Композиційна гіпсовмісна в’яжуча речовина

Реферат: Композиційна гіпсовмісна в'яжуча речовина містить, мас. %: напівводний гіпс 48-80, мікрокремнезем 1,2-22, каталізатор гідравлічності 1-35, модифікуюча добавка 0,4-15. Досягається підвищення в часі водостійкості і міцності штучного каменю, виготовленого з цієї в'яжучої речовини з одночасним збільшенням твердості лицьової поверхні штучного каменю. UA 99560 C2 (12) UA 99560 C2 UA 99560 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до промисловості будівельних матеріалів, а саме, до складів змішаних в'яжучих речовин і бетонів на їх основі, призначених для виготовлення гіпсовмісних композиційних матеріалів та гіпсобетонних виробів, і може бути використаний при виготовленні будівельних розчинів, бетонів і виробів, зокрема елементів архітектурного декору, що експлуатуються як всередині, так і ззовні приміщень. Відоме водостійке гіпсове в'яжуче, що містить напівгідратний гіпс β-модифікації у кількості 80…50 %, портландцемент, активну мінеральну добавку - мікрокремнезем, суперпластифікатор і модифікуючу добавку. Це в'яжуче виготовляють шляхом спільного помелу компонентів (Гипсовые материалы и изделия (производство и применение: Справочник / Под общ. ред. А.В. Ферронской. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. - С. 52.). Недоліком цього в'яжучого є його висока водопотреба (35…40 %) внаслідок низької ефективності суперпластифікаторів до композіційних в'яжучих з високим вмістом гіпсу β-модифікації (до 80 %), низька міцність (15…20 МПа) та низька водостійкість штучного каменю з такого в'яжучого. Відома добавка для модифікації гіпсових в'яжучих, що включає суперпластифікатор С-3 на основі натрієвих солей продукту конденсації нафталінсульфокислоти з формальдегідом, а також цеолітову породу, випалену при 800 °C і бій силікатної цеглини, при цьому добавка містить суперпластифікатор С-3 у вигляді сухого порошку при такому співвідношенні компонентів добавки (мас. %): сухий порошок суперпластифікатора С-3 1,5-4,0; цеолітова добавка, випалена при 800 °C-12-14; бій силікатної цеглини - 82-86 (RU 2074137 C1, С 04 В 11/00//C 04 В 111:20, опубл. 27.02.97, Бюл. № 6). Добавку виготовляють окремо від гіпсового в'яжучого, скорочуючи об'єм обробки у декілька разів, після цього вводять її в гіпсове в'яжуче (100 мас. %) в кількості 5-15 % від маси. Недоліком даної добавки є те, що для її виготовлення потрібні значні енерговитрати поперше на попереднє випалення цеолітової породи при температурі 800 °C і по-друге на сумісний помел цеолітової породи і бою силікатної цеглини з сухим порошком суперпластифікатора С-3 в кульовому млині. Штучний камінь, виготовлений з одержаного гіпсового в'яжучого, при цьому має недостатню водостійкість і морозостійкість. Відома суха будівельна суміш включає, мас. %: гіпсове в'яжуче - будівельний гіпс 73,0-85,0; гашене вапно 10,0-16,0; полікарбоксилат - щонайменше один, вибраний з групи: полікарбоксилат натрію, полікарбоксилат Melflux 164IF, ДП-1, Sika ViskoCrete 225P і BPS BV Т/С 1,3-3,0; карбоксиметилцелюлозу 3,0-5,6; сульфат алюмінію 0,4-0,9; глюконат натрію 0,3-1,5; причому її отримують шляхом змішування зазначених компонентів у дезінтеграційному змішувачі протягом 2-3 хв. при швидкості обертання змішувача 2500-3000 об/хв. (RU 2404146 С1, С 04 В 11/00, С 04 В 38/08, опубл. 20.11.2010, Бюл. № 32). Недоліком даної сухої будівельної суміші є те, що для її виготовлення потрібні значні енерговитрати на змішування зазначених компонентів у дезінтеграційному змішувачі протягом 2-3 хв. при швидкості обертання змішувача 2500-3000 об/хв. Штучний камінь, виготовлений з одержаного гіпсового в'яжучого, при цьому має недостатню міцність, водостійкість і, відповідно, морозостійкість. Найбільш близьким аналогом є композиційна гіпсовмісна в'яжуча речовина, що містить (мас. %): напівводний гіпс 78,4-81,6; вапно (оксид кальцію) 8-9; мікрокремнезем 10-12; суперпластифікатор С-3 0,4-0,6 (RU 2081076 С1, С 04 В 11/00//С 04 В 111:20, опубл. 10.06.97, Бюл. № 16). Виготовлення суміші передбачає дві стадії: змішування компонентів та подальшу їх активацію в змішувачі-активаторі відцентрово-ударного типу. Недоліком найближчого аналога, як показали дослідження, є низька водостійкість і міцність, а значить і морозостійкість штучного каменю, виготовленого з такої в'яжучої речовини. Підвищення водостійкості і міцності станом на 90 діб тверднення припиняється. Твердість лицьової поверхні штучного каменю з такої в'яжучої речовини не підвищується після 28 діб тверднення. Для досягнення бажаних параметрів водостійкості і міцності в'яжуче готують тільки на основі високомарочних гіпсів та застосовують механічну активацію суміші, що в значній мірі підвищує вартість кінцевого продукту. В основу винаходу поставлена задача створити таку в'яжучу речовину, у якій шляхом поєднання компонентів з модифікуючою добавкою досягається підвищення в часі водостійкості і міцності штучного каменю, виготовленого з цієї в'яжучої речовини з одночасним збільшенням твердості лицьової поверхні штучного каменю. При цьому зберігаються позитивні технологічні та експлуатаційні властивості, які притаманні гіпсовим в'яжучим. Для вирішення задачі запропонована композиційна гіпсовмісна в'яжуча речовина, що містить напівводний гіпс, каталізатор гідравлічності (засіб для регулювання гідравлічних властивостей) та мікрокремнезем, яка, згідно з винаходом, додатково містить модифікуючу добавку, при такому співвідношенні компонентів, мас. %: 1 UA 99560 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 напівводний гіпс 48-80 мікрокремнезем 1,2-22 каталізатор гідравлічності 1-35 модифікуюча добавка 0,4-15. У окремих випадках реалізації як модифікуючу добавку використовують сполуки лужноземельного металу магнію, барію, стронцію, та/або оксиди металів, які проявляють амфотерні властивості: ZnO, Cr2O3, SnO, РbО2, ТiO2, МnО2, як каталізатор гідравлічності використовують оксид кальцію та/або портландцемент. Нижченаведені приклади комбінації компонентів модифікуючої добавки ілюструють винахід, але не обмежують його: 1. SrCO3 та MnO2. 2. SrCO3 та PbO2. 3. Ва(ОН)2 та Cr2O3. 4. Sr(OH)2 та МnО2. 5. SrСО3 та Cr2O3 та РbО2. 6. Ва(ОН)2 та Sr(OH)2 та Cr2O3 та РbО2. 7. SrСО3 та Sr(OH)2 та Cr2O3 та РbО2. 8. ВаНРО4 та SrCO3 та MgO2 та Cr2O3. Застосування в складі композиційної гіпсовмісної в'яжучої речовини модифікуючої добавки, яка містить сполуки лужноземельного металу та/або оксиди металів, які проявляють амфотерні властивості, призводить до тривалого в часі (360 діб і більше) підвищення водостійкості і міцності штучного каменю, виготовленого з цієї в'яжучої речовини з одночасним збільшенням твердості лицьової поверхні штучного каменю, подібно до штучного каменю, виготовленого на основі портландцементу. В складі композиційної гіпсовмісної в'яжучої речовини як каталізатор гідравлічності використовують оксид кальцію у кількості 1-15 мас. %, що підвищує ефективність модифікуючої добавки та призводить до підвищення водостійкості і міцності штучного каменю, виготовленого з такої в'яжучої речовини. З таким каталізатором гідравлічності штучний камінь характеризується більшою водостійкістю та міцністю, ніж за прототипом, та знижується вартість кінцевого продукту. Для розширення сировинної бази як каталізатор гідравлічності використовують портландцемент. В складі композиційної гіпсовмісної в'яжучої речовини як каталізатор гідравлічності використовують портландцемент у кількості 10-35 мас. %, що підвищує ефективність модифікуючої добавки та призводить до підвищення водостійкості і міцності штучного каменю, виготовленого з такої в'яжучої речовини. З таким каталізатором гідравлічності штучний камінь характеризується більшою водостійкістю та міцністю ніж при використанні оксиду кальцію. Для зниження водопотреби в'яжучого та підвищення міцності штучного каменю виготовленого на основі композиційної гіпсовмісної в'яжучої речовини, що заявляється, застосовують суперпластифікатор. Виготовлення композиційного гіпсовмісного в'яжучого, що заявляється, здійснюють змішуванням компонентів традиційним для таких систем способом до отримання повної гомогенізації суміші. Як гіпс можна використати гіпс - та/або -модифікації марки від Г-5 до Г25, як мікрокремнезем - білу сажу марок БС-100, БС-120 або її аналоги, як оксид кальцію різновиди вапна, як портландцемент - портландцемент I-го або ІІ-го типу марок 300, 400, 500, 550, 600 або білий портландцемент, як суперпластифікатор - суперпластифікатор полікабоксилатного або лігносульфонатного складу, наприклад суперпластифікатор MELFLUX 2651 Р, С-3, Sika ViscoCrete-225Р, натрієву сіль лігносульфанатної кислоти, модифіковану натрієвою сіллю алдонової кислоти тощо. Для експериментальної перевірки в'яжучого, що заявляється, були виготовлені кілька варіантів композицій з вмістом компонентів, узятих в кількостях, які знаходяться у межах, що заявлені у формулі, а також композиція за найближчим аналогом. Для визначення фізико-технічних характеристик вищезазначених композицій було виготовлено зразки у вигляді призм розміром 40×40×160 мм. Дані занесені у таблицю. Як показали випробування, виготовлені зразки характеризуються достатньою водостійкістю та міцністю. Композиційне гіпсовмісне в'яжуче по заявленому складу характеризується водопотребою в межах 0,22…0,55, штучний камінь на основі такого в'яжучого - міцністю при стиску без використання суперпластифікатору понад 24 МПа та з суперпластифікатором понад 26 МПа, водостійкістю понад 0,9 та морозостійкістю понад 35 циклів, що значно перевищує показники 2 UA 99560 C2 зразків за прототипом. При цьому у заявленому складі ступінь водостійкості 0,9 досягається без застосування суперпластифікатора, що дозволяє знизити вартість кінцевого продукту порівняно з найближчим аналогом. Таблиця Фізико-технічні характеристики композиційного гіпсовмісного в'яжучого Склад суміші, мас. % № МД*** В/Т НГ ПЦ МК СП СаО МД** 1 80 14,95 2,65 0,01 2* 78,4 12 0,6 9 3 63,22 26 4,68 0,5 4 55 28 14 0,3 5 80 7,5 0,3 4,7 6 65 18 12 7 70 18 8,65 0,35 8 100 2,3 1,9 4,5 3,9 3 3,7 2,7 3 1,1 0,4 0,22 0,23 0,26 0,3 0,55 0,34 0,5 Властивості Твердість лицьової Міцність на поверхні за стиск, у віці шкалою МПа, Мооса, у віці 28 90 360 28 90 360 діб діб діб діб діб діб 1 2 3 26 30 34 1 2 2 25 27 26,5 2 4 8 52 63 68 1 2 4 48 53 57 1 2 3 27 30 33,5 1 2 3 24 26,5 31,5 1 2 4 32,5 38 42,5 1 1 1-2 10 11,5 10,5 Крозм., у віці 28 діб 0,9 0,79 0,99 0,94 0,94 0,92 0,9 0,4 90 діб 0,91 0,78 1 0,96 0,95 0,96 0,93 0,38 360 діб 0,96 0,77 1,03 0,98 0,98 0,98 0,95 0,37 В таблиці позначено: НГ - напівводний гіпс; ПЦ - каталізатор гідравлічності портландцемент; МК - мікрокремнезем; СП - суперпластифікатор; В/Т - водотверде відношення; Крозм. водостійкість; СаО - каталізатор гідравлічності оксид кальцію; * - значення за прототипом; МД** - модифікуюча добавка сполука лужноземельного металу; МД*** - модифікуюча добавка оксид металу, що проявляє амфотерні властивості. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 1. Композиційна гіпсовмісна в'яжуча речовина, що містить напівводний гіпс, мікрокремнезем та каталізатор гідравлічності, яка відрізняється тим, що вона додатково містить модифікуючу добавку при такому співвідношенні компонентів, мас. %: напівводний гіпс 48-80 мікрокремнезем 1,2-22 каталізатор гідравлічності 1-35 модифікуюча добавка 0,4-15. 2. В'яжуча речовина за п. 1, яка відрізняється тим, що як модифікуючу добавку використовують сполуки лужноземельних металів та/або оксиди металів, які проявляють амфотерні властивості. 3. В'яжуча речовина за п. 2, яка відрізняється тим, що як оксиди металів використовують ZnO, Сr2О3, SnO, PbO2, TiO2, MnO2 або їх суміш. 4. В'яжуча речовина за п. 2, яка відрізняється тим, що як сполуки лужноземельних металів використовують сполуки магнію, барію, стронцію або їх суміш. 5. В'яжуча речовина за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що як каталізатор гідравлічності використовують оксид кальцію у кількості 1-15 мас. %. 6. В'яжуча речовина за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що як каталізатор гідравлічності використовують портландцемент І-го або ІІ-го типу марок 300, 400, 500, 550, 600 або білий портландцемент у кількості 10-35 мас. %. 7. В'яжуча речовина за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що як мікрокремнезем використовують активну мінеральну добавку - білу сажу марок БС-100, БС-120 або її аналоги. 8. В'яжуча речовина за будь-яким з пп. 1-7, яка відрізняється тим, що вона додатково містить суперпластифікатор у кількості 0,02-0,7 мас. %. 3 UA 99560 C2 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4