ВКР: Разработка самоочищающейся шпатлевки на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего с применением диоксида титана

Актуальность и цель работы
Одним из основных направлений в строительстве является разработка материалов с повышенными прочностными характеристиками. Но для потребителя также важно применять материалы не только с высокими показателями физико-механических характеристик, но и такие, которые будут отвечать следующим требованиям:
экологическая безопасность;
длительный период эксплуатации;
эстетичность;
экономическая эффективность.
В связи с этим становится актуальна разработка самоочищающейся шпатлевки на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего с добавлением диоксида титана в качестве фотокатализатора. Сочетание всех компонентов, входящих в состав разрабатываемой композиции, придают ей такие свойства как: долговечность, гидрофильность, бактерицидность.
Цель работы - исследование процессов структурообразования и фотокаталитических реакций в композициях на основе гипса и портландцемента, модифицированных ультра- и нанодисперсными добавками.
2

Задачи
провести анализ современного состояния разработок композиционных материалов на основе гипса и портландцемента с ультра- и нанодисперсными модификаторами;
подобрать оптимальный состав гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ) с повышенными физико-механическими характеристиками;
выявить возможность модификации ГЦПВ и оценить фотокаталитическую активность модифицированного вяжущего водной дисперсией на основе нанодисперсного порошка диоксида титана;
исследовать структуру и свойства композиции на основе гипса и портландцемента модифицированной ультра- и нанодисперсными добавками.
3

Впервые разработан состав самоочищающейся шпатлевки с улучшенными физико-техническими характеристиками на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ).
Доказана возможность модификации ГЦПВ нанодисперным порошком диоксида титана.
Установлена эффективность фотокаталитической активности в модифицированном вяжущем.
Разработана технологическая схема изготовления шпатлевочной смеси для дальнейшего применения в качестве отделочного материала.
4
НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Минеральное вяжущее
Гипс марки Г-5 корпорации «Волма», соответствующий требованиям ГОСТ 125-79;
Белый портландцемент марки ЦЕМ I 32,5Б;
Модифицирущая добавка
Нанодисперсный диоксид титана, компании ЗАО «Промхимпермь».
Метакаолин МКЖЛ, компании ООО «Пласт-Рифей»;
Поликарбоксилатный пластификатор Melflux 1641 F, компании «Degussa Construction Polymers (SKW) Trostberg».
5
МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПОДБОР ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА
ГИПСОЦЕМЕНТНО-ПУЦЦОЛАНОВОГО ВЯЖУЩЕГО
6

(а) (б)
Макроструктуры ГЦПВ:
при 190-кратном увеличении - (а); при 188-кратном увеличении – (б)
7
МАКРОСТРУКТУРА ОБРАЗЦА

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
8
а) б)
Молекулы в соединении до оптимизации - (а); после оптимизации– (б)
TiO2
Углерод
Поликарбоксилат Melflux
Поликарбоксилат Melflux
TiO2
Водород
Кислород
Натрий
Титан
Молекулы

Выявление фотокаталитической активности модифицированного гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
до УФ облучения - (а); после 8-ми часового УФ облучения– (б)
1
1
2
2
1 – раствор кобальтовой соли CоCl2
2 – раствор хромовой соли Cr2(SO4)3
9

ИК-спектральный анализ
ИК-спектр модифицированного ГЦПВ, до и после 8-ми часового УФ облучения
10
О-H
Н2О
CО3
HCO3
SО4
О-H
Н2О
CО3
SO4
SO4
CО3
О-Si-О
СоО

11
Melflux 1641 F
Вода
Резервуар 2 (с дополнительным перемешиванием)
Пульт управления
Технологическая схема изготовления шпатлевочной смеси
ПЦ
Метакаолин
Диоксид титана
Весовой дозатор
Резервуар 1 (с дополнительным перемешиванием)

Выводы
Экспериментально установлено, что наилучшие прочностные показатели при соотношение компонентов 75:20:5 (Г:ПЦ:М), где предел прочности на изгиб в возрасте 28 суток увеличился в два раза по сравнению с контрольным образцом.
Впервые показана эффективность модификации гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ) наноразмерным диоксидом титана.
Предложена кванто-химическая модель, обосновывающая взаимодействие фотокатализатора – диоксида титана с высокоэффективным поликарбоксилатным диспергатором.
12

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена фотокаталитическая активность модифицированного вяжущего, что подтверждается разрушением частиц неорганического красителя, при 8-ми часовом ультрафиолетовом облучении.
5. Разработан состав и технологическая линия производства шпатлевки на основе модифицированного ГЦПВ для практического применения.
Выводы
13

1. Шайхалисламова А.Ф., Изряднова О.В., Плеханова Т.А., Сычугов С.В., Нуриева Л.З.,Хрушкова Н.В. Комплексное влияние нанодисперсных добавок на физико-механические характеристики гипсоцементно-пуццоланового вяжущего // Международная научно-техническая конференция «Юность и знание – гарантия успеха», ЮЗГУ, 2014, с. 140-143.
2. Шайхалисламова А.Ф., Изряднова О.В., Яковлев Г.И., Плеханова Т.А., Нуриева Л.З.,Хрушкова Н.В., Шайхалисламова А.Ф., Лёгкий бетон на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего с наполнителем из вспученного перлитового песка// Сборник тезисов «Выставка инновационных проектов - 2015», ИжГТУ имени М.Т.Калашникова, 2015, С. 69-73.
3. Шайхалисламова А.Ф., Изряднова О.В., Яковлев Г.И., Плеханова Т.А., Нуриева Л.З., Хрушкова Н.В., Модификация лёгкого бетона на перлитовом заполнителе ультра- и нанодисперсными добавками // Интеллектуальные системы в производстве. Ижевск, 2015, № 1. С. 163-167.
4. Шайхалисламова А.Ф., Изряднова О.В., Плеханова Т.А., Сычугов С.В., Нуриева Л.З., Хрушкова Н.В., Влияние супераластифицирующих добавок на свойства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих // Всероссийская научно-техническая конференция «Молодые ученые – ускорению научно-технического прогресса в ХХI веке». Ижевск, 2015, с. 822- 826.
Апробация работы
14

5. Шайхалисламова А.Ф., Михайлов А.Н., Токарев Ю.В. Оценка Фотокаталитической Активности Диоксида Титана На Поверхности Отделочных Материалов // Сборник Выставка Инноваций - 2015 (Осенняя Сессия) Электронное Научное Издание : Сборник Материалов Xx Республиканской Выставки-сессии Студенческих Инновационных Проектов. 2015. С. 25-31.
6. Шайхалисламова А.Ф., Михайлов А.Н., Первушин Г.Н., Яковлев Г.И., Токарев Ю.В. Модификация Гипсоцементно-пуццоланового Вяжущего Нанодисперным Порошком Диоксида Титана // Сборник Выставка Инноваций - 2016 Сборник Материалов Xxi Республиканской Выставки-сессии Студенческих Инновационных Проектов. Сер. "Весенняя Сессия", 2016. С. 117-121.
7. Шайхалисламова А.Ф., Михайлов А.Н., Нуриева Л.З. Возможность Применения Диоксида Титана // В Строительстве
В Сборнике: Материалы И Методы Инновационных Исследований И Разработок Сборник Статей Международной Научно-практической Конференции: В 3 Частях. 2016. С. 39-42.
15