НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ РАСТВОР
NANOMODIFIED BUILDING MORTAR

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при каменной кладке из керамических камней, керамического кирпича, пустотелого кирпича в условиях сухого жаркого климата.
Одной из наиболее значимых проблем каменной кладки из керамических кирпичей в условиях сухого жаркого климата является обеспечение подвижности и водоудерживающей способности раствора при температурах окружающего воздуха более 20°С, достигающих 40-50°С. Разогретый кирпич интенсивно абсорбирует воду из раствора, что приводит к повышению трудоемкости работ из-за снижения подвижности раствора.
Известен строительный раствор (патент RU №2485066 от 26.06.2013), содержащий мас.%: портландцемент 25,12-26,02, глиноземистый цемент 8,21-8,38, песок для строительных работ фракции 0,63 мм 38,38-38,53, доломитизированный известняк фракции 100 мк 8,25-8,38, бентонитовую глину 0,74-0,84, воду 16,47-16,72 и комплексную добавку 1,93-2,03.
Указанный состав не удерживает воду при соприкосновении с поверхностью керамического кирпича и не обеспечивает необходимую подвижность и водоудерживающую способность строительного раствора при каменной кладке в условиях сухого жаркого климата. Интенсивность абсорбция увеличивается с повышением температуры кирпича, находящегося на воздухе с температурой 40-50°С.
2
3
2
2
3
2
3
2
2
2
Известен строительный раствор (патент RU №2359945 от 27.06.2009), состоящий из (мас.%): портландцемента - 22-29, формовочного отхода металлургического производства - MgO - 0,27; AlO - 1,0; SiO - 96; PuS - 0,07; CaO - 0,55; CrO - 0,07; FeO - 0,3; NaO - 0,65; KO - 0,42; TiO - 0,1, пенообразующей добавки на основе стеарата натрия - 7-11, перманганата калия - 0,2-0,4 и воды - 5-7.
Недостаток указанного состава заключается в том, что раствор невозможно использовать в условиях окружающей среды с температурой 40-50°С из-за отсутствия водоудерживающих и пластифицирующих свойств.
Прототипом заявляемого решения является строительный раствор, включающий гидравлическое вяжущее, минеральный заполнитель и воду при соотношении цемент: песок, равном 1:2-5-1:5 (А.П. Чехов и др. Справочник по бетонам и растворам. - Киев. Будивельник. 1972, с. 162).
Недостатком указанного решения является интенсивная водоотдача, низкая подвижность и быстрый срок схватывания раствора в условиях окружающей среды с температурой воздуха 40-50°С.
Задачей технического решения является получение строительного цементно-песчаного раствора, который характеризуется необходимой подвижностью, водоудерживающей способностью, регулируемым сроком схватывания и может быть использован в условиях сухого жаркого климата с температурой воздуха, достигающей 40-50°С.
Технический результат заключается в повышении водоудерживающей способности при обеспечении необходимой подвижности и регулируемого срока схватывания строительного раствора.
Технический результат достигается за счет того, что строительный раствор, включающий портландцемент, песок строительный с модулем крупности от 1,5 до 2,0, воду, дополнительно содержит аморфный наномодифицированный диоксид кремния, суперпластификатор С-3, замедлитель срока схватывания и твердения портландцемента, смолу воздухововлекающую при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 10,80-16,90; песок для строительных работ - 69,50-80,70; аморфный наномодифицированный диоксид кремния- 0,01-0,12; замедлитель схватывания и твердения портландцемента - 0,002-0,05; суперпластификатор С-3 - 0,02-0,15; смола воздухововлекающая - 0,02-0,15; вода - 8,5-13,0.
Технический результат достигается также за счет того, что строительный раствор содержит лимонную кислоту в количестве, мас.%: 0,002-0,02.
Технический результат достигается также за счет того, что строительный раствор содержит нитрилотриметиленфосфоновую кислоту в количестве, мас.%: 0,012-0,035.
Технический результат достигается также за счет того, что строительный раствор содержит глюконат натрия в количестве, мас.%: 0,005-0,05.
Технический результат достигается также за счет того, что строительный раствор содержит лигносульфонат натрия технический в количестве, мас.%: 0,01-0,05.
Технический результат достигается также за счет того, что строительный раствор содержит смолу древесную омыленную в количестве, мас.%: 0,02-0,15.
Технический результат достигается также за счет того, что строительный раствор содержит смолу нейтрализованную воздухововлекающую в количестве, мас.%: 0,01-0,15.
Новым по сравнению с известными строительными растворами является сочетание известных компонентов портландцемента, песка для строительных работ, аморфного наномодифицированного диоксида кремния, суперпластификатора С-3, замедлителя сроков схватывания и твердения портландцемента, смолы воздухововлекающей.
Указанный качественный и количественный состав наномодифицированного строительного раствора обеспечивает возможность получения простым способом указанных смесей, например в гравитационном смесителе, с равномерным распределением компонентов по объему, который характеризуется необходимой подвижностью, водоудерживающей способностью, регулируемым сроком схватывания и может быть использован в условиях сухого жаркого климата с температурой воздуха, достигающей 40-50°С.
Заявленная совокупность существенных признаков проявляет новое свойство: повышение водоудерживающей способности при обеспечении необходимой подвижности и регулируемого срока схватывания строительного раствора.
Обоснование состава и пределов компонентов заявляемого наномодифицированного строительного раствора.
Наномодифицированный строительный раствор содержит портландцемент, который является вяжущим компонентом. Портландцемент содержится в наномодифицированном строительном растворе в количестве (мас.%) от 10,80 до 16,90. Применение портландцемента в количестве меньшем нижнего предела по заявляемому решению, приведет к чрезмерному уменьшению прочности затвердевшего раствора и, соответственно, к прочности выполненной кирпичной кладки. Кроме того, применение портландцемента в количестве меньшем нижнего предела по заявляемому решению, приведет к чрезмерному уменьшению подвижности раствора, что является негативным фактором его практического использования. Применение портландцемента в количестве выше верхнего предела по заявляемому решению, приведет к нерациональному увеличению прочности затвердевшего раствора, без увеличения прочности выполненной кирпичной кладки, лимитированной прочностью кирпича.
Наномодифицированный строительный раствор содержит песок для строительных работ с модулем крупности от 1,5 до 2,0, который является заполнителем. Применение песка с модулем крупности меньше нижнего предела по заявляемому решению приведет к увеличению усадочных напряжений в твердеющем растворе и к снижению прочности каменной кладки. Применение песка с модулем крупности больше верхнего предела по заявляемому решению приведет к снижению пластичности строительного раствора. Применение песка в диапазоне по заявляемому решению позволяет получить наномодифицированный строительный раствор с плотной упаковкой зерен с заполнением межзернового пространства цементной пастой. Песок для строительных работ содержится в наномодифицированном строительном растворе в количестве (мас.%) от 69,50 до 80,70. Применение песка в количестве меньшем нижнего предела по заявляемому решению, приведет к увеличению усадочных напряжений и образованию усадочных трещин с последующим снижением прочности раствора и кирпичной кладки. Применение песка в количестве большем верхнего предела по заявляемому решению, приведет к уменьшению прочности раствора на сжатие и к снижению подвижности строительного раствора.
2
Наномодифицированный строительный раствор содержит аморфный наномодифицированный диоксид кремния Nano-SiO в количестве (мас.%) от 0,01 до 0,12, который является водоудерживающим компонентом. Одним из важнейших свойств указанного компонента является его способность к уплотнению микроструктуры цементного теста и к удержанию воды. Это очень важно в условиях окружающей среды с температурой воздуха до 40-50°С, при которой кирпич приобретает повышенные абсорбирующие свойства. Если количество аморфного наномодифицированного диоксида кремния в составе строительного раствора будет меньше нижнего значения по заявляемому решению, то уплотнение микроструктуры цементного теста будет недостаточно для получения смеси строительного раствора с высокими водоудерживающими свойствами. В этих условиях раствор интенсивно обезвоживается, его подвижность существенно снижается, что приводит увеличению трудоемкости работ при кирпичной кладке. Если количество наномодифицированного диоксида кремния с аморфной структурой будет больше верхнего уровня по заявляемому решению, то при превышении количества аморфной фазы, не весь кремнезем вступает в реакцию, а часть аморфной фазы остается в затвердевшем цементном камне, образуя рыхлую структуру. Это приводит к снижению прочности затвердевшего раствора и, соответственно, к снижению прочности кирпичной кладки.
Наномодифицированный строительный раствор содержит замедлитель схватывания и твердения портландцемента в количестве (мас.%) от 0,002 до 0,05. Замедлитель схватывания портландцемента предназначен для регулирования и поддержания подвижности строительного раствора. Это особенно важно для условий окружающей среды с температурой воздуха до 40-50°С, при которой кирпич приобретает повышенные сорбционные свойства, а раствор быстро затвердевает. В качестве замедлителя схватывания портландцемента использована лимонная кислота или нитрилотриметиленфосфоновая кислота, или глюконат натрия, или лигносульфонат натрия технический. Лимонная кислота используется в количестве (мас.%) от 0,002 до 0,2. При использовании лимонной кислоты в количестве, меньшем, чем заявленном решении увеличение срока схватывания портландцемента будет не достаточным для практического применения в кирпичной кладке. При использовании лимонной кислоты в количестве, большем, чем в заявленном решении сроки схватывания увеличиваются до нерациональной продолжительности в аспекте производства работ по кирпичной кладке. Нитрилотриметиленфосфоновая кислота использована в количестве (мас.%) от 0,012 до 0,035. При использовании нитрилотриметиленфосфоновой кислоты в количестве, меньшем, чем заявленном решении, увеличение срока схватывания раствора будет незначительным для практического применения в кирпичной кладке. При использовании нитрилотриметиленфосфоновой кислоты в количестве, большем, чем в заявленном решении сроки схватывания увеличатся до нерациональных значений в аспекте производства работ по кирпичной кладке. Применение глюконата натрия предусмотрено в количестве (мас.%) 0,005-0,05. При использовании глюконата натрия в количестве, меньшем, чем заявленном решении, увеличение срока схватывания раствора будет незначительным для практического применения в кирпичной кладке. При использовании глюконата натрия в количестве, большем, чем в заявленном решении сроки схватывания увеличатся до нерациональных значений в аспекте производства работ по кирпичной кладке. Применение лигносульфоната натрия технического предусмотрено в количестве (мас.%) 0,01-0,05. При использовании лигносульфоната натрия технического в количестве, меньшем, чем заявленном решении, увеличение срока схватывания раствора будет незначительным для практического применения в кирпичной кладке. При использовании лигносульфоната натрия технического в количестве, большем, чем в заявленном решении сроки схватывания увеличатся до нерациональных значений в аспекте производства работ по кирпичной кладке.
к
Наномодифицированный строительный раствор содержит суперпластификатор С-3 в количестве (мас.%) от 0,02 до 0,15. Суперпластификатор предназначен для увеличения подвижности и удобоукладываемости строительного раствора. Суперпластификатор С-3 обеспечивает повышение подвижности раствора до уровня П4, позволяет исключить вероятность ранней потери прочности. Применение суперпластификатора С-3 в количестве, меньшем нижнего предела по заявленному решению, приведет к низкой пластифицирующей эффективности добавки и недостаточной подвижности наномодифицированного строительного раствора. Если наномодифицированный строительный раствор содержит суперпластификатор С-3 в большем количестве, чем в заявленном решении, то существенно увеличивается риск расслаиваемости компонентов строительного раствора, что приведет к снижению технологичности его применения при кирпичной кладке.
Наномодифицированный строительный раствор содержит смолу воздухововлекающую, которая предназначена для дополнительного придания подвижности раствору. В качестве воздухововлекающей смолы в заявляемом решении предусмотрено применение смолы древесной омыленной или смолы нейтрализованной воздухововлекающей. Смола древесная омыленная или смола нейтрализованная воздухововлекающая, входящие в состав строительного раствора по заявленному решению, необходимы для обеспечения его подвижности при расстилании и разравнивании. Вовлеченный воздух оказывает взвешивающее действие на твердые компоненты строительного раствора, что обеспечивает их подвижность до начала твердения. Применение смолы древесной омыленной предусмотрено в количестве (в мас.%) от 0,02 до 0,15. Применение смолы нейтрализованной воздухововлекающей предусмотрено в количестве (мас.%) от 001 до 0,15. Если наномодифицированный строительный раствор содержит смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую в меньшем количестве, чем в заявленном решении, то взвешивающее действие будет недостаточным из-за малого количества вовлеченного воздуха, что приведет к абсорбции воды из раствора кирпичом в условиях окружающей среды с температурой воздуха до 40-50°С. Если наномодифицированный строительный раствор содержит смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую в количестве большем, чем в заявляемом решении, раствор будет растекаться при расстилании и разравнивании из-за излишней пластичности вследствие значительного количества вовлеченного воздуха.
Наномодифицированный строительный раствор содержит воду в количестве, в мас.% от 8,5 до 13,0, необходимую для реакции гидратации. Количество воды подбирают с учетом дозировок представленных компонентов, а также с учетом необходимости обеспечения требуемого водоцементного отношения.
Изобретение поясняется двумя таблицами.
Для получения строительного раствора в соответствии с вариантами составов предварительно сделали навески: портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н; песок с модулем крупности от 1,5 до 2,0; суперпластификатор С-3; наномодифицированный диоксид кремния; замедлитель срока схватывания и твердения; воздухововлекающая смола; вода. Перед приготовлением растворных смесей все компоненты предварительно подогревались в климатической камере до температуры 50°С. Для приготовления сухой смеси компонентов использовали смеситель инерционного типа. В емкость смесителя поместили портландцемент и наномодифицрованный диоксид кремния. После перемешивания в течение 3-4 мин в полученную композицию добавили песок. Совместное перемешивание указанных компонентов производили в течение 2-3 мин. Отдельно от сухой смеси приготовили водный раствор. Навеску воды разделили на три равные части. В одной части воды растворили лимонную кислоту или нитрилотриметиленфосфоновую кислоту, или глюконат натрия, или лигносульфонат натрия технический. В две другие части добавили водные растворы, соответственно, суперпластификатора С-3 и смолы древесной омыленной или смолы нейтрализованной воздухововлекающей. После этого все три части воды слили в единую емкость. В процессе непрерывного перемешивания в сухую смесь добавляли водный раствор указанного состава. Продолжительность перемешивание сухой смеси и водного раствора составляла 2-5 мин. Варианты сравнительного (по прототипу) и наномодифицированного строительного раствора представлены следующими примерами (таблица 1). Определение физико-механических характеристик растворов выполнено в соответствии с ГОСТ 5802-86. "Растворы строительные. Методы испытаний". Результаты определения физико-механических характеристик представлены в таблице 2. Анализ результатов таблицы 2 показывает, что физико-механические свойства составов строительного раствора зависят от соотношения компонентов и обладают различными показателями прочности и подвижности. Заявляемый состав наномодифицированного строительного раствора по сравнению с известными решениями обладает высокими показателями водоудерживающей способности при обеспечении необходимой подвижности и регулируемого срока схватывания строительного раствора.
На основании вышеизложенного данный наномодифицированный строительный раствор обеспечивает необходимую подвижность, обладает водоудерживающей способностью и регулируемым сроком схватывания строительного раствора.