ПОРИЗОВАННАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ Российский патент 2002 года по МПК C04B38/00 C04B28/30 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к смесям для получения поризованных материалов, твердеющих в естественных условиях, и предназначено, преимущественно, для изготовления тепло-звукоизоляционных слоев междуэтажных перекрытий и штукатурки.

В настоящее время, особенно при монолитном строительстве, остро стоит вопрос о междуэтажной звукоизоляции и снижении массы перекрытий за счет снижения плотности стяжки. Как правило вопрос звукоизоляции решается путем укладки непосредственно на плиту перекрытия рулонных звукоизоляционных материалов с устройством поверх них бетонной или растворной стяжки, причем в этом случае при устройстве стяжки обычно прибегают к ее армированию стальными сетками и т. п. , что приводит к заметному усложнению и удорожанию в два раза конструкции и технологии устройства пола. Это обусловлено отсутствием механической связи между стяжкой и бетонным основанием (плитой перекрытия), приводящим к повышению изгибных напряжений в стяжке от эксплуатационных нагрузок. Использование для снижения массы поризованной (ячеистой) портландцементной стяжки не имеет распространения ввиду сложности приготовления ячеистого бетона на строительном объекте и отсутствия производителей готовой ячеисто-бетонной смеси. При этом существующие ячеистые бетоны на портландцементном вяжущем в условиях естественного твердения обладают низкой прочностью. Для устройства теплоизоляционных стяжек применяют также легкие растворы и бетоны на портландцементном вяжущем и легких заполнителях: перлитовом песке, керамзитовом песке и гравии. Обычно применяются растворы и бетоны со средней плотностью 1000-1300 кг/м³ (при снижении плотности ниже указанной прочность стяжки становится недопустимо малой). Следует также отметить дороговизну перлитового песка.

Так же при строительстве и отделке все более широкое применение находят тепло-звукоизоляционные штукатурки на основе легких поризованных перлитоцементных растворов средней плотностью 400-600 кг/м³ (с использованием портландцемента или гипса). К недостаткам данных смесей также относятся низкая прочность и дороговизна в случае использования перлитового песка.

Известна поризованная строительная смесь, содержащая заполнитель, пенообразователь в качестве поризующей добавки и кремнейфтористый натрий в качестве модифицирующей добавки [1] .

Недостатками данной смеси являются сложность состава, высокая стоимость, неудовлетворительные прочность и износостойкость, вспучиваемость при затвердевании, сложность использования в связи с тем, что приготовленный из нее раствор быстро теряет пористую структуру (за 10-15 мин).

Известна также строительная смесь, содержащая магнезиальный цемент в роли вяжущего, заполнитель и стекловолокно [2] .

Данная смесь обеспечивает высокую прочность получаемого материала, недостатком этой строительной смеси является невозможность получения из нее поризованных материалов.

Известна поризованная строительная смесь, содержащая, мас. %: портландцемент 20,1. . . 22,0, керамзитовый песок 8,2. . . 25,6, керамзитовый гравий 30,1. . . 47,9, зола гидроудаления 8,0. . . 9,1, воздухововлекающая добавка 1,8. . . 2,2, жидкая фаза отхода производства соды по аммиачному способу 3,2. . . 5,4 [3] .

Недостатками этой смеси являются высокая плотность получаемых материалов, сложность состава и технологии приготовления раствора из смеcи, высокая стоимость, недостаточная степень тепло-звукоизоляции.

Задачей изобретения является создание недорогой и несложной в изготовлении поризованной строительной смеси для изготовления поризованных материалов, обладающей оптимальными эксплуатационными и технологическими свойствами, а также расширение арсенала смесей для изготовления тепло-звукоизоляционных слоев междуэтажных перекрытий и штукатурки.

Для одновременного обеспечения необходимой прочности и получения оптимальной пористой структуры перспективным является изготовление поризованной (вспененной) смеси на магнезиальном вяжущем с органическими легкими заполнителями (древесная мука, опилки, стружка). Возможна частичная или полная замена органических заполнителей на легкие минеральные заполнители.

Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, заключается в одновременном обеспечении стабильно высокого звукопоглощения и оптимальной теплоизоляции и малой деформации усадки, высокой прочности сцепления с бетоном основания, упрощении и ускорении процесса приготовления и нанесения и последующего естественного твердения, антисептичности получаемых материалов, обладающих высокой огнестойкостью, расширение круга используемого исходного сырья.

Сущность изобретения состоит в том, что поризованная строительная смесь содержит сыпучий заполнитель с насыпной плотностью не более 1300 кг/см³ в количестве 5-75% массы смеси, по меньшей мере одну поризующую добавку в количестве не менее 0,01% массы смеси, а также магнезиальный цемент, в состав которого входит компонент, содержащий активный оксид магния, и солевой компонент, представляющий собой по меньшей мере одну соль сильной кислоты и металла с валентностью от двух до трех, при следующем соотношении количества указанных компонентов

где А - масса компонента, содержащего активный оксид магния,
С - масса солевого компонента,
n - количество составляющих (солей), входящих в состав солевого компонента,
m_i - массовая доля одной из солеи в компоненте,
М_i - молекулярный вес этой соли,
К₁= 100-1000,
К₂ - массовая доля активного оксида магния в компоненте, содержащем активный оксид магния (MgO).

Смесь дополнительно может содержать по меньшей мере одну водоудерживающую и стабилизирующую добавку в количестве 0,025-5% массы смеси, при следующем соотношении количества заполнителя, компонентов магнезиального цемента и добавок на 1000 кг смеси:
M₃= 1000-А-С-Д, (2)
где М₃ - масса заполнителя;
Д - масса добавок
Смесь может содержать минеральный заполнитель, например керамзитовый или перлитовый песок и/или гравий.

Смесь может содержать органический заполнитель, например древесную муку, опилки, стружку, пенополистирольные гранулы.

В качестве поризующей добавки смесь может содержать вспенивающую добавку, например натриевую соль алкилсульфатов, снижающую поверхностное натяжение на границе раздела жидкого солевого компонента и воздуха.

В качестве поризующей добавки (основной или дополнительной к пенообразующей добавке) смесь может содержать газообразующую добавку, например двууглекислую соду (бикарбонат натрия), взаимодействующую с компонентами смеси с выделением газообразных продуктов (углекислого газа).

В качестве компонента, содержащего активный оксид магния, смесь может содержать каустический магнезит с массовой долей активного оксида магния от 0,75 до 0, 95.

В качестве компонента, содержащего активный оксид магния, смесь может содержать каустический доломит с массовой долей активного оксида магния от 0,15 до 0,21.

Массовая доля вещества в компоненте показывает какую часть составляет масса этого вещества от массы компонента, если последняя принята за единицу, и является величиной безразмерной, масса имеет соответствующую размерность - тонна, килограмм и т. д.

Смесь может содержать солевой компонент в виде твердого кристаллогидрата по меньшей мере одной из следующих солей сильных кислот и двух-трех валентных металлов: хлористого магния MgCl₂, хлорного железа FеСl₃, сульфата магния MgSO₄.

К сильным кислотам относятся кислоты, которые в водных растворах полностью диссоциированы. В данном случае компонент содержит в качестве солей сильных кислот соли соляной и/или серной кислоты, двухвалентного металла магния и/или трехвалентного металла железа.

Смесь может содержать солевой компонент в виде водного раствора плотностью 1,1-1,35 кг/л по меньшей мере одной из следующих солей: хлористого магния, хлорного железа, сульфата магния.

Смесь может дополнительно содержать пигмент в количестве 0,5-3% массы смеси, в качестве стабилизирующей и водоудерживающей добавки по меньшей мере одну из следующих добавок: метилцеллюлозу, полиоксиэтилен, гипан (в количествах 0,02-0,5% массы смеси), бентонитовую глину (0,5-5% массы смеси), сульфированную нафталиноформальдегидную смолу (0,01-0,3% массы смеси), а кроме того, в качестве модифицирующих добавок по меньшей мере одну из следующих добавок: гипс (0,2-5% массы смеси), полимерную дисперсию ПВА (до 3% массы смеси), ортофосфорную кислоту и ее соли, а также компоненты, содержащие активный аморфный кремнезем (до 3% массы смеси в пересчете на активный аморфный кремнезем SiO₂).

При реализации указанных (универсальных для широкого круга исходных материалов) соотношений содержания компонентов обеспечивается необходимый для получения указанного технического результата характер взаимодействия молекул соли (солей), оксида магния и остальных, в том числе поризующих, ингредиентов, а также необходимая концентрация в растворе частиц заполнителя с заданной плотностью.

Стабилизирующая и водоудерживающая добавка способствуют стабилизации пористой структуры готовой к употреблению смеси, препятствует расслоению раствора и потере воды из раствора в бетонное основание. Расслаиваемость растворных смесей, изготовленных согласно настоящему изобретению, не превышает 10%, а водоудерживающая способность составляет до 99%, что не достигается в известных смесях. Применение сульфированной нафталиноформальдегидной смолы, используемой в отличие от известных смесей в качестве стабилизирующей добавки, приводит к дополнительному воздухововлечению в смесь, что увеличивает стабильность поризованной структуры раствора.

Использование компонентов, содержащих активный аморфный кремнезем (зоны уноса ТЭС, молотые металлургические шлаки), а также ортофосфорной кислоты и ее солей обеспечивает повышение водостойкости изделий из данной смеси.

Использование гипса в качестве модифицирующей добавки в данной смеси дополнительно обеспечивает увеличение пластичности и ударной прочности затвердевшего материала. Может применятся как ангидрит (CaS0₄), так и полуводный (CаSO₄•0,5Н₂О) и двухводный (CaSO₄•2H₂0) гипс.

Пигменты (охра, сурик, мел, лазурь и т. д. ) придают декоративность штукатурным материалам.

Введение полимерных дисперсий типа ПВА служит для придания материалу специальных свойств (повышенной адгезии к гладким поверхностям), водонепроницаемости, водоотталкивающих (гидрофобных) свойств.

Прочность поризованного материала, получаемого из заявленной смеси, составляет 0,1-20 МПа, плотность - 250-1000 кг/м³.

При средней плотности 600-700 кг/м³ материал обладает прочностью 8-10 МПа, что позволяет применять его в конструкции пола с тонким слоем самовыравнивающейся стяжки поверх него или при качественном выравнивании вообще без последней.

Применение магнезиального вяжущего позволяет получать тепло-звукоизоляционные штукатурные растворы со средней плотностью 250-300 кг/м³, что обеспечит значительно более эффективную тепло- и звукоизоляцию по сравнению с аналогичными составами на портландцементном вяжущем при снижении стоимости используемых материалов за счет замены дорогостоящего перлита, например, на древесные опилки.

Сухая смесь, содержащая солевой компонент в виде кристаллогидрата, например MgCl₂(2-6)H₂0, поставляется для производства готового раствора в упаковках (мешках или пакетах), содержащих все ингредиенты. Смесь, содержащая солевой компонент в виде водного раствора, поставляется аналогично с отдельной емкостью для этого компонента. Органический заполнитель (опилки и т. д. ) предпочтительно поставляется в отдельной упаковке.

Поризованную строительную смесь готовят следующим образом.

Исходя из заданных свойств очередной партии смеси и номенклатуры имеющегося в наличии исходного сырья выбирают значение коэффициента пропорциональности K₁ и определяют с помощью указанных соотношений (1), (2) необходимые количества ингредиентов.

Расчетные количества ингредиентов для очередной партии раствора загружают в смеситель принудительного действия с добавлением необходимого количества воды и интенсивно перемешивают до получения однородной массы.

При использовании одной вспенивающей или газообразующей добавки число оборотов смесителя должно быть не ниже 60 об/мин. В случаях одновременного использования вспенивающей и газообразующей добавок число оборотов может составлять 20-30 об/мин, т. е. смешивание может производиться с помощью обычных низкооборотных смесителей.

Дозирование ингредиентов может осуществляться циклически или непрерывно. Погрешность дозирования не должна превышать для вяжущих материалов, воды и добавок 1%, для заполнителя 2%.

В результате получается готовый к употреблению раствор.

Из каждой партии раствора одного состава отбирают 4-6 точечных проб, которые объединяют в общую пробу, масса которой должна быть достаточной для определения контролируемых параметров.

Готовый раствор должен быть использован в течение 30 мин, так как в дальнейшем происходят разрушение его пористой структуры и схватывание.

Изготовление пола или иных конструкций производится путем нанесения раствора на подготовленную соответствующим образом поверхность и разравнивания.

В течение первых трех суток достигается 30-50% прочность материала, что позволяет свободно передвигаться по поверхности. Через 7 суток достигается 70-80% прочность. Полная нормированная прочность и показатели качества затвердевшего материала достигаются через 28 суток.

Согласно требованиям СНиП 2.03.13-88 стяжки из легких бетонов для полов с нормированным теплоусвоением должны иметь класс по прочности на сжатие не ниже В5.

Для оценки достигаемого технического результата можно сравнить минимальную плотность различных строительных материалов, удовлетворяющих по прочности классу В5, а также коэффициенты теплопроводности рассматриваемых материалов. Значения этих параметров приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что из рассмотренных материалов наименьшей плотностью и теплопроводностью отличаются предлагаемые поризованные материалы на основе магнезиального вяжущего. При одинаковой заданной теплопроводности стяжки требуется слой вспененной магнезиальной смеси с заполнителем в виде опилок или перлита почти в два раза тоньше, чем из перлитобетона и в два с половиной раза тоньше, чем из монолитного ячеистого бетона или керамзитобетона.

Пример 1.

Определение состава строительной смеси.

Для приготовления партии смеси исходя из требуемой прочности на сжатие 8 МПа берут 342 кг солевого компонента (С= 342), представляющего собой водный раствор двух солей металлов (n= 2) плотностью 1,205 кг/л, с массовой долей (содержанием) хлористого магния, составляющей m₁= 0,15 и массовой долей хлорного железа, составляющей m₂= 0,05. Молекулярный вес хлористого магния M₁= 95,2, молекулярный вес хлорного железа М₂= 164,2.

Исходя из имеющихся исходных материалов выбирается значение K₁= 255.

В качестве компонента, содержащего активный оксид магния, используется каустический магнезит с массовой долей активного оксида магния К₂= 0,83.

Путем подстановки в соотношение (1) указанных значений расчетных параметров K_1,2, С, m_1,2, M_1,2 (при n= 2) после выполнения арифметических действий находится потребная масса каустического магнезита А= 199 кг.

Исходя из заданной толщины изделия (стяжки) 50 мм в качестве заполнителя используется смесь керамзитового песка крупностью 1-5 мм с насыпной плотностью 600 кг/м³ и керамзитового гравия крупностью 10-20 мм с насыпной плотностью 400 кг/м³.

Песок и гравий берутся в массовом соотношении 1: 2.

Общее количество заполнителя определяется из соотношения (2) и составляет 441 кг, из них 147 кг песка и 294 кг гравия.

В качестве поризующих добавок берутся вспенивающая добавка натриевая соль алкилсульфатов в количестве 2,5 кг и газообразующая добавка двууглекислая сода в количестве 4 кг, кроме того, в качестве добавок берется 1,49 кг метилцеллюлозы и 5,96 кг пластификатора.

Плотность получаемого материала составляет 700 кг/м³.

Ниже приведены примеры 2, 3, 4 состава смеси, определенные аналогично примеру 1.

Пример 2.

Для изготовления партии смеси берут 287,5 кг 15%-процентного раствора хлористого магния плотностью 1,149 кг/л, 209,1 кг каустического магнезита с массовой долей 0,83 оксида магния, 496 кг древесных опилок хвойных пород крупностью до 2,5 мм, 1,5 кг вспенивающей добавки "Пеностром" (ТУ 2481-001-22299560-99) и 1 кг сульфированной нафталиноформальдегидной смолы.

Данная смесь применяется для тонких стяжек, имеет прочность на сжатие 8 МПа через 28 суток с начала затвердевания и плотность 650 кг/м³.

Пример 3.

Для изготовления партии смеси берут 440 кг 15%-процентного раствора хлористого магния, 150,5 кг каустического магнезита с массовой долей 0,83 оксида магния, 398 кг опилок хвойных пород крупностью до 2,5 мм, 21,3 кг гипса, 1 кг сульфированной нафталиноформальдегидной смолы и 3,5 кг кальцинированной соды в качестве газообразующей добавки.

Массовая доля раствора солевого компонента составляет 0,33, содержание воды - 18%, чистого хлористого магния - 3,4%.

Данная смесь применяется в качестве штукатурной, имеет прочность на сжатие 0,5 МПа и плотность 300 кг/м³.

Пример 4.

Для изготовления партии смеси берут 152,1 кг 15%-процентного раствора хлористого магния, 280,1 кг порошка каустического магнезитового с массовой долей 0,83 оксида магния, 565 кг перлитового песка крупностью до 1,5 мм и 1 кг сульфированной нафталиноформальдегидной смолы.

Данная смесь является штукатурной, имеет прочность на сжатие 0,5 МПа и плотность 250 кг/м³.

В результате изобретения создана недорогая и несложная в изготовлении поризованная строительная смесь для изготовления поризованных материалов, обладающая оптимальными эксплуатационными и технологическими свойствами, а также расширен арсенал смесей для изготовления тепло-звукоизоляционных слоев междуэтажных перекрытий и штукатурки.

Только при наличии всей совокупности необходимых признаков данного изобретения обеспечиваются одновременно стабильно высокое звукопоглощение и оптимальная теплоизоляция, высокая водоудерживающая способность и малая деформация усадки, высокая прочность сцепления с бетоном стяжки и плиты перекрытия, упрощение и ускорение процесса нанесения и последующего естественного твердения, антисептичность получаемых материалов, обладающих высокой огнестойкостью, расширен круг используемого исходного сырья.

В настоящее время разработаны и проверены на практике различные варианты исполнения поризованной строительной смеси.

Результаты проверки подтвердили получение вышеуказанного технического результата и готовность изобретения к промышленному производству.

Источники информации
1. RU 2151120, 2000.

2. WO 98/55419, 1998.

3. SU 1682353, 1991 (прототип).

Изобретение относится к производству поризованных материалов для тепло-звукоизоляционных слоев междуэтажных перекрытий и штукатурки. Поризованная строительная смесь содержит сыпучий минеральный или органический заполнитель с насыпной плотностью не более 1300 кг/см³ в количестве 5-75% массы смеси, по меньшей мере одну поризующую добавку в количестве не менее 0,01% массы смеси, например вспенивающую добавку или газообразующую добавку, а также магнезиальный цемент, в состав которого входит компонент, содержащий активный оксид магния, и солевой компонент, представляющий собой по меньшей мере одну соль сильной кислоты и металла с валентностью от двух до трех, при следующем соотношении количества указанных компонентов где А - масса компонента, содержащего активный оксид магния, С - масса солевого компонента, n - количество составляющих солей, входящих в состав солевого компонента, m_i - массовая доля одной из солей в компоненте, М_i - молекулярный вес этой соли, K₁= 100-1000, К₂ - массовая доля активного оксида магния в компоненте, содержащем активный оксид магния. Технический результат: обеспечение высокого звукопоглощения, оптимальной теплоизоляции, малой деформации, высокой прочности сцепления с бетоном основания, упрощение процесса приготовления. 10 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Поризованная строительная смесь, содержащая сыпучий заполнитель с насыпной плотностью не более 1300 кг/см³ в количестве 5-75% массы смеси, по меньшей мере, одну поризующую добавку в количестве не менее 0,01% массы смеси, а также магнезиальный цемент, в состав которого входит компонент, содержащий активный оксид магния, и солевой компонент, представляющий собой, по меньшей мере, одну соль сильной кислоты и металла с валентностью от двух до трех, при следующем соотношении количества указанных компонентов

где А - масса компонента, содержащего активный оксид магния;
С - масса солевого компонента;
n - количество составляющих солей, входящих в состав солевого компонента;
m_i - массовая доля одной из солей в компоненте;
М_i - молекулярный вес этой соли;
K₁= 100-1000;
К₂ - массовая доля активного оксида магния в компоненте, содержащем активный оксид магния. 2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, одну водоудерживающую и стабилизирующую добавку в количестве 0,025-5% массы смеси при следующем соотношении количества заполнителя, компонентов магнезиального цемента и добавок на тонну смеси:
М₃= 1000-А-С-Д,
где М₃ - масса заполнителя;
Д - масса добавок. 3. Смесь по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она содержит минеральный заполнитель, например керамзитовый или перлитовый песок и/или гравий. 4. Смесь по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что она содержит органический заполнитель, например древесную муку, опилки, стружку. 5. Смесь по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что в качестве поризующей добавки она содержит вспенивающую добавку, например натриевую соль алкилсульфатов. 6. Смесь по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что в качестве поризующей добавки она содержит газообразующую добавку, например двууглекислую соду. 7. Смесь по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что в качестве компонента, содержащего активный оксид магния, она содержит каустический магнезит с массовой долей активного оксида магния от 0,75 до 0,95. 8. Смесь по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что в качестве компонента, содержащего активный оксид магния, она содержит каустический доломит с массовой долей активного оксида магния от 0,15 до 0,21. 9. Смесь по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, она содержит солевой компонент в виде твердого кристаллогидрата, по меньшей мере, одной из следующих солей: хлористого магния, хлорного железа, сульфата магния. 10. Смесь по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что она содержит солевой компонент в виде водного раствора плотностью 1,1-1,35 кг/л, по меньшей мере, одной из следующих солей: хлористого магния, хлорного железа, сульфата магния. 11. Смесь по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пигмент в количестве 0,5-3% массы смеси, при этом в качестве стабилизирующей и водоудерживающей добавки она содержит, по меньшей мере, одну из следующих добавок: метилцеллюлозу, полиоксиэтилен, гипан, бентонитовую глину, сульфированную нафталиноформальдегидную смолу, а в качестве модифицирующих добавок, по меньшей мере, одну из следующих добавок: гипс, полимерную дисперсию ПВА, ортофосфорную кислоту и ее соли, а также компоненты, содержащие активный кремнезем.