ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗРАБОТАННЫХ ЭФФЕКТИВНЫХ СОСТАВОВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МЕСТНОГО СЫРЬЯ И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ

INVESTIGATION OF THE PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF THE DEVELOPED EFFECTIVE COMPOSITIONS OF COMPOSITE WATERPROOFING MATERIALS FROM LOCAL RAW MATERIALS AND INDUSTRIAL WASTE

Цуканов М.Н. Капустин В.М. Рахимов Х.Ю.

27.09.2023 114

9(114)

13. Химическая технология

Цитировать:

Цуканов М.Н., Капустин В.М., Рахимов Х.Ю. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗРАБОТАННЫХ ЭФФЕКТИВНЫХ СОСТАВОВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ МЕСТНОГО СЫРЬЯ И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 9(114). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/15931 (дата обращения: 02.05.2024).

Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Одной из актуальных проблем при эксплуатации существующих зданий и сооружений является гидрозащита подвальных помещений, а также сохранение и восстановление несущей способности строительных конструкций. Отсутствие гидроизоляции фундамента увеличивает разрушительную силу воды на фундамент. Попеременное замораживание и оттаивание бетона пагубно влияет на конструкцию в целом. Вода, в состав которой входят соли, щелочи, кислоты, воздействует как на бетон, так и на арматуру, подвергая ее коррозии, а в конечном итоге приводит к разрушению.

В связи с этим, целью исследования является разработка технологии получения гидроизоляционного материала на основе битумной композиции и пиролизного дистиллята из местного сырья.

В данном статье приводятся результаты исследований физико-химических свойств таких ингредиентов органического происхождения, как пиролизный дистиллят, а также органические и неорганические ингредиенты: битум 90/10, минеральные наполнители: техногенные отходы АО «Алмалыкский ГМК», каолин, графит, микрокальцит.

Результаты опытов показали получение качественной строительной битумной композиции, не уступающей требованиям стандартов. На основании физико-механических исследований доказана возможность получения конкурентоспособной битумной строительной композиции, отвечающей требованиям европейских стандартов.

ABSTRACT

One of the urgent problems in the operation of existing buildings and structures is the hydraulic protection of basements, as well as the preservation and restoration of the bearing capacity of building structures. The lack of waterproofing of the foundation increases the destructive power of water on the foundation. Alternating freezing and thawing of concrete adversely affects the structure as a whole. Water, which includes salts, alkalis, acids, affects both concrete and reinforcement, exposing it to corrosion, and ultimately leads to destruction.

In this regard, the purpose of the study is to develop a technology for obtaining a waterproofing material based on a bitumen composition and pyrolysis distillate from local raw materials.

This article presents the results of studies of the physico-chemical properties of such ingredients of organic origin as pyrolysis distillate, as well as organic and inorganic ingredients: bitumen 90/10, mineral fillers: technogenic waste of Almalyk MMC JSC, kaolin, graphite, microcalcite.

The results of the experiments showed the production of a high-quality construction bitumen composition that is not inferior to the requirements of standards. Based on physical and mechanical studies, the possibility of obtaining a competitive bitumen construction composition that meets the requirements of European standards has been proved.

Ключевые слова: водопоглощение, коэффициент водопроницаемости, адгезия, долговечность, гидроизоляционный материал, органоминеральные ингредиенты, покрытия.

Keywords: water absorption, water permeability coefficient, adhesion, durability, waterproofing material, organomineral ingredients, coatings.

Введение. В настоящее время повышение качества и долговечности, эксплуатирующийся в атмосферных и подземных условиях битумных изоляционных материалов приобретает особую актуальность п современных условиях, характеризующихся увеличением энергетических, материальных и трудовых затрат особенно ори строительстве и эксплуатации мостовых сооружении, трубопроводного транспорта и изоляции объектов промышленного и гражданского назначения [1-2].

Залогом успешного решения при эксплуатации существующих зданий и сооружений подвальных помещений, а также сохранение и восстановление несущей способности строительных конструкций является комплексный подход к ведению работ по гидроизоляции на каждом объекте, включающий в себя не только детальное обследование сооружений с проведением инженерно-геологических изысканий, но и правильный выбор материалов и технологий производства работ на высоком профессиональном уровне с осуществлением технического надзора за объектом [3].

Отсутствие гидроизоляции фундамента увеличивает разрушительную силу воды на фундамент. Попеременное замораживание и оттаивание бетона пагубно влияет на конструкцию в целом. Вода, в состав которой входят соли, щелочи, кислоты, воздействует как на бетон, так и на арматуру, подвергая ее коррозии, а в конечном итоге приводит к разрушению.

В связи с этим разработка новых композиционных гидроизоляционных материалов на основе местного и вторичного сырья, а также отходов производств, является актуальной проблемой и востребованным на сегодняшней день.

Объектами исследований являются пиролизный дистилят, битум 90/10, минеральные наполнители - каолин, графит, микрокальцит, техногенные отходы АО «Алмалыкский ГМК» и другие наполнители мелкодисперсного состава с фракциями от 0,15 до 0,08 мм по соответствующий нормативным документам.

Предмет исследования состоит из новых строительных битумных композиций и их применение при строительстве зданий и сооружений, а также из разработки высококачественного гидроизоляционного материала на основе местного сырья и отходов производства.

Методы исследования. В работе применены современные физико-химические методы анализа, в том числе ИК-спектроскопия, вискозиметрия, а также другие стандартные методы анализа.

Результаты исследования и их обсуждение. Окрасочная гидроизоляция представляет собой сплошное многослойное (2-4 слоя) водонепроницаемое покрытие, выполняемое окрасочным способом и имеющее толщину 3-6 мм. Окраска является наиболее распространенным и наиболее механизированным способом гидроизоляции и антикоррозионной защиты поверхностей бетонных и железобетонных сооружений [4-5].

В данной работе было исследовано физико-химические свойства разработанных составов для получения гидроизоляционных материалов из местного сырья и отходов производств.

Результаты исследований влияния некоторых наполнителей на водопоглощению, адгезионную прочность, водонепроницаемостью и потери массы при нагреве композиционных гидроизоляционных материалов представлены на следующих таблицах.

Водопоглощаемость – это способность материала впитывать и удерживать воду; процесс впитывания воды в поры называется водо-поглощением. Показатель водопоглощаемости (водопоглощения) – это количество воды, которую впитывает и удерживает сухой образец после погружения на 24 ч в воду, температура которой 20 °С. В некоторых случаях определяют водопоглощаемость путем соотнесения количества поглощенной воды к объему образца. Объемная водопоглощаемость отражает степень заполнения пор материала водой. Она, как правило, меньше пористости, так как вода не проникает в замкнутые поры и не удерживается в крупных порах [6,7,8].

Водопоглощение (ԝ) гидроизоляционного материала «КГМ» рассчитывают с точностью до 0,1 процента по следующей формуле:

где, –масса образца после испытания в воде в течение 24 часа, г;

– масса образца после испытания в воде за одну минуту, г;

- масса сухого образца, г.

Результаты среднего арифметического значения показателей водопоглощения представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты испытаний образцов композиционного гидроизоляционного материала «КГМ» на водопоглощение

Название показателей	Эксперименты
Название показателей	1-слой	2- слоя	3-слоя
1-состав
Водопоглошение (ԝ), % масс:	0,43	0,42	0,42
, грамм	23,1	23,3	23,7
, грамм	23,1	23,3	23,7
, грамм	23,2	23,4	23,8
2-состав
Водопоглошение (ԝ), % масс:	0,42	0,42	0,41
, грамм	23,5	23,8	24,2
, грамм	23,5	23,8	24,2
, грамм	23,6	23,9	24,3
3-состав
Водопоглошение (ԝ), % масс:	0,44	0,43	0,42
, грамм	22,7	23,0	23,3
, грамм	22,7	23,0	23,3
, грамм	22,8	23,1	23,4
4-состав
Водопоглошение (ԝ), % масс:	0,45	0,45	0,44
, грамм	22,0	22,2	22,6
, грамм	22,0	22,2	22,6
, грамм	22,1	22,3	22,7
5-состав
Водопоглошение (ԝ), % масс:	0,39	0,39	0,38
, грамм	25,3	25,5	25,7
, грамм	25,3	25,5	25,7
, грамм	25,4	25,6	25,8

Водонасыщаемость – свойство материала впитывать воду в поры, в которых предварительно искусственным путем, с помощью вакуум-насоса, был создан вакуум. Водонасыщаемость больше водопоглощаемости, так как при принудительном способе пропитки вода проникает в более тонкие поры и капилляры, недоступные при обычном процессе водопоглощения [9-10].

Если на поверхности материала в течение определенного времени и при заданном давлении не происходит никаких изменений, то есть на поверхности образца не появляется вода, то материал считается выдержавшим испытание, и полученные результаты испытания приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты определения водонепроницаемости образцов композиционного гидроизоляционного материала «КГМ»

Название показателей	Эксперименты
Название показателей	1-слой	2- слоя	3-слоя
1-состав
Водоустойчивость при давлении (0,1±0,01) МПа в течение (2±0,1) часов	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды
2-состав
Водоустойчивость при давлении (0,1±0,01) МПа в течение (2±0,1) часов	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды
3-состав
Водоустойчивость при давлении (0,1±0,01) МПа в течение (2±0,1) часов	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды
4-состав
Водоустойчивость при давлении (0,1±0,01) МПа в течение (2±0,1) часов	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды
5-состав
Водоустойчивость при давлении (0,1±0,01) МПа в течение (2±0,1) часов	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды

Композиционный гидроизоляционный материал типа «КГМ» считается выдержавшим испытание, если на поверхности образца отсутствуют признаки набухания.

Потеря массы (Q) рассчитывается в процентах с точностью до 0,1% по следующей формуле:

;

где m₂ - масса образца после испытания, г;

m₁- масса образца до испытания, г.

Таблица 3.

Результаты определения величины потери массы при нагреве образцов гидроизоляционного материала

Название показателей

Эксперименты

1-слой

2- слоя

3-слоя

1-состав

Потеря массы при нагревании материала (Q), %:

, грамм;

, грамм.

0,48

124,1

124,7

0,56

124,3

125,0

0,63

124,6

125,4

2-состав

Потеря массы при нагревании материала (Q), %:

, грамм;

, грамм.

0,62

95,2

95,8

0,72

95,4

96,1

0,82

95,7

96,5

3-состав

Потеря массы при нагревании материала (Q), %:

, грамм;

, грамм.

0,53

93,3

93,8

0,53

93,6

94,1

0,63

93,8

94,4

4-состав

Потеря массы при нагревании материала (Q), %:

, грамм;

, грамм.

0,41

119,8

120,3

0,41

120,1

120,6

0,58

119,9

120,6

5-состав

Потеря массы при нагревании материала (Q), %:

, грамм;

, грамм.

0,41

119,4

119,9

0,49

119,6

120,2

0,49

120,3

120,9

На основании результатов, представленных в таблице 3, можно сделать следующий вывод, поскольку величина потери массы 5-образца композиционного гидроизоляционного материала «КГМ» толщиной 3 мм составила 0,49 %, было признано необходимым рекомендовать его производство.

Таблица 4.

Сравнительные анализы физико-химических свойств разработанных составов композиционных гидроизоляционных материалов и существующих гидростеклоизола и филизола

№	Показатели	1-состав	2-состав	3-состав	4-состав	5-состав	Гидростеклоизол ТУ 400-1-51-83	Филизол ТУ 400-1-409-5-92
1	Водопоглошения (24 часа), мас.%	0,42	0,41	0,42	0,44	0,38	≤1	≤1
2	Водоустойчивость при давлении (0,1±0,01) МПа в течение (2±0,1) часов	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды	На поверхности не видно следов воды
3	Потеря массы при нагревании материала (Q), %	0, 63	0,82	0,63	0,58	0,49	≤ 6	≤ 4,5

Как видно из таблицы 4, полученные по рецептуре опытного образца №5, позволяют получить качественную битумную строительную композицию, что позволяет рекомендовать к применению в качестве покрытия гидроизоляционный материал на фундаменты и фундаменты зданий.

В таблице 5 приведены технологические характеристики выбранных ингредиентов для получения композиционного гидроизоляционного материала класса «КГМ»

Таблица 5.

Технологические характеристики выбранных ингредиентов для получения композиционного гидроизоляционного материала «КГМ»

№	Наименование материала	Технологические характеристики	Химическая формула
1	Битум БН 90/10 ГОСТ 6617–2021	Пенетрация при 25°С, 0,1 мм: 5-20 Температура размягчения по кольцу и шару, °С: 90-105 Растяжимость (дуктильность) при 25°С, см, не менее: 1,0 Растворимость, %, не менее: 99,50 Изменение массы после прогрева, %, не более: 0,50 Температура вспышки, °С, не ниже: 240 Массовая доля воды: следы.	Битумы имеют довольно сложный химический состав. Например, они могут состоять из предельных углеводородов от С₉Н₂₀ до С₃₀Н₆₂.
2	Пиролизный дистиллят ГОСТ Р 70708-2023	Среднее значение измеренной плотности пиролизного дистиллята при стандартной температуре (20^оС) равна ρ₂₀ = 842 кг/м³; значения коэффициента его кинематической вязкости составляет ν₂₀ = 0,779 мм²/с.	Пиролизный дистиллят содержит, в основном арены и олефины с числом углерода 6-12. Содержание олефинов составляет 23,41%, аренов 68,89%.
3	Микрокальцит ГОСТ Р 56775— 2015	Микрокальцит - это белый порошок, материал, полученный путем помола мрамора. Плотность — 2,6 г/см³ Белизна — 95-98% Коэффициент преломления — 1,5 Маслоёмкость — 22-30 г/100г Насыпная масса — 0,6-1,3 г/см³ Влажность — 0,2-0,3%	В составе микрокальцита: CaCO₃ — 95-98%, MgO — не более 0,3%, SiO₂ — не более 0,2%, FeO₃ — не более 0,1%

Оценки качества, разработанного композиционного гидроизоляционного материала класса «КГМ» указано в таблице 6.

Таблица 6.

Качества разработанного композиционного гидроизоляционного материала класса «КГМ»

Название показателей	Композиционный гидроизоляционный материал “КГМ”
Внешний вид	Однородная жидкость черного цвета
Время высыхания, при 20°C	5 минут
Адгезия, в баллах	1
Водопоглощение в течение 24 ч, % по массе	0,38
Водонепроницаемость в течение 72 ч при давлении не менее 0,001 МПа	Выдерживает
Температура размягчения, °C, не ниже	80
Потеря массы при нагревании материала (Q), %:	0,49
Плотность при 20⁰С, г/ см³	0,94 г/см³
Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее	40-50
Гарантийный срок хранения	18 месяцев

Композиционный гидроизоляционный материал «КГМ» считается выдержавшим испытание, если на поверхности образца отсутствуют признаки набухания, смещения покровного слоя и чрезмерного удлинения.

Разрабатываемый композиционный гидроизоляционный материал класса «КГМ» намного дешевле существующих, его стоимость составляет 5000 сум за один литр. Например, мастика битумно-полимерная кровельная, гидроизоляционная стоит 15000 сум /кг (OOO «GULAB STORY SERVIS»), битумная мастика на ХСПЭ (ООО «ELKON TERM») стоит 47267 сум/кг, мастика битумная изоляционная «Битумаст» Российского производства стоит 13500 сум/кг, гидроизоляционная мастика битумная (Gidrohimoya Barrier, ЧП) стоит 12400 сум/кг.

В таблице 7 показаны сравнительные стоимости существующих гидроизоляционных материалов и разработанных композиционных гидроизоляционных материалов типа «КГМ».

Таблица 7.

Сравнительные стоимости гидроизоляционных материалов

Сравнительная стоимость за 1 кг
Композиционный гидроизоляционный материал «КГМ» (Узбекистан)	Битумная мастика на ХСПЭ (ООО «ELKON TERM»)	Мастика битумная изоляционная «Битумаст» Российского производства	Гидроизоляционная мастика битумная (Gidrohimoya Barrier, ЧП)
5 000 сум/кг	47267 сум/кг	13500 сум/кг	12400 сум/кг

Экономическая эффективность использования 1 тонну гидроизоляционного материала «КГМ» по сравнению «Битумаст» Российского производства превышает 8 500 000 сум/кг.

Кроме строительных конструкций области применения гидроизоляционных материалов имеется это наружная и внутренняя защита подземных сооружений, гидроизоляция подводных, гидротехнических сооружений, плотин, опор мостов, набережных, бассейнов, водохранилищ, водоемов.

Заключение

Основываясь на данных, можно сделать вывод, что по физико-механическим показателям, таким как время высыхания, адгезия, водопоглощение, водостойкость, потеря массы при нагревании материала, известно, что гидроизоляционный материал «КГМ» толщиной 2-3 мм дает хорошие результаты по сравнению с гидроизоляционными материалами гидростеклоизола и филизола.

Список литературы:

Невский В.А. Основы технологии гидроизоляционных материалов и герметиков: Учебное пособие / Ростовский инженерно-строительный институт. -Ростов -на-Дону, 1992. 88 с.
Дубинин И.С. Коллоидный полимерцементный раствор как материал для гидроизоляции энергетических сооружений: Автореф. дис. канд. техн. наук/Ленингр. ин-т инженеров железнодорожного транспорта. Л., 1982. - 24 с.
Уринов А.А. Технология получения «Полиизола» на основе битумной композиции разработанной из местного сырья и остатков нефтяной, газовой и масложировой промышленности. Дис. работа, PhD, Тошкент, 2022 г. 44 с.
Иноземцев В.К., Муравинская Н.Ю. Проблема увлажнения стен кирпичных зданий и способы ее решения/Материалы 1 междунар. науч.-техн. конф. по гидроизоляционным материалам/Петерб. гос. ун-т путей сообщения. -СПб., 2001.
Муравинская Н.Ю., Фадеев А.Б., Иноземцев В.К. Технологические особенности устройства противокапиллярной гидроизоляции зданий//Тр. молодых ученых/Санкт-Петербургский архитек.-строит. ун-т. 2000. - 4.1. - С. 9-12.
Гюннер Т.В. Исследование штукатурного коллоидного полимерцементного раствора как материала для гидроизоляции энергетических сооружений: Дис.канд. техн. наук/ Ленингр. ин-т инженеров железнодорожного транспорта. Л., 1981. - 185 с.
Драновский А.Н., Фадеев А.Б. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве: Учебное пособие/ Казанский университет. Казань, 1993. - 355 с.
Иванов А.И. Гидроизоляция подземных частей зданий и сооружений. Опыт зарубежного строительства. М.: Издательство литературы по строительству, 1972. - 145 с.
Лукинский O.A. Гидроизоляция подвальных помещений жилых домов: Учебное пособие/ ЦМИПКС. М., 1988. – 33 с.
Иноземцев В.К., Муравинская Н.Ю. Проблема увлажнения стен кирпичных зданий и способы ее решения/Материалы 1 междунар. науч.-техн. конф. по гидроизоляционным материалам/Петерб. гос. ун-т путей сообщения. -СПб., 2001.