ЦЕМЕНТНО-ГИПСОВАЯ СУХАЯ СМЕСЬ И СБОРНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ИЗ НЕЕ
CEMENT-GYPSUM DRY MIXTURE AND PREFABRICATED STRUCTURAL COMPONENTS MADE FROM IT

Изобретение относится к цементно-гипсовой сухой смеси и изготовленным из нее сборным строительным компонентам.
При монтаже стальных конструкций толстый слой неорганического материала обычно наносят на металлические элементы конструкции, в основном затвердевающую водную смесь, распыляемую на стальную поверхность.
Распыляемый огнезащитный состав известен из DE 3780674 Т2 и содержит гидратируемое цементное связующее, наполнитель из измельченного полистирола, воздухововлекающую добавку и волокнистый компонент, который может быть распылен на стальную часть конструкции, и который приклеивается и схватывается на ней.
4
Недостатком смеси, указанной в DE 3780674 Т2, является то, что она не может использоваться в совокупности с гипсом, так как растворенный CaSO в цементе может приводить к опасному воздействию сульфата в виде образования новых минеральных соединений, например, таумазита, сингенита, эттрингита. По этой причине с этой смесью трудно работать, и затвердевший материал имеет высокий вес.
Смесь цемента и гипса очевидно приведет к улучшенным свойствам материала. Однако с гипсом и цементом в традиционных условиях трудно работать как с одним материалом, поскольку, как уже упоминалось выше, сульфат кальция приводит к нежелательным вторичным реакциям, когда материал затвердевает. Гидрат алюмината кальция в цементе реагирует с сульфатами в так называемой «сульфатной атаке», и объем смеси может увеличиться до 300%. Это приводит к очень большим механическим напряжениям, что, в свою очередь, может привести к трещинам и отслаиванию.
В DE 102010048339 В8 описана водная цементно-гипсовая смесь, которая содержит связующее из гипса и цемента, наполнитель из песка или пены, суперпластификатор, смешанный с воздухововлекающей добавкой, замедлителем и водой. Эта водная смесь может быть распылена на стальные балки, она затвердевает на месте и может быть использована при строительстве зданий. Однако, поскольку эта смесь наносится распылением, имеется недостаток в том, что требуется определенная вязкость, которая позволяет накачивать и распылять смесь. Другим недостатком этой водной смеси является то, что только связующее, наполнитель и волокна могут быть предварительно смешаны и упакованы в сухом состоянии. Пластификатор, замедлитель и воздухововлекающая добавка должны быть впоследствии добавлены в точной дозировке в водный раствор, например, с помощью дозирующего устройства, для получения распыляемой смеси, и это означает, что работа со смесью требует в значительной степени больших усилий. Особенно проблематичным является точное дозирование замедлителя, предпочтительной является лимонная кислота, которая добавляется в виде порошка и непосредственно в воду для смешивания на строительной площадке. Поскольку дозирование существенно зависит от климатических условий и для достижения продолжительного рабочего времени требуется большое количество лимонной кислоты, легко добавить ее слишком много, что из-за кислотного значения рН водной смеси негативно скажется на коррозионном поведении оцинкованной поверхности стальных конструкций. Также особенным недостатком является то, что большое количество воздушных пор в водной смеси разрушаются высоким давлением во время процесса распыления. Высокое давление, при котором распыляется смесь, также уменьшает процентное содержание добавки EPS (пенополистирол) на кубический метр смеси. Это, в свою очередь, приводит к более высоким требованиям к материалу и делает возможным увеличение процентного веса связующего до 10% от ранее рассчитанного требования.
Цель изобретения состоит в подготовке цементно-гипсовой сухой смеси, которая содержит все компоненты, включая в себя добавки в сухом предварительно смешанном состоянии, так что необходимо просто добавить воду на месте. Смесь должна легко эксплуатироваться, быстро затвердевать, иметь низкий вес в затвердевшем состоянии и обеспечивать простое изготовление сборных строительных компонентов.
Эта задача решается с помощью новой сухой цементно-гипсовой смеси, содержащей связующее, которое включает в себя
- полугидрат сульфата кальция или смесь, содержащую по меньшей мере 50 вес. % его (полугидрата сульфата кальция) и гидравлический цемент в весовом соотношении от 5:1 до 3:1,
- наполнитель, выбранный из дробленой древесины, пластика, керамзита, перлитов или пены или их смеси,
- добавки, содержащие
по меньшей мере один суперпластификатор,
по меньшей мере один воздухововлекающий агент,
по меньшей мере один стабилизатор,
по меньшей мере один замедлитель/ускоритель,
при этом добавка находится в сухой форме, а весовая доля суммы всех добавок от общего веса сухой смеси составляет <1%, стабилизаторы выбраны из фторфосфата или конденсированных фосфатов, замедлитель/ускоритель представляет собой водорастворимый анионный полимер, и весовое соотношение стабилизатора и замедлителя/ускорителя составляет от 3:1 до 1:3.
В предпочтительной форме цементно-гипсовая сухая смесь содержит связующее, полугидрат сульфата кальция или смесь его до по меньшей мере 50 вес. % и гидравлического цемента в весовом соотношении от 5:1 до 3:1,
- наполнитель, выбранный из древесины, пластика, керамзита, перлитов или пены или их смеси
- добавки, содержащие
суперпластификатор,
воздухововлекающий агент,
стабилизатор
замедлитель/ускоритель,
при этом добавка находится в сухой форме и имеет весовую долю суммы всех добавок от общего веса сухой смеси <1%, стабилизатор выбран из фторфосфатов или конденсированных фосфатов, замедлитель/ускоритель представляет собой водорастворимый анионный полимер, и весовое соотношение стабилизатора и замедлителя/ускорителя находится между 3:1 и 1:3. Замедлитель/ускоритель в описании изобретения определен в смысле добавки, которая действует как в качестве замедлителя, так и в качестве ускорителя.
Согласно изобретению все компоненты цементно-гипсовой смеси находятся в сухом состоянии. Готовая смесь упаковывается, хранится и транспортируется в сухом состоянии. Высокие транспортные издержки, вызванные дополнительным весом жидких компонентов, устраняются цементно-гипсовой сухой смесью согласно изобретению.
Согласно изобретению сухая цементно-гипсовая смесь содержит связующее, содержащее гипс (полугидрат сульфата кальция) или по меньшей мере 55-процентную смесь ее и гидравлического цемента в весовом соотношении от 3:1 до 5:1, предпочтительно от 4:1 до 5:1.
Как в общем известно, полугидрат сульфата кальция (CaSO4-1/2H20) получают путем сжигания дигидрата сульфата кальция. В зависимости от чистоты исходного дигидрата сульфата кальция полугидрат сульфата кальция, используемый в изобретенном процессе согласно изобретению, содержит до 45 вес. % инертных примесей.
Полугидрат сульфата кальция может иметь две модификации: альфа-полугидрат и бета-полугидрат. Оба реагируют с водой при обратном образовании дигидрата сульфата кальция (натуральный гипс). В изобретении обе модификации могут использоваться как по отдельности, так и в совокупности. Согласно изобретению гидравлический цемент используется в качестве цемента, предпочтительно портландского или известкового цемента. Гидравлический цемент затвердевает благодаря химическому взаимодействию с водой. В этом процессе оксиды металлов в цементе сначала реагируют с водой с образованием гидроксидов, а затем кристаллизуются и становятся матовыми. Важно, чтобы все цементные частицы были окружены водой для обеспечения равномерного затвердевания.
Согласно изобретению сухая цементно-гипсовая смесь содержит наполнитель. Согласно изобретению наполнитель выбран из измельченной/переработанной древесины, пластика, керамзита, перлитов или пены или их смеси. Преимущество заключается в том, что возможна высокая изменчивость материалов наполнителя, приспособленная к соответствующим требованиям по затвердевшему материалу.
Если в качестве наполнителя используется пена, в принципе может быть использован любая пена, т.е. термопластичные пены, такие как пенополистирол (EPS, самый известный из них: пенополиуретан Styropor), вспененный полипропилен, (ЕРР), вспененный ПВХ (EPVC), эластомерные пены, такие как пенополиуретан (PUR) и пена из нитрилового бутаэтилена (NBR), а также термореактивные пены, такие как твердая пена PUR и фенолоформальдегидная пена.
В одной форме наполнителем является пена, при этом весовое соотношение пены и связующего находится между 15:1 и 45:1, предпочтительно между 35:1 и 20:1, особенно предпочтительно 30:1.
В одной форме пена представляет собой переработанный пенополистирол (вторичный EPS, вспененный пенополистирол) со средним размером частиц 1-8 мм.
Согласно изобретению смесь также может содержать армирование в виде полимерных волокон из всех известных синтетических и натуральных полимеров. Предпочтительным является использование полипропиленовых волокон.
Согласно изобретению сухая цементно-гипсовая смесь содержит добавки.
В своем сочетании они действуют в качестве посредников и обеспечивают совместимость между гипсом и цементом. Они предотвращают нежелательные побочные реакции, такие как, например, вышеупомянутая «сульфатная атака».
Согласно изобретению добавки находятся в сухом состоянии, а весовая доля суммы всех добавок от общего веса сухой смеси составляет <1%. Согласно изобретению цементно-гипсовая сухая смесь содержит в качестве добавок по меньшей мере пластификатор. В одной форме  пластификатор, (также называемый суперпластификатором на техническом языке) представляет собой органический пластификатор.
В одной форме суперпластификатор, содержит анионные тензиды, например, на основе лигносульфонатов, меламинсульфонатов, нафталинсульфонатов, поликарбоксилат, бензоат натрия, особенно предпочтительный додецил сульфат натрия.
В одной форме суперпластификатор, дополнительно содержит антибактериальные добавки.
Согласно изобретению цементно-гипсовая сухая смесь содержит по меньшей мере одну воздухововлекающую добавку.
В одной форме воздухововлекающая добавка выбрана таким образом, чтобы при смешивании поверхностное натяжение образованных воздушных пор выдерживало процесс схватывания и, в то же время, воздухововлекающая добавка была совместима с другими добавками штукатурной цементной смеси.
До настоящего времени пластификаторы и воздухововлекающие добавки могли быть использованы только в водном растворе. Преимущество изобретения состоит в том, что сейчас воздухововлекающая добавка используется в сухом состоянии, что, в свою очередь, значительно упрощает работу со штукатурной цементной смесью.
В одной форме воздухововлекающая добавка содержит анионные тензиды.
В одной форме анионные тензиды выбраны из фенолятов, сульфонатов и/или сульфатов.
В одной форме анионные тензиды содержат додецилсульфат натрия.
Постоянная влажность в материале важна для равномерного схватывания цементно-гипсовой смеси, потому что кристаллизация цементных компонентов, а также штукатурки происходит только при наличии достаточного количества воды. До настоящего момента для этого обычно смесь смешивалась с целлюлозными волокнами.
Согласно изобретению сухая цементно-гипсовая смесь содержит в качестве добавки по меньшей мере один стабилизатор.
В одной форме сухая цементно-гипсовая смесь содержит в качестве добавки один стабилизатор.
Стабилизатор может сохранять воду и обеспечивает достаточное количество воды для процесса затвердевания цемента и схватывания гипса в смеси. Преимущество этого заключается в более легкой переработке смеси в смесь, которую можно закачивать и отливать.
Другим фундаментальным преимуществом добавления стабилизаторов является предотвращение трещин в материале и неравномерных структур внутри материала, которые снижают прочность. В то же время, за счет жидкотекучести и распыляемости перемешанной смеси может быть сохранен предварительно рассчитанный вес материала.
Согласно изобретению стабилизатор выбран из класса материала фторфосфатов или конденсированных фосфатов.
В одной форме стабилизатор выбран из конденсированных фосфатов.
Для обеспечения удобства работы с цементно-гипсовой сухой смесью важно выделить определенное количество свободного времени. Для этого в смесь добавляют по меньшей мере один органический замедлитель/ускоритель.
Согласно изобретению сухая цементно-гипсовая смесь содержит в качестве добавки по меньшей мере один замедлитель/ускоритель, то есть добавку, которая действует как замедлитель, так и как ускоритель.
Замедлитель/ускоритель действует предпочтительно как замедлитель в первой фазе процесса затвердевания и как ускоритель во второй фазе процесса затвердевания. Замедлитель/ускоритель приводит к значительному улучшению эксплуатации цементно-гипсовой сухой смеси, поскольку время, требуемое для работы со смесью, продлевается, но процесс затвердевания ускоряется, что также позволяет избежать трещин и напряжений в материале.
Согласно изобретению замедлитель/ускоритель представляет собой водорастворимый анионный полимер. В одной форме анионный водорастворимый полимер выбран из полиакрилатов, полиаспарагиновой кислоты, полисукцинимида и/или органических фосфатов.
Согласно изобретению весовая доля замедлителя/ускорителя равна или в случае нескольких замедлителей/ускорителей сумма всех замедлителей/ускорителей составляет от 0,1 до 0,5 вес. % (весовой процент), особенно предпочтительно 0,2-0,4 вес. %, особенно предпочтительно 0,3 вес. % от общего веса сухой смеси.
Замедлитель/ускоритель согласно изобретению дает возможность материалу быстро затвердевать после необходимого более продолжительного времени работы, а это, в свою очередь, может предотвращать образование трещин и напряжений в материале.
В соответствии с изобретением предпочтительно используемые замедлители/ускорители не сдвигают значение рН сухой штукатурной цементной смеси, смешанной с водой, в кислотный диапазон. В отличие от современного состояния технологии, это предпочтительно предотвращает коррозию армированной стали, в частности строительной стали или стальных балок.
Неожиданно обнаружено, что сочетание стабилизатора в изобретении и замедлителя/ускорителя оказывает особенно предпочтительное влияние на работу и затвердевания цементно-гипсовой смеси.
Чтобы проиллюстрировать это, на графике (фиг.1) показана временная зависимость затвердения различных составов сухих смесей.
На графиках показан типичная временная зависимость затвердения соответствующих сухих цементно-гипсовых смесей:
- график 1: Сухие цементно-гипсовые смеси без добавления добавок,
- график 2: Сухие цементно-гипсовые смеси, содержащие 0,3 вес. % стабилизатора (MYR PF 56, Marcusyros S.L., Эстепона, Испания, содержащий метафосфат натрия) в процентах от общего веса сухой смеси.
- график 3: Сухая цементно-гипсовая смесь, содержащая 0,2 вес. % замедлителя/ускорителя (MYR В 36, Marcusyros SL, Эстепона, Испания, содержащий анионный полимер, объемная плотность 550 кг/мс) в процентах от общего веса сухой смеси.
- график 4: Сухая цементно-гипсовая смесь, содержащая совокупность 0,3 вес. % замедлителя/ускорителя и 0,3 вес. % стабилизатора (MYR В 36 и MYR PF 56, Marcusyros SL, Эстепона, Испания) в процентах от общего веса сухой смеси.
Как видно, процесс схватывания смеси без добавления добавок (график 1) начинается незамедлительно, что делает эксплуатацию чрезвычайно сложной.
Очевидно, что добавление соответствующих индивидуальных добавок (графики 2 и 3) уже обеспечило улучшенную эксплуатацию обрабатываемой смеси, поскольку фаза схватывания слегка задерживается. Совокупность замедлителя/ускорителя и стабилизатора (график 4) приводит, однако, к значительному улучшению эксплуатации цементно-гипсовой сухой смеси, поскольку время, требуемое для открытой обработки смеси, значительно продлевается, а процесс затвердевания ускоряется, и, следовательно, трещины в материале устраняются.
В соответствии с изобретением цементно-гипсовые сухие смеси содержат замедлитель/ускоритель в совокупности со стабилизатором в весовом соотношении замедлителя/ускорителя и стабилизатора от 3:1 до 1:3, предпочтительно от 2:1 до 1:2, особенно предпочтительно 1:1.
Совокупность стабилизатора и замедлителя/ускорителя в изобретении, таким образом, действует в качестве замедлителя на рабочей фазе, но в качестве ускорителя для процесса гидратации на фазе схватывания.
Согласно изобретению цементно-гипсовую сухую смесь смешивают с 0,4-0,9 вес. %, предпочтительно 0,5-0,8 вес. %, особенно предпочтительно 0,67 вес. % воды в процентах от общего веса сухой смеси и можно использовать незамедлительно. Предпочтительным является использование чистой водопроводной воды.
Производится вещество, которое также описывается как смесь, имеющая требуемую вязкость для использования в процессе литья и/или распыления.
Сборные элементы для строительства зданий могут быть предпочтительно изготовлены путем простого литья перемешанного вещества в формах или путем закачки в формы. Кроме того, вещество, полученное из сухой цементно-гипсовой смеси согласно изобретению, может быть использовано в процессах распыления. Это служит, например, для изготовления штукатурных (гипсовых) плит, легковесных компонентов, в качестве теплоизоляционного материала, шумоизолирующей и огнестойкой штукатурки и для изготовления зданий из легковесной стальной конструкции.
Объектом изобретения также является отливаемое и распыляемое вещество, содержащее сухую цементно-гипсовую смесь согласно изобретению и между 0,4 и 0,9 вес. %, предпочтительно 0,5-0,8 вес. %, особенно предпочтительно 0,67 вес. % воды в процентах от общего веса сухой смеси.
Указанное вещество предпочтительно быстро отвердевает после более длительного открытого времени обработки и в процессе сохраняет температурный диапазон для упрочнения цементно-гипсовой смеси. Другим основополагающим преимуществом является то, что не требуется специальное дозирование, например, с помощью дозирующего устройства, и добавление жидких добавок на месте. Это позволяет существенно упростить обработку смеси в отличие от водных смесей, в которые также добавляются жидкие добавки. Размешивание и приготовление смеси требуют всего лишь добавления воды.
Простота обработки предпочтительно упрощает изготовление готового к использованию вещества на рабочем месте. Это изготовление на месте обходится без высоких транспортных расходов на готовую перемешанную смесь, которая имеет гораздо больший вес, чем сухая смесь согласно изобретению. Таким образом, изобретение демонстрирует значительные преимущества перед уровнем техники, и с экономической, и с экологической точек зрения.
Изобретение также относится к сборным строительным компонентам, изготовленным из изобретенной цементно-гипсовой сухой смеси в их предпочтительных формах.
Сборные строительные компоненты, изготовленные из цементно-гипсовой сухой смеси, значительно легче обычных бетонных элементов; экономия веса составляет до 75% от веса стандартных материалов. Это означает, что легкая стальная арматура может также использоваться в качестве пресс-форм. Это, в свою очередь, значительно снижает транспортные издержки сборных строительных компонентов. Дополнительным эффектом является значительная экономия средств, вызванная тем, что фундаменты и бетонные плиты должны иметь меньший вес и, следовательно, требуют меньше арматуры.
Другим решающим преимуществом является чрезвычайно высокая огнестойкость, которую проявляет затвердевший материал. Материал может быть отнесен к классу А1 (негорючий). Нет дымообразования.
Другим преимуществом является то, что материал может быть особенно эффективно использован для районов, пострадавших от землетрясения, несмотря на высокую стабильность и устойчивость.
Для изготовления сборных строительных компонентов изобретенная сухая цементно-гипсовая смесь перемешивается с соответствующим количеством воды и быстро вливается в сборные формы, так что стенка отливки не имеет зазоров, покрытых массой смеси, за исключением точек открытия пресс-формы, например, для окон и дверей, соединений между стенами, соединений от стены до потолка и соединений от стены до пола. Это означает, что соединения и тепловые мосты не образуются.
Пресс-формы предпочтительно сделаны из металла, древесины, пластмассы или, например, из бамбука. При использовании пресс-формы располагают на формовочных столах. Тем не менее, также возможно использовать вертикально размещаемые пресс-формы для изоляционных элементов.
В случае обработки плоскости в элементах могут быть созданы различные слои, при этом время распалубки значительно уменьшается. Например, большой сборный строительный компонент размером 6×3×0,15 м может быть распалублен всего за 7 часов, тогда как аналогичный строительный компонент, изготовленный из обычных строительных материалов, требует 24 часа до того, как можно будет удалить опалубку.
Функциональные элементы могут быть предпочтительно интегрированы в сборный строительный компонент во время литья. Функциональные элементы включают в себя, помимо прочего, оконные и дверные рамы, проходные отверстия для коммуникаций, таких как, например, водопроводные трубы и электропроводка, или элементов весовой нагрузки, например, для подвешивания WC.
Далее изобретение будет объяснено более подробно с использованием следующего примера конструкции:
Водная цементно-гипсовая смесь производится из следующих компонентов:
2
330 кг CaSO,-1/2HO, 110 кг Портландцемент СЕМ II- 32,5/52,5/42,5 СЕРЫЙ/белый, 100 кг песок (местный дробленый песок 0,25-2,00 мм), 1000 л экструдированный полистирол (XPS) или вспененный полистирол (EPS, средний размер частиц 0,25-3 мм, переработанный измельченный гранулят или недавно изготовленный EPS, 0,54 кг полипропиленовые волокна (длина: 100 вес. % 8 мм), суперпластификатор, (BIOFRA 05, Н & В (Asia) Ltd., Гонконг, Гонконг, содержащий 10-25 вес. % дозоцилсульфат натрия и 60-70 вес. % известняка), воздухововлекающая добавка (BIOFRA L, Н & В (Asia), Ltd., Гонконг, Гонконг, содержащий 10-30% додецислюльфата натрия и 70-90% известняка), замедлитель/ускоритель (MYR В 36, Marcusyros SL, Эстепона, Испания, содержащий анионный полимер, водорастворимый) и стабилизатор (MYR PF 56, Marcusyros SL, Эстепона, Испания, содержащие триметафосфат натрия).
Все компоненты перемешивают до получения однородности. Эта смесь упаковывается в мешки для хранения.
Сухую смесь, поставляемую в мешках, помещают в устройство для смешивания/нагнетания/распыления на рабочем месте и перемешивают с приблизительно 250 л чистой водопроводной водой для достижения требуемой вязкости материала.
Полученную таким образом водную цементно-гипсовую смесь незамедлительно вводят в опалубку с помощью насоса или перистальтического насоса.
Смесь в примере 1 используется, например, для создания наружных и внутренних стен, а также полов/потолков/элементов крыши в монолитной конструкции дома из стали, древесины, бамбука или пластмассовой рамной конструкции. Эти сборные компоненты характеризуются низким весом и высокой огнестойкостью.
Кроме того, смесь может быть использована, например, для производства экологически чистой садовой мебели, мебельных или объемных изделий.