Способ объемной гидрофобизации строительных изделий на стадии производства Российский патент 2024 года по МПК B28C5/00 B28C7/12 C04B24/42 C04B28/14 C04B103/60 C04B103/65 C04B111/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении строительных изделий с гидрофобными свойствами для применения внутри жилых и общественных зданий и фасадных работ.

Для гидрофобизации используют кремнийорганические соединения, которые разводятся водой или органикой. Они обладают рядом свойств, не только препятствующих проникновению в структуру строительного материала влаги, но и защищающих поверхность стены от налипания пыли и появления высолов на стенах.

Уровень техники

Известен способ объемной гидрофобизации, в котором для обеспечения равномерного распределения гидрофобизатора в объеме воды используют предварительно изготовленные эмульсии со стабилизирующим агентом. Обычно, гидрофобизирующие эмульсии представляют собой 50%-ные водные эмульсии гидридсилоксанов, например, ГКЭ-50-94М или КЭ-30-04. Эмульсия вводится вместе с водой затворения или после, в готовый состав при условии вымешивания миксером не менее 20 минут.

Недостатком этого способа является высокий расход эмульсии относительно других добавок, ограниченный срок годности эмульсии (от 70 дней до 6 месяцев) и низкие результаты по снижению водопоглощения в гипсовых изделиях.

Известен способ объемной гидрофобизации, включающий предварительное приготовление гидрофобизирующей комплексной модифицирующей добавки, смешение ее до получения однородной массы с водой затворения при интенсивном их перемешивании и гипсовым вяжущим в смесительном узле с последующим формованием изделия. /Пат. 2375386 Российская Федерация Способом получения водостойкого композиционного изделия (варианты) и композиционное изделие, полученное этим способом; патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью "Преображение". – опубл. 10.12.2009, Бюл. №34/.

Недостатком этого способа является неравномерное распределение по объему заливки; образование дефектов в местах повышенной концентрации полимера на поверхности плит после сушки.

Известен способ объемной гидрофобизации при изготовлении гипсовых плит в автоматическом режиме, который подразумевает внесение кремнийорганических полимеров в воду затворения перед дозировкой минерального вяжущего. В данном способе дозирование гидрофобизатора осуществляют совместно с дозированием воды в весовом баке-дозаторе воды, где воду и гидрофобизатор перемешивают до получения однородной смеси. Далее, полученная смесь воды и гидрофобизатора сливается в смесительный узел, куда дозируется необходимое количество гипса, затем все компоненты перемешиваются определенное время, и полученный раствор заливается в формы для получения строительных изделий. В качестве кремнийорганического полимера используются вещества из ряда гидридсодержащих силоксанов, которые наиболее универсальны, например, такие отечественные продукты как ГКЖ-94, импортные – SILRES BS-94, Xiameter MHX-1107. К преимуществам этого способа можно отнести небольшой расход добавок для обеспечения гидрофобных свойств материала, относительно других добавок. /ТУ 5742-010-21151476-2013 ПЛИТЫ ГИПСОВЫЕ ПАЗОГРЕБНЕВЫЕ ДЛЯ СТЕН И ПЕРЕГОРОДОК «ЕВРОРАЗМЕР»/. Принят за прототип.

Недостатком этого способа является низкая растворяемость добавок в воде (видны радужные разводы на поверхности воды); неравномерное распределение по объему заливки; образование дефектов – раковин (вероятная причина образование побочного газообразного продукта) в местах повышенной концентрации полимера на поверхности плит после сушки.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность изобретения заключается в получении стойкой гидрофобной эмульсии в процессе производства строительных изделий, в повышении гомогенности гипсового раствора за счет равномерного распределения гидрофобизатора в массе гипсового раствора, и как следствие, повышение качества гидрофобных строительных изделий, повышение эффективности защиты строительных изделий от влагопоглощения при неизменной норме расхода гидрофобизатора. Для достижения этой цели, в заявленном изобретении для ввода добавки используют диспергирующее устройство с форсунками высокого давления.

Технический результат изобретения – повышение гомогенности гипсового раствора за счет равномерного распределения гидрофобизатора в массе гипсового раствора, снижение водопоглощения и повышение качества гидрофобных строительных изделий, сокращение количества дефектов на поверхности гипсовых изделий.

Технический результат достигается тем, что в известном способе объемной гидрофобизации строительных изделий на стадии производства с автоматическим режимом управления формовочной машиной, включающем внесение кремнийорганического полимера в воду затворения перед дозировкой минерального вяжущего путём совместного дозирования воды и гидрофобизатора в весовом баке-дозаторе воды и перемешивания до получения однородной массы, с последующей подачей её в смесительный узел для перемешивания с дозированным минеральным вяжущим и получения формовочного раствора строительных изделий, особенность заключается в том, что для подачи гидрофобизатора используют диспергирующее устройство с насосом и форсунками высокого давления и в весовой бак-дозатор воды гидрофобизатор подают насосом высокого давления по трубопроводу высокого давления посредством форсунок высокого давления, расположенных на раме-подвесе в нижней части бака-дозатора воды, при этом насос высокого давления снабжают блоком управления, вход которого подключают к основному пульту управления формовочной машиной, а выход – к электрическому приводу насоса высокого давления через реле времени работы насоса. Предварительно, до подачи в насос высокого давления, гидрофобизатор пропускают через фильтр грубой очистки.

При распылении под высоким давлением гидрофобизатора в жидкую среду (воду) происходит его диспергация – разделение на мелкие частицы, микрокапли. Далее происходит эмульгирование (смешивание двух несмешивающихся жидкостей) и гомогенизация активного вещества и воды затворения.

Диспергирующее устройство включает в себя насос высокого давления, трубопровод высокого давления и форсунки высокого давления, расположенные в нижней части весового бака-дозатора воды. Форсунки высокого давления установлены на раме-подвесе статично и закреплены при помощи сантехнических хомутов и фитингов.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 изображена схема устройства для объемной гидрофобизации строительных изделий на стадии производства, где показаны: весовой бак-дозатор воды – 1, трубопровод низкого давления подачи воды затворения – 2, трубопровод низкого давления подачи гидрофобизатора – 3, фильтр грубой очистки – 4, насос высокого давления – 5, трубопровод высокого давления – 6, рама-подвес с форсунками высокого давления – 7, швеллер – 8, трубопровод подачи эмульсии – 9, трубообразный шнековый дозатор гипсового вяжущего – 10, смесительный узел – 11.

На фигуре 2 изображена блок-схема автоматической системы управления диспергирующим устройством, где показаны: основной пульт управления формовочной машиной – 12, блок управления насосом высокого давления – 13, реле времени работы насоса – 14 (таймер), электрический привод насоса высокого давления – 15.

Установка для осуществления предложенного способа объемной гидрофобизации строительных изделий оснащена диспергирующим устройством, которое включает в себя насос высокого давления – 5, трубопровод высокого давления – 6, и форсунки высокого давления, расположенные на раме-подвесе в нижней внутренней части весового бака-дозатора воды – 1. Рама-подвес с форсунками высокого давления 7 закреплена на швеллере 8, расположенном вне весового бака-дозатора воды 1. Швеллер 8 установлен на капитальном основании весового бака-дозатора воды 1 и не имеет контакта с весовым баком-дозатором воды 1, что исключает погрешность в работе весовых датчиков. Форсунки высокого давления расположены внутри на дне весового бака-дозатора воды 1. Весовой бак-дозатор воды 1 соединён со смесительным узлом 11 трубопроводом подачи эмульсии 9.

Осуществление изобретения

Вода затворения в весовой бак-дозатор воды 1 поступает по трубопроводу низкого давления подачи воды затворения 2, присоединенному ко дну весового бака-дозатора воды 1. Трубопровод низкого давления подачи гидрофобизатора 3 снабжён фильтром грубой очистки 4 и соединён с насосом высокого давления 5. Гидрофобизатор после очистки фильтром грубой очистки 4, насосом высокого давления 5 по трубопроводу высокого давления 6 подается в весовой бак-дозатор воды 1 и распыливается форсунками высокого давления в виде аэрозольного тумана. В результате подачи гидрофобизатора под давлением, в виде аэрозольного тумана, и смешивания с водой затворения, поступающей в весовой бак-дозатор воды 1 по трубопроводу низкого давления подачи воды затворения 2, образуется прямая эмульсия гидрофобизатора в воде. Полученная эмульсия по трубопроводу подачи эмульсии 9 подается в смесительный узел 11, где происходит затворение в ней гипсового вяжущего, поступающего из трубообразного шнекового дозатора гипсового вяжущего 10. Полученный формовочный раствор строительных изделий из смесительного узла 11 подается в формы для заливки (на чертеже не показаны).

Автоматическая система управления диспергирующим устройством включает в себя основной пульт управления формовочной машиной 12, соединённый с входом блока управления насоса высокого давления 13, который соединён с электрическим приводом насоса высокого давления 15 через реле времени работы насоса 14.

В процессе цикличной формовки гипсовых плит, при открытии крана весового бака-дозатора воды 1 для подачи воды с технологическими добавками в смесительный узел 11, с основного пульта управления формовочной машиной 12 подается сигнал на блок управления насосом высокого давления 13. Данный управляющий сигнал запускает реле времени работы насоса 14 и включается насос высокого давления 5. Посредством форсунок высокого давления в весовом баке-дозаторе воды 1 происходит процесс диспергации установленного количества гидрофобизатора в воду затворения. Отработав заданное время, насос высокого давления 5 отключается, полученная в результате эмульсия сливается из весового бака-дозатора воды 1 в смесительный узел 11. Кран весового бака-дозатора воды 1 закрывается, набирается новая доза воды.

При следующем цикле формовки гипсовых плит процесс работы диспергирующего устройства повторяется.

При производстве гидрофобизированных гипсовых плит дозирование гидрофобизатора осуществляется совместно с дозированием воды из весового дозатора в смесительный узел. В качестве гидрофобизатора используются готовые продукты, например, отечественный – ГКЖ-94 или импортные – SILRES BS-94, Xiameter MHX-1107.

В предложенном изобретении, для получения временной эмульсии, гидрофобизатор подают в весовой бак-дозатор воды 1 при помощи диспергирующего устройства – форсунок высокого давления, посредством которых осуществляют образование капель очень малого размера (в виде тумана) гидрофобизатора в объеме воды затворения. Для этого в нижней части весового бака-дозатора воды 1 при помощи сантехнических хомутов и фитингов устанавливают форсунки высокого давления с рамой-подвесом, например: IS-FOG-AD-SS (туман-форсунки). Рама-подвес с форсунками высокого давления 7 зафиксирована на швеллере 8, прикрепленном на капитальном основании весового бака-дозатора воды 1, что исключает погрешность в работе весовых датчиков.

Гидрофобизатор подают в весовой бак-дозатор воды 1 насосом высокого давления 5 (более 10 бар) по трубопроводу высокого давления 6, соединенному с форсунками высокого давления. Гидрофобизатор, поступая в весовой бак-дозатор воды 1 под высоким давлением, проходит через сопла форсунок высокого давления и диспергируется на очень мелкие капли в воде, образуя прямую эмульсию гидрофобизатора в воде бака-дозатора. Длительность процесса – от 25 до 60 секунд, в зависимости от установленной дозы. Выбранная доза регулируется таймером работы насоса высокого давления 5.

Полученная эмульсия сохраняет свою жизнеспособность в течение нескольких минут, после чего происходит расслоение и гидрофобизатор образует скопления на поверхности воды, переходя в состояние, идентичное классическому методу ввода добавки.

Однако, времени жизни образовавшейся эмульсии достаточно для последующих технологических процессов её подачи в смесительный узел 11 и затворения в ней гипсового вяжущего.

Для предотвращения засорения форсунок диспергирующего устройства, перед подачей в насос высокого давления 5 гидрофобизатор пропускают через сетчатый фильтр грубой очистки 4 с размером ячей не более 5 мкм.

Поскольку плотность гидрофобизатора ниже плотности воды, для лучшей гомогенизации форсунки высокого давления диспергирующего устройства расположены на дне весового бака-дозатора воды 1.

Дополнительный контроль за работой насоса высокого давления 5 и форсунок высокого давления диспергирующего устройства осуществляется по манометру (на фигуре не показан), отражающему значения давления на участке высоконапорной магистрали.

Авторами изобретения было проведено ряд испытаний, результаты которых представлены ниже.

Результаты испытаний при одинаковой дозировке гидрофобизатора:

Протокол №1.

Испытание способа дозировки при помощи диспергирующего устройства от 17.01.2023 и 20.01.2023, сравнение со способом №1 – обычным способом подачи гидрофобизатора, известным ранее способом, при одинаковой дозировке гидрофобизатора. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты 17.01.23 и 20.01.23 –
Водопоглощение ПГП «Евроразмер» 667*500*80 мм по ГОСТ 6428-2018 (нормативное значение – не более 5%) Способ подачи гидрофобизатора Водопоглощение образцов из 1 заливки (30 шт.), по порядковому номеру плиты в кассете, слева направо, в % Среднее значение
водопо-глощения, в % Стандарт-ное отклонение водопоглощения, в ПП* Образец №5 Образец
№15 Образец
№25 17.01.2023 при помощи диспергирующего устройства
1-я заливка 1,71 1,80 1,47 1,66 0,17 при помощи диспергирующего устройства
2-я заливка 2,52 2,98 1,87 2,46 0,56 при помощи диспергирующего устройства
3-я заливка 2,15 3,59 2,79 2,85 0,72 Способ №1
(обычная подача)
1-я заливка 3,04 1,26 4,30 2,87 1,53 Способ №1
(обычная подача)
2-я заливка 1,25 1,87 2,98 2,03 0,88 Способ №1
(обычная подача)
3-я заливка 2,71 1,19 3,00 2,30 0,97 20.01.2023 при помощи диспергирующего устройства
1-я заливка 4,41 3,83 4,22 4,15 0,29 Способ №1
(обычная подача)
1-я заливка 3,44 5,15 4,95 4,51 0,93

*– в процентных пунктах.

Выводы по полученным данным:

1. Использование нового способа дозировки с применением диспергирующего устройства приводит к незначительному снижению водопоглощения, по среднему показателю;

2. Использование нового способа дозировки гидрофобизатора значительно улучшает его распределение по всему объему заливки.

Итоговые данные приведены в аналитической таблице 2.

Таблица 2

Способ подачи гидрофобизатора Общее среднее значение водопоглощения,
в % Общее стандартное отклонение водопоглощения,
в ПП Способ №1
(обычная подача) 2,9275 1,0775 при помощи диспергирующего устройства 2,78 (ниже на 0,1475) 0,435
(меньше на 0,6425
или в 2,47 раз)

Протокол №2.

Испытание способа дозировки при помощи диспергирующего устройства от 13.03.23.

Сравнение со способом №1 – обычным способом подачи гидрофобизатора, при одинаковой дозировке гидрофобизатора. Результаты испытаний приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты 13.03.23 –
Водопоглощение ПГП «Евроразмер» 667*500*80 мм по ГОСТ 6428-2018 (нормативное значение – не более 5%) Способ подачи гидрофо-бизатора Образцы из 1 заливки (30 шт.), по порядковому номеру плиты в кассете, слева направо, в % Среднее значение
водопо-глоще-ния, в % Стандартное откло-нение водопо-глоще-ния, в ПП Образец №1 Образец №5 Образец №15 Образец №25 Образец №30 при помощи дисперги-рующего устройства 1-я заливка 2,47 3,28 3,24 2,76 3,39 3,03 0,39 при помощи дисперги-рующего устройства 2-я заливка 2,55 2,59 3,46 3,26 2,62 2,89 0,43 при помощи дисперги-рующего устройства 3-я заливка 4,35 3,08 3,81 3,98 3,74 3,79 0,46 Способ №1
(обычная подача)
1-я заливка 5,40 4,53 3,16 3,78 4,25 4,23 0,84 Способ №1
(обычная подача)
2-я заливка 5,27 5,25 4,10 3,57 3,27 4,29 0,93 Способ №1
(обычная подача)
3-я заливка 4,10 5,13 4,96 3,61 5,60 4,68 0,81

Выводы по полученным данным:

1. Использование нового способа дозировки с применением диспергирующего устройства приводит к незначительному снижению водопоглощения, по среднему показателю;

2. Использование нового способа дозировки гидрофобизатора значительно улучшает его распределение по всему объему заливки, с учетом большего количества образцов из заливки.

Итоговые данные приведены в аналитической таблице 4.

Таблица 4

Способ подачи гидрофобизатора Общее среднее значение водопоглощения, в % Общее стандартное отклонение водопоглощения, в ПП Способ №1
(обычная подача) 4,4 0,86 при помощи диспергирующего устройства 3,2366
(ниже на 1,1634) 0,4266
(меньше на 0,4334 или в 2,016 раз)

Сводные аналитические данные по результатам всех испытаний приведены в таблице 5.

Таблица 5

Способ подачи гидрофобизатора Общее среднее значение водопоглощения, в % Общее стандартное отклонение водопоглощения, в ПП Способ №1
(обычная подача) 3,5585 0,9842 при помощи диспергирующего устройства 2,9757
(ниже на 0,5828) 0,4314
(меньше на 0,5528 или в 2,28 раз)

Уникальность изобретения способа ввода кремнийорганической жидкости заключается в диспергации (разделении на очень мелкие частицы) кремнийорганической жидкости путем распыления под высоким давлением в воду затворения, в которой образуется эмульсия непосредственно перед подачей в смесительный узел.

Предложенный нами новый способ дозирования технологической добавки – формирование эмульсии кремнийорганического полимера (гидрофобизатора) при помощи диспергирующего устройства непосредственно в воде затворения перед дозировкой гипсового вяжущего дает возможность равномерно распределить гидрофобизатор в виде микрокапель в массе гипсового раствора, повысить его гомогенность. Это позволяет повысить показатель качества готовой продукции гипсовых пазогребневых плит – водопоглощения (согласно ГОСТ 6428-2018) по всему объему заливки при неизменной норме расхода гидрофобизатора, а также уменьшить количества дефектов на поверхности гипсовых пазогребневых плит при той же норме расхода гидрофобизатора.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении строительных изделий с гидрофобными свойствами для применения внутри жилых и общественных зданий и фасадных работ. Способ объемной гидрофобизации строительных изделий на стадии производства с автоматическим режимом управления формовочной машиной включает внесение гидрофобизатора - кремнийорганического полимера в воду затворения перед дозировкой минерального гипсового вяжущего путём совместного дозирования воды и гидрофобизатора в весовом баке-дозаторе воды и перемешивания до получения однородной массы. Далее осуществляют подачу полученной массы в смесительный узел для перемешивания с дозированным минеральным гипсовым вяжущим и получения формовочного раствора строительных изделий. Причем для подачи гидрофобизатора используют диспергирующее устройство с насосом и форсунками высокого давления. В весовой бак-дозатор воды гидрофобизатор подают насосом высокого давления по трубопроводу высокого давления посредством форсунок высокого давления, расположенных на раме-подвесе в нижней части бака-дозатора воды. При этом насос высокого давления снабжают блоком управления, вход которого подключают к основному пульту управления формовочной машиной, а выход - к электрическому приводу насоса высокого давления через реле времени работы насоса. Технический результат – повышение гомогенности гипсового раствора за счет равномерного распределения гидрофобизатора в массе гипсового раствора, снижение водопоглощения и повышение качества гидрофобных строительных изделий, сокращение количества дефектов на их поверхности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.

1. Способ объемной гидрофобизации строительных изделий на стадии производства с автоматическим режимом управления формовочной машиной, включающий внесение гидрофобизатора - кремнийорганического полимера в воду затворения перед дозировкой минерального гипсового вяжущего путём совместного дозирования воды и гидрофобизатора в весовом баке-дозаторе воды и перемешивания до получения однородной массы, с последующей подачей полученной массы в смесительный узел для перемешивания с дозированным минеральным гипсовым вяжущим и получения формовочного раствора строительных изделий, отличающийся тем, что для подачи гидрофобизатора используют диспергирующее устройство с насосом и форсунками высокого давления и в весовой бак-дозатор воды гидрофобизатор подают насосом высокого давления по трубопроводу высокого давления посредством форсунок высокого давления, расположенных на раме-подвесе в нижней части бака-дозатора воды, при этом насос высокого давления снабжают блоком управления, вход которого подключают к основному пульту управления формовочной машиной, а выход - к электрическому приводу насоса высокого давления через реле времени работы насоса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидрофобизатор до подачи в насос высокого давления пропускают через фильтр грубой очистки.