ДОБАВКА ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ И БЕТОНОВ НА ИХ ОСНОВЕ
ADDITIVE FOR MODIFICATION OF GYPSUM BINDERS, CONSTRUCTION MORTARS AND CONCRETES ON THEIR BASIS

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к добавкам, используемым при производстве гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе, и может быть использовано в домостроении для изготовления легких, прочных и теплоизоляционных стеновых конструкций и изделий из материалов на ее основе.
Известна добавка для модификации гипсовых вяжущих, содержащая микрокремнезем и суперпластификатор С-3, получаемый на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, при следующем соотношении компонентов, % по массе: полуводный гипс 78,4-81,6; известь (оксид кальция) 8-9; микрокремнезем 10-12; суперпластификатор С-3 0,4-0,6 /RU 2081076, кл. С04В 11/00 от 10.06.1997/. Добавку изготавливают вместе с гипсовым вяжущим, увеличивая объем обработки. При этом полученное гипсовое вяжущее обладает недостаточной водостойкостью, морозостойкостью, недостаточным коэффициентом размягчения и 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 этом добавка содержит суперпластификатор С-3 в виде сухого порошка при следующем соотношении компонентов добавки (% по массе): сухой порошок суперпластификатора С-3 1,5-4,0; цеолитовая добавка, обожженная при 800°С, 12-14; бой силикатного кирпича 82-86 /RU 2074137, кл. С04В 11/00 от 27.02.1997/. 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 сэкономить до 15% гипса, однако для изготовления добавки требуются значительные энергозатраты, в том числе 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 добавка для модификации гипсовых вяжущих, содержащая гидравлическое вяжущее - портландцемент 15-25, активный минеральный компонент - пуццолановую добавку 10-25, стабилизатор - водную дисперсию поливинилацетатного полимера или дивинилстирольного латекса /А.В.Волженский и др. «Минеральные вяжущие вещества», М.: Стройиздат, 1979, с.459-461/. Получаемое гипсовое вяжущее имеет лучшие параметры по адгезионным свойствам и долговечности, однако приготовление гипсового вяжущего, содержащего водную дисперсию, технологически сложно, кроме того, получаемое гипсовое вяжущее имеет недостаточные водоотделение, прочность на сжатие и прочность на растяжение при изгибе, морозостойкость и коэффициент размягчения.
2
Наиболее близким техническим решением является добавка для модификации гипсовых вяжущих, содержащая гидравлическое вяжущее - портландцемент любой разновидности, активные и инертные тонкодисперсные кремнеземсодержащие материалы - золу уноса, керамическую пыль, пемзу, золы и шлаки ТЭЦ, стеклянный бой, отходы производства кирпича и других керамических изделий, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, кремнегель и суперпластификатор / Ю.М. Баженов, В.Ф.Коровяков, Г.А.Денисов. Технология сухих строительных смесей. М.: Изд. Ассоциации строительных вузов, 2003, с.20-25, 48/. При этом получаемое максимальное значение удельной поверхности составляет 500 м/кг, что не всегда достаточно для улучшения физико-механических свойств гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе.
Задачей данного изобретения является получение модифицирующей добавки, улучшающей физико-механические свойства гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе и упрощение технологии производства. Ожидаемый технический результат заключается в упрощении технологии производства работ и возможности получения добавки с заранее прогнозируемыми в широком спектре свойствами и, как следствие, возможности расширения ее реализации в промышленности.
Техническая задача и промышленная применимость данного изобретения обеспечивается тем, что добавка для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе содержит гидравлическое вяжущее, активный минеральный компонент и пластифицирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гидравлическое вяжущее
50-90
активный минеральный компонент
9,9
пластифицирующая добавка
2,1-5,
при этом активный минеральный компонент используют с показателями, удовлетворяющими следующим требованиям добавки: с удельной поверхностью не менее 1 м /г, со средним размером частиц не более 20 мкм и гидравлической активностью СаО в возрасте 28 суток при температуре 20°С не менее 1 мг/г, причем получение добавки осуществляют в одну стадию обычным перемешиванием, а дозировка добавки осуществляется в количестве 4,99-9,9 от массы гипсового вяжущего. В качестве гидравлического вяжущего добавка содержит одну из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции: портландцемент любой разновидности, белый цемент, цветной цемент, глиноземистый цемент, гидравлическую известь. В качестве активного минерального компонента добавка содержит одну из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции золу уноса, золу рисовой шелухи, золу гречневой шелухи, золы и шлаки ТЭЦ, керамическую пыль, отходы производства кирпича и других керамических изделий, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, пемзу, стеклянный бой, кремнегель, туф, диатомит, белую сажу, аэросил, отходы производства соединений алюминия. В качестве пластифицирующей добавки включает суперпластификатор, содержащий одно из следующих или смешанные в любой пропорции: 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 их основе модифицированных лигносульфонатов или соединения на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров. Дозировка добавки осуществляется в количестве 4,99-9,9% от массы гипсового вяжущего.
На практике добавка для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе содержит следующие компоненты (% по массе):
- гидравлическое вяжущее - портландцемент любой разновидности, белый цемент, цветной цемент, глиноземистый цемент, гидравлическую известь и т.д. - 50-90;
- активный минеральный компонент содержит одно из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции: золу уноса, золу рисовой шелухи, золу гречневой шелухи, золы и шлаки ТЭЦ, керамическую пыль, отходы производства кирпича и других керамических изделий, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, пемзу, стеклянный бой, кремнегель, туф, диатомит, белую сажу, аэросил, отходы производства соединений алюминия и т.д. - 9,9;
- пластифицирующую добавку- суперпластификатор на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений и комплексов на их основе, либо на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений и комплексов на их основе, либо на основе модифицированных лигносульфанатов, либо на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров - 2,1-5.
2
При этом значение удельной поверхности добавки составляет не менее 1 м/г со средним размером частиц не более 20 мкм и гидравлической активностью СаО в возрасте 28 суток при температуре 20°С не менее 1 мг/г, причем получение добавки осуществляют в одну стадию обычным перемешиванием. В качестве гипсового вяжущего используется гипс полуводный или ангидрит. Дозировка добавки осуществляется в количестве 4,99-9,9% от массы гипсового вяжущего.
Для иллюстрации получения гипсового вяжущего с предложенной модифицирующей добавкой 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 (% по массе):
1. Гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 80;
2. Добавка для модификации гипса - 20; при этом добавка следующего состава (% по массе):
- гидравлическое вяжущее - портландцемент - 89;
- активный минеральный компонент - микрокремнезем - 10;
- суперпластификатор на основе поликарбоксилатов - 1.
2
Полученный состав обладает высокой подвижностью и высокой стойкостью к атмосферному воздействию, значительно улучшаются технологические характеристики, повышается подвижность, жизнеспособность смеси, при этом значение удельной поверхности добавки равно 4000 м/кг.
Пример 2
Для экспериментальной проверки заявленного состава добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов (% по массе):
1. Гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 70;
2. Добавка для модификации гипса - 30;
при этом добавка следующего состава (% по массе):
- гидравлическое вяжущее - портландцемент - 89;
- активный минеральный компонент - 10;
- суперпластификатор на основе поликарбоксилатов - 1.
2
Полученный состав обладает повышенной морозостойкостью и прочностью, обеспечивая тем самым расширение сферы использования за счет возможности восприятия больших внешних нагрузок и использования для наружной отделки, повышается подвижность, сохраняется жизнеспособность смеси, при этом значение удельной поверхности добавки равно 400 м/кг. Таким образом, значительно улучшаются технологические характеристики.
Пример 3
Для экспериментальной проверки заявляемого состава добавки была приготовлена следующая смесь ингредиентов (% по массе):
1. Гипсовое вяжущее - полуводный гипс - 90;
2. Добавки для модификации гипса - 10;
при этом добавка следующего состава (% по массе):
- гидравлическое вяжущее - портландцемент - 59,1;
- активный минеральный компонент - бой стекла (до 3 мм) - 40;
- суперпластификатор на основе поликарбоксилатов - 0,9.
Несмотря на то что для модификации гипсовых вяжущих было использовано всего 10% добавки, полученный состав обладает высокой подвижностью и высокой стойкостью к атмосферному воздействию.
Для экспериментального определения параметров заявляемого состава изготовлялись образцы в виде призмы 40×40×160 мм.
Результаты приведены в таблицах 1, 2.
Таблица 1
Наименование материала
Плотность в сухом состоянии
Прочность при сжатии через 2 часа, МПа
Прелость при сжатии через 28 суток, МПа
Усад-ка, мм/м
Время достижения распалубочной прочности, ч
Коэффициент теплопровод-ности, Вт/м·C
Морозостой-кость, циклы
Ячеистый бетон на основе портландцемента не автоклавного твердения
400
0
1,0
2,5
12
0,15
15
600
0
2,5
2,2
12
0,18
25
800
0
3,5
2,2
12
0,28
30
1000
0
5,0
2
12
0,37
35
Ячеистый бетон на основе портландцемента автоклавного твердения (аналог - патент РФ №2064013)
400
0
1,5
2,2
6
0,1
15
600
0
3,1
2
6
0,15
25
800
0
5,0
2
6
0,25
30
1000
0
7,5
1,5
6
0,35
35
Ячеистый бетон на основе гипса (прототип)
400
0,1
0,3
0
2
0,1
0
600
0,3
0,5
0
2
0,15
0
800
0,5
0,7
0
2
0,25
0
1000
0,6
1,0
0
2
0,35
0
Ячеистый бетон на основе модифицированного гипса
400
0,6
1,5
0
2
0,1
15
600
1,2
3,1
0
2
0,15
25
800
1,8
5,0
0
2
0,25
30
1000
3,2
7,5
0
2
0,35
35
Таблица 2
Параметры
Предлагаемый состав
Прототип
Аналог
Пример 1
Пример 2
Пример 3
1,8
3
1 Прочность на сжатие, мПа, 28 суток
3,5
3,5
4
1,8
3
2. Сроки схватывания, мин
начало
30
30
30
10
240
окончание
60
60
60
20
480
3. Водотвердое отношение
0,43
0,20
0,18
0,67
0,35
4. Морозостойкость, циклы
30
30
30
2
20-30
5. Коэффициент размягчения
0,8
0,84
0,9
0,3
0,9
6. Время распалубочной прочности, ч
2
2
2
2
24
7. Усадка, %
0
0
0
0
до 2
8. Плотность, кг/м<sup>3</sup>
верхнего слоя
600
600
600
600
500
нижнего слоя
600
600
600
600
700
9. Время сушки изделия в сушильной камере, ч
0
0
0
16
24