ГИПСОВЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
GYPSUM MIXTURES FOR FORMATION OF SOLID MATERIALS

Уровень техники
Осуществления настоящего изобретения относятся к высокопрочным настилочным композициям. Некоторые осуществления относятся к настилочной композиции, полученной с применением гипса и одного или более агентов, уменьшающих содержание воды.
Как гипс, так и цемент являются хорошо известными строительными материалами. Гипс является основным компонентом обычного обшивочного листа, если лист облицован бумагой, обеспечивая прочность и гладкую поверхность. Цемент используют в различных применениях, где его водостойкость и твердость являются важными, например в железобетонных конструкциях. Цемент также применяют в стеновых панелях, где его твердость и водостойкость являются важными.
Гипс также известен как дигидрат сульфата кальция, каолин или природный гипс. Строительный гипс также известен как обожженный гипс, штукатурный гипс, семигидрат сульфата кальция, полугидрат сульфата кальция или гемигидрат сульфата кальция. Также может быть применен синтетический гипс, который является побочным продуктом процессов обессеривания топочного газа на электростанциях. При его добыче сырой гипс обнаруживают в дигидратной форме. В такой форме приблизительно две молекулы воды связаны с каждой молекулой сульфата кальция. Для получения полугидратной формы гипс может быть обожжен для удаления некоторого количества гидратной воды в соответствии со следующим уравнением:
4
2
4
2
2
CaSO·2HO→CaSO·1/2HO+3/2HO
При смешивании с водой полугидрат регидратирует с образованием взаимосвязанной матрицы взаимосвязанных дигадратных кристаллов. Гидратация гипса происходит за считанные минуты или часы по сравнению с несколькими днями, необходимыми для гидратации цемента. Это делает гипс привлекательной альтернативой цементу для применения в получении настилов, если для гипса могут быть достигнуты достаточная твердость и прочность.
Гипсовые настилочные композиции типично содержат песчаную добавку. Количество песка, которое добавляют к композиции, зависит от разнообразных факторов. В общем, более высокие уровни песка являются желательными ввиду экономических причин, поскольку большее количество песчаных добавок приводит к повышенному покрытию суспензией на единицу массы гипса. Композиции с повышенным содержанием песка, однако, также, в общем, приводят к пониженной конечной прочности продукта.
Так называемые "агенты, уменьшающие содержание воды" представляют собой добавки-суспензии, полезные для уменьшения количества воды, необходимого на единицу массы гипса и других материалов. Примеры агентов, уменьшающих содержание воды, включают пластификаторы, диспергирующие добавки и модификаторы вязкости. Данные агенты могут улучшить текучесть и другие свойства гипсовой суспензии. Среди других функций они могут диспергировать молекулы в растворе таким образом, что они легче движутся относительно друг друга и таким образом улучшают текучесть всей суспензии. Так называемые суперпластификаторы в общем включают сульфонированный нафталинформальдегид или сульфонированный меламинформальдегид, а также поликарбоксильные эфиры нового поколения (РСЕ). Пластификаторы, в общем, предотвращают агломерацию посредством электростатического отталкивания. РСЕ новой технологии, с другой стороны, повышают текучесть посредством стерической стабилизации.
Сущность изобретения
Иллюстративное осуществление смеси, которая может применяться в сочетании с водой для получения суспензии, которая гидратирует с образованием высокопрочного настилочного состава, содержит от приблизительно 50% до приблизительно 98% по массе полугидрата сульфата кальция, от приблизительно 0,002% до приблизительно 1% по массе полисахарида и от приблизительно 0,02% до приблизительно 2,5% по массе лигносульфоната.
Подробное описание изобретения
Перед подробным обсуждением иллюстративных осуществлений в соответствии с настоящим изобретением будет оценено, что некоторые осуществления настоящего изобретения направлены на смеси для применения в сочетании с водой для получения суспензии, которая гидратирует с образованием высокопрочного настилочного состава. Другие осуществления направлены на способы получения наката, еще одни осуществления направлены на накаты. Дополнительно будет оценено, что при описании конкретного осуществления в соответствии с настоящим изобретением может быть приведено описание других родственных осуществлений. Например, при описании смеси в соответствии с настоящим изобретением специалист в данной области техники поймет, что описание также применимо к способам получения данной смеси.
Также будет оценено, что в иллюстративных осуществлениях, подробно описанных ниже в данной заявке, все компоненты композиции описаны на основе сухих ингредиентов в сухой смеси. Предполагают, что возможно только одно осуществление и что жидкие ингредиенты при измерении в пересчете на массу твердого сухого остатка эквивалентны сухим компонентам. Если не указано иное, все компоненты измерены в пересчете на массу сухого твердого остатка, исключая какие-либо заполнители или наполнители, которые могут присутствовать.
Одна иллюстративная смесь для получения суспензии, приемлемой для применения в строительстве, содержит от приблизительно 50% до приблизительно 98% полугидрата сульфата кальция, от приблизительно 0,002% до приблизительно 1% по массе полисахарида и от приблизительно 0,02% до приблизительно 2,5% по массе лигнина. Было открыто, что комбинация полисахарида с лигнином, где одним из примеров является лигносульфонат, обеспечивает неожиданные и полезные результаты, которые относятся к усиленной прочности, улучшенной текучести, пониженной просачиваемости, повышенной концентрации песка и другим физическим свойствам полученной в результате суспензии. Важным является то, что в данном иллюстративном осуществлении данные преимущества достигнуты без применения так называемых суперпластификаторов. Таким образом экономят средства.
Основным компонентом сухой смеси является полугидрат сульфата кальция. Состав сухой смеси может содержать от приблизительно 50% до приблизительно 98% полугидрата по массе. Другие возможные диапазоны содержания полугидрата сульфата кальция составляют от приблизительно 80% до приблизительно 98%, от приблизительно 80% до приблизительно 95% или от 88% до приблизительно 95% сухой смеси.
В данной смеси может быть полезен любой тип полугидрата. Он может быть получен любым известным способом, таким как переработка суспензии, переработка щебня крупной фракции или способы атмосферного обжига. В данной смеси полезными являются альфа-обожженный полугидрат сульфата кальция или бета-обожженный полугидрат сульфата кальция. Альфа-форма кристаллов полугидрата сульфата кальция является менее игольчатой по форме, чем бета-форма. Менее игольчатая форма позволяет смачивание кристаллов и гораздо большую текучесть при смешивании с водой. Более низкое водопотребление альфа-формы приводит к получению более плотной упаковки и композита большей плотности по сравнению с полученной в результате взаимосвязанной матрицей кристаллов полугидрата сульфата кальция с использованием бета-формы полугидрата сульфата кальция. Как известно из уровня техники, комбинация альфа- и/или бета-полугидрата сульфата кальция контролирует количество воды, необходимой для образования поддающейся обработке суспензии, которая контролирует плотность конечной литой модели.
Любой альфа- или бета-обожженный полугидрат является приемлемым для применения в настоящей композиции. Предпочтительные альфа-полугидраты включают полугидраты, полученные посредством переработки суспензий, такие как HYDROCAL C-Base, J-Base или E-Base от United States Gipsum Company (Chicago, IL), переработки щебня крупной фракции, такие как HYDROCAL A-Base или B-Base, или любым другим способом получения альфа-обожженного полугидрата. Формовочная штукатурка №1 является предпочтительным бета-полугидратом от United States Gypsum Co. (Chicago, IL). Непрерывно обожженный синтетический гипс эквивалентен бета-обожженному полугидрату. Также полезным является бета-полугидрат, полученный другими способами. Добавление растворимого безводного сульфата кальция является приемлемым замещением для до 50% полугидрата и будет обеспечивать прочность связующего материала. Дигидрат сульфата кальция служит наполнителем и должен быть применен только в минимальных количествах, менее 25% по массе полугидрата.
Будут ли бета-обожженный гипс, альфа-обожженный гипс или комбинация альфа и бета выбраны для конкретного применения, зависит от ряда факторов. Например, бета-обожженный гипс может быть применен в большей степени там, где основной проблемой является экономия средств. Бета-обожженный гипс также имеет более высокую обрабатываемость и меньшую просачиваемость, чем альфа-форма. Однако в некоторых осуществлениях, даже если желательна более высокая прочность, альфа-полугидрат или смеси альфа- и бета-форм являются предпочтительными. При использовании альфа- и бета-обожженных полугидратов смесь должна содержать, по меньшей мере, 25% бета-полугидрата. В некоторых иллюстративных осуществлениях, количество бета-обожженной формы составляет более чем 50% или более чем 90% общего содержания полугидрата.
Неожиданным и непредвиденным результатом, полученным в некоторых примерах в соответствии с данным осуществлением настоящего изобретения, являлась высокая прочность конечного настила, что являлось результатом применения смесей, в которых применяли только полученную переработкой щебня крупной фракции альфа-полугидратную форму гипса. Получали уровни прочности, которые типично ожидают от смесей, в которых применяют более дорогой альфа-полугидрат, полученный переработкой суспензии. В то время как определенно неизвестно точное химическое явление, лежащее в основе данного неожиданного результата, считают, что он связан с синергетическим взаимодействием между полисахаридами и лигносульфонатами.
Дополнительно было открыто, что полисахарид в комбинации с лигносульфонатом неожиданно повышает поглощение песка, что позволяет более низкое водопотребление, обеспечивает суспензии хорошую высоту набора, уменьшает просачиваемость и расслоение, повышает способность к прокачиванию и улучшает характеристики текучести и повышает прочность конечного продукта. Данные преимущества были достигнуты независимо от того, какой конкретно полугидрат кальция был применен.
Достигнутые результаты не могут быть воспроизведены путем применения эквивалентных (или больших) количеств любого компонента в отдельности. Кроме того, хотя конкретный химический механизм, задействованный в достижении данных неожиданных результатов, ясен не полностью, считают, что он относится к синергетической комбинации двух компонентов.
Действие полисахаридов заключается в сохранении компонентов суспензии в виде взвеси, пока кристаллический связующий материал не сформируется в достаточной степени для обеспечения однородного распределения. Предотвращается осаждение песка или других агрегатов. Суспензия является менее вязкой, и ее легче прокачивать, таким образом уменьшая энергозатраты. Также возрастает обрабатываемость композиции и смазывающая способность поверхности.
Полисахарид может быть обеспечен в массовом соотношении от приблизительно 0,002% до приблизительно 1,0%. Другие возможные диапазоны массового содержания полисахарида составляют от приблизительно 0,01% до приблизительно 0,5% и от приблизительно 0,02% до приблизительно 0,25%. Многие различные полисахариды будут полезны в различных иллюстративных смесях. Некоторые иллюстративные полисахариды, которые являются особо полезными в настоящем изобретении, включают биополимерные смолы и глюкановые продукты (такие, как склероглюкан, шизофиллан и т.п.). Склероглюкан вырабатывается волокнистыми грибами рода Sclerotium. Шизофиллан является внеклеточным полисахаридом, который вырабатывается грибами рода Schnizophyllum.
6
Склероглюкан и шизофиллан являются полисахаридами, линейными цепями 1-3 связанных D-гликозильных звеньев, которые содержат от приблизительно 30 до приблизительно 35 процентов линейной цепи, содержащей одинарные D-гликозильные звенья, которые присоединены 1-6 связями. Средняя молекулярная масса превышает или равна 5×10. Они являются неионными гомополисахаридами. Цепи самоассоциируются в тройные спирали. Они растворяются в воде с образованием псевдопластичных растворов. Дополнительная характеристика таких соединений и способ получения описаны в патенте США №4,954,440, который включен в данную заявку путем ссылки. Один из коммерчески доступных примеров склероглюкана представлен на рынке компанией SKW Polymers (Kennesaw, GA) под торговым названием BIOVIS. Другие полисахаридные смолы, такие как ксантановые камеди, велановые камеди и другие камеди, также могут быть применены в настоящем изобретении.
Другие иллюстративные полисахариды включают гетерополисахариды. Они являются высокомолекулярными, в общем, линейными углеводными полимерами, содержащими два или более различных видов моносахаридов. Два или более видов моносахаридов образуют повторяющееся звено, которое полимеризуется, например, S-657, как описано в патентах США №5,175,278 и 6,110,271, которые включены в данную заявку путем ссылки. Данный полисахарид является примером ксантановой камеди, которая является особо полезной в настоящем изобретении. S-657 образует растянутую переплетенную тройную левовращающуюся двойную спираль, молекулярную массу которой оценивают как превышающую два миллиона Дальтон и которая представлена на рынке под торговым названием Diutan (или Diutan Gum) от Keico Biopolymers (San Diego, CA).
Такое иллюстративное осуществление в соответствии с настоящим изобретением дополнительно включает от приблизительно 0,02% и от приблизительно 2,5% лигнинов или аналогичных пластификаторов. Другие диапазоны включают от приблизительно 0,025% до приблизительно 1,25% и от приблизительно 0,025% до приблизительно 0,625%. Считают, что одними из особо полезных лигнинов являются лигносульфонаты. Лигносульфонаты или сульфонированный лигнин (номер CAS 8062-15-5) являются водорастворимыми анионными полиэлектролитными полимерами, побочными продуктами производства древесной массы при помощи сульфитной варки целлюлозы. Они полезны для предотвращения агломерации других компонентов в смеси и, таким образом, усиления текучести смеси. В иллюстративных осуществлениях в соответствии с настоящим изобретением было дополнительно открыто, что они синергетично и неожиданно взаимодействуют с полисахаридом с обеспечением неожиданных преимуществ и полезных эффектов, описанных выше в данной заявке. Было найдено, что один иллюстративный лигнин, который является полезным в осуществлениях настоящего изобретения, представляет собой продукт Marasperse С-21, доступный от Reed Lignin, Greenwich, Connecticut.
Иллюстративные композиции в соответствии с настоящим изобретением могут содержать другие компоненты, примерами которых могут быть пеногасящие агенты, замедлители схватывания, ускорители схватывания и т.п. Могут быть полезными различные добавки в зависимости от конкретных применений, условий процесса и других соображений.
Для оптимизации сухой смеси приемлемыми являются многие дополнительные ингредиенты. Пеногасящие агенты применяют для уменьшения количества воздушных пузырьков, формирующихся во время смешивания сухой смеси с водой. При применении сухая смесь содержит до 0,5% пеногасящего агента. FOAMASTER CN (Astro Chemicals, Kankakee, IL) является иллюстративным пеногасящим агентом. К сухой смеси необязательно добавляют борную кислоту для уменьшения кальцинирования и роста плесени/милдью. Типично, ее добавляют в количествах до 1,25%. Другие приемлемые диапазоны добавок борной кислоты составляют до 1% и до 0,5%.
Замедлители схватывания добавляют для увеличения срока службы суспензии. Целевой срок службы может быть различным, один из иллюстративных диапазонов составляет от приблизительно 10 минут до приблизительно 2 часов в зависимости от применяемой композиции, того, где и каким образом применяют суспензию. Любые замедлители схватывания, известные как полезные при применении с полугидратом сульфата кальция, приемлемы в количествах, при применении которых срок службы согласуется с целевым диапазоном. Примерами являются белковые замедлители схватывания, такие как SUMA, винный камень (битартрат калия), цитрат натрия и диэтилентриаминопентауксусная кислота.
Ускорители схватывания применяют для ускорения схватывания суспензии. Могут быть применены любые ускорители схватывания, известные как ускоряющие схватывание полугидратов, включая, но не ограничиваясь приведенным, сульфаты, кислоты и дигидрат сульфата кальция. Полезные количества варьируются в зависимости от эффективности выбранного ускорителя схватывания, но, в общем, составляют менее 1% по массе.
Дигидрат сульфата кальция, который был тонко размолот, является одним из иллюстративным ускорителей схватывания. Если он свежеприготовлен, он имеет высокую эффективность и является полезным для немедленного применения в суспензии. Однако при хранении перед применением он теряет свою эффективность.
Патент США №2,078,198, который включен в данную заявку путем ссылки, описывает улучшенные ускорители схватывания, содержащие дигидрат сульфата кальция, смешанный с таким материалом, как сахар. Данная смесь делает дигидрат сульфата кальция менее подверженным разрушению путем старения и является полезной для суспензии в течение нескольких дней (недель). Нагревание смеси совместно размолотых сахара и дигидрата сульфата кальция таким образом, что карамелизованный сахар образует покрытие на дигидрате сульфата кальция, описано в патенте США №3,573,947, который включен в данную заявку путем ссылки. Покрытие из плавленого сахара дополнительно стабилизирует дигидрат сульфата кальция, уменьшая влияние старения в большей степени, чем смесь ненагретый сахар/дигидрат. Размолотый дигидрат сульфата кальция, который получают таким образом, называют в примерах "CSA" (United States Gypsum Co., Chicago, IL). В любой форме размолотый дигидрат часто применяют в концентрациях менее 0,5% по массе.
Композиции в соответствии с настоящим изобретением необязательно содержат ряд дополнительных добавок в зависимости от конкретного применения. Такие добавки могут включать загустители, окрашивающие вещества, консерванты и другие добавки в количествах, известных из уровня техники. Добавки для конкретной цели, а также соответствующие концентрации известны специалистам в данной области техники. Окрашивающие вещества, такие как пигменты, краски или красители, также полезны в качестве добавок, особенно для применений в настилах. В настоящем изобретении могут быть применены любые известные окрашивающие вещества. Диоксид титана является особо полезным для отбеливания композиции. Окрашивающие вещества применяют в таких количествах и добавляют такими способами, которые традиционно применяют для композиций данного типа. Другие добавки будут очевидными для специалистов в данной области техники.
Другие осуществления в соответствии с настоящим изобретением включают суспензии, полученные путем соединения песка и воды со смесями в соответствии с настоящим изобретением. Такие суспензии могут быть применены с образованием высокопрочных настилов и т.п. Смешивание типично производят на месте проведения работ. Диапазон количества воды, которую добавляют к сухой смеси, зависит от применения. Уменьшение количества воды приводит к экономии времени и энергии, поскольку при осушке необходимо удалять меньшее количество воды. Однако должно быть обеспечено достаточное количество воды для обеспечения приемлемого потока, смешивания и взаимодействия сухих компонентов.
Вода, которую применяют для получения суспензии, должна быть настолько чистой, насколько это возможно, для наилучшего контроля свойств как суспензии, так и схватившейся штукатурки. Хорошо известно, что соли и органические соединения модифицируют время схватывания суспензии, значительно различаясь для ускорителей и для замедлителей схватывания. Наличие некоторого количества примесей приводит к возникновению неоднородностей в структуре при образовании взаимосвязанной матрицы дигидратных кристаллов, уменьшая прочность схватившегося продукта. Прочность и твердость продукта таким образом увеличиваются при применении воды, которая настолько свободна от загрязняющих веществ, насколько это возможно.
Свойства конечной суспензии, такие как текучесть, просачиваемость, расслоение и т.п., являются важными для применимости в данной области. Если суспензии не будут иметь хороших характеристик текучести, это может привести к, например, высоким трудозатратам, неровному конечному настилу и/или другим нежелательным последствиям. Избыточная просачиваемость может аналогичным образом привести к неровности конечного настила, пониженной прочности конечного продукта и т.п. Было открыто, что осуществления настоящего изобретения обеспечивают превосходные свойства конечного продукта.
Одним из конкретных преимуществ некоторых иллюстративных осуществлений настоящего изобретения было открытие того, что синергетическое взаимодействие полисахарида с лигнином может способствовать значительно более высокому содержанию песчаных взвесей, чем это было возможно в уровне техники. Оптимальные взвеси песка были получены путем применения осуществлений настоящего изобретения при соотношениях песка от 0,8:1 до 2,3:1, выраженных в единицах кубических футов песка на 80 фунтов пробы сухой смеси (данные единицы являются промышленным стандартом исходя из типичных коммерческих упаковок, содержащих 80 фунтов сухой смеси, а для удобства конечных пользователей содержание песка указывают в кубических футах). Считают, что путем применения настоящего изобретения соотношения песка могут быть расширены до 2,5:1 или выше или даже до 3:1 или выше.
Различные осуществления настоящего изобретения включают композиции, в которых соотношения песка составляют от приблизительно 1,9:1 до 3,5:1, от приблизительно 1,9:1 до приблизительно 2,3:1, от приблизительно 1,9:1 до приблизительно 3:1, по меньшей мере от приблизительно 2,3:1, от приблизительно 2,3:1 до приблизительно 3:1, по меньшей мере от приблизительно 2,5:1 и по меньшей мере от приблизительно 3:1. Некоторые из таких соотношений, и в особенности более высокие содержания песка, в сочетании с полезными физическими свойствами полученного в результате продукта были ранее неизвестны и представляют собой неожиданный и полезный результат. Хотя конкретная причина такого достижения точно не ясна, считают, что оно приводит по меньшей мере частично к синергетическому взаимодействию между компонентами композиции, включая полисахариды и лигносульфонаты.
Стоит также отметить, что прочность конечных настилочных конструкций возрастает с повышением содержания альфа-полугидрата и что твердость поверхностей является неожиданно высокой. Такие свойства конечного продукта являются неожиданными. Такие свойства были обсуждены ранее, и их рассматривают как требующие применения более дорогих пластификаторов, примером каких является РСЕ. Достижение таких характеристик конечного продукта, который, как считают, получен по меньшей мере частично в результате синергизма полисахаридов (и, возможно, камеди diutan, в частности) и лигносульфонатов, без необходимости в дорогих РСЕ, представляет собой ценное и важное преимущество по сравнению с уровнем техники.
Для дополнительной иллюстрации данных иллюстративных осуществлений в соответствии с настоящим изобретением обеспечены иллюстративные диапазоны композиций.
ТАБЛИЦА 1
КОМПОЗИЦИИ
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
ПРИМЕР 3
HYDROCAL С-base
0-3900 фунтов (0-97%)
400-3900 фунтов (10-75%)
1000-3900 фунтов (25-97%)
HYDROCAL B-base
0-3900 фунтов (0-97%)
400-3900 фунтов (10-75%)
1000-3900 фунтов (25-97%)
Отливка
0-3900 фунтов (0-97%)
0-3000 фунтов (0-75%)
0-2900 фунтов (0-72%)
Цемент класса "С"
0-1950 фунтов (0-50%)
0-1500 фунтов (0-40%)
40-1000 фунтов (10-25%)
Пеногасящий агент Foamaster CN
0,25-20 фунтов (0,006-0,5%)
1-10 фунтов (0,025-0,25%)
2-8 фунтов (0,05-0,2%)
MarasperseC-21
1-100 фунтов (0,02-2,5%)
1-50 фунтов (0,025-1,25%)
1-25 фунтов (0,025-0,625%)
Замедлитель схватывания Suma
0-20 фунтов (0-0,5%)
0-10 фунтов (0-0,25%)
0-5 фунтов (0-0,125%)
Ускоритель схватывания CSA
0-20 фунтов (0-0,5%)
0
0
Полисахарид
0,1-40 фунтов (0,002-1,0%)
0,5-20 фунтов (0,01-0,5%)
1-10 фунтов (0,02-0,25%)
ОБЩИЙ РАЗМЕР ПАРТИИ СУХОЙ СМЕСИ
4000-5000 фунтов
4000-5000 фунтов
4000-5000 фунтов
В приведенной выше Таблице 1 HYDROCAL B-BASE является альфа-полугидратом, полученным путем обработки щебня крупной фракции при контролируемом давлении и температуре. HYDROCAL C-BASE является альфа-полугидратом, полученным путем обработки суспензии при контролируемом давлении и температуре кристаллическими модификаторами, которые добавляют в процесс. Оба HYDROCAL продукта доступны от United States Gypsum Corp., Chicago, Illinois. Отливка является обезвоженным гипсом или бета-полугидратным основанием, полученным из гипса в атмосферных условиях. В настоящем изобретении в качестве полезных рассматривают также другие виды альфа- и бета-полугидратов гипса.
Foamaster CT является торговой маркой пеногасящего агента от Geo Specialty Chemical, в LaFayette, Indiana. Это пеногасящий агент на основе нефти. Могут быть применены другие типы пеногасящих агентов, включая, но не ограничиваясь приведенным, пеногасящие агенты на основе силикатов, такие как пеногасящие агенты торговой марки AGITAN от Applied Chemicals International Group, Basel Switzerland, пеногасящие агенты HI-MAR от Hi-Mar Specialty Chemicals, Milwaukee, Wisconsin, пеногасящие агенты торговой марки Colloid, доступные от Rhone-Poulenc Chemicals, France, и пеногасящие агенты Spa типа в жидкой (добавляют на месте проведения работ) или порошкообразной форме (обеспечены в сухой смеси). Marasperse С-21 является видом лигносульфонатного пластификатора, который производит Reed Lignin, Greenwich Connecticut. Замедлитель схватывания Suma является замедлителем схватывания на белковой или аминокислотной основе, традиционным для композиций продуктов на основе гипса. Такой замедлитель схватывания может быть применен отдельно или в сочетании с другими типами известных замедлителей схватывания, такими как, но не ограничиваясь приведенным, сегнетовы соли, тартрат аммония, цитрат натрия, лимонная кислота и замедлитель схватывания sodate.
CSA является климатически устойчивым ускорителем схватывания, который производит U.S. Gypsum Company, Chicago Illinois. Это ускоритель схватывания на основе гипса. HRA, или термостойкий ускоритель схватывания, и каолин являются двумя примерами других приемлемых ускорителей схватывания на основе гипса. Сульфат калия, сульфат алюминия, сульфат цинка также являются полезными ускорителями схватывания для целей настоящего изобретения для контроля времени схватывания, улучшения твердости поверхности, они способствуют гидратации поверхности и потенциально уменьшают расширение затвердевшего настила.
Цемент класса "С" классифицируют как цемент тампонажного типа, имеющий низкое содержание СЗА, который также соответствует классификации для цементов Типа 5. Такой тип цемент может быть полезным для уменьшения риска получения потенциально разрушающего эттрингита в присутствии избытка влаги и материалов на основе гипса. Также могут быть применены другие типы цементов, включая тип I, II и III, как летучая зола и другие типы цементов с добавкой летучей золы.
Diutan камедь применяли в приведенных выше примерах, и считают, что она обеспечивает особую полезность в различных осуществлениях настоящего изобретения, но также полезными являются другие полисахариды. Они включают, не ограничиваясь приведенным, такие типы смол, как велановая, ксантановая камедь и другие смолы, проиллюстрированные выше, которые также являются полезными. Применение комбинаций стабилизаторов может также быть полезным. Также могут быть применены метилгидроксиэтилцеллюлоза WALOCEL от Wolff Cellulosics, Willowbrook, Illinois или эфиры метилцеллюлозы.
Для лучшей иллюстрации некоторых преимуществ и неожиданных результатов, достигнутых путем применения иллюстративных осуществлений, приведенных в Таблице 1, песок и воду добавляли к этим смесям с образованием суспензий в соответствии с настоящим изобретением. Таким суспензиям затем позволяли схватываться и сохнуть с образованием твердых материалов в соответствии с настоящим изобретением, таких как конструкции накатов или настилов. Песком, который применяли для анализа, был мелкий песок Mohawk.
На месте, где должны быть положены настил или накат, воду измеряют в желаемом соотношении ингредиентов из расчета на твердое вещество и помещают в смеситель. При применении каких-либо влажных или жидких ингредиентов их смешивают с водой. Сухие ингредиенты затем смешивают с водой с образованием гомогенной суспензии. Затем суспензию наносят, прокачивают, сливают или выливают на субстрат и позволяют схватывание с образованием настила или наката.
Часто преимуществом является модификация композиции в объеме настоящего изобретения в зависимости от используемого смесительного или насосного оборудования. Насосное оборудование различных торговых марок производит усилия сдвига, что требует наличия у суспензии определенных свойств для надлежащего потока. В некотором оборудовании используют совокупность заданного распределения размеров частиц. Другие производители оборудования рекомендуют небольшие модификации композиции. Модификации композиции для приспособления к оборудованию считают такими, которые очевидны специалисту в данной области техники, обычно производящему суспензии для данного оборудования.
Хотя настилы могут не требовать отделки, отделка поверхности является желательной в условиях, которые будут известны специалисту в данной области техники. Выбор метода отделки позволяет отделочнику в некоторой степени контролировать свойства поверхности, включая поверхностный износ. Настил необязательно отделывают при помощи любого метода, известного отделочникам цемента, включая, но не ограничиваясь приведенным, заглаживание, раскатывание или шлейфование.
В Таблице 2 подытожены результаты, например, для суспензий и конструкций настилов в соответствии с настоящим изобретением.
ТАБЛИЦА 2
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Анализ исходя из партий песка по 4000 грамм и рабочая формула
Вода, использованная на 4000 г
40-270 куб. см
135-250 куб. см
165-225 куб. см
Усадка (дюйм)
5-12 дюймов
7-11 дюймов
8-10 дюймов
Объемная масса во влажном состоянии (фунт/фт<sup>3</sup>)
120-145
125 -140
130-135
Объемная масса в сухом состоянии
100-130
105 -125
110-120
Предел прочности при сжатии
Влажная прочность - 2 часа после схватывания
300-4000 фунтов/дюйм<sup>2</sup>
500-3000 фунтов/дюйм<sup>2</sup>
600-2500 фунтов/дюйм<sup>2</sup>
Прочность в сухом состоянии - 8 дней в сушильном аппарате
1000-9000 фунтов/дюйм
1200-6000 фунтов/дюйм<sup>2</sup>
1500-5000 фунтов/дюйм<sup>2</sup>
Вода, выступающая на поверхности бетона (%)
0-1%
0-0,5%
0%
Взвесь песка примечания:
15-120 мин
30-100 мин
35-60 мин
Ссылка:
Песок: соотношения рабочей формулы
0,5:1-3,1:1 куб. футов песка на 80 фунтов рабочей композиции
0,8:1-2,7:1 куб. футов песка на 80 фунтов рабочей композиции
1,2:1-2,5:1 куб. футов песка на 80 фунтов рабочей композиции
Плотность песка при анализе мелкого песка Mohawk(фунтов/фт<sup>3</sup>)
95
95
95
Поверхностная мощность
2-7
5-7
6-7
Краткое описание анализа и процедур определения физических свойств обеспечено для более полной иллюстрации данных, приведенных в Таблице 2 (такое обсуждение будет, подобным образом, полезным для аналогичных данных, приведенных в других Таблицах ниже).
Тест определения подвижности бетонной смеси по осадке конуса является полезным для характеристики того, насколько хорошо заполнитель, такой как песок, суспендирован в суспензии. Тест предназначен для моделирования условий, когда пол залит и суспензию прокачивают через шланги. Время от времени насос должен быть остановлен для переключения на другую партию или для перемещения на другой участок пола. В течение этого времени суспензия в нетронутом состоянии осаждается в шланге в течение нескольких минут перед возобновлением прокачивания. Тест определения подвижности бетонной смеси по осадке конуса предназначен для моделирования данных условий.
Все сухие компоненты, включая заполнитель, взвешивали и высушивали в смеси друг с другом. Предварительно определенное количество деионизированной воды измеряли и погружали в смесительный резервуар. Сухой смешанный материал добавляли в воду и время регистрировали как начальную точку для определения времени схватывания. Смесительный резервуар помещали в миксер Hobart и встряхивали в течение приблизительно пяти секунд. Через минуту просачивания материал смешивали при низкой скорости в течение двух минут. Резервуар удаляли из миксера, а содержимое перемешивали в течение приблизительно 15 секунд при помощи венчика для того, чтобы удостовериться в равномерном перемешивании всего материала.
Исходную пробу усадки выливали во влажный цилиндр 2"×4" (5 см×10 см), помещенный на лист пластика, слегка переполняя цилиндр. Избыточное количество материала выравнивали, начиная сверху, затем цилиндр плавно поднимали, позволяя суспензии стекать вниз с образованием лепешки. Лепешку измеряли (±1/8") в двух направлениях 90° по отдельности, а среднее значение регистрировали как диаметр лепешки. Оставшемуся материалу пробы позволяли схватываться нетронутым в течение 5 минут в кувшине. Не перемешивая, дополнительные пробы усадки выливали с интервалами по пять минут до выливания всего материала или до того, пока весь материал не схватится и не сможет выливаться. Между пробами усадки смесь не перемешивали.
Воду, выступающую на поверхности бетона, определяли как избыточное количество воды на поверхности проб после схватывания материала. Пробу 130 мл выливали в чашу для схватывания на 240 мл и позволяли пробе схватываться до получения схватывания по Вику. Чашу, содержащую пробу и воду, выступающую на поверхности бетона, взвешивали (±0,10 г). Затем воду, выступающую на поверхности бетона, выливали и чашу встряхивали для удаления избыточной воды. Чашу и пробу снова взвешивали. Воду, выступающую на поверхности бетона, рассчитывали следующим образом:
(Исходная масса - конечная масса) ÷ исходная масса * 100 = % воды, выступающей на поверхности бетона
Объединенные двухдюймовые кубы применяли для анализа плотности и плотности при сжатии. Стандартные формы для изготовления кубических образцов получали путем герметизации дна формы техническим вазелином для предотвращения утечек и смазывания форм проверенной смазкой для форм, такой как WD-40. Материал пробы вливали в углы кубов, пока они не наполнялись на приблизительно 3/4, перемешивая для поддержания песка во взвешенном состоянии, при необходимости. Используя небольшой шпатель, материал пробы энергично перемешивали от угла к углу в течение 3-5 секунд, уничтожая пузырьки в кубе.
Затем кубы наполняли, слегка переполняя, а оставшийся материал пробы выливали в чашу для схватывания для проведения дополнительного анализа. Избыточную пробу выравнивали из кубических форм с использованием маяков через 10 минут после схватывания по Вику и кубы осторожно удаляли из форм через приблизительно 50 минут. Приблизительно через 24 часа после создания кубов, их помещали в камеру с принудительной подачей воздуха при 110°F (43°С) на восемь дней до достижения постоянной массы. Плотность проб определяли путем взвешивания ряда высушенных кубов и применения следующей формулы:
3
Плотность (фунтов/фт) = (масса кубов * 0,47598) ÷ количество кубов
2
2
Объединенные кубы использовали для анализа на предел прочности при сжатии при помощи аппарата для определения предела прочности при сжатии. Кубы помещали между двумя пластинами. При толкании пластин друг к другу к кубу была применена сила. Аппарат регистрировал значение силы в фунтах, необходимой для раздавливания куба. Общую силу в фунтах превращали в фунты на квадратный дюйм (фунт/дюйм) путем деления на площадь поверхности пробы, в данном случае составляющую 4 дюйма.
Время схватывания по Вику определяли по времени добавления материалов в воду и времени прохождения 300 г иглы Вика через материал 1/4"-1/2" в небольшой пробе в бумажной чаше.
Количество использованной воды варьировали, учитывая влагу, которая может присутствовать в песке. Влажный песок требует меньшего количества воды и наоборот. Диапазон количества воды для анализа, описанного выше, указан выше как потребление 40 г рабочей воды 4000 г смеси и основан на чрезвычайно влажном песке. В таком случае песок может быть добавлен в миксер перед штукатуркой, так как в данном случае последовательность будет важна для применения композиции.
Дополнительный набор иллюстративных композиций получали при концентрациях компонентов, которые, как открыли, являются особо полезными. Эти данные подытожены в Таблице 3.
Таблица 3
КОМПОЗИЦИИ И ФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
ПРИМЕР C-BASE / ОТЛИВКА
ПРИМЕР С-BASE
ПРИМЕР B-BASE
HYDROCAL C-Base
2750 фунтов (68,61%)
3900 фунтов (97,15%)
0 фунтов
HYDROCAL B-Base
0 фунтов
0 фунтов
3900 фунтов (97,20%)
Отливка
1150 фунтов (28,69%)
0 фунтов
0 фунтов
Цемент класса "С"
94 фунтов (2,35%)
94 фунтов (2,34%)
94 фунтов (2,34%)
Замедлитель схватывания Suma
0 фунтов
0 фунтов
0 фунтов
Ускоритель схватывания CSA
0,25 фунтов (<0,01%)
0,25 фунтов (0,01%)
0,50 фунтов (0,01%)
Diutan камедь
2 фунтов (0,05%)
4 фунтов (0,1%)
2 фунтов (0,05%)
ОБЩИЙ РАЗМЕР ПАРТИИ СУХОЙ СМЕСИ
4008 фунтов
4014,25 фунтов
4012,5 фунтов
Эти композиции смешивали с песком и водой и применяли с образованием настилочной конструкции. Суспензию и конечную настилочную конструкцию анализировали. Данные подытожены в Таблице 4, приведенной ниже .
Таблица 4
Анализ, основанный на партиях по 4000 песка и рабочая формула
ПРИМЕР C-BASE / ОТЛИВКА
ПРИМЕР C-BASE
ПРИМЕР B-BASE
Вода, использованнаяна 4000 г
205 куб. см
180 куб. см
175 куб. см
ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ
1262 г
1067 г
1262 г
ПЕСОК
Рабочая формула
2738 г
2933 г
2738 г
Масс. г
Схватывание по Вику (минут)
57
177
240
Усадка (дюйм)
8,88
8,88
9,13
Объемная масса во влажном состоянии (фунт/фт<sup>3</sup>)
130
132
135
Объемная масса в сухом состоянии (фунт/фт<sup>3</sup>)
115
120
125
Предел прочности при сжатии
Влажная прочность -     2 часа после схватывания
1267
908
1917
Прочность в сухом состоянии - 8 дней в сушильном аппарате
2875
2433
4392
Вода, выступающая на поверхности бетона (%)
0
0
0
Взвесь песка примечания:
Значительная
Значительная
Значительная
Песок: соотношения рабочей формулы
1.9:1
2.3:1
1.9:1
Примечания:
Высокая поверхностная твердость
Высокая поверхностная твердость
Высокая поверхностная твердость
Характеристика поверхности
6
7
7
Вышеуказанные физические свойства и данные анализов представляют собой удивительные и неожиданные результаты. Среди прочего, песчаная взвесь суспензий в соответствии с настоящим изобретением и прочность и качество поверхности полученных в результате твердых настилочных конструкций в соответствии с настоящим изобретением, полученных с применением иллюстративных композиций в соответствии с настоящим изобретением, которые содержали высокие концентрации бета-полугидрата ("Пример отливки" с соотношением от приблизительно 17:7 альфа- и бета-полугидрата) представляет собой неожиданный результат. Другие неожиданные результаты включают высокую прочность твердого продукта, полученного с применением иллюстративной композиции в соответствии с настоящим изобретением, которая содержит 100% альфа-полугидрата из щебня крупной фракции. Такая прочность материала по сравнению с прочностью твердого вещества, полученного из 100% суспензии альфа-полугидрата, является неожиданной. Другие осуществления в соответствии с настоящим изобретением, как полагают, приводят к получению аналогичных результатов с, по меньшей мере, от приблизительно 90% по массе гипса, содержащего полугидратный щебень крупной фракции. Другие неожиданные результаты включают достижение высоких соотношений песчаных взвесей.
Такие неожиданные результаты, как полагают, получены, по меньшей мере, в большой степени, в результате синергетического взаимодействия между полисахаридом и лигносульфонатом в смесях в соответствии с настоящим изобретением. Такие неожиданные результаты также подтверждают, что осуществления настоящего изобретения могут быть применены для придания полезных физических свойств без затрат, связанных с применением суперпластификаторов, таких как РСЕ.
Осуществления и примеры, приведенные в данной заявке, предназначены для иллюстрации настоящего изобретения и не предназначены для какого-либо ограничения настоящего изобретения. Необязательные ингредиенты композиции могут быть объединены любым полезным способом с любым осуществлением настоящего изобретения. Дополнительные осуществления и применения настоящего изобретения будут очевидны специалисту в данной конкретной области техники.