Композиция для изготовления водостойких облицовочных гипсовых изделий Российский патент 2022 года по МПК C04B28/14 C04B111/20 C04B111/27 

Изобретение относится к составам сырьевых смесей для производства строительных материалов на основе гипса и может быть использовано в производстве отделочных плит и панелей с рельефной лицевой поверхностью, в том числе, 3D-панелей, а также объемных блоков и других элементов отделки и моделирования пространства, как внутренних, так и наружных частей зданий.

Известна сырьевая смесь для изготовления облицовочных гипсовых панелей (патент RU 2601700 от 21.07.2015, МПК С04В 28/14, 18/04), включающая полуводный гипс, армирующее волокно в виде отхода производства базальтового волокна и воду. Недостатками данного изобретения являются: низкая водостойкость получаемых панелей, что значительно сокращает сферу их функционального применения; необходимость применения дорогостоящего высокопрочного гипса для получения заявленных в изобретении прочностных показателей; технологические сложности приготовления однородной смеси с волокном, что может снизить декоративные свойства изделий при формовании литьем.

Из современного уровня развития техники известны водостойкие гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, в состав которых входят, мас.%: полуводный гипс 60-80, портландцемент и активная минеральная добавка 40-20, а соотношение между компонентами устанавливается в зависимости от активности добавки [Волженский А.В., Стамбулко В.И., Ферронская А.В. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. М.: Издательство литературы по строительству, 1971. 318 с]. Также из современного уровня развития техники известны водостойкие композиционные гипсовые вяжущие [Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под общей ред. А.В. Ферронской. М.: Издательство АСВ, 2004. 488 с], в состав которых входят, мас.%: полуводный гипс 50-80, органоминеральный модификатор, полученный совместным помолом портландцемента, активной минеральной добавки и суперпластификатора - 50-20. Известно композиционное гипсовое вяжущее (патент RU 2426702 от 01.02.2010, МПК С04В 11/28), включающее портландцемент, β-полугидрат, активную минеральную добавку в виде смеси цеолитсодержащего мергеля с микрокремнеземом и органический водопонижающий реагент. Все упомянутые вяжущие обеспечивают водостойкость изделий на их основе, однако качество лицевой поверхности гипсовых изделий, зависящее от способности смеси самопроизвольно заполнять рельеф формы в процессе литья и образовывать бездефектную поверхность, определяется комплексом наполнителей и их взаимодействием с добавками в гипсовых композициях.

Известна композиция для изготовления гипсоволокнистых облицовочных плит (патент RU 2649990 от 08.04.2016, МПК С04В 28/14, 28/147, 18/24) на основе гипса, портландцемента, пуццоланового компонента, добавки поликарбоксилатного эфира, добавки регулятора сроков схватывания, добавки водной эмульсии октилтриэтоксисилана целлюлозного волокна и воды, способная к самоуплотнению. Однако в указанном изобретении содержание минеральной добавки не превышает 2,3 мас.% композиции, а суммарное содержание гипсового вяжущего и портландцемента составляет свыше 61,9 мас.% композиции, что является недостатком указанного изобретения, так как повышенное содержание вяжущего в композиции обусловливает высокую себестоимость получаемых облицовочных плит.

Известен орано-минеральный модификатор гипсовых вяжущих, строительных растворов, бетонов и изделий на их основе (патент RU 2381191 16.03.2007, МПК С04В 24/00, 11/30, 28/14, 111/20), который содержит гидравлическое вяжущее, активный минеральный компонент, пластифицирующую добавку, регулятор сроков схватывания и стабилизатор, а в качестве активного минерального компонента содержит смесь микрокремнезема с минеральным компонентом из списка: зола-уноса, молотые кварцевый песок, шлак, стеклянный бой, бой керамических отходов. Недостатком указанного изобретения также является повышенный расход вяжущего в составе добавки, так как на суммарную массу добавки гидравлического вяжущего содержится 42-76 мас.%, а активного минерального компонента 8-48 мас.%, что обусловливает повышенную себестоимость добавки, а также может являться причиной усадочных деформаций при изготовлении изделий из композиций, содержащих указанный модификатор.

Для получения качественной рельефной лицевой поверхности изделий при формовании литьем необходимо применение самоуплотняющихся смесей, с достаточным объемом тонкодисперсной реологической матрицы, что обеспечивается путем введения в сырьевые смеси достаточного объема тонкодисперсных наполнителей в сочетании с эффективными пластификаторами [Эффективные высокопрочные и обычные бетоны: монография / под общ. ред. В.И. Калашникова. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2015. 148 с]. Часто в качестве тонкодисперсных наполнителей выступают карбонатные минеральные порошки в виде измельченных горных пород, таких, как известняк, доломит, мел, мрамор.

Так, известна сырьевая смесь для изготовления гипсобетона (патент RU 2188176 от 04.07.2000, МПК С04В 28/14, 14/26, 14/38, 111/20), включающая полуводный гипс, вспененный полимер, известняковую муку, добавку распушенной целлюлозы и воду. В состав смеси входит известняковая мука в количестве 17-37 мас.%. Недостатками указанной сырьевой смеси являются низкие водостойкость получаемых изделий и декоративные свойства лицевых поверхностей изделий.

Известна сырьевая смесь для получения модифицированных гипсовых композитов (патент RU 2539478 от 12.11.2013, МПК С04В 28/14), включающая измельченный техногенный двуводный гипс, насыщенный раствор гашеной извести и комплексную модифицирующую добавку в составе микрокальцита, поликарбоксилата и шлакопортландцемента. В состав смеси входит микрокальцит в количестве 3,8-10,5 мас.%. Недостатком данного изобретения является необходимость формования полусухим прессованием под давлением 30 МПа, что существенно усложняет технологический процесс изготовления изделий и сужает возможную номенклатуру изделий, ограничиваясь изделиями простой конфигурации с гладкой либо шероховатой лицевой поверхностью.

Общим недостатком сырьевых смесей с карбонатными наполнителями в вышеописанных изобретениях является использование природного минерального наполнителя - известняковой муки и микрокальцита, в то время как имеется и требует эффективной утилизации большое количество техногенного карбонатсодержащего сырья, а именно, отсевов дробления карбонатных пород, а также минеральных отходов содового производства, состоящих большей частью из карбоната кальция.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой композиции, рассматриваемой далее в качестве прототипа, является гипсоцементно-пуццолановая композиция (патент RU 2551179 от 14.02.2014, МПК С04В 11/30), включающая портландцемент, полуводный гипс, пуццолановую добавку - метакаолин, модифицирующую добавку, состоящую из карбоксилатного полиэфира, регулятора сроков схватывания и твердения, полиметилгидросилоксана и воду. Изделия, полученные из композиции по прототипу, обладают высокими прочностными характеристиками и водостойкостью, низким водопоглощением, а использование модифицирующей добавки позволяет получить самоуплотняющуюся гипсоцементно-пуццолановую смесь и увеличить время ее жизнеспособности. Существенными недостатками композиции по прототипу являются: сравнительно высокая стоимость метакаолина; высокий суммарный расход полуводного гипса и портландцемента - 67,5-67,94% от общей массы композиции, что обусловливает высокую себестоимость получаемых изделий.

Задачей заявляемого изобретения является разработка новой композиции для изготовления водостойких облицовочных гипсовых изделий и эффективная утилизация техногенного карбонатного сырья.

Техническим результатом является увеличение содержания минерального наполнителя в составе композиции и за счет этого удешевление композиции, повышение декоративных свойств лицевых поверхностей получаемых из композиции изделий, утилизация отсевов дробления карбонатных пород и минеральных отходов содового производства, увеличение долговечности получаемых из композиции изделий.

Указанный технический результат достигается тем, что композиция для изготовления водостойких облицовочных гипсовых изделий, включающая полуводный гипс, портландцемент, активную минеральную добавку, поликарбоксилатную водоредуцирующую добавку и воду, согласно изобретению содержит полуводный гипс марки Г-5 Б II, поликарбоксилатную водоредуцирующую добавку – "Полипласт ПК", в качестве активной минеральной добавки содержит кремнистую опоку, и дополнительно композиция содержит винную кислоту и карбонатный минеральный наполнитель, содержащий, мас.%: отсев дробления карбонатных пород 0-40 и минеральный отход содового производства 60-100, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полуводный гипс марки Г-5 Б II 33,66-36,10 Портландцемент 11,50-12,22 Активная минеральная добавка – кремнистая опока 2,90-3,10 Указанный карбонатный минеральный наполнитель 25,00-30,00 Указанная поликарбоксилатная водоредуцирующая добавка 0,24-0,27 Винная кислота 0,10-0,11 Вода 21,60-23,20

Минеральный отход содового производства содержит, мас.%: карбонат кальция - не менее 50, сульфат кальция - 2-8, гидроксид кальция - 6-16, хлориды натрия и кальция - 2-8, оксиды кремния, железа, алюминия, соединения магния - остальное. Введение в состав заявляемой композиции минерального отхода содового производства обусловлено его положительным влиянием на процесс твердения и на качество получаемых изделий, а также на их долговечность в процессе эксплуатации. Содержащиеся в составе минерального отхода содового производства хлористые соли приводят к появлению в твердеющей композиции хлорид-ионов, в присутствии которых замедляется образования эттрингита (трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция), являющегося основной причиной разрушения гипсоцементно-пуццолановых композитов при эксплуатации во влажных условиях в возрасте более 1 месяца. Кроме того, присутствующий в составе минерального отхода содового производства гидроксид кальция способствует повышению водостойкости затвердевших изделий.

Содержание минерального отхода содового производства в общем количестве карбонатного минерального наполнителя в количестве не менее 60 мас.% является оптимальным, так как при меньшем его содержании в композиции коэффициент размягчения образцов снижается.

Композицию для изготовления водостойких облицовочных гипсовых изделий готовят следующим образом. Активную минеральную добавку, отсев дробления карбонатных пород, минеральный отход содового производства последовательно подсушивают до остаточной влажности не более 0,5%. Портландцемент, активную минеральную добавку, отсев дробления карбонатных пород, минеральный отход содового производства, поликарбоксилатную водоредуцирующую добавку подвергают совместному помолу и гомогенизации в шаровой мельнице. Винную кислоту вводят в воду затворения. Затем в воду затворения засыпается продукт совместного помола и перемешивается в течение 1-2 мин. Готовую композицию заливают в формы для получения изделий, причем конфигурация изделий и рельеф лицевой поверхности изделий может быть сложным.

Пример.

Составы композиций приведены в табл. 1.

Для получения композиций использовались: полуводный гипс марки Г-5 Б II ГОСТ 125-2018; портландцемент марки ПЦ 500-ДО ГОСТ 10178-85 (содержание в клинкере минерала алита 73,0 мас.%, минерала трехкальциевого алюмината 5,3 мас.%), активная минеральная добавка кремнистой опоки (содержание SiO₂ - 89,3 мас.%), отсев дробления карбонатных пород («Ершовский каменный карьер, содержание СаСО₃ - 53,1-87,4 мас.%; MgCO₃ 10,5-45,8 мас.%), минеральный отход содового производства (карбонат кальция - не менее 50 мас.%, сульфат кальция 2-8 мас.%, гидроксид кальция 6-16 мас.%, хлориды натрия и кальция 2-8 мас.%, оксиды кремния, железа, алюминия, соединения магния - остальное), поликарбоксилатная водоредуцирующая добавка - «Полипласт ПК», винная кислота по ГОСТ 5817-77.

Соотношение между полуводным гипсом, портландцементом и минеральной добавкой кремнистой опоки определялось по известной методике, изложенной в [Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под общей ред. А.В. Ферронской. М.: Издательство АСВ, 2004. 488 с].

Из композиций изготавливались в соответствии с ГОСТ 23789-2018 образцы-балочки размерами 4×4×16 см. Образцы подвергались испытаниям на определение прочности на 7 и на 180 сутки твердения под гидрозатвором.

Также из композиций изготавливались изделия – плиты 3D-панелей размерами 0,5×0,5 м с рельефом лицевой поверхности «Волна», «Улей». Определялись качественно их декоративные свойства: равномерность цвета, качество рельефа, наличие дефектов лицевой поверхности, видимых с расстояния 1 м, сразу после извлечения из формы и через 180 суток твердения под гидрозатвором.

Технологические свойства смесей и физико-механические, эксплуатационные и декоративные свойства изделий из композиций по прототипу, из заявляемых смесей приведены в табл. 1.

Анализ данных таблицы 1 показывает, что декоративные свойства изделий через 180 суток сохранились на исходном уровне, что служит доказательством отсутствия внутренней сульфатной коррозии гипсоцементного камня во влажных условиях эксплуатации и подтверждает заявленный технический результат повышения долговечности изделий.

Массовая доля карбонатного минерального наполнителя из смеси отсева дробления известняка и минерального отхода содового производства в заявляемых смесях составляет от 25 до 30%, что при промышленных объемах производства позволит эффективно утилизировать значительное количество промышленных отходов и снизить себестоимость облицовочных гипсовых изделий.

Изобретение относится к составам сырьевых смесей для производства строительных материалов на основе гипса и может быть использовано в производстве отделочных плит и панелей с рельефной лицевой поверхностью, в том числе 3D-панелей, а также объемных блоков и других элементов отделки и моделирования пространства как внутренних, так и наружных частей зданий. Композиция для изготовления водостойких облицовочных гипсовых изделий включает, мас.%: полуводный гипс марки Г-5 Б II 33,66-36,10, портландцемент 11,50-12,22, кремнистую опоку 2,90-3,10, поликарбоксилатную водоредуцирующую добавку "Полипласт ПК" 0,24-0,27, винную кислоту 0,10-0,11, карбонатный минеральный наполнитель 25,00-30,00, воду 21,60-23,20, при этом карбонатный минеральный наполнитель содержит, мас.%: отсев дробления карбонатных пород 0-40 и минеральный отход содового производства 60-100. Технический результат – повышение декоративных свойств лицевых поверхностей изделий, получаемых из указанной композиции, повышение долговечности изделий, утилизация отсева дробления карбонатных пород и минерального отхода содового производства. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Композиция для изготовления водостойких облицовочных гипсовых изделий, включающая полуводный гипс, портландцемент, активную минеральную добавку, поликарбоксилатную водоредуцирующую добавку и воду, отличающаяся тем, что она содержит полуводный гипс марки Г-5 Б II, поликарбоксилатную водоредуцирующую добавку – "Полипласт ПК", в качестве активной минеральной добавки содержит кремнистую опоку, и дополнительно композиция содержит винную кислоту и карбонатный минеральный наполнитель, содержащий, мас.%: отсев дробления карбонатных пород 0-40 и минеральный отход содового производства 60-100, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полуводный гипс марки Г-5 Б II 33,66-36,10 Портландцемент 11,50-12,22 Активная минеральная добавка – кремнистая опока 2,90-3,10 Указанный карбонатный минеральный наполнитель 25,00-30,00 Указанная поликарбоксилатная водоредуцирующая добавка 0,24-0,27 Винная кислота 0,10-0,11 Вода 21,60-23,20

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что минеральный отход содового производства содержит, мас.%: карбонат кальция – не менее 50, сульфат кальция 2-8, гидроксид кальция 6-16, хлориды натрия и кальция 2-8, оксиды кремния, железа, алюминия, соединения магния – остальное.