Инновационные композитные материалы для укрепления известковых растворов в традиционных каменных конструкциях

Потребность в новом инновационном известковом растворе, пригодном для реставрации и ремонта исторических зданий, в последнее время стала предметом многих исследований. Новый раствор должен, однако, удовлетворять следующим требованиям: иметь те же физические и механические свойства, что и у существующего старого раствора; распределение по размерам пор должно быть сопоставимо с распределением старого известково-песчаного раствора; раствор должен быстро схватываться как в сухой, так и во влажной среде. Основная цель представленного исследования – разработка инновационного строительного раствора на основе извести, который был бы пригоден для реставрации древних сооружений. Для достижения этой цели были подготовлены две группы растворов различного состава на основе извести, обозначенных как S1 и S2. Каждая группа состояла из четырех разных смесей. В составы группы S1 входили песок, известь, гипс, цемент, хомра*. В группе S2 были составы, идентичные составам в S1, но с добавлением постоянного количества пуццолановой добавки (зола уноса). Каждая композиция может быть определена с точки зрения ее составляющих как (r₁:r₂:r₃:r₄:r₅:r₆), где эти r означают объемное соотношение каждого компонента материала (песок: известь: гипс: цемент: «хомра»: зола уноса). Для этих восьми растворов были проведены испытания по определению прочности при сжатии. Кроме этого исследовались такие физические свойства, как насыпная плотность, коэффициент пористости и коэффициент водопоглощения. По результатам испытаний установлено, что физические свойства всех составов удовлетворительные. Отмечено, что раствор B₀ (3:2:2:0:0:0) из группы S1, в состав которой не вводили золу уноса, имеет лучшие из всех физические характеристики и высокую прочность. Это связано со скоростью образования гидратной извести, кинетики карбонизации и скоростью механизма схватывания гипса. Было обнаружено, что для композиций растворов из группы S2 с золой уноса в качестве активной минеральной добавки, раствор D (3:1:1:0:0,25:0,5) показал наилучшие физико-механические характеристики. Это связано с высокой поверхностной энергией золы уноса и большим содержанием силикатных частиц и оксидов алюминия как в золе уноса, так и в «хомре». Эти два эффекта приводят к высокой потенциальной реакции гидратации в системе D. Таким образом, можно сделать вывод, что разработанный раствор D является хорошим и по существу инновационным строительным материалом, который можно использовать в качестве восстановительного строительного раствора при ремонте старых зданий и сооружений.

М. АБДУЛМАДЖИД¹, д-р, преподаватель, кафедра реставрации, археологический факультет (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
М. КАССАБ¹, д-р, преподаватель, кафедра инженерной физики, инженерный факультет
Х. ШУКРИ², исследователь
С. ТАХА¹, проф., кафедра физики, научный факультет

¹ Университет Фаюм, Египет (http://www.fayoum.edu.eg/english/)
² Национальный исследовательский центр жилищного строительства, Египет (http://www.hbrc.edu.eg/)

1. Andrejkovicova S., Ferraz Z., Velosa A.L., Silva S., Rocha S. Fine sepiolite addition to air lime-metakaolin mortars. Clay Minerals. 2011. Vol. 46 (4), pp. 621–635. DOI: 10.1180/claymin.2011.046.4.621
2. Isaia G.C., Gastaldini A.L.G., Moraes R. Physical and pozzolanic action of mineral additions on the mechanical strength of high-performance concrete. Cement and Concrete Composites. 2003. Vol. 25, pp. 69–76. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(01)00057-9Get
3. Kearsley E.P., Wainwright P.J. The effect of high fly ash content on the compressive strength of foamed concrete. Cement and Concrete Research. 2001. Vol. 31 (1), pp. 105–112. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00430-0
4. Escalant-Garcia J.I., Sharp J.H. The chemical composition and microstructure of hydration products in blended cements. Cement and Concrete Composites. 2004. Vol. 26 (8), pp. 967–976. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2004.02.036.
5. Turanli L., Uzal B., Bektas F. Effect of large amounts of natural pozzolan addition on properties of blended cements. Cement and Concrete Research. 2005. Vol. 35 (6), pp. 1106–1111. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.07.022
6. Arizzi A., Cultron G. Aerial lime-based mortars blended with a pozzolanic additive and different admixtures: A mineralogical, textural and physical-mechanical study. Construction and Building Materials. 2012. Vol. 31, pp. 135–142. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2011.12.069
7. Morsy M.S. Physico-mechanical studies on thermally treated concrete. Diss… Ph.D. 1996. Physics Department, Faculty of Science, Ain Shams University.
8. Hussein A., Russlan A. Performance of modified lime mortars for conservation of ancient building. Proceedings of 2nd International Conference on Innovative Building Materials. Dec. 2–4, 2018. Cairo, Egypt.
9. Hemalatha T., Ramaswamy A. A review on fly ash characteristics towards promoting high volume utilization in developing sustainable concrete, 2017. Journal of Cleaner Production. Vol. 147, pp. 546–559.
10. Al-Salami A.E., Al-Hajry A., Ahmed M.A., Taha S. The effect of temperature and pozzolanic materials on the electrical conductivity of blended cement pastes at different porosities. Silicates Industriels. 2006. Vol. 71 (5), pp. 81–87.
11. Lanas J., Alvarez-Galindo J.I. Masonry repair lime-based mortars: Factors affecting the mechanical behavior. Cement and Concrete Research. 2003. Vol. 33 (11), pp. 1867–1876. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00210-2
12. Lea F.M. The chemistry of cement and concrete. 3rd edition. London, UK: Edward Arnold Ltd. 1970. 740 p.
13. Heikal M., Helmy I., Eldidamony H., Abd EL-Raoof F. Electrical conductivity, physico-chemical and mechanical characteristics of fly ash pozzolanic cement. Silicates Industriels. 2004. Vol. 69 (11–12), pp. 93–102.
14. Khalaf M.K., Abdelmegeed M.M. Assessment of physical and mechanical characteristics of masonry building materials in historic military towers in Alexandria-Egypt: A case study. International Journal of Conservation Science. 2018. Vol. 9 (4), pp. 677–688.
15. Singh N.B., Singh S.P., Sarvahi R., Shukla A.K. The effect of coal dust-fly ash mixture on the hydration of Portland cement. Cemento. 1993. Vol. 90 (4), pp. 231–238.