Сухая строительная смесь и твердофазный состав для её изготовления Российский патент 2019 года по МПК C04B28/04 C04B14/38 C04B16/06 C04B24/16 C04B24/26 C04B18/14 

Изобретение относится к строительным растворам, в частности к безусадочным водонепроницаемым и морозостойким сухим строительным смесям на основе цемента, используемым для ремонта и защиты строящихся и существующих бетонных, кирпичных, каменных и иных минеральных конструкций.

Существует множество сухих строительных смесей на основе цемента, используемых для ремонта и защиты строящихся и существующих бетонных, кирпичных, каменных и иных минеральных конструкций (патенты РФ 2119467, 2595023, 2182137, 2144908). Многокомпонентный состав таких строительных смесей и необходимость применения подготовительных операций, например, механоактивации части смеси, и вытекающая из этого неизбежность применения производства стационарным промышленным способом с задействованием эффективного подготовительного и дозировочно-смесевого оборудования и квалифицированного персонала, практически исключают возможность изготовления высококачественных строительных смесей на месте последующего применения.

Аналогичная ситуация возникает, если рассматривать сухие строительные смеси как составную часть известных строительных растворов и композиций для ремонта и защиты (включая защиту от воды - гидроизоляцию) бетонных, каменных, кирпичных и иных. Поставленная задача решается с помощью создания новой сухой строительной смеси композиционного типа, обеспечивающей прочность на сжатие не менее 40 МПа, водонепроницаемость не ниже марки W12, морозостойкость не ниже марки F300 и линейную усадку не более 0,1 мм на 1 метр, состоящей из двух отдельных компонентов в твердой фазе - твердофазного состава и цементно-песчаной смеси в соотношении по массе от 3,2:100 до 150:100 включительно - смешиваемых приближенно к месту последующего применения. Причем как цементно-песчаная смесь используются доступные в настоящее время на большинстве рабочих участков товарные цементно-песчаные смеси по ГОСТ 31357-2007 или аналогичные продукты, самостоятельно обеспечивающие прочность не менее 27 МПа. Это позволяет:

- исключить до 97% затрат, связанных с транспортировкой сухой строительной смеси и ее сырья, со смешиванием, фасовкой и упаковкой готового продукта, соответственно снизить затраты потребителя;

- и одновременно обойти необходимость применения промышленного производства с задействованием эффективного дозировочно-смесевого оборудования и квалифицированного персонала, вытекающей из многокомпонентного состава, поскольку на финальной стадии смешивания используется всего два компонента (твердофазный состав для изготовления сухой строительной смеси и товарная цементно-песчаная смесь).

В результате исследований оказалось, что из товарных цементно-песчаных смесей по ГОСТ 31357-2007, присутствующих на рынке РФ, для приготовления заявляемой композиционной смеси наиболее подходят продукты, в которых производителям удалось обеспечить не только прочность не менее 27 МПа (марка не менее М300), но и сниженную усадку (в первую очередь путем подбора оптимального зернового состава смеси), как, например, у цементно-песчаной смеси «пескобетон М-300 «MAKS», выпускаемой ООО «Dauer».

Для получения твердофазного состава, предназначенного для изготовления сухой строительной смеси, выполнены исследования, в результате которых найден твердофазный состав, включающий (% по массе):

- стабилизирующий агент, выбранный из ряда портландцемент, микрокремнезем, белая сажа или их смеси - 8,9-66;

- волокнистая добавка, выбранная из ряда органическая фибра, минеральная фибра или их смеси, - 0-5;

- расширяющая добавка, выбранная из минеральных продуктов, расширяющихся при гидратации, например, сульфоалюминат кальция, гипс, известь или их смеси, - 30,9-90;

- редиспергируемый полимерный порошок - 0-10;

- пластификатор - 0,01-5;

- пеногаситель - 0-2.

Под вышеуказанным уточнением «их смеси» понимают не только смеси из перечисленных материалов, но и смеси (смесевые продукты) с тем же назначением, включающие перечисленные материалы, например, присутствующие на отечественном рынке расширяющие добавки на основе сульфоалюмината кальция.

В ходе создания твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси, дополнительно обнаружилось, что при наличии в твердофазном составе сульфоалюмината кальция в количестве не менее 30% (по массе), в случае недостаточного качества смешивания компонентов композиционной смеси проявляются светлые вкрапления и пятна в готовой сухой смеси и в затвердевшем (после затворения) растворе. Это явление:

- можно использовать как способ первичной оценки качества смешивания компонентов сухой строительной смеси;

- обеспечивает доступный в «полевых» условиях визуальный контроль качества смешивания компонентов указанной сухой строительной смеси, что еще больше указывает на возможность качественного изготовления такой смеси без применения стационарных промышленных способов.

Способ получения твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси и самой сухой строительной смеси представляет собой обычное механическое смешивание сыпучих материалов с применением смесителей принудительного действия (оборудованных перемешивающим устройством), широко применяемых в строительной практике.

Предлагаемая в настоящем изобретении композиционная сухая строительная смесь отличается от известных решений, в первую очередь:

- наличием двух сухих смесевых компонентов, один из которых является самостоятельной товарной сухой цементно-песчаной смесью, доступной на месте работ и выпускаемой независимо от композиционной смеси и твердофазного состава для ее изготовления, а второй компонент является специально разработанным для изготовления такой смеси твердофазный состав;

- отсутствием разделения компонентов по принципу разнесения взаимодействующих между собой ингредиентов в отдельные наборы и, соответственно, отсутствием необходимости поставки с завода-изготовителя единого комплекта из отдельных компонентов;

- возможностью изготовления качественной строительной смеси без применения стационарных промышленных способов;

- наличием гарантируемых нормативных технических показателей качества смеси как у товарных продуктов - промышленно производимых сухих строительных смесей, а не общего эффекта (рост водонепроницаемости, морозостойкости, прочности) как у добавок для бетонов и строительных растворов.

Практическое получение твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси и самой сухой строительной смеси иллюстрируется следующими примерами.

1. Получение твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси

Примеры твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси приведены ниже (% по массе):

Твердофазный состав для изготовления сухой строительной смеси готовят путем смешивания ингредиентов в смесителе принудительного действия. Сначала в смеситель вводят стабилизирующий агент, затем при перемешивании вводят остальные ингредиенты, волокнистые добавки вводят последними. Смешивание после завершения дозировки осуществляют не менее 5 минут. После чего полученный твердофазный состав для изготовления сухой строительной смеси, представляющий собой смесевой продукт в твердой фазе, используют для изготовления предлагаемой сухой строительной смеси.

2. Получение композиционной сухой строительной смеси, способ первичной оценки качества смешивания компонентов и испытание полученной смеси

Композиционную сухую строительную смесь готовят путем смешивания в смесителе принудительного действия двух смесевых компонентов: твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси, указанного выше, и цементно-песчаной смеси (пескобетон с прочностью не менее 27 МПа, марка М300).

Если твердофазный состав для изготовления сухой строительной смеси содержит не менее 30% сульфоалюмината кальция (опыты №2-6), то при смешивании компонентов (твердофазного состава и цементно-песчаной смеси) менее 5 минут (особенно менее 3 минут), в получаемой композиционной смеси отмечается появление:

- светлых (от белого до бело-серого с кремовым оттенком) вкраплений, обнаруживаемых при разглаживании поверхности сухой смеси шпателем (или иным предметом с гладкой поверхностью);

- светлых (от белого до бело-серого с кремовым оттенком) пятен на поверхности затвердевшего раствора смеси.

Увеличение длительности перемешивания компонентов композиционной смеси до 5 минут и более (на применяемом смесителе) приводит к исчезновению светлых вкраплений и пятен в получаемом продукте. Это явление используют как способ первичной оценки качества смешивания компонентов смеси в «полевых» условиях.

Опытным путем установлено, что для получения сухой строительной смеси, обеспечивающей прочность на сжатие не менее 40 МПа, водонепроницаемость не ниже марки W12, морозостойкость не ниже марки F300 и линейную усадку не более 0,1 мм на 1 метр, соотношение по массе твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси и цементно-песчаной смеси должно составлять не менее (минимальное соотношение):

Дополнительно установлено, что для обеспечения эксплуатационной стабильности сухой строительной смеси (для исключения саморазрушения вследствие чрезмерного расширения) максимальное соотношение по массе твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси и цементно-песчаной смеси, должно быть не более:

Работоспособность полученной сухой строительной смеси проверена в сравнении с прототипом:

- по показателю «прочность» (в возрасте 28 суток) и «морозостойкость» согласно ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы испытаний»;

- по показателю «водонепроницаемость» методом «мокрого пятна» согласно ГОСТ 12730.5-84 «Бетоны. Методы определения водонепроницаемости»;

- по показателю «линейная усадка» согласно ГОСТ 24544-81 «Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести».

Воду для затворения подбирают в таком количестве, чтобы при определении для рабочего раствора композиционной смеси нормальной густоты цементного теста согласно ГОСТ 310.3-76 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема» по прибору Вика игла находилась в диапазоне от 5 до 30 мм.

Результаты испытаний для минимального соотношения по массе твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси к цементно-песчаной смеси приведены ниже:

При максимальном соотношении по массе твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси и цементно-песчаной смеси достигалась марка по водонепроницаемости W20 (предел для используемого оборудования), а также более высокие прочность и морозостойкость. Усадка композиционной смеси сменилась расширением.

Как ингредиенты на первом этапе использовались:

- портландцемент - портландцемент ПЦ500 ГОСТ 10178-85;

- микрокремнезем - микрокремнезем конденсированный МК-85 (АО «Кузнецкие ферросплавы»);

- белая сажа - белая сажа БС-100 ГОСТ 18307-78;

- фибра минеральная - микрофибра базальтовая модифицированная с длиной волокна 0,5 мм ТУ 5761-014-13800624-2004;

- фибра органическая - фибра полипропиленовая с длиной волокна 6 мм (фиброволокно 6 мм) (Росфибра);

- сульфоалюминат кальция - Denka CSA20 (Denki Kasaku);

- гипс - гипс Г-10 ГОСТ 125-79;

- известь - известь строительная (негашеная) ГОСТ 9179-77;

- редиспергируемый полимерный порошок - Dairen 1400, на основе сополимера винилацетата и этилена (Dairen Chemical Corporation);

- пластификатор - гиперпластификатор FOX-8H (Pwd), на основе поликарбоксилата (Fuclear Sci & Tec(Suzhou)Co., Ltd);

- пеногаситель - DEFOAM 50PE, на основе гидрофобных сложных эфиров (Peramin АВ, опубликовано 11.2011 г.);

- цементно-песчаный компонент (с прочностью не менее 27 МПа) - «пескобетон М-300 «MAKS», выпускаемый ООО «Dauer» (г. Жуковский Московская область).

Такие же результаты получены при замене указанных ингредиентов на аналогичные, в частности:

- портландцемент - ЦЕМ I 42,5 ГОСТ 31108-2003;

- микрокремнезем - микрокремнезем конденсированный МК-95 ТУ 1789-016-50721130-2017;

- белая сажа-БС-120 ГОСТ 18307-78 и FENGSIL-120 Р (КНР);

- фибра минеральная - фибра базальтовая с длиной волокна 6 мм и 12 мм;

- фибра органическая - фибра полипропиленовая с длиной волокна 12 мм (Фибрапром);

- сульфоалюминат кальция - CSA расширяющая добавка (ООО "Эволют"), РД-Н расширяющая добавка ТУ 5743-023-46854090-98;

- гипс-гипс Г-16 ГОСТ 125-79;

- редиспергируемый полимерный порошок - Acronal S430P, на основе полиакрилатов (BASF);

- пластификатор - суперпластификатор С-3 на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом по ТУ 5747-001-97474489-2007;

- цементно-песчаный компонент (с прочностью не менее 27 МПа) - пескобетон М300 ГОСТ 31357-2007;

В целом рабочий диапазон соотношения твердофазного состава для изготовления сухой строительной смеси к цементно-песчаной смеси составил по массе от 3,2:100 до 150:100 включительно. При этом в ряде случаев для достижения необходимых показателей качества сухой строительной смеси потребовалось увеличить первоначальную дозировку твердофазного состава для сухой строительной смеси по сравнению с вышеуказанной минимальной в 1,2-2,5 раза, а именно при смене.

Сухая строительная смесь и твердофазный состав для ее изготовления относятся к безусадочным водонепроницаемым и морозостойким сухим строительным смесям, используемым для ремонта и защиты строящихся и существующих бетонных, кирпичных, каменных и иных минеральных конструкций. Твердофазный состав для изготовления сухой строительной смеси включает (% по массе): стабилизирующий агент, выбранный из ряда портландцемент, микрокремнезем, белая сажа или их смеси - 8,9-66; волокнистую добавку, выбранную из группы: органическая фибра, минеральная фибра или их смеси - 0-5; расширяющую добавку, выбранную из минеральных продуктов, расширяющихся при гидратации, например, сульфоалюминат кальция, гипс, негашеная известь или их смеси - 30,9-90; редиспергируемый полимерный порошок - 0-10; пластификатор - 0,01-5; пеногаситель - 0-2. Сухая строительная смесь содержит вышеуказанный твердофазный состав и цементно-песчаную смесь при их соотношении по массе от 3,2:100 до 150:100 соответственно. Причем цементно-песчаная смесь обеспечивает получение прочности на сжатие не менее 27 МПа, а сухая строительная смесь обеспечивает получение прочности на сжатие не менее 40 МПа, водонепроницаемость не ниже марки W12, морозостойкость не ниже марки F300 и линейную усадку не более 0,1 мм на 1 метр. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Твердофазный состав для сухой строительной смеси по п. 6, включающий (% по массе):

- стабилизирующий агент, выбранный из ряда портландцемент, микрокремнезем, белая сажа или их смеси - 8,9-66;

- волокнистая добавка, выбранная из ряда органическая или минеральная фибра, либо их смеси - 0-5;

- расширяющая добавка, выбранная из минеральных продуктов, расширяющихся при гидратации, например, сульфоалюминат кальция, гипс, негашеная известь или их смеси - 30,9-90;

- редиспергируемый полимерный порошок - 0-10;

- пластификатор -0,01-5;

- пеногаситель - 0-2.

2. Твердофазный состав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит расширяющую добавку на основе сульфоалюмината кальция.

3. Твердофазный состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органической фибры используется пропиленовая фибра.

4. Твердофазный состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве минеральной фибры используется базальтовая фибра.

5. Твердофазный состав по п. 1, отличающийся тем, что используется гипс марок Г10, Г16.

6. Сухая строительная смесь, содержащая твердофазный состав по любому из пп. 1, 2, 3, 4, 5 и цементно-песчаную смесь при их соотношении по массе от 3,2:100 до 150:100, соответственно, причем цементно-песчаная смесь обеспечивает получение прочности на сжатие не менее 27 МПа, а сухая строительная смесь обеспечивает получение прочности на сжатие не менее 40 МПа, водонепроницаемость не ниже марки W12, морозостойкость не ниже марки F300 и линейную усадку не более 0,1 мм на 1 метр.