Водозатворимый композиционный материал-полуфабрикат для изготовления объемных изделий Российский патент 2022 года по МПК E04C2/06 C04B28/02 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, и представляет собой цемент-содержащий композиционный материал-полуфабрикат, модифицированный функциональными добавками, затворяемый водой без дополнительных манипуляций для получения изделий. Может быть использован в качестве полуфабриката для изготовления объемных строительных изделий, таких, например, как строительные профили, листовые цемент-содержащие изделия, черепица, трубы, а также изделий малых архитектурных форм, таких, например, как уличная мебель, урны, песочницы и т.п.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является отверждаемый композиционный материал-полуфабрикат (патент РФ на изобретение RU 2736673, опубл. 19.11.2020). Исходя из описания к данному патенту, а также рисунков к нему (фиг. 1, фиг. 2. фиг. 3), известный материал включает объемный каркас, содержащий горизонтальные базальтовые сетки, выполненные из пересеченных нитей и ровингов, собранные в каркас послойно друг над другом. Каркас расположен между слоем материала, непроницаемого для воды и цемент-содержащей смеси, и слоем материала, проницаемого для воды, но непроницаемого для цемент-содержащей смеси, сетки каркаса соединены посредством вертикальных базальтовых нитей, соединяющих соседние горизонтальные сетки в местах пересечения нитей и ровингов. Каркас заполнен цемент-содержащей смесью, включающей связующее - белый цемент марки не ниже 500 фракции 4000-5000 см²/грамм, с влажностью не более 0,1% и глиноземный цемент, домолотый до фракции 4000-5000 см²/грамм, инертный заполнитель - кварцевый песок фракции не более 0,4 мм, осушенный до влажности не более 0,5%, обезглиненный и очищенный от пылевых частиц, а также функциональные добавки при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Белый цемент марки не ниже 500 фракции 4000-5000 см²/грамм, с влажностью не более 0,1%. 5-10 (10-30% объема) Глиноземный цемент, домолотый до фракции 4000-5000 см²/грамм 0,05-0,5 Кварцевый песок фракции не более 0,4 мм, осушенный до влажности не более 0,5%, обезглиненный и очищенный от пылевых частиц 5-30 Целлюлоза/нитроцеллюлоза 0,05-5 Минеральный порошок, домолотый до фракции не более 4000-5000 см²/грамм 0,05-0,5 Пуццолановый компонент с фракцией 4000-5000 см²/грамм 5-10 Поливинилацетат 0,005-0,02 Слюда, молотая до фракции 4000-5000 см²/грамм 5-10

Известный материал предназначен для изготовления строительных изделий простых форм, таких, например, как садовая дорожка, парковочное место и им подобные. Прочностные показатели готовых изделий из него составляют:

Модуль упругости - 20000-120000 МПа;

Прочность при сжатии - 160-1000 см/м²;

Прочность при растяжении - 1200 МПа.

Исходя из назначения, изобретение по RU 2736673 направлено на повышение предела прочности при сжатии и прочности при растяжении на изгиб готового изделия, в то время как изготовление изделий более сложных объемных форм, таких, например, как трубы, уличная мебель, урны, песочницы и т.п. требует от материала-полуфабриката еще и формообразующих свойств, тогда как известный материал по RU 2736673 не обладает функцией самоподдерживания формы до набора прочности цемент-содержащей смеси.

Задачей изобретения является разработка водозатворимого композиционного материала с повышенными формообразующими свойствами для изготовления объемных изделий с повышенными прочностными характеристиками.

Для этого предложен водозатворимый композиционный материал для изготовления объемных изделий, который, как и прототип, включает объемный каркас, содержащий горизонтальные базальтовые сетки, выполненные из пересеченных нитей и ровингов, собранные в каркас послойно друг над другом, каркас расположен между слоем материала, непроницаемого для воды и цемент-содержащей смеси, и слоем материала, проницаемого для воды, но непроницаемого для цемент-содержащей смеси, сетки каркаса соединены посредством вертикальных базальтовых нитей, соединяющих соседние горизонтальные сетки в местах пересечения нитей и ровингов, при этом каркас заполнен цемент-содержащей смесью, содержащей связующее, инертный заполнитель и функциональные добавки.

В отличие от прототипа, предложенный материал содержит как минимум одну дополнительную горизонтальную сетку, выполненную из полужесткой металлической проволоки, расположенную между двумя соседними базальтовыми сетками и соединенную с ними в каркас также посредством вертикальных базальтовых нитей в месте пересечения проволок металлической сетки. При этом каркас заполнен цемент-содержащей смесью, которая в качестве связующего содержит белый портландцемент Д0, в качестве инертного заполнителя - песок фракции 0,4-0,8 мм, а в качестве функциональных добавок - метилцеллюлозу, молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм, гипс, редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена, винную кислоту, гиперпластификатор, полигликоль на неорганическом носителе и антивысольную добавку при следующем соотношении компонентов в масс. %:

Белый портландцемент Д0 - 30

Песок фракции 0,4-0,8 мм - 44,3

Метилцеллюлоза - 0,2

Молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм - 14

Гипс - 5,

Редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена - 1

Винная кислота - 0,3

Гиперпластификатор - 0,2

Полигликоль на неорганическом носителе - 4

Антивысольная добавка - 1

Армирование объемного каркаса горизонтальными сетками из полужесткой металлической проволоки создает в его структуре формоудерживающий слой, что повышает формообразующие свойства композиционного материала-полуфабриката за счет способности удерживать заданную форму до затворения его водой, а также позволяет повысить жесткость изделий, изготовленных из этого материала.

Создание в заявляемом материале формоудерживающего слоя с учетом требований к прочности изготавливаемых из него готовых изделий, потребовало подбора рецептуры цемент-содержащей смеси. Так, портландцемент Д0 без добавок характеризуется высокой прочностью и скоростью затвердевания, а потому положительно влияет на прочностные характеристики изделия, выполненного из заявленного материала. В то же время, использование этого связующего позволяет моделировать состав цемент-содержащей смеси путем включения подходящих добавок с целью получения изделий с заданными эксплуатационными характеристиками. Песок фракции 0,4-0,8 мм, используемый в качестве инертного заполнителя, также влияет на достижение необходимых прочностных характеристик готового изделия. При этом в состав смеси входят следующие функциональные добавки.

Метилцелюллоза в качестве водоудерживающей добавки улучшает процесс гидратации цемента, что положительно влияет на прочностные и эксплуатационные характеристики изделия, такие как равномерность состава, водопоглощение, мороустойчивость, прочность.

Молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм в качестве стабилизатора кислотности исключает негативное влияние кислой среды на свойства портландцемента.

Гипс обеспечивает набор первичной прочности готового изделия.

Редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена увеличивает адгезию цемент-содержащей смеси к сеткам из полужесткой металлической проволоки, что повышает прочностные показатели готового изделия. На прочность готовых изделий также положительно влияет гиперпластификатор в совокупности с редиспергирующимся сополимером винилацетата и этилена. Винная кислота позволяет замедлить процесс гидратации цемента, что способствует противодействию образования трещин на поверхности готового изделия.

Полигликоль на неорганическом носителе позволяет избежать образования пузырьков газа в процессе химических реакций при затворении, а антивысольная добавка, как регулятор ощелачивания, позволяет избежать выделения солей на поверхности готового изделия.

Таким образом, армирование объемного каркаса горизонтальными сетками из полужесткой металлической проволоки создает в его структуре формоудерживающий слой, который повышает формообразующие свойства композиционного материала-полуфабриката за счет способности удерживать заданную форму до затворения его водой, а также позволяет повысить жесткость объемных изделий, изготовленных из этого материала. При этом заполнение объемного каркаса, армированного сетками из полужесткой металлической проволоки, цемент-содержащей смесью заявленного состава, позволяет повысить прочность объемных изделий, изготавливаемых из этого материала.

Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в способности водозатворимого композиционного материала-полуфабриката удерживать заданную форму, повышении жесткости объемных изделий, изготавливаемых из этого материала, и повышении прочности этих изделий.

Изобретение иллюстрируется фиг. 1-6, где:

На фиг. 1 приведена схема композиционного материла с одной сеткой из полужесткой металлической проволоки в разрезе.

На фиг. 2 - схема объемного каркаса с одной сеткой из полужесткой металлической проволоки.

На фиг. 3 - схема соединения горизонтальных сеток в каркас (узел каркаса).

На фиг. 4-6 - схемы объемного каркаса и композиционного материала с тремя сетками из полужесткой металлической проволоки с их различным расположением относительно друг друга.

На фиг 1-6 изображены: 1 - нити, составляющие базальтовую сетку; 2 - ровинги, составляющие базальтовую сетку; 3 - сетка, выполненная из полужесткой металлической проволоки; 4 - слой материала, проницаемого для воды, но непроницаемого для цемент-содержащей смеси; 5 - слой материала, непроницаемого для воды и цемент-содержащей смеси; 6 - цемент-содержащая смесь; 7 - вертикальные базальтовые нити.

Для получения заявляемого композиционного материала используют следующие материалы.

Базальтовые сетки и вертикальные базальтовые нити 7 изготовлены предпочтительно из щелочностойких базальтовых микроволокон. Общее количество базальтовых сеток в объемном каркасе может составлять до 11 штук. Горизонтальную сетку 3, выполненную из полужесткой металлической проволоки диаметром от 0,5 до 2 мм, можно изготовить известным методом контактной сварки. Количество сеток из проволоки в каркасе может достигать до 4 штук. Размер ячеек горизонтальных базальтовых сеток и сеток 3 из полужесткой металлической проволоки составляет не менее 0,3 мм и предпочтительно не более 10 мм.

Слой материала, проницаемого для воды, но непроницаемого для цемент-содержащей смеси может быть выполнен в виде трикотажной ткани из хлопчатобумажных нитей. Слой материала, непроницаемого для воды и цемент-содержащей смеси, предпочтительно выполнен в виде полиэтиленовой пленки и использован для предотвращения вымывания сухих компонентов в процессе затворения композиционного материала водой. Толщина пленки составляет 50-300 мкм.

Слой цемент-содержащей смеси в объемном каркасе имеет толщину 0,5-2 мм.

В составе цемент-содержащей смеси используют следующие компоненты:

- белый портландцемент марки Cimsa 52/5 (600ДО) производства Турции;

- песок фракции 0,4-0,8 мм;

- метилцеллюлоза марки Mecellose 60150 производителя LotteFineChemicals;

- молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм, представляющий собой молотые отходы доломитовой щебенки;

- гипс марки Г16, ГОСТ 125-2018, ТУ 21-РСФСР-153-90;

- редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена, марки Vinnapas 5111, производитель WACKERHEMIEAG;

- винная кислота марки L+, производитель Perdomini-IOC SpA;

- гиперпластификатор марки Melflux 5581F производителя BASF;

- полигликоль на неорганическом носителе марки AgitanP843, производитель Chemie AG,

- антивысольная добавка марки ElotexERA100, производитель CelaneseSwitzerland AG.

Заявляемый композиционный материал изготавливают следующим образом.

Готовят сухую цемент-содержащую смесь 6 экспериментально подобранного состава, масс. %:

Белый портландцемент Д0 - 30

Песок фракции 0,4-0,8 мм - 44,3

Метилцеллюлоза - 0,2

Молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм - 14

Гипс - 5,

Редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена - 1

Винная кислота - 0,3

Гиперпластификатор - 0,2

Полигликоль на неорганическом носителе - 4

Антивысольная добавка - 1

Базальтовые сетки, состоящие из нитей 1 и ровингов 2, изготавливают методом 3D объемного ткачества или методом плетения. Полученные базальтовые сетки, а также сетку 3 из жесткой металлической проволоки, укладывают послойно, пересыпая их цемент-содержащей смесью 6. Сетки соединяют вертикальными базальтовыми нитями 7 в объемный каркас на прошивном станке. Каркас формируют между слоем 4 трикотажной ткани, а также слоем 5 из полиэтиленовой пленки. Полученный материал толщиной 6-40 мм и шириной до 1800 мм, сматывают в рулон, герметизируют, упаковывают и маркируют. Для изготовления объемных изделий материалу придают заданную форму, затворяют водой и выдерживают около 2 часов до затвердевания, т.е. достижения эксплуатационного состояния.

Прочностные показатели готовых изделий из заявляемого материала составляют:

Модуль упругости 80000-150000 МПа

Прочность при сжатии 700-1100 см/м²

Прочность при растяжении - до 1300 МПа

Использование заявленного изобретения позволяет получить водозатворимый композиционный материал с повышенными формообразующими свойствами, обусловленными способностью материала к поддержанию заданной формы, а также обеспечить высокие прочностные характеристики готовых изделий, изготовленных из материала.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов. Материал-полуфабрикат включает объемный каркас, содержащий горизонтальные базальтовые сетки, выполненные из пересеченных нитей и ровингов, собранные в каркас послойно друг над другом, каркас расположен между слоем материала, непроницаемого для воды и цемент-содержащей смеси, и слоем материала, проницаемого для воды, но непроницаемого для цемент-содержащей смеси, сетки каркаса соединены посредством вертикальных базальтовых нитей, соединяющих соседние горизонтальные сетки в местах пересечения нитей и ровингов. Материал также содержит как минимум одну дополнительную горизонтальную сетку, выполненную из полужесткой металлической проволоки, расположенную между двумя соседними базальтовыми сетками и соединенную с ними в каркас также посредством вертикальных базальтовых нитей в месте пересечения проволок металлической сетки. Каркас заполнен цемент-содержащей смесью, которая в качестве связующего содержит белый портландцемент Д0, в качестве инертного заполнителя - песок фракции 0,4-0,8 мм, а в качестве функциональных добавок - метилцеллюлозу, молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм, гипс, редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена, винную кислоту, гиперпластификатор, полигликоль на неорганическом носителе и антивысольную добавку при следующем соотношении компонентов в масс. %: белый портландцемент Д0 – 30, песок фракции 0,4-0,8 мм - 44,3, метилцеллюлоза - 0,2, молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм – 14, гипс – 5, редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена – 1, винная кислота - 0,3, гиперпластификатор - 0,2, полигликоль на неорганическом носителе – 4, антивысольная добавка – 1. Водозатворимый композиционный материал-полуфабрикат способен удерживать заданную форму, а изготовленные из него объемные изделия обладают повышенной жесткостью и повышенной прочностью. 6 ил.

Водозатворимый композиционный материал–полуфабрикат для изготовления объемных изделий, включающий объемный каркас, содержащий горизонтальные базальтовые сетки, выполненные из пересеченных нитей и ровингов, собранные в каркас послойно друг над другом, каркас расположен между слоем материала, непроницаемого для воды и цемент-содержащей смеси, и слоем материала, проницаемого для воды, но непроницаемого для цемент-содержащей смеси, сетки каркаса соединены посредством вертикальных базальтовых нитей, соединяющих соседние горизонтальные сетки в местах пересечения нитей и ровингов, при этом каркас заполнен цемент-содержащей смесью, содержащей связующее, инертный заполнитель и функциональные добавки, отличающийся тем, что материал содержит как минимум одну дополнительную горизонтальную сетку, выполненную из полужесткой металлической проволоки, расположенную между двумя соседними базальтовыми сетками и соединенную с ними в каркас также посредством вертикальных базальтовых нитей в месте пересечения проволок металлической сетки, каркас заполнен цемент-содержащей смесью, которая в качестве связующего содержит белый портландцемент Д0, в качестве инертного заполнителя – песок фракции 0,4-0,8 мм, а в качестве функциональных добавок – метилцеллюлозу, молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм, гипс, редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена, винную кислоту, гиперпластификатор, полигликоль на неорганическом носителе и антивысольную добавку при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Белый портландцемент Д0 – 30

Песок фракции 0,4-0,8 мм – 44,3

Метилцеллюлоза – 0,2

Молотый известняк CaCO₃ (MgCO₃) 40-100 мкм – 14

Гипс – 5

Редиспергирующийся дисперсионный сополимер винилацетата и этилена – 1

Винная кислота – 0,3

Гиперпластификатор – 0,2

Полигликоль на неорганическом носителе – 4

Антивысольная добавка – 1