Будівельний розчин

Реферат: Будівельний розчин містить в'яжуче, наповнювач, кварцовий пісок, пластифікуючу добавку і 2 воду. Як в'яжуче містить портландцемент, вапняк, мелений до питомої поверхні 400 м /кг, і добавку С-3, попередньо активовані у трибомеханоактиваторі протягом 30-60 с. UA 93864 U (54) БУДІВЕЛЬНИЙ РОЗЧИН UA 93864 U UA 93864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до галузі цивільного будівництва, а саме до виробництва будівельних матеріалів, та дозволяє отримувати будівельний розчин з достатнім рівнем міцності. Відома бетонна суміш [див. опис до авторського свідоцтва СРСР № 1761731] містить цемент, вапно, мелений доменний шлак, гранульований шлак і воду. Суміш води, вапна, 3 меленого доменного шлаку з питомою поверхнею 6000 г/см піддають активації у швидкісному змішувачі протягом 1-1,5 годин. Гранульований шлак додають до активованої суміші. 3 Але вказана бетонна суміш, по-перше, містить велику кількість вапна - 60 кг на 1 м бетону, а, по-друге, така бетонна суміш непридатна для використання при будівництві і ремонті споруд з вапняку. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є будівельний розчин, який застосовується в цивільному та промисловому будівництві як гідроізоляційний склад (див. патент Російської Федерації на винахід № 2478593). Вказаний будівельний розчин містить портландцемент, глиноземний цемент, пісок для будівельних робіт фракції 0,63 мм, доломотизований вапняк фракції 100 мк, добавку, воду, бентонітову глину, добавки - співполімер акрилатів Neolith, сульфат калію (K2SO4), гіперпластифікатор MeFlux на основі полікарбоксилатних ефірів та повітровтягуючу добавку СНВ за наступним співвідношенням компонентів, мас. %: портландцемент 27,615-29,412 глиноземний цемент 4,202-5,021 вапняк 8,403-8,536 бентонітова глина 0,840-0,921 пісок 38,215-38,539 співполімер акрилатів Neolith 1,681-1,715 сульфат калію (K2SO4) 1,008-1,046 гіперпластифікатор MeFlux 0,269-0,284 повітровтягуюча добавка СНВ 0,003-0,005 вода 15,967-16,318. Склад даного будівельного розчину вибрано прототипом. Прототип і корисна модель, що заявляється, мають наступні спільні ознаки (компоненти): - в'яжуче - портландцемент; - заповнювач - кварцовий пісок; - карбонатний наповнювач - мелений вапняк; - пластифікуюча добавка; - вода. Але будівельний розчин за прототипом має підвищену розшаровуваність будівельної суміші. Окрім того, використовується досить велика кількість в'яжучого. В основу корисної моделі поставлено задачу створити склад будівельного розчину, в якому 2 шляхом використання портландцементу, вапняку, меленого до питомої поверхні 400 м /кг і пластифікуючої добавки С-3 попередньо активованих в трибомеханоактиваторі, і певного масового співвідношення компонентів суміші, забезпечити покращення механічних і технологічних властивостей з одночасним зменшенням кількості в'яжучого. Поставлена задача вирішена будівельним розчином, що містить в'яжуче, наповнювач, кварцовий пісок, пластифікуючу добавку і воду, тим, що, на відміну від прототипу, він містить 2 портландцемент, вапняк, мелений до питомої поверхні 400 м /кг і добавку С-3, попередньо активовані у трибомеханоактиваторі протягом 30-60 с, за наступним співвідношенням компонентів, мас. %: портландцемент 12,0-22,0 кварцовий пісок 50,0-66,0 мелений вапняк 10,0-16,0 добавка С-3 0,20-0,30 вода решта. Новим в будівельному розчині, що заявляється, є те, що: 2 - використовується вапняк, мелений до питомої поверхні 400 м /кг; - як пластифікуючу добавку розчин містить добавку С-3; - портландцемент, мелений вапняк і добавка С-3 попередньо активовані в трибомеханоактиваторі протягом 30-60 с; - компоненти будівельного розчину беруть в іншому масовому співвідношенні. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак та очікуваним технічним результатом можна пояснити наступним. 1 UA 93864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 За рахунок застосування активації в'яжучого у трибомеханоактиваторі протягом 30-60 с та 2 використання карбонатного наповнювача - вапняку, меленого до питомої поверхні 400 м /кг, матеріал при зменшеній витраті портландцементу набуває достатньої міцності, при цьому покращуються показники будівельного розчину по розшаровуваності і водовідділенню. Будівельний розчин, що заявляється, готується в наступному порядку. До трибомеханоактиватора завантажується портландцемент, який складає 12-22 мас. % від всієї маси розчину, карбонатний наповнювач 10-16 мас. % і вода з добавкою С-3 у вигляді 0,20,3 %-го водного розчину. Після цього проводиться активація суміші в'яжучого протягом 30-60 с. Далі до бето-розчино-змішувача подається кварцовий пісок 50-66 мас. %, активоване в'яжуче 2 (суміш портландцементу, вапняку, меленого до питомої поверхні 400 м /кг, водного розчину добавки С-3 і води, оброблена в трибомеханоактиваторі протягом 30-60 с) і необхідний надлишок води. Після подачі води суміш будівельного розчину перемішується не менше 3 хв., що забезпечує однорідність якості будівельного розчину. Приклади приготування будівельного розчину. Приклад 1. Приготували будівельний розчин, як наведено вище. Компоненти брали у наступному співвідношенні, мас. %: портландцемент 17,0 кварцовий пісок 50,0 мелений вапняк 16,0 добавка С- 3 0,1 вода 16,9. Приклад 2. Приготували будівельний розчин, як наведено вище. Компоненти брали у наступному співвідношенні, мас. %: портландцемент 12,0 кварцовий пісок 66,0 мелений вапняк 10,0 добавка С- 3 0,2 вода 11,8. Приклад 3. Приготували будівельний розчин, як наведено вище. Компоненти брали у наступному співвідношенні, мас. %: портландцемент 22,0 кварцовий пісок 58,0 мелений вапняк 13,0 добавка С- 3 0,3 вода 6,7. Приклади 4-18 ілюструють склади будівельних розчинів з різним вмістом компонентів. Дані наведені в таблиці. Властивості будівельного розчину вивчалися в дослідному експерименті по D-оптимальному плану типу "трикутники на квадраті" з п'ятнадцятьма оптимальними точками. Вибір сумішевого плану дозволяє дослідити вплив на будівельний розчин не тільки кількості наповнювача, але і розчини з кількома питомими поверхнями, що істотно розширює пошук можливості отримання позитивних результатів. 2 Як сумішевий фактор прийнята питома поверхня карбонатного наповнювача (v 1=2000 м /кг, 2 2 v2=4000 м /кг, v3=6000 м /кг) за умови v1+v2+v3=1. Незалежними рецептурно-технологічними факторами прийняті. Х4 - загальна кількість карбонатного наповнювача 20-60 мас. % від маси портландцементу, що вибрано з урахуванням результатів попередніх експериментів. Сумарна кількість карбонатного наповнювача становила 20, 40 і 60 % від маси в'яжучого, а його питома поверхня змінювалася залежно від поєднання сумішевих факторів. Х5 - кількість добавки С-3 (ТУ 6-36-0204229-625-90) від 0,4 і 0,8 мас. % (від маси портландцементу), оскільки подальше підвищення її вмісту призводить до уповільнення швидкості гідратації портландцементу. Добавка С-3 - розріджувач на основі лігносульфонату нафталіну у вигляді водного розчину і сухої речовини, належить до класу суперпластифікаторів. Головна особливість добавки полягає в збільшенні рухливості бетонної суміші, характеристик міцності і довговічності конструкцій. Як заповнювач використовувався кварцовий пісок з Мкр=2,2. Проводилось дві паралельних серії випробувань. Перша серія випробувань враховувала вплив наповнювача і активації на зміну властивостей розчину. Суспензія в'яжучого готувалася в трибомеханоактиваторі шляхом послідовного введення в нього від дозованих кількостей води, добавки С-3, портландцементу і меленого вапняку різної питомої поверхні. Час перемішування в швидкісному 2 UA 93864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 трибомеханоактиваторі становив 30 с при швидкості обертання робочого ротора змішувача 2800 об./хв. Суспензії піддавалися вібруванню на стандартній лабораторній віброплощадці протягом 60 с. Водо-цементне співвідношення підбиралося з умови одержання сумішей, що не розшаровуються. Друга серія випробувань - це контрольні зразки (без механоактивації). У сферичній чаші за стандартною технологією готувалися контрольні зразки. Одержані суміші, приготовані за порівнюваними технологіями, піддавалися вібруванню протягом 60 с на стандартній лабораторній віброплощадці. Склади розчинних сумішей наведені в таблиці. Для всіх 15-ти досліджених складів розчинів, а також для 3-х контрольних складів (тобто для аналогічних складів, проте без наповнювача) при випробуваннях за відповідними методиками були визначені водовідділення, розшаровуваність, міцність при стиску, міцність на розтягування при згині. Дані про склади досліджених розчинів та показники якості для цих складів наведено в таблиці. З технологічної точки зору важливо проаналізувати зміну водов'яжучого (В/В) відношення в даних сумішах при варіюванні сумішевих та незалежних технологічних факторів. Рухливість розчину визначалась за глибиною занурення стандартного еталонного конуса, і становила від 6 до 7 см. Аналіз отриманих результатів показав, що в рамках факторного простору експерименту найбільшою мірою на В/В розчинних сумішей впливає кількість добавки С-3. Склади без добавки С-3 залежно від виду та кількості наповнювача показали рівень В/В контрольних складів від 0,58 до 0,68, активованих складів від 0,54 до 0,66. Введення добавки С-3 призводить до зниження В/В відповідно до 0,48-0,57 для контрольних складів, а на активованому в'яжучому до 0,43-0,47. Збільшення частки наповнювача у в'яжучому з 20 до 40 мас. % знижує В/В на 8-15 %, причому більше відчутно для складів без пластифікуючої добавки. Це свідчить про деякий пластифікуючий ефект вапняку. Механоактивація дозволяє істотно знизити В/В розчинних сумішей за рахунок активації в'яжучого. Так, при збереженні технологічності, активовані суміші мали на 8-15 % меншу водопотребу, ніж аналогічні контрольні склади. Розшаровуваність є важливою технологічною характеристикою для сумішей більшості композиційних будівельних матеріалів, а для будівельних розчинів, особливо, штукатурних, збереження однорідності суміші є одним з основних показників якості. Показник розшаровуваності (П, %) досліджених будівельних розчинів визначався згідно з ДСТУ Б В.2.7-239:2010 (Розчини будівельні. Методи випробувань). За результатами отриманих в 15-ти експериментальних точках кожної з серій даних (кконтроль, м-механоактивація) були побудовані експериментально-статистичні (EC) моделі у вигляді "трикутники на квадраті" (а-механоактивація, б-контроль) з усіма значущими оцінками коефіцієнтів, що відображає вплив складу вапнякового розчину на розшаровуваність суміші (фіг. 1). Аналіз отриманих EC-моделей і побудованих за ним діаграм (фіг. 1) дозволяє відзначити, що в рамках факторного простору експерименту найбільшою мірою на розшаровуваність розчинних сумішей впливає кількість вапнякового наповнювача. Основний ефект спостерігається при збільшенні кількості наповнювача від 20 до 40 % - розшаровуваність механоактивованих складів знижується на 20-25 %, а контрольних складів на 30-35 %. Величина питомої поверхні наповнювача робить вплив на значення розшаровуваності в межах 5-9 %, проте є деяка тенденція меншої розшаровуваності сумішей при використанні 2 наповнювача з питомою поверхню 200 м /кг. Якщо ж порівнювати розшаровуваність складів з наповненим в'яжучим, то можна відзначити досить важливий факт, що наявність в суміші вже 20-25 % меленого вапняку практично вдвічі знижує розшаровуваність (при аналогічній кількості пластифікатору). При цьому дана тенденція аналогічна як для активованих, так і для контрольних складів - у першому випадку величина (П, %) знижується з 7,1-8,8 % до 4,00-4,5 %, а в другому з 7,9-9,8 % до 4,5-5,0 %. За рахунок введення 0,8 % добавки С-3 (при вмісті меленого вапняку у в'яжучому 20-35 %) розшаровуваність знижується на 4-6 %, а при кількості вапняку 40 % і більше - на 6-10 %. Позитивний ефект суперпластифікатора можна пояснити тим, що при загальному зниженні кількості води затвору поліпшується рівномірність її розподілу в суміші. Також важливо відзначити, що розчинні суміші на активованому в'яжучому в цілому показали меншу розшаровуваність в порівнянні з контрольними. Даний ефект пояснюється, перш за все, нижчою водопотребою сумішей за рахунок застосування активації (роздільної технології приготування). Рання міцність є важливою характеристикою для всіх будівельних розчинів, а для штукатурних особливо, оскільки даний показник забезпечує адгезію в умовах швидкої втрати 3 UA 93864 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вологи і зручність роботи при великих штукатурних шарах. Міцність в обох серіях (механоактивація і контроль) контролювалася на 2-у добу. Впливи варійованих факторів (V1-V3, Х4, Х5) на міцність при стисненні вапнякового розчину в 2-х добовому віці показані на діаграмах у вигляді "трикутники на квадраті" (фіг. 2). Як видно з діаграм (фіг. 2), збільшення частки вапнякового наповнювача в в'яжучому передбачено знижує величину ранньої міцності композитів зважаючи на зменшення кількості клінкерної складової. При цьому в межах факторного простору експерименту зниження міцності відбувається практично пропорційно збільшенню дозування наповнювача. Величина питомої поверхні наповнювача несуттєво впливає на величину ранньої міцності розчину - при зміні ступеня розмелювання застосовуваного вапняку міцність в 2-х добовому віці контрольних складів змінюється в межах 1 МПа, у активованих складів на 2 МПа. За рахунок введення суперпластифікатора С-3 міцність розчину в 2-х денному віці підвищується, проте характер впливу добавки для розчину на активованому в'яжучому дещо відрізняється в порівнянні з контролем. У розчинах, приготовлених за традиційною технологією, введення разом з водою замішування в кількості 0,4-0,5 % С-3 викликає підвищення міцності на 1-1,5 МПа. Подальше збільшення дозування суперпластифікатора призводить до зниження міцності. Це може бути пояснено ефектом дії добавки - тобто при зниженні кількості води замішування відбувається уповільнення твердіння. Характерно, що більш явно позитивний вплив С-3 проявився у складів з меншою кількістю наповнювача, тобто при більшому вмісті клінкерної складової. У розчинах на механоактивованих в'яжучих найбільша міцність спостерігалася при більшій кількості С-3, аж до 0,5-0,8 % у складах з мінімальною кількістю наповнювача. Це пояснюється пришвидшеною дією активації, яке компенсує уповільнення твердіння при введенні великої кількості суперпластифікатора і відповідно дозволяє проявитися позитивному впливу водоредукуванню вже на ранніх термінах твердіння. Механоактивація відчутно покращує властивості міцності розчинів на в'яжучому з карбонатним наповнювачем. Так, у віці 2-х днів розчини на активованому в'яжучому мають на 13 МПа більшу міцність в порівнянні з контрольними. Для будівельних розчинів, особливо штукатурних, крім міцності на стиск важливим показником якості є міцність на розтяг. У процесі твердіння на пористій основі розчинні суміші в великому темпі втрачають вологу, відповідно міцність на розтягування обумовлюється стійкістю матеріалу до розтріскування. Крім того, для штукатурних розчинів міцність на розтяг важлива з позицій штатних експлуатаційних навантажень на шар даного матеріалу. Впливи варійованих факторів (V1-V3, Х4, Х5) на міцність на розтягування вапнякового розчину в 2-х денному віці показані на діаграмах у вигляді "трикутники на квадраті" (фіг. 3). Аналіз отриманих діаграм дозволяє відзначити, що найбільший вплив на величину міцності на розтяг в ранньому віці як для активованих складів, так і для контрольних, робить кількість наповнювача. Однак питома поверхня наповнювача на величині R bt.2 відбивається також досить відчутно. Так для розчинів на активованому в'яжучому в міру збільшення частки наповнювача від 20 до 60 % міцність на розтяг при згині в віці 2-х діб знижується від 2,5-3 МПа до приблизно 1 МПа. Для контрольних складів аналогічна зміна частки наповнювача викликає зміну рівня Rbt.2 від 1,42 МПа до 0,5-1 МПа. Тобто механоактивація в'яжучого сприяє значному підвищенню властивостей досліджених будівельних розчинів. Однак важливо відзначити, що ефективність застосування активації значно вище для складів з меншою часткою карбонатного наповнювача, тобто більшою мірою активується клінкерна складова в'яжучого. Також можна зробити висновок, що як для активованих, так і для контрольних складів найменшу міцність показали 2 розчини, в які введено наповнювач з питомою поверхнею 400…600 м /кг. Тобто найбільшу міцність на розтяг при згині мають композити з більш "великим" наповнювачем (S пит). В цілому досліджені будівельні розчини при кількості карбонатного наповнювача до 40 % показали достатній рівень ранньої (дводобової) міцності на розтяг, так за рахунок застосування оптимальної кількості суперпластифікатора С-3 величина Rbt.2 досягає 2 МПа. Таким чином, запропонована корисна модель складу механоактивованого будівельного розчину дає змогу одержати будівельний розчин з достатньою розшаровуваністю, міцністю на стиск і на розтяг. Використання механічної активації в'яжучого дозволяє додатково підвищити механічні властивості досліджених розчинів на в'яжучому з карбонатним наповнювачем. 4 UA 93864 U Таблиця 1 Склади розчинних сумішей (мас. %) № Кварцовий Портландцемент п/п пісок Карбонатний наповнювач 2 Sпит.пов, (м /кг) 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 17 12 22 18 18 14 14 14 9 9 9 9 9 9 9 22 22 22 50 66 58 66,7 69,3 68,8 65,2 65,9 64,9 66,4 65,7 65,0 66,4 67,2 67,2 66,4 67,7 67,5 400 16 10 13 2,5 5 5 13 5 13 5 5 5 13 5 13 Розшаровуваність Міцність (МПа) (%) 600 2,5 5 5 13 5 13 С-3 Вода 0,1 0,2 0,3 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 16,9 11,8 6,7 10,2 10 12,2 10,7 9,9 13,1 11,6 12,3 10,9 11,4 10,6 10,6 11,6 10,2 10,3 4,4 3,1 4,3 4,4 4,0 3,1 3,0 2,9 3,3 3,7 3,5 3,3 2,8 2,9 3,0 8,8 8,0 7,1 Rсж Rизг 9,30 2,79 5,60 1,91 9,30 2,41 13,10 3,27 11,90 2,89 6,80 2,05 7,20 2,27 5,20 1,90 3,20 0,78 3,60 0,95 3,20 1,00 3,60 1,09 3,98 1,15 3,30 1,02 3,20 1,16 11,60 2,90 17,90 4,01 17,10 3,85 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Будівельний розчин, що містить в'яжуче, наповнювач, кварцовий пісок, пластифікуючу добавку і воду, який відрізняється тим, що як в'яжуче містить портландцемент, вапняк, мелений до 2 питомої поверхні 400 м /кг, і добавку С-3, попередньо активовані у трибомеханоактиваторі протягом 30-60 с, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: портландцемент 12,0-22,0 кварцовий пісок 50,0-66,0 мелений вапняк 10,0-16,0 добавка С-3 0,20-0,30 вода решта. 5 UA 93864 U 6 UA 93864 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 7