ДОБАВКА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
ADDITIVE FOR CONSTRUCTION MIXTURES

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам добавок для строительных смесей, которые могут применяться в составе штукатурных, шпаклевочных, монтажных смесей.
Важным свойством для строительных смесей является водоудерживающая способность. Широкое применение для приготовления строительных смесей нашли водоудерживающие добавки, такие как эфиры целлюлозы, обладающие хорошими водоудерживающими свойствами.
Известна комплексная добавка для сухих гипсовых смесей, содержащая метилцеллюлозу совместно с техническим хлористым кальцием и молотой силикат-глыбой (RU 2257356 С2, МПК С04В 24/04, С04В 22/08, опубл. 27.07.2005).
Недостатком данного изобретения является низкая водоудерживающая способность штукатурных и шпаклевочных масс из сухих гипсовых смесей на основе добавки, наличие энергоемкого процесса по помолу компонентов.
Известна комплексная модифицирующая добавка для строительного раствора, содержащая минеральный компонент и эфир целлюлозы. В качестве минерального компонента используют наполнители (доломитовую муку, известняковую муку, мраморную муку, пылевидный кварц) и заполнители (кварцевый песок) (RU 2364576 С1, МПК С04В 24/38, С04В 103/30, опубл. 20.08.2009).
Недостатком изобретения является низкая водоудерживающая способность строительных растворов на основе добавки, отсутствие возможности использования добавки в составе сухих строительных смесей.
Известна базовая рецептура гипсовых шпатлевочных смесей. В состав входит гипс, водоудерживающая добавка, замедлитель схватывания, известь гидратная, известняковая мука в качестве наполнителя, а также, по крайней мере, один дополнительный активный ингредиент, выбранный из группы, включающей редиспергируемые полимерные порошки, водорастворимые пластифицирующие, воздухововлекающие, гидрофобизирующие, реологические, диспергирующие добавки. В качестве водоудерживающей добавки используют эфиры целлюлозы, а в качестве замедлителя схватывания используют винную кислоту (Рецептурный справочник по сухим строительным смесям / В.И.Корнеев, П.В.Зозуля, И.Н.Медведева, Г.А.Нуждина. - СПб.: РИА «Квинтет», 2010. - с.225, табл.103, раздел водоудерживающая добавка, с.226, раздел замедлители схватывания, с.217, табл.100, с.235, табл.110). Данный базовый состав является наиболее близким аналогом заявленного изобретения.
Недостатком шпатлевочных смесей данного базового состава является низкая водоудерживающая способность, большое количество составляющих компонентов.
Техническая задача изобретения - повышение водоудерживающей способности гипсовых смесей на основе данной добавки, уменьшение количества компонентов в составе строительных смесей.
Поставленная техническая задача решается тем, что в состав добавки для гипсовых смесей в качестве водоудерживающей добавки вводится эфир целлюлозы, а в качестве замедлителя схватывания вводится дефекат - отход сахарного производства, нагретый при конкретной температуре в интервале от 130 до 280°С с выдержкой при данной температуре в течение от 0 до 4 часов. Дефекат на 70% состоит из мелкодисперсного известняка с размером зерен 30-40 микрон и на 30% из органических соединений растительного происхождения.
Нагрев и выдержка дефеката при определенной температуре могут быть осуществлены в печи или сушильном барабане с обогреваемым бункером томления, или тепловом агрегате по типу гипсоварочного котла с тепловой рубашкой. После остывания дефекат вместе с эфиром перемешивают в смесителе при определенном соотношении компонентов. Величина температуры нагрева и время температурной выдержки дефеката оказывают влияние на изменение водоудерживающей способности эфиров целлюлозы в строительных смесях. Чем больше по времени выдерживать дефекат при определенной температуре, тем больше будет водоудерживающая способность эфиров целлюлозы в составе гипсовых смесей с данной добавкой, что позволяет регулировать водоудерживающую способность строительных смесей. Компоненты для добавки берутся в следующем соотношении, мас.%: дефекат 89,3-99,5; эфир целлюлозы 0,5-10,7. В качестве эфиров целлюлозы берутся производные метилцеллюлозы Culminal 8384 и Rutocel 75RT70000 (фирма производитель «Hercules»).
Добавка содержит также, по крайней мере, один дополнительный активный ингредиент, выбранный из группы, включающей редиспергируемые полимерные порошки, водорастворимые пластифицирующие, воздухововлекающие, гидрофобизирующие, реологические, диспергирующие добавки.
Данная добавка повышает водоудерживающую способность гипсовых смесей, кроме этого в составе гипсовых смесей дефекат дополнительно является замедлителем схватывания, а также наполнителем.
Были проведены испытания смесей с гипсом марки Г6 Аракчинского завода Республики Татарстан, дефекатом Буинского сахарного завода и эфиром Culminal 8384. Дефекат нагревали до конкретной температуры, а затем выдерживали его при этой температуре в трех вариантах: в течение 0, 2 и 4 часов. Испытания проводились для смесей гипс : дефекат : эфир = 89,5:10:0,5, при следующем соотношении компонентов добавки, мас.%: дефекат : эфир = 95,2:4,8.
Водоудерживающая способность смесей определялась по ГОСТу 5802-86, но результаты часто получались очень плотные, что не всегда позволяло увидеть положительный или отрицательный эффект от изменения в опытах отдельных параметров. Поэтому для определения водоудерживающей способности смесей применялся наряду с ГОСТовским более наглядный органолептический способ, когда смесь испытуемого вяжущего вещества наносили на подложку из высушенной стандартной гипсовой балочки (40×40×160 мм) толщиной 1-2 мм («тонкий слой») и толщиной 5-6 мм («толстый слой») и определяли на осязание (пальцем) время, в течение которого эта смесь оставалась подвижной (липкой) до ее затвердевания («время жизни смеси»), т.е. до состояния, когда технологические операции по кладке на клею, затирке, штукатурке с данной смесью уже не возможны.
Для сравнения на эту же балочку наносился аналогичный слой гипсовых смесей базового состава прототипа с винной кислотой и эфиром: гипс : винная кислота : эфир : известь гидратная = 99,5:0,05:0,5:1.
Результаты испытаний по водоудерживающей способности смесей при температурах термообработки дефеката в интервале от 120 до 290°С с временем выдержки при определенной температуре в значениях 0 мин, 120 мин, 240 минут представлены в таблице 1.
Таблица 1
Сводная таблица результатов по водоудерживающей способности (органолептический метод)
Состав смесей: гипс 89,5%; дефекат 10%; эфир С8384 0,5% (Состав добавки: дефекат 95,2%; эфир С8384 4,8%)
Смесь с винной кислотой: гипс : винная кислота : эфир : известь гидратная = 99,5:0,05:0,5:1
Температура выдержки дефеката
Испытания
Время выдержки дефеката при различных температурах, мин
0
120
240
120°С
Время жизни в тонком слое, мин
3,5
4,5
4,5
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
35
45
45
80
Время жизни в тонком слое, мин
3,5
4,5
5
4,5
130°С
Время жизни в толстом слое, мин
45
55
65
80
140°С
Время жизни в тонком слое, мин
3,5
4,5
5
5
Время жизни в толстом слое, мин
40
50
55
80
160°С
Время жизни в тонком слое, мин
3,5
4,5
5
5
Время жизни в толстом слое, мин
45
60
70
80
180°С
Время жизни в тонком слое, мин
4
5
5,5
5
Время жизни в толстом слое, мин
50
70
75
80
200°С
Время жизни в тонком слое, мин
4
5
5,5
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
65
80
90
75
220°С
Время жизни в тонком слое, мин
4
5,5
6
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
65
85
95
80
230°С
Время жизни в тонком слое, мин
4,5
5,5
7
5
Время жизни в толстом слое, мин
65
85
95
80
240°С
Время жизни в тонком слое, мин
4,5
6,5
7,5
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
70
90
100
75
245°С
Время жизни в тонком слое, мин
5
6
7
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
80
90
100
80
250°С
Время жизни в тонком слое, мин
5,5
6
7
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
80
95
100
75
255°С
Время жизни в тонком слое, мин
4,5
5,5
6,5
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
75
90
95
75
260°С
Время жизни в тонком слое, мин
4
5,5
6
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
70
85
95
80
270°С
Время жизни в тонком слое, мин
4
4,5
5
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
70
85
85
80
280°С
Время жизни в тонком слое, мин
3,5
4,5
5
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
70
70
70
70
290°С
Время жизни в тонком слое, мин
3,5
4
4
4,5
Время жизни в толстом слое, мин
55
60
60
70
На рисунке 1 по данным таблицы 1 показан график по водоудерживающей способности гипсовых смесей в зависимости от температуры нагрева и времени выдержки дефеката при данной температуре.
Из рисунка 1 видно, что при нулевой выдержке дефеката максимальное время жизни в тонком слое 5,5 минут при температуре 250 С, до этой температуры время жизни при нулевой выдержке увеличивается, а затем при дальнейшем увеличении температуры время жизни уменьшается.
При двухчасовой и четырехчасовой выдержке дефеката максимальное время жизни в тонких слоях получается при температуре 240°С (6,5 минут при 2-часовой выдержке, 7,5 минут при 4-часовой выдержке).
При нулевой выдержке дефеката по водоудерживающей способности наша смесь обгоняет смесь с винной кислотой при нагреве дефеката до температуры более 240°С и менее 255°С. При 2-часовой выдержке дефеката наша смесь обгоняет смесь с винной кислотой при нагреве дефеката до температуры более 160°С и менее 270°С. При 4-часовой выдержке дефеката наша смесь обгоняет смесь с винной кислотой при нагреве дефеката до температуры более 120°С и менее 285°С. Водоудерживающая способность данной добавки в составе гипсового вяжущего является максимальной.
Смесь с винной кислотой состава гипс : винная кислота : эфир : известь гидратная = 99,5:0,05:0,5:1 имеет начало схватывания 155 минут, смесь с дефекатом состава гипс : дефекат : эфир = 89,5:10:0,5 (соотношение компонентов добавки дефекат : эфир = 95,2:4,8) имеет начало схватывания от 43 до 240 минут в зависимости от варианта температурной обработки дефеката (см. таблицу 2).
Таблица 2
Сроки схватывания гипсовых смесей гипс : дефекат: эфир = 89,5:10:0,5 при температурах нагрева дефеката от 120 до 290°С при выдержке дефеката при данных температурах в течение 0 минут, 120 минут и 240 минут
Состав смесей: гипс 89,5%, дефекат 10%, эфир С8384 0,5% (Состав добавки: дефекат 95,2%: эфир С8384 4,8%)
Время выдержки дефеката при различных температурах, мин
Температура выдержки дефеката
Сроки схватывания
0
120
240
120°С
Начало схватывания, мин
43
50
50
Окончание схватывания, мин
70
75
80
130°С
Начало схватывания, мин
44
50
52
Окончание схватывания, мин
70
75
80
140°С
Начало схватывания, мин
46
50
55
Окончание схватывания, мин
70
75
85
160°С
Начало схватывания, мин
52
60
70
Окончание схватывания, мин
78
90
95
180°С
Начало схватывания, мин
65
80
105
Окончание схватывания, мин
95
110
140
200°С
Начало схватывания, мин
80
140
180
Окончание схватывания, мин
115
180
220
220°С
Начало схватывания, мин
118
170
200
Окончание схватывания, мин
155
200
252
230°С
Начало схватывания, мин
116
195
235
Окончание схватывания, мин
140
225
275
240°С
Начало схватывания, мин
190
225
240
Окончание схватывания, мин
230
265
270
245°C
Начало схватывания, мин
185
220
200
Окончание схватывания, мин
220
255
235
250°С
Начало схватывания, мин
180
200
180
Окончание схватывания, мин
210
230
210
255°С
Начало схватывания, мин
180
200
180
Окончание схватывания, мин
205
235
215
260°С
Начало схватывания, мин
180
175
150
Окончание схватывания, мин
210
205
180
270°С
Начало схватывания, мин
175
170
150
Окончание схватывания, мин
210
200
175
280°С
Начало схватывания, мин
170
165
145
Окончание схватывания, мин
200
190
170
290°С
Начало схватывания, мин
160
150
140
Окончание схватывания, мин
190
180
170
Далее были проведены испытания на водоудерживающую способность гипсовых смесей с добавкой (дефекат + эфир С8384) при разных количествах эфира и дефеката. В качестве сырья для добавки был использован дефекат Буинского сахароперерабатывающего завода и эфир Culminal 8384. Дефекат был нагрет до температуры 240°С и выдержан при этой температуре в течение 4 часов.
В таблице 3 приведены результаты испытаний гипсовых смесей с добавкой (дефекат + эфир С8384) при разных количествах эфира и дефеката.
Таблица 3
Результаты испытаний гипсовых смесей с добавкой (дефекатом и эфиром Culminal 8384) при разных количествах компонентов добавки
Состав
Гипс, %
Добавка в следующем соотношении компонентов
Вода, %
Водоудерживающая способность, органолептический метод
Водоудерживающая способность, % (ГОСТ 5802-86)
Дефекат 240°С (4 часа), %
Эфир С8384, %
Время жизни в тонком слое, мин
Время жизни в толстом слое, мин
1
94,9
5
0,1
59
0,5
15
99,10
2
92,9
7
59
0,5
15
99,10
3
89,9
10
62
1
20
99,21
4
79,9
20
63
0,5
15
99,12
5
69,9
30
66
0,5
15
99,11
6
59,9
40
68
0,5
15
99,09
7
94,8
5
0,2
60
1
30
99,20
8
92,8
7
60
1
30
99,22
9
89,8
10
61
1,5
30
99,34
10
79,8
20
64
1,5
30
99,35
11
69,8
30
68
1
30
99,25
12
59,8
40
70
1
30
99,25
13
94,7
5
0,3
60
2
25
99,35
14
92,7
7
60
2,5
30
99,38
15
89,7
10
62
2,5
35
99,40
16
79,7
20
66
3
35
99,42
17
69,7
30
68
3
30
99,42
18
59,7
40
72
3
30
99,41
19
94,6
5
0,4
65
3,5
55
99,40
20
92,6
7
65
3,5
55
99,41
21
89,6
10
67
4
60
99,44
22
79,6
20
71
5,5
65
99,51
23
69,6
30
73
3,5
40
99,45
24
59,6
40
76
3,5
35
99,44
25
94,5
5
0,5
70
4,5
60
99,47
26
92,5
7
70
6
80
99,56
27
89,5
10
71
7,5
100
99,61
28
79,5
20
76
7
80
99,58
29
69,5
30
77
5,5
60
99,53
30
59,5
40
81
5,5
55
99,52
31
94,4
5
0,6
73
5,5
65
99,54
32
92,4
7
73
6,5
75
99,57
33
89,4
10
74
8
90
99,64
34
79,4
20
78
7
90
99,58
35
69.4
30
82
6
80
99,54
36
59,4
40
84
6
80
99,54
Для сравнительных испытаний гипсовых смесей с дефекатом и эфиром по водоудерживающей способности параллельно проводились испытания с базовым составом шпатлевочной смеси прототипа с винной кислотой и эфиром. Результаты испытания гипсовых смесей с винной кислотой и эфиром С8384 представлены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты испытаний гипсовых смесей с винной кислотой и эфиром С8384
Состав
Гипс, %
Винная кислота, %
Эфир С8384, %
Известь гидратная, %
Вода, %
Водоудерживающая способность, органолептический метод
Водоудерживающая способность, % (ГОСТ 5802-86)
Время жизни в тонком слое, мин
Время жизни в толстом слое, мин
1
99,87
0,05
0,1
1
64
0,5
10
99,20
2
99,77
0,05
0,2
1
66
1
25
99,30
3
99,67
0,05
0,3
1
66
2
35
99,35
4
99,57
0,05
0,4
1
68
3,5
50
99,40
5
99,47
0,05
0,5
1
70
4,5
60
99,47
6
99,37
0,05
0,6
1
60
5,5
75
99,54
На рисунке 2 по данным таблиц 3 и 4 показан график по водоудерживающей способности гипсовых смесей с разным количеством дефеката при эфирах 0,1%, 0,2% и 0,3%, а также смесей с винной кислотой при таких же количествах эфира. А на рисунке 3 по данным таблиц 2 и 3 показан график по водоудерживающей способности гипсовых смесей с разным количеством дефеката при эфирах 0,4%, 0,5% и 0,6%, а также смесей с винной кислотой при таких же количествах эфира.
Из рисунка 2 видно, что при количестве эфира в составе гипсовой смеси 0,1% водоудерживающая способность смеси с термически обработанным дефекатом превышает на 100% смесь с винной кислотой при количестве дефеката в составе смеси 10%. При количестве эфира в составе смеси 0,2% водоудерживающая способность смеси с дефекатом превышает на 50% смесь с винной кислотой при количестве дефеката в составе смеси 10-20%. При количестве эфира в составе смеси 0,3% водоудерживающая способность смеси с дефекатом превышает смесь с винной кислотой на 25-50% при количестве дефеката в составе смеси 7-40%.
Из рисунка 3 видно, что при количестве эфира в составе смеси 0,4% водоудерживающая способность смеси с термически обработанным дефекатом превышает на 14-57% смесь с винной кислотой при количестве дефеката 10-20%. При количестве эфира в составе смеси 0,5% водоудерживающая способность смеси с дефекатом превышает смесь с винной кислотой на 22-67% при количестве дефеката 7-40%. При количестве эфира в составе смеси 0,6% водоудерживающая способность смеси с дефекатом превышает смесь с винной кислотой на 9-45% при количестве дефеката 7-40%.
Были также проведены испытания на определение водоудерживающей способности цементных смесей с применением данной добавки. В качестве сырья был использован портландцемент М400 Ульяновского цементного завода, песок речной Волжский, дефекат Буинского сахароперерабатывающего завода и эфир Rutocel 75RT70000. Дефекат был нагрет до температуры 240°С и выдержан при этой температуре в течение 4 часов. Водоудерживающая способность определялась как по ГОСТу 5802-86, так и органолептическим способом по времени жизни в тонком и толстом слоях.
Результаты испытаний цементных смесей с добавкой (дефекат + эфир Rutocel 75RT70000) представлены в таблице 5.
Таблица 5
Результаты испытаний цементных смесей с добавкой (дефекатом и эфиром Rutocel 75RT70000) при разных количествах компонентов добавки
Состав
Портландцемент Ульяновский М400, %
Песок речной Волжский, % М<sub>к</sub>=1,02
Добавка в следующем соотношении компонентов
ВЦ
Водоудерживающая способность, органолептический метод
Водоудерживающая способность, % (ГОСТ 5802-86)
Дефекат 240°С (4 часа), %
Эфир Rutocel, %
Время жизни в тонком слое, мин
Время жизни в толстом слое, мин
1
25
74,9
-
0,1
0,7
0,5
20
99,18
2
67,9
7
0,7
0,5
20
99,20
3
64,9
10
0,7
0,5
20
99,20
4
54,9
20
0,9
0,5
25
99,21
5
44,9
30
1,2
0,5
25
99,20
6
34,9
40
1,4
0,5
25
99,21
7
25
74,8
-
0,2
0,7
1
25
99,28
8
67,8
7
0,7
1
25
99,28
9
64,8
10
0,75
1
25
99,29
10
54,8
20
0,9
1
30
99,29
11
44,8
30
1,2
1
30
99,30
12
34,8
40
1,5
1
30
99,30
13
25
74,7
-
0,3
0,75
1,5
25
99,32
14
67,7
7
0,8
1,5
25
99,32
15
64,7
10
0,8
2
30
99,34
16
54,7
20
0,95
2
35
99,35
17
44,7
30
1,3
2
30
99,34
18
34,7
40
1,5
1,5
30
99,32
19
25
74,6
-
0,4
0,75
2
30
99,34
20
67,6
7
0,8
2,5
35
99,37
21
64,6
10
0,8
2,5
35
99,38
22
54,6
20
1,0
2,5
35
99,37
23
44,6
30
1,3
2
35
99,35
24
34,6
40
1,6
2
30
99,34
25
25
74,5
-
0,5
0,75
2
30
99,34
26
67,5
7
0,8
2,5
35
99,38
27
64,5
10
0,85
3
35
99,41
28
54,5
20
1,0
2,5
35
99,38
29
44,5
30
1,3
2,5
35
99,37
30
34,5
40
1,6
2
35
99,34
На рисунке 4 по данным таблицы 5 показан график по водоудерживающей способности цементных смесей с разным количеством дефеката и разным количеством эфира в составе.
Из рисунка 4 видно, что при количестве эфира 0,1 и 0,2% в составе цементных смесей дефекат не повышает водоудерживающую способность эфиров целлюлозы. При количестве эфира 0,3% в составе цементных смесей дефекат в количестве 10-30% повышает водоудерживающую способность эфиров целлюлозы на 33%. При количестве эфира 0,4% в составе цементных смесей дефекат в количестве до 20% повышает водоудерживающую способность эфиров целлюлозы на 25%. При количестве эфира 0,5% в составе цементных смесей дефекат в количестве до 30% повышает водоудерживающую способность эфиров целлюлозы до 50%.
Добавка на основе дефеката и эфира повышает водоудерживающую способность строительных смесей как гипсовых, так и цементных, уменьшает количество компонентов в строительных смесях. Дефекат является одновременно замедлителем схватывания, наполнителем и делает ненужным применение гидратной извести, т.е. один компонент заменяет три.