ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫЙ МОДИФИКАТОР ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ, БЕТОНОВ И ИЗДЕЛИЙ НА ИХ ОСНОВЕ
ORGANIC MINERAL MODIFYING AGENT OF GYPSUM BINDING AGENTS, BUILDING SOLUTIONS, CONCRETES, AND PRODUCTS ON THEIR BASE

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам, используемым при производстве и использовании гипсовых вяжущих, строительных растворов, бетонов и изделий на их основе.
Известна добавка для модификации гипсовых вяжущих, содержащая известь, микрокремнезем и суперпластификатор С-3, получаемый на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, при следующем соотношении компонентов (мас.% от модифицированного вяжущего):
известь (оксид кальция) 8-9;
микрокремнезем 10-12;
суперпластификатор С-3 - 0,4-0,6
(RU 2081076, 1987).
Компоненты добавки вводят вместе с гипсовым вяжущим, увеличивая объем обработки. При этом полученное гипсовое вяжущее обладает недостаточной водостойкостью, морозостойкостью, недостаточным коэффициентом размягчения, имеет короткие сроки схватывания.
Известна добавка для модификации гипсовых вяжущих, включающая суперпластификатор С-3 на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, а также цеолитовую породу, обожженную при 800°С, и бой силикатного кирпича, при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%:
сухой порошок суперпластификатора С-3 - 1,5-4,0;
цеолитовая порода, обожженная при 800°С - 12-14;
бой силикатного кирпича - 82-86
(RU №2074137, 1997).
Добавку изготавливают отдельно от гипсового вяжущего, сокращая объем обработки в несколько раз, после этого вводят ее в гипсовое вяжущее (100 мас.%) в количестве 5-15% от массы. Данная добавка позволяет повысить прочность гипсовых вяжущих и экономить до 15% гипса, однако для изготовления добавки требуются значительные энергозатраты на предварительный обжиг цеолитовой породы при температуре 800°С в течение 8 часов и совместный помол цеолитовой породы и боя силикатного кирпича с сухим порошком суперпластификатора С-3 в шаровой мельнице в течение 1 часа. Полученное гипсовое вяжущее при этом обладает недостаточной водостойкостью и морозостойкостью, недостаточным коэффициентом размягчения, имеет короткие сроки схватывания.
Известна принятая за прототип добавка для модификации гипсовых вяжущих (RU №2260572 С04В 11/30, 2005), содержащая, мас.%:
гидравлическое вяжущее - 50-90,
активный минеральный компонент - 10-45,
пластифицирующую добавку 0,1-2,
регулятор сроков схватывания и твердения - 0,001-1,
стабилизатор - 0,001-5.
2
При этом удельная поверхность добавки составляет 550-7000 м/кг. Однако при таком соотношении компонентов не всегда обеспечиваются долговечность и трещиностойкость затвердевшего модифицированного вяжущего, растворов и бетонов на его основе, а получение указанной удельной поверхности требует высоких энергетических расходов.
Задачей данного изобретения является получение модификатора, улучшающего физико-механические свойства модифицированных гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе, в том числе долговечность, упрощение технологии применения модификатора при производстве модифицированных гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе с заданными улучшенными потребительскими свойствами, а также реализация его в промышленности.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, - это повышение прочности, трещиностойкости и долговечности модифицированных гипсовых вяжущих, растворов и бетонов на их основе, снижение энергозатрат на производство вяжущих и изделий на их основе.
2
Технический результат получают благодаря тому, что предложенный модификатор гипсовых вяжущих, строительных растворов, бетонов и изделий на их основе включает: гидравлическое вяжущее, активный минеральный компонент, в качестве которого он содержит микрокремнезем и тонкодисперсный кремнеземсодержащий компонент, пластифицирующую добавку, регулятор сроков схватывания и стабилизатор при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидравлическое вяжущее - 42-76; активный минеральный компонент - 8-48; пластифицирующую добавку - 2,1-11,4; регулятор сроков схватывания - 0,23-3,8; стабилизатор - 0,01-1,5. При этом в качестве гидравлического вяжущего добавка содержит портландцемент любой разновидности, белый цемент, цветной цемент, гидравлическую известь; в качестве тонкодисперсного кремнеземсодержащего компонента - кварцевый песок, золу-унос, золошлаковые смеси ТЭЦ, доменные кислые гранулированные шлаки, керамическую пыль, бой керамического кирпича, других керамических изделий, стеклянный бой, туф или их смесь в любой пропорции, в качестве пластифицирующей добавки - суперпластификаторы, например, на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом (суперпластификатор С-3 по ТУ 5870-006-58042865-05), на основе сульфированных меламино-формальдегидных соединений (МФ-АР производства РФ, «Мелмент» и «Изола ФМ-86» производства фирм ФРГ и др.)., на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров (FOX-8H производства ФРГ, WPS-600 производства КНР и т.п.), или технический лигносульфонат, или их смесь в любой пропорции, в качестве регуляторов сроков схватывания - замедлитель схватывания гипса, например винную кислоту, в качестве стабилизатора - водорастворимые простые эфиры целлюлозы (например, метилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза и смешанные эфиры на основе метилцеллюлозы как отечественного производства, так и импортного производства марок «BENECEL», «CULMINAL» и др.). В качестве гипсовых вяжущих используют гипс полуводный, или ангидрит, или их смесь. Модификатор вводится в гипсовое или ангидритовое вяжущее или их смесь в количестве 15,0-50,0% от их массы, а значение удельной поверхности модификатора составляет 450-1200 м/кг.
На практике добавка для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе содержит следующие компоненты, мас.%:
гидравлическое вяжущее - 42-76;
активный минеральный компонент 8-48, из которого минеральный наполнитель составляет 4,5-8,8;
пластифицирующую добавку - 2,1-11,4;
регулятор сроков схватывания - 0,23-3,8;
стабилизатор - 0,01-1,5.
2
2
При этом значение удельной поверхности выбирают в пределах от 450 м /кг до 1200 м/ кг. В качестве гипсового вяжущего используется гипс полуводный или ангидрит.
Если в активном минеральном компоненте в качестве тонкодисперсного кремнеземсодержащего компонента используется зола-унос, то его массовое соотношение к микрокремнезему равно 4-8:1, молотый кварцевый песок используется при соотношении к микрокремнезему, равном 2-3:1, молотый шлак - 4-6:1, молотый стеклянный бой - 2-5:1, молотый бой керамических отходов - 1-3:1.
Производство модификатора для гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе включает следующие операции. Отдозированные компоненты модификатора подаются в мельницу (стержневую, вибрационную, центробежно-ударную, дезинтегратор и др.) в следующей последовательности: кремнеземсодержащий компонент, гидравлическое вяжущее, суперпластификатор, микрокремнезем, регулятор схватывания, стабилизатор, где они измельчаются до необходимой удельной поверхности. Полученный модификатор расфасовывается в тару для отправки потребителю. Дозировка добавки осуществляется в количестве 15-50% от массы гипсового вяжущего.
Для иллюстрации получения модифицированного гипсового вяжущего ниже приведены примеры конкретного выполнения, причем в качестве полуводного гипса использован полуводный гипс марки Г-15.
Пример 1
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модифицирующей добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 70;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 750 м/кг- 30,
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 70,0;
2) активный минеральный компонент:
2
микрокремнезем с удельной поверхностью 1800 м/кг - 8;
2
кремнеземсодержащий компонент - молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 650 м/кг- 16;
3) пластифицирующая добавка - суперпластификатор С-3 - 4,75;
4) замедлитель схватывания гипса - винная кислота техническая - 0,625;
5) стабилизатор - метил целлюлоза марки МЦ вязкостью 5000 МПа·с - 0,625,
Полученный состав обладает низкой водопотребностью и высокими физико-механическими свойствами (см. таблицу).
Пример 2
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модифицирующей добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 80;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 750 м/кг - 20,
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 63,75;
2) активный минеральный компонент:
2
микрокремнезем с удельной поверхностью 1800 м/кг - 7,5;
2
кремнеземсодержащий компонент - молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 650 м/кг - 22,5;
3) пластифицирующая добавка - суперпластификатор С-3 - 5,0;
4) замедлитель схватывания гипса - винная кислота техническая - 0,625;
5) стабилизатор - метилцеллюлоза марки МЦ вязкостью 5000 МПа·с -0,625.
Полученный состав обладает низкой водопотребностью и высокими физико-механическими свойствами (см. таблицу).
Пример 3
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модификатора была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 70;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 970 м/кг - 30;
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 67;
2) активный минеральный компонент:
2
микрокремнезем с удельной поверхностью 1800 м/кг - 5,1;
кремнеземсодержащий компонент - зола-унос - 23,0;
3) пластифицирующая добавка - суперпластификатор С-3 - 4,2;
4) замедлитель схватывания гипса - винная кислота техническая - 0,55;
5) стабилизатор - метилцеллюлоза марки МЦ вязкостью 5000 МПа·с - 0,15.
Полученный состав обладает повышенными физико-механическими свойствами (морозостойкостью, прочностью, водостойкостью), в связи с этим расширяется область использования вяжущего, в том числе для наружных конструкций.
Пример 4
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модификатора была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 60;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 500 м/кг - 40;
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 58;
2) активный минеральный компонент:
2
микрокремнезем с удельной поверхностью 1800 м/кг - 7,8;
2
кремнеземсодержащий наполнитель, доменный гранулированный шлак с удельной поверхностью 480 м/кг - 29,4;
3) пластифицирующая добавка - суперпластификатор С-3 + лигносульфонат технический в соотношении 1:1 - 2,46;
4) замедлитель твердения гипса, винная кислота техническая - 2,1;
5) стабилизатор, метилцеллюлоза марки МЦ вязкостью 5000 МПа·с - 0,24.
Полученный состав обладает высокой водостойкостью и прочностью.
Пример 5
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модифицирующей добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 70;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 750 м/кг - 30,
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент белый - 64;
2) активный минеральный компонент:
2
микрокремнезем с удельной поверхностью 1500 м/кг - 7,5;
2
кремнеземсодержащий компонент - молотый стеклобой с удельной поверхностью 950 м/кг - 22,5;
3) пластифицирующая добавка - гиперпластификатор на основе карбоксилатов - 5,0;
4) замедлитель схватывания гипса, винная кислота техническая - 0,5;
5) стабилизатор - эфир целлюлозы «Culminal» вязкостью 10000 МПа·с - 0,5.
Полученный состав обладает низкой водопотребностью и высокими физико-механическими свойствами (см. таблицу).
Пример 6
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модифицирующей добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 60;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 750 м/кг - 40,
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 69;
2) активный минеральный компонент:
микрокремнезем - 8,5;
2
кремнеземсодержащий наполнитель - молотый бой керамических отходов (керамзитовая пыль из электрофильтров) с удельной поверхностью 650 м/кг - 17;
3) пластифицирующая добавка - суперпластификатор, получаемый на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений (С-3) - 5,0;
4) замедлитель схватывания гипса, винная кислота техническая - 0,275;
5) стабилизатор, эфир целлюлозы МЕТОЦЕЛ («METHOCEL») вязкостью 7000 МПа·с - 0,225.
Полученный состав обладает низкой водопотребностью и высокими физико-механическими свойствами (см. таблицу).
Пример 7
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модифицирующей добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 70;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 750 м/кг - 30,
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 53;
2) активный минеральный компонент:
микрокремнезем - 4,5;
кремнеземсодержащий наполнитель, зола-унос - 36;
3) пластифицирующая добавка - суперпластификатор, получаемый на основе сульфированных меламино-формальдегидных соединений (МФ-АР) - 4,4;
4) замедлитель схватывания гипса, винная кислота техническая - 0,65;
5) стабилизатор, эфир целлюлозы «METHOCEL» вязкостью 7000 МПа·с - 1,45.
Полученный состав обладает низкой водопотребностью и высокими физико-механическими свойствами (см. таблицу).
Пример 8
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модификатора была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 70;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 550 м/кг - 30;
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 53;
2) активный минеральный компонент:
микрокремнезем - 6;
2
кремнеземсодержащий компонент - доменный гранулированный шлак с удельной поверхностью 420 м/кг - 36;
3) пластифицирующая добавка - суперпластификатор, получаемый на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений (С-3) + лигносульфонат технический в соотношении 1 к 2 - 2,75;
4) замедлитель схватывания гипса - винная кислота техническая - 2;
5) стабилизатор - этилоксиэтилцеллюлоза (ЭОЭЦ) вязкостью 15000 МПа·с - 0,25.
Несмотря на то, что модификатор гипсовых вяжущих содержит лишь 46% гидравлического вяжущего, полученный состав обладает высокой водостойкостью и прочностью.
Пример 9
Для экспериментальной проверки заявляемого состава модификатора была приготовлена следующая смесь ингредиентов, мас.%:
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 70;
2
2) модификатор с удельной поверхностью 550 м/кг - 30;
при этом модификатор следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 53;
2) активный минеральный компонент:
микрокремнезем - 6;
2
кремнеземсодержащий компонент - доменный гранулированный шлак с удельной поверхностью 420 м/кг - 36;
3) пластифицирующая добавка - пластификатор, получаемый на основе модифицированных лигносульфонатов (BPS BV-1) - 2,75;
4) замедлитель схватывания гипса - винная кислота техническая - 2;
5) стабилизатор - этилоксиэтилцеллюлоза (ЭОЭЦ) вязкостью 15000 МПа·с - 0,25.
Несмотря на то, что модификатор гипсовых вяжущих содержит лишь 46% гидравлического вяжущего, полученный состав обладает высокой водостойкостью и прочностью.
Состав модификатора в соответствии с прототипом.
1) гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 70;
2
2) добавка для модификации гипса с удельной поверхностью 4000 см/кг - 30;
при этом добавка следующего состава, мас.%:
1) гидравлическое вяжущее, портландцемент - 87,9;
2) активный минеральный компонент, микрокремнезем - 10;
3) суперпластификатор на основе поликарбоксилатов - 1;
4) замедлитель твердения гипса, винная кислота натуральная - 0,1;
5) водорастворимый эфир целлюлозы - гидроксиэтилцеллюлоза - 1.
Для экспериментального определения параметров заявляемого состава изготовлялись образцы в виде призм размером 40×40×160 мм. Результаты испытаний приведены в таблице.
Наименование показателя
Состав по примеру, мас.%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Прототип
Водопотребность (водотвердое отношение) при расплыве 180 мм
0,22
0,21
0,20
0,22
0,19
0,22
0,19
0,20
0,24
0,18
Сроки схватывания,
начало
5
39
38
34
22
18
22
33
41
30
конец
35
53
62
58
54
56
65
60
65
60
Прочность на сжатие в возрасте 3 сут, МПа
28,0
29,5
27,5
17,0
18,0
21,0
19
20
17
19,5
Прочность на сжатие в возрасте 28 сут, МПа при твердении во влажных условиях
42,3
44,7
45,8
33,0
48,5
38,0
42
45
37
35
Коэффициент размягчения
0,83
0,92
0,95
0,88
0,93
0,89
0,85
0,89
0,84
0,82
Жизнеспособность (начало потери подвижности), мин
20
35
35
33
20
22
23
19
33
15
Трещиностойкость*, величина деформации образцов при 3-месячном твердении в воде, %
+0,18
+0,21
+0,19
+0,12
+0,13
+0,14
+0,12
+0,13
+0,10
0,45
Примечание: Трещиностойкость является достаточной, если величина деформации не превышает 0,25% за 3 мес твердения образцов в воде.