СУХАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ
DRY CONSTRUCTION MIXTURE

Изобретение относится к составам сухих растворных смесей на основе портландцемента, минерального заполнителя в виде песка, суперпластификатора и ультрадисперсной добавки аморфного диоксида кремния, предназначенных для штукатурных растворов.
К ультрадисперсным добавкам аморфного диоксида кремния относится микрокремнезем, имеющий средний размер первичных частиц 0,1 мкм (100 нм). К классу ультрадисперсных добавок относятся материалы, имеющие размеры (или один из размеров) частиц, равный или меньше 100 нм. Добавка диоксида кремния взаимодействует с продуктом твердения портландцемента - гидроксидом кальция. Продукты пуццолановой реакции - низкоосновные гидросиликаты кальция - уплотняют строительный раствор, повышая его показатели по прочности и водонепроницаемости.
Известна сухая смесь для приготовления бетонов и строительных растворов повышенной прочности и водонепроницаемости, включающая: портландцемент, песок и комплексную добавку. Добавка, в виде порошка содержит суперпластификатор С-3, микрокремнезем, а также вулканическую породу, гипс и доломит [описание изобретения к патенту RU 2079462 C1, МПК С04В 28/00, С04В 111:20, 16.09.1994].
Недостатком смеси является низкая водонепроницаемость, а также нестабильность эксплуатационных характеристик из-за различий в фракционном составе песка.
Известна бетонная композиция и способ ее приготовления для герметизации и гидроизоляции бетонных, железобетонных, каменных, кирпичных и металлических конструкций по способу «мокрого» торкретирования. Бетонная композиция включает, мас.%: алитовый портландцемент - 27,5… 30,5; кварцевый песок фракций менее 0,315 мм - 30,0…32,0 и фракций 0,315…1,250 мм - 22,0…24,5; микрокремнезем - 2,0…3,0; суперпластификатор С-3 - 0,5…1,5; комплексную минеральную добавку - продукт совместного помола алюминатного портландцемента, кварцевого песка и сульфоалюмината кальция - 4,5…7,0; вода - остальное [описание изобретения к патенту RU 2067564C1, МПК С04В 28/04, С04В 111:20, 11.10.1995].
Равномерное распределение компонентов, в том числе микрокремнезема, по объему бетонной композиции достигается за счет их перемешивания в скоростном турбулентном бетоносмесителе. При этом вначале осуществляется перемешивание воды с микрокремнеземом, затем добавляются: комплексная добавка с суперпластификатором, затем цемент, затем песок. Бетонная композиция имеет марку по водонепроницаемости W 20.
Однако для сухих строительных смесей такой способ равномерного распределения компонентов, в том числе ультрадисперсной добавки микрокремнезема, в объеме смеси является непригодным.
Наиболее близкой к изобретению является сухая строительная смесь, включающая, мас.%: цемент - 27…35; суперпластификатор С-3 - 0,125…0,180; белую сажу БС 120 - 0,125…0,180; фракционированный песок - остальное. Песок состоит из фракций до 0,63; от 0,63 до 1,25 и от 1,25 до 2,5 мм, при весе каждой из фракций не более 37% от веса песка [описание изобретения к патенту RU 2278083 С1, МПК С04В 28/02, С04В 14/04, С04В 111/20, 14.12.2004].
Первичные шарообразные частицы белой сажи имеют размеры порядка 19…20 нм. При приготовлении сухой, а затем растворной смеси частицы агрегируются, что обуславливает неравномерное распределение белой сажи в объеме строительной смеси, снижает площадь реакционноспособной поверхности добавки. Это приводит к относительно низкой водонепроницаемости строительного раствора.
Целью изобретения является повышение водонепроницаемости и адгезионной прочности строительного раствора на основе портландцемента, минерального заполнителя в виде песка, суперпластификатора и ультрадисперсной добавки аморфного диоксида кремния.
Поставленная цель достигается тем, что сухая строительная смесь, включающая портландцемент, фракционированный песок, суперпластификатор С-3, содержит, в качестве ультрадисперсной добавки аморфного диоксида кремния, добавку АДК. АДК является продуктом термообработки рисовой шелухи при 800°С, ТУ 2169-276-00209792-2005. АДК представляет собой белый порошок с сероватым оттенком, состоящий из пористых частиц чешуйчатой формы. Средние размеры частиц, согласно данным электронно-микроскопических исследований, составляют: «длина-ширина» - 7 мкм, толщина - 0,1 мкм (100 нм).
Отдельные частицы аморфного диоксида кремния АДК представляют монолитный нанопористый материал, в отличие от агрегатов белой сажи и микрокремнезема, пористость в которых образована пространством между шарообразными частицами. Морфологические характеристики аморфного диоксида кремния АДК в сравнении с белой сажей БС 120 и микрокремнеземом МК 85 приведены в табл.1.
Таблица 1
Морфологические характеристики ультрадисперсных добавок кремнезема
Добавка
Размер первичных частиц, мкм
Диаметр агрегатов, мкм
Пористость
Удельная поверхность (БЭТ), м<sup>2</sup>/г
в водной суспензии
после диспер-гирования УЗ*
Объем пор, см<sup>3</sup>/г
Диаметр пор, нм
Аморфный диоксид кремния АДК
7,0 (длина-ширина), 0,1 (толщина)
7,818
6,029
0,3234
5,4
182
Белая сажа БС120
0,02 (диаметр)
72,927
16,182
0,3494
10,8
111
Микрокремнезем МК85
0,1 (диаметр)
47,036
6,648
0,1235
14,0
28
Примечание: * - ультразвуком
Чешуйчатые пористые частицы аморфного диоксида кремния АДК практически не агрегируются в растворной смеси. Это способствует их равномерному распределению в объеме смеси и сохранению морфологических свойств - размеров частиц и высокой удельной (реакционноспособной) поверхности.
Высокая реакционная способность добавки АДК, по сравнению с добавками микрокремнезема и белой сажи, приводит к образованию большего количества геля низкоосновных гидросиликатов кальция, который обладает клеящей способностью и, следовательно, увеличение его содержания в растворной смеси вызывает повышение адгезионной прочности строительного раствора.
Для приготовления сухой строительной смеси используют портландцемент ПЦ 500-Д0 по ГОСТ 10178, песок кварцевый по ГОСТ 8736-93, суперпластификатор С-3, порошок, по ТУ 5870-002-58042865-03, аморфный диоксид кремния АДК по ТУ 2169-276-00209792-2005.
Сухую смесь получают следующим образом. Дозируют аморфный диоксид кремния АДК, суперпластификатор, портландцемент, фракционированный песок. Дозированные сухие аморфный диоксид кремния АДК и суперпластификатор смешивают в смесителе, в течение 5…10 мин, затем в смеситель добавляют портландцемент и фракционированный песок и перемешивают в течение 10…15 мин.
Примеры реализации составов предложенной смеси и показатели водонепроницаемости и адгезионной прочности строительных растворов приведены в табл.2. Цементно-песчанное отношение составляло 1:2. Для всех составов соотношение фракций песка было следующим. Масса фракции песка от 0,14 до 0,315 мм составляла 26% от массы песка; масса фракции от 0,315 до 0,63 мм составляла 37%; масса фракции от 0,63 до 1,25 мм составляла 37%.
Таблица 2
Примеры реализации составов сухой строительной смеси
№ п/п
Состав сухой смеси, мас.%
Прочность на сжатие, МПа
Адгезионная прочность, МПа
Водонепроницаемость, марка
1
2
3
4
6
1
Цемент - 33,3
33,6
0,20
W2
Песок - 66,7
С-3 - 0,00
АДК - 0,00
2
Цемент - 33.17
39
0.70
W12
Песок - 66.33
С-3 - 0.33
АДК - 0.17
3
Цемент - 33,14
43.7
0.84
W14
Песок - 66,28
С-3 - 0,33
АДК - 0,25
4
Цемент - 33,11
46.5
0.90
W16
Песок - 66,23
С-3 - 0,33
АДК - 0,33
5
Цемент - 33,07
46,0
0.82
W16
Песок - 66,15
С-3 - 0,33
АДК - 0,45
6
Цемент - 33.05
44,7
0.70
W14
Песок - 66.12
С-3 - 0,33
АДК - 0.50
7
Цемент - 33,00
39
0.50
W12
Песок - 66,01
С-3 - 0,33
АДК - 0.66
8
Цемент - 33,11
46.2
0.50
W6
Песок - 66,23
С-3 - 0,33
БС 120 - 0,33
9
Цемент - 33,00
39.1
0.39
W4
Песок - 66,01
С-3 - 0,33
БС - 120-0,66
10
Цемент - 33,11
38.5
0.20
W2
Песок - 66,23
С-3 - 0,33
МК 85 - 0,33
11
Цемент - 32.91
39.5
0.30
W4
Песок - 65.81
С-3 - 0.32
МК 85 - 0.96
Для получения сравнительных показателей действия ультрадисперсных добавок аморфного диоксида кремния использовали белую сажу БС 120, ГОСТ 18307, и микрокремнезем МК 85, ТУ 5743-048-02495332-96. Испытания проводили по ГОСТ 5802-86, ГОСТ 28089, ГОСТ 12730.5.
Как видно из таблицы, добавка аморфного диоксида кремния АДК повышает водонепроницаемость и адгезионную прочность строительных растворов на основе портландцемента в большей степени, чем добавки белой сажи БС 120 и микрокремнезема МК 85.
Предложенная смесь может использоваться для приготовления штукатурных растворов с повышенными гидроизоляционными и адгезионными свойствами.