорганічні сполуки для гідрофобізації нерудних матеріалів / Золотарьова О. Г. // Товари і ринки. — К. КНТЕУ. — 2013. — № 2. — С.148−156.