КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
COMPLEX ADDITIVE FOR MODIFYING GYPSUM BINDING MATERIALS

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам, используемым при производстве гипсовых вяжущих, строительных сухих смесей, растворов и бетонных изделий на их основе.
Известно изобретение (патент RU №2381191 «Органо-минеральный модификатор гипсовых вяжущих, строительных растворов, бетонов и изделий на их основе»), в котором описан модификатор, отличающийся тем, что в качестве активного минерального компонента он содержит микрокремнезем и тонкодисперсный кремнеземсодержащий компонент, а в качестве стабилизатора - водорастворимый эфир целлюлозы с вязкостью 5000-20000 МПа·с. Технический результат изобретения - повышение прочности, трещиностойкости и долговечности модифицированных гипсовых вяжущих, растворов и бетонов на их основе, снижение энергозатрат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гидравлическое вяжущее
42-76
Активный минеральный компонент
8-48
Пластифицирующая добавка
2,1-11,4
Регулятор сроков схватывания
0,23-3,8
Указанный стабилизатор
0,01-1,5
К недостаткам изобретения относятся малая прочность на сжатие получаемых изделий (до 15 МПа) и недостаточная текучесть получаемых гипсовых суспензий.
Известна (патент RU на изобретение 2260572, Кл. МПК С04В 11/30, опубл. 20.09.2005, Бюл. №26), выбранная в качестве ближайшего аналога добавка для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе, включающая, мас.%:
гидравлическое вяжущее
50-90
активный минеральный компонент
10-45
пластифицирующая добавка
0,1-2
регулятор сроков схватывания и твердения
0,001-1
стабилизатор
0,001-5
2
При этом в качестве гидравлического вяжущего добавка содержит портландцемент любой разновидности, белый цемент, цветной цемент, глиноземистый цемент, гидравлическую известь или их смесь в любой пропорции, в качестве активного минерального компонента - золу-уноса, золу рисовой или гречневой шелухи, золы и шлаки ТЭЦ, керамическую пыль, отходы производства кирпича, других керамических изделий, соединений алюминия, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, пемзу, стеклянный бой, кремнегель, туф, диатомит, белую сажу, аэросил или их смесь в любой пропорции, в качестве пластифицирующей добавки - суперпластификатор, содержащий соединения на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений и/или комплексов на их основе, соединения на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений или комплексов на их основе, соединения на основе модифицированных лигносульфонатов, или соединения на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров, или их смесь в любой пропорции, в качестве регуляторов сроков схватывания и твердения - замедлитель твердения гипса, в качестве стабилизатора - водорастворимый эфир целлюлозы. При этом в качестве гипсовых вяжущих используют одно из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции гипс полуводный или ангидрит, дозировка добавки осуществляется в количестве 10-40% от их массы, а значение ее удельной поверхности составляет 550-7000 м/кг.
Недостатком данной добавки является то, что при ее использовании в затвердевшем материале не образуются нерастворимые в воде полимерные пленки, приводящие к повышению водостойкости материала, а используемые в ней эфиры целлюлозы замедляют процесс твердения гипса или цемента и снижают скорость набора прочности бетона. Кроме того, использование большого количества портландцемента в сочетании с микрокремнеземом приводит к повышению усадочных деформаций и возможности образования трещин. При этом входящие в состав указанной добавки компоненты не обладают антисептическими свойствами, что при длительном хранении может привести к проникновению в добавку вредных для здоровья человека и разрушительных для готового материала микроорганизмов.
В качестве прототипа (патент RU на изобретение №2368579 от 15.02.2008; опубл. 27.09.2009 «ДОБАВКА ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ») заявляемого технического решения выбрана добавка для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов, включающая гидравлическое вяжущее - портландцемент, активный минеральный компонент - микрокремнезем, пластифицирующую добавку - суперпластификатор, регулятор сроков схватывания и твердения, дополнительно содержит гипс строительный и редиспергируемый полимер, при этом компоненты имеют следующее соотношение, мас.%:
гипс строительный
65,0-75,0
портландцемент
24,0-28,0
микрокремнезем
2,0-4,0
суперпластификатор
0,7-1,2
редиспергируемый полимер
0,8-1,2
регулятор сроков схватывания и твердения
0,04-0,06
Добавка для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов по изобретению, выбранному в качестве прототипа, содержит, мас.%: гипс строительный - 65,0-75,0; портландцемент любой разновидности - 24,0-28,0; микрокремнезем - 2,0-4,0; суперпластификатор - 0,7-1,2; редиспергируемый полимер - 0,8-1,2; винную кислоту - 0,04-0,06.
Портландцемент в составе добавки при сочетании его с микрокремнеземом сильно сокращает сроки твердения материала, увеличивает вероятность отрицательных явлений за счет ложного схватывания, снижая долговечность изделий.
2
Микрокремнезем с гидроксидом кальция Ca(OH), выделяющемся при гидратации портландцемента, разрыхляют структуру за счет образования поризованных гидросиликатов кальция.
Суперпластификатор меламинформальдегидного (SMF) или нафталинформальдегидного (SNF) типа недостаточно увеличивают пластичность смеси и не позволяют уменьшить количество воды затворения при перемешивании. Редиспергируемый полимер на основе сополимера винилацетата и этилена в техническом решении, выбранном за прототип, несколько снижает проницаемость, повышает эластичность твердеющего материала, снижает скорость твердения, уменьшает его плотность за счет дополнительной поризации.
В известном техническом решении в качестве регулятора сроков схватывания и твердения является винная кислота и кератиновый замедлитель схватывания, которые значительно снижают прочность получаемого материала
К недостаткам известного технического решения относятся малая прочность (не более 12,0 МПа) материала, получаемого из строительного гипса, значительная деформационная усадка изделий, малые сроки живучести гипсовой суспензии, необходимость работы с большими количествами добавки на производстве (до 250 кг на тонну сырьевого компонента), что приводит к существенным усложнениям технологии и удорожанию конечного продукта.
Техническим результатом предлагаемого нами технического решения, заявляемого в качестве изобретения, является комплексная добавка для модификации гипса, увеличивающая прочность и водостойкость получаемых гипсовых вяжущих, сухих строительных смесей и бетонов на их основе, снижающая усадочные деформации затвердевшего материала, улучшающая текучесть гипсовых суспензий. Результатом заявленного изобретения является комплексная добавки для модификации гипсовых вяжущих, существенно улучшающая физико-механическими показатели получаемого материала.
Технический результат достигается тем, что комплексная добавка для модификации гипсовых вяжущих, сухих строительных смесей, растворов, включающая минеральный компонент на основе сульфата кальция, пластификатора, регулятора сроков схватывания и твердения, дополнительно содержит гидрофобизатор и пеногаситель, при этом компоненты имеют следующее соотношение, мас.%:
минеральный компонент на основе сульфата кальция
64,0-78,0
гиперпластификатор
15,0-20,0
гидрофобизатор
4,8-8,6
пеногаситель
0,2-0,4
регулятор сроков схватывания и твердения
2,0-7,0
Комплексная добавка, отличающееся также тем, что в качестве минерального компонента на основе сульфата кальция в заявленном техническом решении используют сыромолотый гипс ГОСТ 17498-72 (ДСТУ Б В.2.7-104-2000) или гипсовое вяжущее марок Г-2-20; в качестве гиперпластификатора используют поликарбоксилат натрия, например «Sika ViscoCrete 225 powder Vp» или «Melflux 5581 F»; в качестве гидрофобизатора используют полиметилсиликонат кальция; в качестве пеногасителя «Axilat DF 770» и в качестве регулятора сроков схватывания и твердения глюконат натрия.
При этом указанную добавку используют в количестве 0,6-1,6% от массы гипсового вяжущего при изготовлении гипсового вяжущего с улучшенными техническими характеристиками, высокопрочных составов сухих строительных смесей и растворов, а также при изготовлении гипсобетонных изделий. Затвердевший материал с использованием указанной комплексной добавки обладает следующими основными характеристиками:
плотность, кг/м<sup>3</sup>
1820,0-2200,0
расплыв гипсовой суспензии при В/Г отношении,
190,0
равном 0,18, не менее, мм
расплыв гипсовой суспензии при В/Г отношении,
300,0
равном 0,4, не менее, мм
живучесть гипсовой суспензии,
60
не менее, мин
прочность при сжатии, МПа
24,0-100,0
водопоглощение не более, %
2,5
коэффициент водостойкости не менее
0,85
морозостойкость не менее, циклов
25
замораживания-оттаивания
Заявленная добавка для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов иллюстрируется при помощи приведенных ниже примеров.
Пример 1.
Для экспериментального подтверждения состава добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов (мас.%):
1. Гипсовое вяжущее строительное марки Г5 - 80.
2. Добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов - 1,0.
3. Кварцевый песок - 19.
4. Вода затворения до получения растекаемости смеси (подвижность по Суттарду через 5 мин - 270, через 10 мин - 250, через 15 мин - 190) и В/Г=0,35.
При этом применялась добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов следующего состава (% по массе):
сыромолотый гипс
64,0
«Sika ViscoCrete 225 powder Vp»
20,0
полиметилсиликонат кальция
8,6
пеногаситель «Axilat DF 770»
0,4
глюконат натрия
7,0
3
Полученный состав обладает следующими физико-техническими характеристиками: плотность - 1728,0 кг/м; коэффициент водостойкости - 0,99; прочность при сжатии через 12 час - 15,2 МПа; через 10 суток - 28,5 МПа; морозостойкость 30 циклов; живучесть гипсовой суспензии - 65 мин, усадка изделия - 0,1 мм/м.
Пример 2.
Для экспериментального подтверждения состава добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов (мас.%):
1. Гипсовое вяжущее строительное марки Г5 - 80.
2. Добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов - 0,6.
3. Кварцевый песок - 19,4.
4. Вода затворения до получения растекаемости смеси (подвижность по Суттарду через 5 мин - 280, через 10 мин - 270, через 15 мин - 240). При этом применялась добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов следующего состава (мас.%):
сыромолотый гипс
70,0
«Sika ViscoCrete 225 powder Vp»
18,0
полиметилсиликонат кальция
6,0
пеногаситель «Axilat DF 770»
0,3
глюконат натрия
5,7
3
Полученный состав обладает следующими физико-техническими характеристиками: плотность - 1640,0 кг/м; коэффициент водостойкости - 1,0; прочность при сжатии через 10 час - 14,8 МПа, 10 суток - 26,5 МПа; морозостойкость 35 циклов; живучесть гипсовой суспензии - 65 мин; усадка изделия - 0,14 мм/м.
Пример 3.
Для экспериментального подтверждения состава добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов (мас.%):
1. Гипсовое строительное вяжущее марки Г5 - 80.
2. Добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов - 1,2.
3. Кварцевый песок - 18,8.
4. Вода затворения до получения растекаемости смеси (подвижность по Суттарду через 5 мин - 250, через 10 мин - 250, через 15 мин - 200). При этом применялась добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов следующего состава (мас.%):
сыромолотый гипс
70,0
«Sika ViscoCrete 225 powder Vp»
18,0
полиметилсиликонат кальция
6,0
пеногаситель «Axilat DF 770»
0,3
глюконат натрия
5,7
3
Полученный состав обладает следующими физико-техническими характеристиками: плотность - 1780,0 кг/м; коэффициент водостойкости - 1,1; прочность при сжатии через 10 час - 16,7 МПа; через 10 суток 27,8 МПа; морозостойкость 37 циклов; живучесть гипсовой суспензии - 65 мин, усадка изделия - 0,1 мм/м.
Пример 4.
Для экспериментального подтверждения состава добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов (мас.%):
1. Гипсовое высокопрочное вяжущее марки Г16 - 80.
2. Добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов - 1,0.
3. Кварцевый песок - 19,0.
4. Вода затворения до получения растекаемости смеси (подвижность по Суттарду через 5 мин - 240, через 10 мин - 230, через 15 мин - 180). При этом применялась добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов следующего состава (мас.%):
сыромолотый гипс
70,0
«Sika ViscoCrete 225 powder Vp»
18,0
полиметилсиликонат кальция
6,0
пеногаситель «Axilat DF 770»
0,3
глюконат натрия
5,7
3
Полученный состав обладает следующими физико-техническими характеристиками: плотность - 1980,0 кг/м; коэффициент водостойкости - 0,99; прочность при сжатии через 10 час - 27,7 МПа; через 10 суток 81,4 МПа; морозостойкость 39 циклов; живучесть гипсовой суспензии - 68 мин; усадка изделия - 0,12.
Пример 5.
Для экспериментального подтверждения состава добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов (мас.%):
1. Гипсовое формовочное вяжущее марки Г7 - 80.
2. Добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов - 1,0.
3. Кварцевый песок - 19,0.
4. Вода затворения до получения растекаемости смеси (подвижность по Суттарду через 5 мин - 240, через 10 мин - 230, через 15 мин - 180). При этом применялась добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов следующего состава (мас.%):
сыромолотый гипс
70,0
«Sika ViscoCrete 225 powder Vp»
18,0
полиметилсиликонат кальция
6,0
пеногаситель «Axilat DF 770»
0,3
глюконат натрия
5,7
3
Полученный состав обладает следующими физико-техническими характеристиками: плотность - 1910,0 кг/м; коэффициент водостойкости - 1,05; прочность при сжатии через 10 час - 18,6 МПа; через 10 суток 55,1 МПа; морозостойкость 35 циклов; живучесть гипсовой суспензии - 70 мин; усадка изделия - 0,1 мм/м.
Пример 6.
Для экспериментального подтверждения состава добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов (мас.%):
1. Гипсовое вяжущее строительное Г4 - 80.
2. Добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов - 1,5.
3. Кварцевый песок - 18,5.
4. Вода затворения до получения растекаемости смеси (подвижность по Суттарду через 5 мин - 280, через 10 мин - 250, через 15 мин - 190). При этом применялась добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов следующего состава (мас.%):
сыромолотый гипс
70,0
«Sika ViscoCrete 225 powder Vp»
18,0
полиметилсиликонат кальция
6,0
пеногаситель «Axilat DF 770»
0,3
глюконат натрия
5,7
3
Полученный состав обладает следующими физико-техническими характеристиками: плотность - 1710,0 кг/м; коэффициент водостойкости - 0,99; прочность при сжатии через 10 час - 16,6 МПа; через 10 суток 26,7 МПа; морозостойкость 35 циклов; живучесть гипсовой суспензии - 60 мин; усадка изделия - 0,11 мм/м.
Пример 7. (по прототипу) Как в прототипе, была приготовлена следующая смесь ингредиентов (мас.%):
1. Гипс строительный - 80.
2. Добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов - 20,0.
3. Вода затворения до получения растекаемости смеси (подвижность по Суттарду через 5 мин - 250, через 10 мин - 150, через 15 мин - 90), В/Г=0,52.
В прототипе применялась добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных растворов следующего состава (% по массе):
гипс строительный
70
портландцемент
26,46
микрокремнезем
2,0
суперпластификатор
0,7
меламинформальдегидного (SMF) типа
редиспергируемый полимер на основе
0,8
сополимера винилацетата и этилена
винная кислота
0,04
3
Полученный состав обладает следующими физико-техническими характеристиками: плотность - 800,0 кг/м; коэффициент водостойкости - 0,86; прочность при сжатии (28 суток) - 4,9 МПа; морозостойкость 30 циклов; живучесть гипсовой суспензии 30 мин; усадка изделия - 1,58 мм/м.
Сравнительные характеристики гипсовых материалов с применением разработанной нами комплексной добавки и добавки, выбранной в качестве прототипа, приведены в табл.1.
Таблица 1
№ примера
Расход добавки, %
Расплыв мм при В/Г отношении
Время живучести гипсовой суспензии, мин
Усадка, мм/м изделия
Коэффициент водостойкости
Прочность на сжатие, МПа
1.
1,0
270 при
65
0,1
0,99
28,5
0,35
2.
0,6
280 при
65
0,14
1,0
26,5
0,4
3.
1,2
250 при
65
0,1
1,1
27,8
0,38
4.
1,0
240 при
68
0,12
0,99
81,4
0,2
5.
1,0
240 при
70
0,1
1,05
55,1
0,22
6.
1,5
280 при
60
0,11
0,99
26,7
0,4
7. (про
20
250 при
30
1,58
0,86
4,9
тотип)
0,52
Как можно видеть из приведенных примеров, добавка для модификации гипсовых вяжущих строительных сухих смесей, растворов и бетонов на основе гипсового вяжущего имеет существенные преимущества перед известными и увеличивает прочность, водостойкость при требуемой живучести гипсовой суспензии.