ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2015 года по МПК C04B11/00 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам смешанных гипсовых вяжущих, и может быть использовано для изготовления строительных изделий и в монолитном домостроении.

Известно гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ), включающее, мас.%: полуводный гипс 50-75; портландцемент 15-25; пуццолановая добавка 10-25 (Волженский А.В. и др. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. - М.: Стройиздат, 1971, с.30).

Недостатком указанной смеси является необходимость использования портландцемента, увеличивающая его стоимость. Кроме того, назначение оптимального состава требует специальных лабораторных исследований в каждом конкретном случае, необходимость которых обусловлена колебаниями химического состава как портландцемента, так и используемой пуццолановой добавки.

Известно вяжущее, содержащее полуводный гипс, гидрат окиси кальция и кремнеземосодержащую добавку в количестве 0,5-1 мас.ч. на 1 мас.ч. гипсоизвестковой смеси (Волженский А.В. и др. Гипсовые вяжущие и изделия. - М., 1974, с. 75, 76).

Однако недостатком этого состава является низкая долговечность изделия на его основе и весьма разнообразный химический состав добавок, что требует в каждом случае корректировки исходного состава.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, то есть прототипом, является состав смешанного гипсового вяжущего, который обеспечивает повышение водостойкости материала в затвердевшем состоянии, снижение трудоемкости и упрощение приготовления смешанного гипсового вяжущего. Вяжущее содержит, мас.%: полуводный гипс - 78,4-81,6; микрокремнезем - 10-12; оксид кальция (известь) - 8-9; суперпластификатор С-3 - 0,4-0,6 (патент РФ №2081076, С04В 11/00, 1994).

Однако данное вяжущее требует особых условий твердения (выдержка образцов в нормальных условиях в течение 14 суток) для получения материала повышенной водостойкости (с коэффициентом размягчения 0,73-0,79) и использования большого количества дорогостоящих компонентов, а также имеет короткие сроки схватывания.

Задачами данного изобретения является получение водостойкого смешанного гипсового вяжущего с повышенными физико-механическими свойствами, не требующего особых условий твердения и имеющего замедленные сроки схватывания, а также использование обременительных техногенных отходов.

Технический результат применения изобретения заключается в повышении прочности, водостойкости, кроме того, позволяет повысить экономическую, технологическую и экологическую эффективность его применения, расширить номенклатуру строительных материалов и изделий.

Технический результат получают благодаря замене в составе вышеуказанного прототипа: микрокремнезема - активность от 246 до 254 мг/г на химически более активный биокремнезем - активность от 390 до 398 мг/г (продукт специальной комбинированной активации диатомита); оксида кальция (извести) на карбидный ил (многотонажный техногенный отход от производства ацетилена на ацетиленовых станциях, получаемый в ацетиленовых генераторах при разложении карбида кальция CaC₂ водой по реакции: CaC₂+H₂O=Ca(OH)₂+C₂H₂); введение в состав вяжущего регулятора сроков схватывания (тетрабората натрия - соль слабой борной кислоты и сильного основания), суперпластификатора С-3 (натриевые соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида) при следующем соотношении компонентов, мас.%: полуводный гипс - 75,9-81,95; биокремнезем - 5,7-9,7; карбидный ил - 10,1-15,7; тетраборат натрия (бура) - 0,05-0,5; суперпластификатор С-3 - 0,35-0,75.

Опытную проверку вяжущего производили с использованием:

- полуводного гипса (ГОСТ 125-79 «Вяжущие гипсовые. Технические условия»);

- биокремнезема активностью 390-398 мг/г (ТУ 5761-001-25310144-99 «Диатомит комовый») с химическим составом (таблица 1);

- карбидного ила (ТУ 206-9290-08-90 «Карбидный ил (известь гашеная)») с химическим составом (таблица 2);

- тетраборат натрия (ГОСТ 8429-77 «Бура. Технические условия»);

- суперпластификатор С-3 (ТУ 5745-004-43184789-05 «Суперпластификатор С-3»).

Все составы смешанных гипсовых вяжущих приготавливались из теста нормальной густоты исходного гипса. Испытания гипсовых вяжущих осуществлялись по ГОСТ 23789-79 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний». Коэффициент размягчения гипса и многокомпонентных гипсовых вяжущих определялся по ТУ 21-31-62-89 «Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее». Изготовлялись образцы-призмы 40×40×160 мм. Образцы выдерживались в естественно-сухих (при 20±2°C и относительной влажности воздуха 55±5%) и нормальных условиях (при 20±2°C и относительной влажности воздуха 95±5%) в течение 14 дней, после чего подвергались испытаниям на прочность при сжатии.

Водостойкость оценивали по величине коэффициента размягчения, равного отношению предела прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии к пределу прочности образцов при сжатии, высушенных до постоянной массы.

Экспериментально установили оптимальную зависимость между биокремнеземом и карбидным илом (далее - SiO₂/Ca(OH)₂), входящими в состав вяжущего, которая составляет от 0,5 до 0,7 (таблица 3). Под оптимальным имеется в виду соотношение, обеспечивающее наиболее высокий коэффициент размягчения (далее - К_р) образцов затвердевшего вяжущего.

Для расчета количества вводимых в состав вяжущего (для полуводного гипса активностью до 25 МПа) биокремнезема и карбидного ила предложили следующую формулу (1):

$$Q=\mathrm{24,7}-\mathrm{0,4}*A(1)$$

где Q - количество вводимых в состав вяжущего биокремнезема и карбидного ила, % от массы вяжущего;

А - активность исходного полуводного гипса по паспорту, МПа. Для замедления сроков схватывания вяжущего предложили тетраборат натрия (далее - Na₂B₄O₇), использование которого позволяет отодвинуть начало схватывания исходного гипса (при дозировке Na₂B₄O₇ 0,5% от массы вяжущего) до 1 часа при незначительном падении прочности образцов.

Введение оптимального количества Na₂B₄O₇ в вяжущее не дает столь длительной задержки сроков схватывания (рисунок 1) и не оказывает негативного влияния на прочность образцов (рисунок 2).

В качестве пластифицирующей добавки предложили использовать пластификатор С-3. Исследовались дозировки суперпластификатора от 0 до 1,2% массы вяжущего на гипсе активностью 13 МПа (таблица 4). При этом при расходе вводимых в состав вяжущего биокремнезема и карбидного ила в пределах 19-20% от массы гипса нормальная густота теста обеспечивается при использовании 0,6% суперпластификатора С-3.

Определили влияние условий твердения на свойства вяжущего на гипсе активностью 13 МПа при выдержке в естественно-сухих условиях 14 дней - ЕСУ и нормальных условиях 14 дней - НУ (рисунок 3).

Применение техногенного отхода (карбидного ила) и снижение расхода кремнеземсодержащей добавки (биокремнезема) в качестве компонентов вяжущего, твердеющего как в нормальных условиях, так и в естественно-сухих условиях (без значительного понижения К_р), повышает его физико-механические свойства (таблица 5).

Приведенные данные показывают, что использование предложенного вяжущего (при оптимальном соотношении SiO₂/Ca(OH)₂) позволяет повысить прочность при сжатии относительно рассматриваемого прототипа на 25% и получить значения коэффициента размягчения более 0,8 (вне зависимости от активности исходного гипса), не изменяя при этом растворимость, благодаря чему материалы и изделия на его основе будут водостойкими.

Данный результат достигнут благодаря более мелкопористой структуре затвердевшего камня с меньшим количеством пор и капилляров, сообщающихся с внешней средой, а также образованию за счет взаимодействия активных SiO₂ и Ca(OH)₂, входящих в состав вяжущего, малорастворимых низкоосновных гидросиликатов кальция, затрудняющих проникновение влаги извне в гипсовый камень.

Кроме того, это изобретение решает экологическую проблему - утилизацию многотонажного техногенного отхода от производства ацетилена и повышает экономическую эффективность его применения, снижая стоимость конечного материала (таблица 6).

Из таблицы видно, что стоимость техногенного отхода - карбидного ила в 2,75 раза меньше стоимости извести. В то же время стоимость кремнеземсодержащей добавки - биокремнезема, вводимой в меньших количествах, меньше стоимости кремнеземсодержащей добавки-прототипа - микрокремнезема в 2,4. При увеличении прочности и коэффициента размягчения стоимость вяжущего уменьшается относительно стоимости прототипа - на 13,1%.

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам смешанных гипсовых вяжущих, и может быть использовано для изготовления строительных изделий и в монолитном домостроении. Технический результат заключается в повышении прочности, водостойкости. Вяжущее включает, мас.%: полуводный гипс - 75,9-81,95; биокремнезем - 5,7-9,7; карбидный ил - 10,1-15,7; тетраборат натрия (бура) - 0,05-0,5; суперпластификатор С-3 - 0,35-0,75. 3 ил., 6 табл.

Вяжущее, включающее полуводный гипс, кремнеземсодержащую добавку, известьсодержащую добавку, регулятор сроков схватывания и пластифицирующую добавку - суперпластификатор С-3, отличающееся тем, что содержит в качестве кремнеземсодержащей добавки биокремнезем, в качестве известьсодержащей добавки карбидный ил, в качестве регулятора сроков схватывания тетраборат натрия (буру) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полуводный гипс 75,9-81,95 биокремнезем 5,7-9,7 карбидный ил 10,1-15,7 тетраборат натрия (бура) 0,05-0,5 суперпластификатор С-3 0,35-0,75