САМОВЫРАВНИВАЮЩАЯСЯ МАГНЕЗИАЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2012 года по МПК C04B28/30 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения литых декоративных изделий, монолитных конструкций типа наливных полов, при тампонировании трещин разрушающихся зданий, а также при производстве сухих смесей для декоративно-художественной отделки зданий и сооружений.

Известна сырьевая смесь, включающая, мас.%: каустический магнезит - 15-21,5, молотый основной гранулированный шлак - 24,0-28,5, молотые колошниковую пыль или шлам газоочистки доменных печей - 9,0-30,0, раствор бишофита с плотностью 1,3 г/см³ - 9,30-11,16, алюмосиликатную добавку (отходы от механической нарезки декоративных шлифов на поверхности хрустальных изделий) - 1,0-5,0, вода (с учетом химически связанной бишофитом) - остальное. Эта сырьевая смесь в затворенном состоянии имеет высокие подвижность и жизнеспособность, а при отверждении образует материал с достаточно высокой водостойкостью и прочностью при сжатии [1].

К недостаткам сырьевой смеси следует отнести:

- очень большое время жизнеспособности в высокоподвижном состоянии смеси и медленный набор прочности (время до начала схватывания при 20°С составляет от 21 до 28 часов), что ограничивает возможности использования смеси для изготовления наливных полов, покрытий, стяжек и т.д., смесь дополнительно требует длительного контроля и ухода до ввода в эксплуатацию;

- присутствие в составе смеси шлаков и колошниковой пыли или шламов доменных печей увеличивает прочность композиции при сжатии, но и одновременно придает ей хрупкость и склонность к трещинообразованию. В изобретении нет полных данных о механических свойствах, в частности о прочности при изгибе и растяжении, отсутствуют данные о трещиноустойчивости;

- нет данных о водопоглощении композиции;

- присутствие в составе смеси шлаков, колошниковой пыли или шлаков доменных печей придает композиции неэстетичный вид.

Известна сырьевая композиция для изготовления строительных материалов и изделий, включающая магнезиальное вяжущее, в состав которого входит каустический магнезит и водный раствор хлористого магния плотностью 1,19-1,3 кг/л, минеральный наполнитель и добавки, при этом в качестве минерального наполнителя взята смесь сыпучих веществ с удельной поверхностью 3000-6500 см²/г, состоящая из золы уноса ТЭС, кварцевого песка, каолина и гидрофобного поверхностно-активного вещества - ПАВ порошка сополимера: винилацетата / винилового спирта или винилхлорида / этилена, или винилхлорида / этилена / виниллаурата, и дополнительно содержит водопонижающую добавку - водорастворимый эфир целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%: каустический магнезит - 28,0-40,0, кварцевый песок - 30,0-42,0, зола уноса ТЭС - 10,0-14,0, каолин - 1,0-4,0, указанное ПАВ - 0,5-0,9, водопонижающая добавка - 0,01-0,30, водорастворимый эфир целлюлозы - 0,01-0,02, а остальное - раствор хлористого магния [2].

Эта сырьевая композиция при затворении образует высокоподвижную массу с временем жизнеспособности, достаточным для распределения смеси по большой поверхности при изготовлении наливных полов. Материалы и изделия на основе данной сырьевой композиции имеют довольно высокую механическую прочность и низкое водопоглощение.

Недостатками изобретения являются:

- сложный состав композиции, включающий 8-9 ингредиентов, в том числе высокодисперсные вещества с удельной поверхностью 3000-6500 см²/г;

- в качестве минерального наполнителя композиции используется зола уноса ТЭС, придающая материалу хрупкость и склонность к трещинообразованию;

- использование в качестве наполнителя композиции отходов производств типа золы-уноса или колошниковой пыли не позволяет получать материалы и изделия высокого эстетического качества, особенно цветных с тем или иным тонким цветковым оттенком. Кроме того, золы-уноса характеризуются непостоянством состава, что требует дополнительного контроля и корректировки состава сырьевой композиции.

Известна самовыравнивающаяся магнезиальная смесь, содержащая магнезиальный цемент, состоящий из активного оксида магния и солевого компонента в виде водного раствора хлористого магния, инертный наполнитель, например, кварцевый песок, стабилизирующую и водоудерживающую добавку, а также комплексную модифицирующую добавку [3].

Данная смесь при затворении обладает высокой подвижностью, однородностью и способностью самовыравниваться под действием сил гравитации, что дает возможность использовать ее для получения литых строительных изделий и конструкций. Это изобретение является наиболее близким по технической сущности и выбрано нами в качестве прототипа.

Однако эта самовыравнивающаяся строительная смесь имеет существенные недостатки:

- сравнительно короткое время жизнеспособности смеси в высокоподвижном состоянии (1 ч.);

- механическая прочность смеси составляет 25 МПа на сжатие, отсутствуют данные на прочность при ее изгибе и растяжении;

- известный состав смеси нельзя отнести к недорогим и экономичным, поскольку в них использованы высокодисперсные вещества типа молотого кварца (наполнитель), пылевидный кварц с заданной удельной поверхностью (для стабилизации и пластификации массы), рыбий жир в качестве антивспенивателя;

- использование доменных шлаков в качестве заполнителя придает композиции хрупкость и сильно ухудшает эстетические свойства;

- использование каустического магнезита и каустического доломита в качестве активного оксида магния, изначально окрашенных примесями (чаще всего Pe₂O₃ и другими оксидами элементов переходных групп), не дает возможности придать композиции яркие цвета.

Задачей изобретения является увеличение диапазона времени жизнеспособности композиции при одновременном повышении ее механической прочности и декоративных качеств, а также снижение стоимости самовыравнивающейся композиции, расширение сырьевой базы магнезиального цемента и ассортимента материалов на его основе.

Это достигается тем, что в самовыравнивающейся магнезиальной композиции, содержащей магнезиальный цемент, состоящий из активного оксида магния и солевого компонента в виде водного раствора хлористого магния, инертный наполнитель, например, кварцевый песок, стабилизирующую и водоудерживающую добавку, а также комплексную модифицирующую добавку, магнезиальный цемент в качестве активного оксида магния содержит каустический брусит, а в качестве стабилизирующей и водоудерживающей добавки взят высший спирт ряда C₁₂-C₁₈, при этом модифицирующая комплексная добавка состоит из гидрофобного ПАВ в виде сополимера винилхлорида/ этилена/ виниллаурата или винилацетата/ версатата/ акрилата или винилацетата/ винилового спирта и гидроксикарбоновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

каустический брусит 21,0-31,5 наполнитель - кварцевый или гранитный песок 31,5-53,2 стабилизирующая и водоудерживающая   добавка-спирт С₁₂-С₁₈ 0,5-1,8 комплексная модифицирующая добавка:   указанный гидрофобный ПАВ сополимера 0,5-1,0 гидроксикарбоновая кислота 0,2-1,5 солевой компонент - водный раствор   хлористого магния остальное

Для получения самовыравнивающейся магнезиальной композиции использовали следующие сырьевые компоненты.

Состав и некоторые физико-химические показатели каустического брусита приведены ниже:

Содержание, мас.%

(на абсолютно сухое вещество):

- оксид мaгния (MgO), нe менее 80 - оксид кальция (СаО) 4-5 - оксид кремния (SiO₂) 5-6 - оксид железа (Fe₂O₃) 0,05 массовая доля влаги (%), не более 0,5 остаток на сите № 01 (100 мкм), % 1,5 внешний вид продукта белый

Для получения композиции с высокими декоративными качествами в качестве наполнителя использован промытый и очищенный от оксидов железа кварцевый песок крупностью не более 0,6 мм. Для композиций строительного назначения, не требующих высоких эстетических характеристик, в качестве наполнителя могут быть использованы как окрашенные примесями кварцевые пески, так и гранитные.

Затворение сырьевой массы производили на солевом компоненте в виде водного раствора хлористого магния (техническом кристаллогидрате МgСl₂·6Н₂О, ГОСТ 7759-73) плотностью 1,1-13 кг/л. В качестве стабилизирующей и водоудерживающей добавки, препятствующей расслоению затворяемой массы, использовали высший спирт ряда C₁₂-C₁₈, образующий с водой азеотропную смесь.

Комплексная модифицирующая добавка содержит два вещества:

гидроксикарбоновую кислоту и гидрофобное ПАВ в виде взаимозаменяемых сополимеров: винилацетат /виниловый спирт или винилацетат/ версатат/ акрилат или винилхлорид /этилен/ виниллаурат. Активная гидроксикарбоновая кислота в виде водорастворимого порошка крупностью до 0,5 мм играла роль замедлителя "схватывания" затворенной массы как на начальной, так и на конечной стадиях, а также влияла на ее подвижность в вязко-текучем состоянии, а гидрофобный сополимер обеспечивал низкую величину водопоглощения композиции.

Самовыравнивающуюся магнезиальную композицию изготавливают следующим образом.

Дозированные количества каустического брусита, кварцевого песка и добавок перемешивают всухую в течение 3-5 минут, затем полученную смесь затворяют водным раствором хлорида магния плотностью 1,1-1,3 кг/л с последующим перемешиванием в лопастной мешалке до вязко-текучего состояния, после чего определяют расплыв (по вискозиметру Сутторда) в сантиметрах и время жизнеспособности массы в подвижном состоянии до начала схватывания (в часах). Из приготовленной высокоподвижной массы, обладающей свойством самовыравнивания (расплав пятна не менее 23 см), отливают образцы двух видов: а) пластины размером 30×40 см и толщинами 3 и 10 мм для исследования водопоглощения, трещиноустойчивости, однородности материала, его цветовой гаммы (пигментированные составы) и равномерности распределения окраски в образце; б) балочки размером 16×4×4 см для определения прочности материала. Для получения образцов смеси отливают в специальные формы для отверждения при температуре 20±2°С, выдерживают в течение 7-8 часов, после чего вынимают из формы и оставляют на воздухе при комнатной температуре до полного набора прочности.

В таблицах 1 и 2 представлены соответственно составы и свойства полученных композиций.

Из таблиц видно, что использование каустического брусита в качестве компонента магнезиального цемента и указанных стабилизирующей и модифицирующей добавок дает возможность получить самовыравнивающуюся композицию с временем жизнеспособности от 1 до 4,5 часов, при отверждении которой образуется магнезиальный камень с высоким механическими и декоративными свойствами, низкой величиной водопоглощения. Диапазон времени жизнеспособности композиции позволяет производить ее не только в местах непосредственного использования, но и удаленных на значительные расстояния. Из композиции можно получать декоративные механически прочные литые изделия и конструкции практически любой формы и размеров, цветные покрытия и наливные полы толщиной от 3 до 10 мм и выше, а также использовать материал для декоративно-художественной отделки элитных помещений.

Сопоставительный анализ составов и свойств полученной композиции с данными прототипа (RU 2163578) показал следующие преимущества предлагаемого технического решения:

- время жизнеспособности составляет от 1 до 4,5 ч, вместо 1 ч у прототипа;

- увеличена механическая прочность композиции при сжатии в 1,5 раза;

- использование каустического брусита в качестве компонента магнезиального цемента обеспечивает более высокие декоративные качества композиции, расширяет сырьевую базу магнезиального цемента и ассортимента материалов на его основе;

- созданная композиция более проста по составу и не содержит дорогостоящих компонентов с высокой степенью дисперсности (кварцевой муки, кварцевой пыли и др.).

Источники информации

1. Патент РФ N 2130437, по кл. С04В 9/00, С04В 28/30, С04В 111/20, Е21В 33/138 от 06.04.98 «Сырьевая смесь».

2. Патент РФ N 2378218, по кл. С04В 28/30 от 19.02.08 «Сырьевая композиция для получения строительных материалов и изделий».

3. Патент РФ N 2163578, по кл. С04В 28/30 от 28.04.2000

«Самовыравнивающаяся строительная смесь» (прототип).

Все образцы трещиноустойчивы. Трещиноустойчивость исследовалась с использованием светового микроскопа на образцах после полного набора прочности (28 сут) и на образцах, выдержанных в воде в течение 4 суток.

Изобретение относится к самовыравнивающейся магнезиальной композиции и может найти применение в промышленности строительных материалов для получения литых декоративных изделий, монолитных конструкций типа наливных полов, при тампонировании трещин разрушающихся зданий, а также при производстве сухих смесей для декоративно-художественной отделки зданий и сооружений. Самовыравнивающаяся магнезиальная композиция, содержащая магнезиальный цемент, состоящий из активного оксида магния и солевого компонента в виде водного раствора хлористого магния, инертный наполнитель - кварцевый или гранитный песок, стабилизирующую и водоудерживающую добавку, а также комплексную модифицирующую добавку, в качестве активного оксида магния содержит каустический брусит, а в качестве стабилизирующей и водоудерживающей добавки - высший спирт ряда C₁₂-C₁₈, при этом модифицирующая комплексная добавка состоит из гидрофобного ПАВ в виде сополимера винилхлорида /этилена/ виниллаурата или винитацетата/ версатата/ акрилата, или винилацетата/ винилового спирта и гидроксикарбоновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%: каустический брусит 21,0-31,5, наполнитель кварцевый или гранитный песок 31,5-53,2, стабилизирующая и водоудерживающая добавка - спирт ряда С₁₂-C₁₈ 0,5-1,8, комплексная модифицирующая добавка: указанное гидрофобное ПАВ сополимера 0,5-1,0, гидроксикарбоновая кислота 0,2-1,5, солевой компонент - водный раствор хлористого магния остальное. Технический результат - увеличение времени жизнеспособности композиции, повышение прочности при сжатии, улучшение декоративных качеств композиции, расширение сырьевой базы магнезиального цемента и ассортимента материалов на его основе. 2 табл.

Самовыравнивающаяся магнезиальная композиция, содержащая магнезиальный цемент, состоящий из активного оксида магния и солевого компонента в виде водного раствора хлористого магния, инертный наполнитель - кварцевый или гранитный песок, стабилизирующую и водоудерживающую добавку, а также комплексную модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что магнезиальный цемент в качестве активного оксида магния содержит каустический брусит, а в качестве стабилизирующей и водоудерживающей добавки взят высший спирт ряда C₁₂-C₁₈, при этом модифицирующая комплексная добавка состоит из гидрофобного ПАВ в виде сополимера винилхлорида /этилена/ виниллаурата, или винитацетата/ версатата/ акрилата, или винилацетата/ винилового спирта и гидроксикарбоновой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
каустический брусит 21,0-31,5 наполнитель - кварцевый   или гранитный песок 31,5-53,2 стабилизирующая и водоудерживающая   добавка - спирт ряда С₁₂-C₁₈ 0,5-1,8 комплексная модифицирующая добавка:   указанное гидрофобное ПАВ сополимера 0,5-1,0 гидроксикарбоновая кислота 0,2-1,5 солевой компонент - водный раствор   хлористого магния остальное