ГИПСОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ, МОДИФИЦИРОВАННОЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКОЙ
GYPSUM BINDER MODIFIED WITH A MINERAL ADDITIVE

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к составам гипсового вяжущего и изделий на его основе: сухих строительных смесей, гипсовых растворов, изделий, конструкций, применяемых в строительстве жилых и общественных зданий.
Традиционным способом улучшения различных физико-механических характеристик гипса является введение в состав гипсового вяжущего минеральной добавки или смеси добавок, в качестве которых используются тонкомолотые (мелкодисперсные) порошки: гашеная известь и известняковая мука, а также активные кремнеземсодержащие наполнители. Однако в последние годы часто стали использовать отходы различных производств: золы-уноса, тонкомолотые шлаки и пр., что позволяет снижать негативное воздействие на окружающую среду, в том числе и отходы с содержанием оксида алюминия [Дворкин Л.И. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 368 с.; Русина, В.В. Минеральные вяжущие вещества на основе многотоннажных промышленных отходов: учебное пособие / В.В. Русина. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. – 224 с.].
2
2
3
2
3
3
Известна композиция гипсового вяжущего на основе гипса строительного марки Г10А2 с добавлением органической добавки суперпластификатора С-3, а также с добавлением минеральной добавки, в качестве которой используется высококальциевая зола-унос от сжигания твердого топлива Березовской ГРЭС, при следующем соотношении компонентов, мас.%: гипс – 73,9-90, пластификатор – 1,1-2,0, указанная зола-унос высококальциевая – остальное. Химический состав золы, мас.%: 27,8 SiO; 8,3 AlO; 10,3 FeО; 39,2 CaO; 5,1 MgO; 4,2 SO [патент РФ № 2285677 от 20.10.2006].
Данное изобретение позволяет повысить водостойкость гипсового вяжущего, однако повышение прочности наблюдается незначительно. Кроме того, совместное использование минеральной и органической добавок повышает энергозатраты и финансовые затраты на производство товарной продукции.
2
3
2
Наиболее близкой к заявленному изобретению по совокупности признаков является гипсовое вяжущее, содержащее ангидрит (безводный гипс) и добавку глиноземистой смеси с размерами частиц 2-3 мкм, содержащей мас.%: более 60 AlO, менее 10 SiO, менее 10 Al металлического, менее 5 MgO. Глиноземистая смесь повышает прочность более чем в два раза, при оптимальном содержании добавки в пределах 3 %. [Токарев Ю.В. Модифицирование ангидритовых композиций алюмосодержащими ультрадисперсными добавками / Ю.В. Токарев, Г.И. Яковлев // Известия КазГАСУ. – 2009. – № 1. С. 302 – 308]. Данный состав принят в качестве прототипа.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются – гипсовое вяжущее, модифицированное минеральной глиноземистой добавкой.
Недостатком известной композиции, принятой за прототип, является необходимость активации ангидритового вяжущего сульфатными активаторами, а также применение отходов в незначительном количестве, что не снижает негативного воздействия на окружающую среду.
2
3
В научно-технической литературе не представлено данных по использованию природного глинозема и высокоглиноземистых отходов, содержащих AlO более 80 %, для модификации гипсового вяжущего.
Задача изобретения - упрощение и удешевление технологии производства гипсового вяжущего, снижение негативного воздействия на окружающую среду при сохранении высоких показателей прочности.
2
2
3
2
3
2
Поставленная задача была решена за счет того, что известное гипсовое вяжущее, модифицированное минеральной глиноземистой добавкой, согласно изобретению, в качестве гипсового вяжущего содержит гипс строительный, а в качестве минеральной глиноземистой добавки содержит отход уничтожения энергонасыщенных материалов удельной поверхности 4700-5000 см/г и с химическим составом, мас.%: AlO93,84-97,5, FeO 1,22-4,88, SiO 0,07-0,14, п.п.п. 0,71-1,13, с содержанием остальных примесей: сажи, оксидов Mg, Mn, Cu, Ca, Pb, Ni, Cr, Со, Cd, V, Mo тысячные доли процента, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
гипс строительный                                                                            55-85
указанный отход уничтожения энергонасыщенных материалов 15-45
2
2
3
2
3
2
Отличительными признаками заявляемой смеси от смеси по прототипу являются использование в качестве гипсового вяжущего гипса строительного, использование в качестве минеральной глиноземистой добавки отхода уничтожения энергонасыщенных материалов удельной поверхности 4700-5000 см/г и с химическим составом, мас.%: AlO93,84-97,5, FeO 1,22-4,88, SiO 0,07-0,14, п.п.п. 0,71-1,13, с содержанием остальных примесей: сажи, оксидов Mg, Mn, Cu, Ca, Pb, Ni, Cr, Со, Cd, V, Mo тысячные доли процента, а также иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас.%: гипс строительный 55-85; минеральная глиноземистая добавка (отход уничтожения энергонасыщенных материалов) указанного состава 15-45.
Введение в гипсовое вяжущее минеральной глиноземистой добавки (отхода уничтожения энергонасыщенных материалов) заявляемого состава со средним диаметром частиц 3,4-3,9 мкм способствует уплотнению структуры и изменению размеров и формы кристаллогидратных новообразований, благодаря чему повышается средняя плотность и прочность.
Для приготовления гипсового вяжущего используют следующие компоненты:
- Гипс строительный по ГОСТ 125.
2
3
2
3
2
- Отход уничтожения энергонасыщенных материалов следующего химического состава, мас.%: AlO93,84-97,5, FeO 1,22-4,88, SiO 0,07-0,14, п.п.п. 0,71-1,13, с содержанием остальных примесей: сажи, оксидов Mg, Mn, Cu, Ca, Pb, Ni, Cr, Со, Cd, V, Mo тысячные доли процента.
Свойства минеральной глиноземистой добавки представлены в таблице 1.
Таблица 1
Свойства минеральной глиноземистой добавки
Показатель
Значение
Удельная поверхность, см<sup>2</sup>/г
4700-5000
Истинная плотность, г/см<sup>3</sup>
3,31
Средний диаметр частиц, мкм
3,4-3,9
Гипсовое вяжущее, модифицированное минеральной глиноземистой добавкой (отходом уничтожения энергонасыщенных материалов), готовят следующим образом.
Предварительно высушенные до постоянной массы при температуре 105±5ºС компоненты (гипс строительный по ГОСТ 125 и минеральная глиноземистая добавка - отход уничтожения энергонасыщенных материалов) дозировались по массе с точностью до 1%, затем механически перемешивались в лопастном смесителе в течение не менее 60 секунд. Далее из полученного модифицированного гипсового вяжущего в соответствии с методикой по ГОСТ 23789 изготавливали тесто нормальной густоты путем добавления к нему воды затворения с последующим механическим перемешиванием в течение не более 120 секунд, затем полученное гипсовое тесто использовалось для изготовления опытных образцов.
Определение средней плотности и прочностные характеристики проводили согласно ГОСТ 23789.
Результаты испытания опытных образцов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Физико-механические характеристики опытных образцов
Компоненты
Количество минеральной глиноземистой добавки, %
Предел прочности
Средняя плотность, кг/м<sup>3</sup>
В/Вяж
R<sub>изг</sub>, МПа
R<sub>сж</sub>, МПа
Гипс строительный по ГОСТ 125
0
3,1
5,9
1295
0,61
Прототип
3
-
11,1
-
0,20-0,25
Гипс строительный по ГОСТ 125, модифицированный минеральной глиноземистой добавкой
15
4,5
12,9
1604
0,63
30
4,7
12,7
1713
0,66
45
3,7
10,1
1689
0,68
Таким образом, прочностные характеристики гипсового вяжущего, модифицированного минеральной глиноземистой добавкой с различным содержанием отхода уничтожения энергонасыщенных материалов, увеличиваются более чем в 2 раза. Полученное гипсовое вяжущее можно рекомендовать к использованию при строительстве жилых и общественных зданий, что позволит удешевить технологию производства, а также улучшить экологическую обстановку. Кроме того, упрощается технология получения гипсового вяжущего за счет отсутствия необходимости использования специальных сульфатных активаторов для затворения и активации ангидритового вяжущего.