ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ ЗАГУСТИТЕЛЯ И ЗАМЕДЛИТЕЛЯ СХВАТЫВАНИЯ НА СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.96.6.011

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ ЗАГУСТИТЕЛЯ И ЗАМЕДЛИТЕЛЯ СХВАТЫВАНИЯ НА СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

Научная статья

Кидакоев М.М.1&, Крымова В.Г.2, Кидакоева М.М.3*

* Корреспондирующий автор (meremhan2377[at]mail.ru)

Аннотация

Представлены статистические методы математического моделирования строительно-технологических свойств сухих строительных смесей (ССС) на примере гипсовой штукатурной смеси. Представлен план многофакторного исследования влияния загустителя и замедлителя схватывания на предел прочности при сжатии, при изгибе и прочности сцепления. Разработаны полнофакторные планы двухфакторной модели, при минимальном (0,02%; 0,04%) и максимальном (0,2%; 0,1%) уровне дозировки загустителя и замедлителя схватывания соответственно. Получены уравнения регрессии выходных параметров в виде полинома второй степени с применением регрессионного и корреляционного анализа экспериментальных данных. Получены уравнения нелинейной регрессии. Представлены результаты корреляционного и регрессионного анализа.

RESEARCH OF THE INFLUENCE OF THICKENING AND RETARDING AGENTS ON THE BUILDING AND

TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF DRY BUILDING MIX

Research article

Kidakoev M.M.1, Krymova V.G.2, Kidakoeva M.M.3*

* Correspondent author (meremhan2377[at]mail.ru)

Abstract

The article presents statistical methods of mathematical modeling of construction and technological properties of dry building mixtures (DBM) with the help of plaster stucco used as an example. A multifactorial study plan of the effect of a thickening and retarding agent on compressive strength, bending, and adhesion strength is presented. Full-factor designs for a two-factor model are developed, with a minimum (0.02%; 0.04%) and maximum (0.2%; 0.1%) dosage level of the thickening and retarding agent, respectively. The regression equations of the output parameters are obtained in the form of a polynomial of the second degree using regression and correlation analysis of the experimental data. Equations of non-linear regression are obtained. The results of correlation and regression analysis are presented.

Введение

В настоящее время во время проведения самых различных ремонтных или строительных работ применяются сухие строительные смеси. Смеси сухие могут быть использованы для выравнивания различных поверхностей, для плиточных и кладочных работ, для шпаклевочных и изоляционных работ [3], [4].

Изготовление сухих строительных смесей происходит в заводских условиях. Для каждого отдельного вида строительных работ существует свой собственный рецепт приготовления смеси. Эти рецепты содержат ингредиенты и пропорции, которые необходимы для приготовления смесей. Как известно, от ингредиентов, входящих в состав смеси, зависят ее свойства [6], [9].

Применительно к растворам, с помощью функциональных добавок регулируют: скорость твердения (сроки набора прочности); прочность при сжатии и изгибе; прочность клеевого шва (прочность сцепления); общую и капиллярную пористость; деформации усадки и расширения; плотность; гидрофобность; долговечность (атмосферостойкость, водостойкость, морозостойкость, химическую и биохимическую стойкость) [7], [5].

Методы и принципы исследования

В настоящей статье представлено исследование влияния загустителя и замедлителя схватывания на строительно-технологические свойства гипсовой штукатурной смеси (ГШС).

Экспериментальные исследования основных технологических и свойств ГШС проведены в лабораторных условиях испытательного центра ООО Черкесскстром «ЛИТОКС» г. Черкесска в 2019-2020 годах.

В ходе проведения экспериментальных исследований строительно-технологических свойств ГШС были систематизированы сочетания исследуемых факторов (загустителя и замедлителя схватывания) в виде двух планов двухфакторного опыта на двух уровнях (2*2) [1], [2].

Первый план соответствует минимальный дозировке водоудерживающих (Х2= 0,1%) и порообразующих (X¡= 0,005%) добавок.

Второй план соответствует максимальной дозировке соответствующих добавок (Х2= 0,2%, Х;= 0,05%).

Разработанные таким образом планы экспериментов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Матрица исходных данных проведения исследований влияния загустителя Х3 и замедлителя схватывания Х4 на строительно-технологические свойства ГШС

Факторы и функции отклика Добавки Регистрируемые параметры

№ опыта Загуститель Замедлитель схватывания Предел прочности при сжатии Предел прочности при изгибе Прочность сцепления (адгезия)

Код: Хс Хз Х4 У4 У5 Уе

Ед. изм. % % МПа МПа МПа

В.уровень 0,2 0,1 Значение % изменения Значение % изменения Значение % изменения

Н.уровень 0,02 0,04

С. уровень 0,11 0,07

Примечание. Верхние значения в ячейках регистрируемых параметров соответствуют нижнему уровню дозировки факторов Х2=0,1%; Х1=0,005%, нижние значения верхнему уровню дозировки соответствующих факторов Х2=0,2%; Х 1=0,05%.

Статистический анализ полученного массива данных производится при помощи пакета прикладных программ «STATISTIKA», «Пакет анализа» и «Поиск решения» в MS Excel и имеет цель получить уравнение регрессии и установить степень влияния каждого фактора на основной показатель строительно-технологических свойств для двух вышеуказанных планов.

Основные результаты

Уравнения регрессии, характеризующие поверхность отклика зависимости от дозировки загустителя и замедлителя схватывания, были получены в виде полинома второй степени и имеют вид:

- для минимального уровня дозировки факторов Х2=0,1%; Х1=0,005%

У = 1,0826-10,0379 • Х32 + 123,5119 • Х42 (1)

У = 0,044281 - 0,40404 • Х32 + 5,23 • Х4 2 (2)

У = 0,27 + 4,05303 • Х 2 + 3,154762 • Х/ (3)

- для максимального уровня дозировки факторов Х2=0,2%; Х1=0,05%

У = 0,833-4,3561 • Х,2-18,75 • Х 2

У5 = 0,035064-0,189394• Х3 -0,77381 • Х4 (5)

У6 = 0,48145-3,0303 • Хз2 -9,52381 • Х42 (6)

Как видно из уравнения регрессии, предел прочности при сжатии и изгибе более чувствителен к изменению дозировки замедлителя схватывания Х4. Значения коэффициентов регрессии перед переменной Х4, для всех уравнений имеет наибольшее значение и составило (123,5119; 5,23; 3,154762; -18,75; -0,77381; -9,52381 соответственно)

Анализируя показатели корреляционного и регрессионного анализа представленных в таблице 2 можно отметить следующее:

Однако, для верхнего уровня дозировки факторов Х2=0,2%; Х;=0,05% значение коэффициента детерминации для прочности сцепления Y6 составило всего 0,28, что позволяет сделать вывод о нецелесообразности использования выбранной математической модели при исследовании влияния загустителя и замедлителя схватывания на прочность сцепления (адгезию).

Кроме того, влияние изменения значения загустителя и замедлителя схватывания на прочность сцепления Y6 практически одинаково. Причем для максимального уровня дозировки Х1 и Х2 наблюдается отрицательное влияние загустителя и замедлителя схватывания на адгезию, т.е. увеличение дозы Х3 и Х4 приводит к снижению прочности сцепления.

Изменение прочности сцепления определяется в основном варьированием дозы загустителя Х3 (b*(x3)=0,95; -0,44 для нижнего и верхнего уровня доз Х1 и Х2 соответственно).

Основные характеристики регрессионного и корреляционного анализа представлены в таблице 2.

Распределение изменения показателей строительно-технологических свойств ГШС, для различных сочетаний исследуемых факторов (загустителя Х1, замедлителя схватывания Х2), при минимальной и максимальной дозировке водоудерживающих и порообразующих добавок, позволяет отметить резкое снижение пределов прочности на изгиб и сжатие, практически для всех возможных сочетаний дозировок загустителя и замедлителя схватывание в 1,9.4,8 и 1,8.4,8 раза соответственно.

Таблица 2 - Основные показатели корреляционного и регрессионного анализа

Значение

Наименование показателя Предел прочности при сжатии, Y4, МПа Предел прочности при изгибе, Y5, МПа Прочность сцепления (адгезия) , Y6, МПа

Коэффициент множественной корреляции 0,964 0,943 0,963 0,943 0,966 0,53

Коэффициент детерминации (R2) 0,93 0,89 0,93 0,89 0,93 0,28

Стандартизированные коэффициенты регрессии (Beta): b*(x3),b*(x4) -0,35, 0,90 -0,67, -0,64 -0,33, 0,91 -0,71, -0,62 0,95, 0,15 -0,44, -0,29

Стандартная ошибка аппроксимации 0,307 0,0825 0,013 0,0035 0,043 0,23

А 0,175082 0,180666 0,100460

Хз2 0,419167 0,434376 0,168494

Х42 0,183434 0,182889 0,651671

Примечание: Верхние значения в ячейках регистрируемых параметров соответствуют нижнему уровню дозировки факторов Х2=0,1%; Х1=0,005%, нижние значения верхнему уровню дозировки соответствующих факторов Х2=0,2%; Х 1=0,05%.

Однако для смеси, в которой доза загустителя находится на верхнем уровне Хз=0,2%, а доза замедлителя схватывания на нижнем уровне Х4=0,04%, изменение дозировки порообразующей и водоудерживающей добавок с минимального уровня (Х2=0,1%; Х1=0,005%) до максимального значения (Х2=0,2%; Х1=0,05%) не оказывает практического влияния на изменение предела прочности при сжатии, изгибе и на адгезию. Так изменение этих показателей составила всего - 7...10 %.

Наиболее значимое влияние изменения дозировки порообразующей и водоудерживающей добавок, зарегистрировано для смеси, в которой доза как загустителя Х3, так и замедлителя Х4 соответствует максимальному значению (Хз=0,2% ; Х4=0,1%).

Так для этого сочетания факторов Х3, Х4, при увеличении количества водоудерживающей и порообразующей добавок с Х2=0,1% Х1=0,005% до Х2=0,2% Х1=0,05%, привело к снижению пределов прочности при сжатии и изгибе в 4,8 раза, а адгезии в 3,2 раза.

Такая тенденция изменения основных показателей строительно-технологических свойств (предел прочности при сжатии, изгибе, адгезия) на наш взгляд показывает, что увеличение дозировок водоудерживающей и порообразующей добавок (способствующих увеличению вязкости, пластичности, образованию пористый структуры) обуславливает

снижение прочностных свойств ГШС, т. е. при увеличении вязкости, пластичности и пористой структуры исходной смеси, технологические свойства увеличиваются, а строительно-технологические снижается.

Однако, при этом, практически для всех сочетаний исследуемых факторов, наблюдается увеличение адгезии на 10.. .77%. За исключением рецепта смеси, в котором доза загустителя и замедлителя схватывания находится на верхнем уровне Хз=0,2%, Х4=0,1%. В этом случае, увеличение дозы порообразующей и водоудерживающей добавок с минимального до максимального уровня, приводит к снижению прочности сцепления в 3,2 раза.

Кроме того, рецепт смеси, где доза загустителя на нижнем уровне Х3=0,02%, а доза замедлителя схватывания на верхнем уровне Х4=0,1%, характеризуется наибольшим реагирование на одновременное увеличение дозы порообразующей и водоудерживающей добавок. Для этого рецепта увеличение порообразующей и водоудерживающей добавок с минимального до максимального уровня, приводит к увеличению адгезии практически в 2 раза. Такое варьирование прочности сцепления позволяет отметить, что при одновременном снижении дозы загустителя с 0,2% до 0,02% и увеличении водоудерживающей и порообразующей добавок с минимального до максимального уровня, приводит к увеличению адгезии в 3,3 раза.

Таким образом варьирования прочности сцепления определяется, в основном, дозой загустителя.

Максимальное изменение прочностных свойств ГШС, при увеличении дозы водоудерживающей и порообразующей добавок с Х2=0Д%; Х¡=0,005% до Х2=0,2%; Х;=0,05%, установлено для рецептур, при которых значение замедлителя схватывания находится на верхнем уровне Х4=0,1%. Это говорит о том, что варьирование загустителя Х3 практически не оказывает влияния на прочностные свойства. То есть при максимальных дозах замедлителя схватывания Х4, дозировка водоудерживающей и порообразующей добавок, в основном, определяет изменение прочностных свойств ГШС.

Максимальное значение предела прочности при сжатии 74= 2,16 МПа и изгибе 75=0,09 МПа для минимальных значений водоудерживающей и порообразующей добавок Х2=0,1% и Хг=0,005% соответствует рецепту, при котором, доза загустителя Х3=0,02% и доза замедлителя схватывания Х4=0,1%, а для максимальных значений Х2=0,2% и Х1=0,05% соответствует рецепту Х3=0,02% и Х4=0,04%, для которого предел прочности при сжатии 74= 0,76 МПа, и предел прочности при изгибе 75= 0,032 МПа.

Наименьшее значение предела прочности при сжатии 74=0,725 МПа и изгибе 75=0,03 Мпа, для минимальных значений водоудерживающей и порообразующей добавок (Х2=0,1%, Х;=0,005%), соответствует рецепту, при котором доза загустители Х3=0,2% и доза замедлителя схватывания Х4=0,04%, а для максимальных значений Х2=0,2%, Х;=0,05% соответствует рецепту Х3=0,2%, Х4=0,1%, для которого предел прочности при сжатии 74= 0,430 МПа, а предел прочности при изгибе 75= 0,029 МПа.

То есть, при увеличении дозы водоудерживающей и порообразующей добавок с минимального (Х2=0,1%, Х1=0,005%) до максимального уровня (Х2=0,2%, Х1=0,05%), на предел прочности при сжатии и изгибе оказывает влияние только снижение дозы замедлителя схватывания, при одном и том же значении загустителя.

Сравнивая показатели прочности сцепление для рецепта (Х3=0,02%, Х4=0,1%) можно отметить, что для минимального значения водоудерживающей и порообразующей добавок (Х2=0,1%, Х;=0,005%) адгезия принимает минимальное значение (7?=0,283МПа), а для максимального уровня водоудерживающей и порообразующей добавок (Х2=0,2%, Х,=0,05%), максимальное значение 7б=0,5МПа.

Рис. 1 - Поверхность отклика предела прочности при сжатии (У4) при нижнем уровне (Х2=0,1%; Х1=0,005%), и верхнем уровне (Х2=0,2%; Х;=0,05%) дозировки водоудерживающей и порообразующей добавок соответственно.

Хг0Д%; Х1«а005%

Х^0:2°о; Х1=0:05!о

Рис. 2 - Поверхность отклика предела прочности при изгибе (У5) при нижнем уровне (Х2=0,1%; Х;=0,005%), и верхнем уровне (Х2=0,2%; Хг=0,05%) дозировки водоудерживающей и порообразующей добавок соответственно.

Рис. 3 - Поверхность отклика прочности сцепления (адгезия) (У6) при нижнем уровне (Х2=0,1%; Хг=0,005%), и верхнем уровне (Х2=0,2%; Хг=0,05%) дозировки водоудерживающей и порообразующей добавок соответственно

Это сравнение показывает, что для данного рецепта, доза водоудерживающей и порообразующей добавок является доминирующей. Поверхности отклика уравнения регрессии приведены на рисунках 1-3.

Заключение

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

Благодарности Acknowledgement

Выражаем благодарность техническому Our gratitude to Tamov M.M., Technical Director

директору ООО «Черкесскстром» Тамову М.М. и of LLC «Cherkesskstrom» and economist Tamova A.M.

экономисту Тамовой А.М. за помощь при for help in planning and conducting the experiment. планировании и проведении эксперимента.

Конфликт интересов Conflict of Interest

Не указан. None declared.

Список литературы / References

Список литературы на английском языке / References in English