Способ повышения адгезионной прочности сухих строительных смесей клеевых на цементном вяжущем Российский патент 2024 года по МПК C04B20/04 C04B20/10 C04B28/04 C04B111/20 

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно производству клеевых сухих строительных смесей на цементном вяжущем с повышенной адгезионной прочностью сцепления (адгезией) с применением минерального наполнителя, обработанного анионным поверхностно-активным веществом.

Известны типовые рецептуры клеев на цементной основе [Василик П.Г., Голубев И.В. Обзор современных эфиров целлюлозы торговой марки Mecellose для плиточных клеев на цементной основе // Сухие строительные смеси. 2012. №1. С. 18-21.] класса С0 (клей эконом), в состав которых входят цементное вяжущее в количестве 25-30 %, наполнитель и метилцеллюлоза в количестве 0,15 - 0,2 %, класса С1, в состав которых входят цементное вяжущее в количестве 30-35 %, наполнитель, редиспергируемый порошок 1-3 % и метилцеллюлоза в количестве 0,2 - 0,3 % и класса С2, в состав которых входят цементное вяжущее в количестве 35-40 %, наполнитель, редиспергируемый порошок 3-6 % и метилцеллюлоза в количестве 0,3 - 0,6 %, а также способы повышения их эксплуатационных свойств, заключающиеся в добавлении в их состав различных модифицирующих добавок таких как: эфиры целлюлозы, редисперсионные полимерные порошки, регуляторы твердения, микрокремнезем, алюмосиликаты и др. [Патент 2602458 RU, МПК С04В 28/04, С04В 24/16, С04В 111/20. Сухая клеевая смесь на цементной основе: № 2015111436/03: заявл. 30.03.2015: опубл. 20.11.2016 / В.И. Логанина, К.В. Жегера. - 7 с; Патент 2181705 RU, МПК С04В 28/04, С04В 111/20. Универсальная сухая цементная композиция: № 99126619/03: заявл. 17.12.1999: опубл. 27.04.2002 / А.И. Лотоцкий. - 8 с; Патент 2540999 RU, МПК С04В 28/04, С04В 111/20. Сухая строительная смесь: № 2013149475/03: заявл. 07.11.2013: опубл. 10.02.2015 / Г.А. Огаджанов. - 3 с.].

Недостатками известных технических решений является высокая себестоимость производства продукции, а также отсутствие отечественной альтернативы используемым модифицирующим добавкам, в частности, полимерным добавкам и редиспергируемым полимерным порошкам, которые в наибольшей степени влияют на эксплуатационные свойства плиточных клеев. Кроме того, типовые рецептуры клеев на цементной основе без применения модифицирующих добавок или с их содержанием до 1 % по массе отличаются невысокой адгезионной прочностью и низкой стойкостью к климатическим воздействиям (вода, высокие температуры, замораживание, оттаивание).

Согласно требованиям действующего нормативно-правового документа (НПД) на клеевые сухие строительные смеси (ССС), клей должен смачивать не менее 50 % поверхности плитки. Чем больше времени проходит от нанесения, тем быстрее клей утрачивает эту способность. В течение времени от начала нанесения до укладки последней плитки клей находится в контакте с окружающей средой, и на него могут действовать различные неблагоприятные факторы такие как высокие температуры, ветер, впитывающее влагу основание. В результате испарения воды и образования продуктов гидратации, на поверхности клея образуется корка, препятствующая налипанию клея на поверхность плитки и ухудшающая адгезионные свойства. На образование корки влияют различные параметры, в том числе введение поверхностно-активных компонентов.

Модификация клеевых смесей жидкими поверхностно-активными веществами (ПАВ) сопряжена с рядом сложностей технологического характера. Авторы патента [Патент 8962714 В2 US, МПК С04В 2103/0057, С04В 2103/40, С04В 2111/00689, C04B 2103/46. Hydraulic setting adhesive with improved open time: № 14/127,251: заявл. 19.06.2012, опубл. 24.02.2015 / Rene Kiesewetter. - 7c.] предлагают применять в составе плиточного клея ПАВ, представляющие собой сульфоалкильные эфиры общей формулы: МSО3 - R1 - (- COOR2)n, где М - группа, которая может содержать водород, щелочные и щелочноземельные металлы, аммоний, R1 и R2 - С1-С10-алкилен, который может быть заменен одной и более гидроксил-, галоген-, нитро- или циано-группой, а значение n изменяется в пределах от 1 до 10. Раствор ПАВ распыляют на водоудерживающую добавку (эфир целлюлозы). При этом предлагается следующая схема обработки: промывание эфира целлюлозы горячей водой и ее фильтрование для формирования влажного фильтр-кека; приготовление раствора ПАВ в воде; распыление раствора ПАВ на фильтр-кек с постоянным перемешиванием последнего в смесителе с целью формирования гранул; сушка и помол гранул до порошкообразного состояния.

Недостатком данного способа является высокая себестоимость производства клея, ввиду высокой себестоимости водоудерживающей добавки-носителя, а также трудоемкость предлагаемой схемы обработки. Кроме того, в описании данного изобретения отсутствует раскрытие механизма формирования структуры адгезионного контакта керамическая плитка - плиточный клей, а также влияние добавки на способность к смачиванию клея.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении адгезионной прочности плиточного клея за счет управляемого процесса смачивания при формировании адгезионного контакта плиточный клей - керамическая плитка и адсорбции гидроксильных групп и стабилизирующих анионных поверхностно-активных веществ на цементных поверхностях, образующих электростатические барьеры, препятствующие флокуляции цемента и действующие как механизм диспергирования, что обеспечивает высокую адгезию плиточного клея. При этом эффект повышения адгезии достигается за счет совместного применения тонкомолотых карбонатных наполнителей окатанной формы с не высокой открытой пористостью поверхности и ПАВ в оптимальном количестве, заключается в формировании наилучшей микроструктуры адгезионного слоя, упрочнении контактных зон на границе плиточный клей - керамическая плитка и ограничении микродефектов в нем, что в итоге способствует достижению высоких показателей адгезии и экономии расхода дорогостоящих редиспергируемых полимерных порошков.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ повышения адгезионной прочности клеевых сухих строительных смесей - ССС на цементном вяжущем, включающий модификацию наполнителя поверхностно-активным веществом - ПАВ, при этом в качестве наполнителя используют минеральный наполнитель, а в качестве поверхностно-активного вещества используют анионное ПАВ, вначале проводят предварительную подготовку минерального наполнителя во вращающемся барабане двухвального смесителя циклического действия с системой впрыска жидких компонентов через форсунки методом микрораспыления жидкого анионного ПАВ в количестве от 2 % до 10 % по массе в расчете на общую массу наполнителя, далее полученную массу высушивают до влажности не более 0,5 % по массе при помощи термоизолированной рубашки смесителя, после чего готовую сухую добавку вводят в состав клеевой сухой строительной смеси в количестве до 60 % по массе в расчете на общую массу смеси.

Такой способ предварительной подготовки минерального наполнителя позволяет значительно повысить адгезионную прочность клея и способность к смачиванию, а также снизить себестоимость производства клеевой смеси.

Способ иллюстрирован следующими примерами, в которых сравниваются эксплуатационные характеристики типовых рецептур клея на цементном вяжущем классов С0, C1, С2 и их оптимизированных составов, модифицированных согласно способу, представленному в заявленном изобретении.

Пример 1.

Для производства плиточного клея с улучшенными эксплуатационными свойствами на цементном вяжущем класса С0, применяемого для укладки плитки с нормальным водопоглощением (не менее 5 % по массе) только для выполнения работ внутри помещений, была получена сухая добавка на основе анионного ПАВ и тонкомолотого мрамора (карбонатного минерального наполнителя).

Для этого жидкое анионное ПАВ методом микрораспыления во вращающемся барабане двухвального смесителя циклического действия с системой впрыска жидких компонентов через форсунки наносили на минеральный наполнитель в количестве 2 % по массе в расчете на общую массу наполнителя и высушивали до постоянной влажности не более 0,5 % по массе при помощи термоизолированной рубашки смесителя. Сухую добавку вводили в состав клея класса С0 при дозировании сухих компонентов.

На соответствие требованиям действующего НПДк клеевой сухой строительной смеси на цементном вяжущем класса С0 были протестированы две рецептуры клея:

1) Типовая рецептура 1,0 % РПП:

• портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2016 – 35,0 %,

• кварцевый песок ПБ-150-1 по ГОСТ 22551-2019 – 58,7 %,

• минеральный порошок неактивированный МП-1 по ГОСТ Р 52129-2003 – 5,0 %,

• эфир целлюлозы НРМС 100000 (водорастворимая гидроксипропилметилцеллюлоза, модифицированная) – 0,3 %,

• редиспергируемый полимерный порошок ELOTEX 60W – 1,0 %.

2) Оптимизированный состав 0,1 % Ан-1:

• портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2016 – 35,0 %,

• кварцевый песок ПБ-150-1 по ГОСТ 22551-2019 – 59,8 %,

• эфир целлюлозы НРМС 100000 (водорастворимая гидроксипропилметилцеллюлоза, модифицированная) SUZHOU MERRID NEW MATERIALS CO., LTD – 0,2 %,

• 2-% сухая добавка на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ –

5,0 %.

Для достижения подвижности по расплыву конуса по ГОСТ 310.4-81 Прк = (150±5) мм, водотвердое отношение составляло 0,19.

Как показано в таблице 1 введение 5 % сухой добавки на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ, в состав клеевой ССС класса С0 повышает способность к смачиванию поверхности керамической плитки раствором плиточного клея до 20 минут и адгезию после выдерживания в воздушно-сухих условиях на 115 %.

Заявленное изобретение позволяет получить сухую добавку на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ, которая может быть использована в качестве модифицирующей добавки - альтернативы дорогостоящему РПП в составе клея класса С0, а также в 1,5 раза сократить расход эфира целлюлозы.

Экономический эффект от данного способа составляет порядка 17 % от первоначальной себестоимости единицы готовой продукции.

Пример 2.

Сухую добавку, полученную аналогично, как в примере 1, вводили в состав клея класса С1 при дозировании сухих компонентов.

На соответствие требованиям действующего НПД к клеевой сухой строительной смеси на цементном вяжущем класса С1 были протестированы две рецептуры клея:

1) Типовая рецептура 3,0 % РПП:

• портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2016 – 35,0 %,

• кварцевый песок ПБ-150-1 по ГОСТ 22551-2019 – 56,6 %,

• минеральный порошок неактивированный МП-1 по ГОСТ Р 52129-2003 – 5,0 %,

• эфир целлюлозы НРМС 100000 (водорастворимая гидроксипропилметилцеллюлоза, модифицированная) – 0,4 %,

• редиспергируемый полимерный порошок ELOTEX 60W – 3,0 %.

2) Оптимизированный состав 0,1 % Ан-1 (2):

• портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2016 – 35,0 %,

• кварцевый песок ПБ-150-1 по ГОСТ 22551-2019 – 58,8 %,

• эфир целлюлозы НРМС 100000 (водорастворимая гидроксипропилметилцеллюлоза, модифицированная) SUZHOU MERRID NEW MATERIALS CO., LTD – 0,2 %,

• 2-% сухая добавка на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ – 5,0 %;

• редиспергируемый полимерный порошок ELOTEX 60W – 0,5 %.

Для достижения подвижности по расплыву конуса по ГОСТ 310.4-81 Прк = (150±5) мм, водотвердое отношение составляло 0,19.

Как показано в таблице 2 введение 5 % сухой добавки на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ, в состав клеевой ССС класса С1 повышает площадь смоченной поверхности через 0, 10, 20 и 30 минут в среднем на 5-10 %, а также повышает адгезию после выдерживания в воздушно-сухих условиях на 20 % и после выдерживания в воде - на 165 %. При этом адгезия после выдерживания при высоких температурах и после циклического замораживания и оттаивания остается в требуемом диапазоне и практически не изменяется.

Заявленное изобретение позволяет получить сухую добавку на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ, которая может быть использована в качестве модифицирующей добавки, частично замещающей РПП в составе клея класса С1. Введение подобной добавки позволяет сократить расход РПП в 6 раз и расход эфира целлюлозы в 2 раза.

Экономический эффект от данного способа составляет порядка 34 % от первоначальной себестоимости единицы готовой продукции.

Пример 3.

Для производства плиточного клея с улучшенными эксплуатационными свойствами на цементном вяжущем класса С2, применяемого для выполнения внутренних и наружных работ и соответствующего повышенным требованиям, была получена сухая добавка на основе анионного ПАВ и тонкомолотого мрамора (карбонатного минерального наполнителя).

Для этого жидкое анионное ПАВ методом микрораспыления во вращающемся барабане двухвального смесителя циклического действия с системой впрыска жидких компонентов через форсунки наносили на минеральный наполнитель в количестве 10 % по массе в расчете на общую массу наполнителя и высушивали до постоянной влажности не более 0,5 % по массе при помощи термоизолированной рубашки смесителя. Сухую добавку вводили в состав клея класса С2 при дозировании сухих компонентов.

На соответствие требованиям действующего НПД к клеевой сухой строительной смеси на цементном вяжущем класса С2 были протестированы две рецептуры клея:

1) Типовая рецептура 5,0 % РПП:

• портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2016 – 35,0 %,

• кварцевый песок ПБ-150-1 по ГОСТ 22551-2019 – 54,6 %,

• минеральный порошок неактивированный МП-1 по ГОСТ Р 52129-2003 – 5,0 %,

• эфир целлюлозы НРМС 100000 (водорастворимая гидроксипропилметилцеллюлоза, модифицированная) – 0,4 %,

• редиспергируемый полимерный порошок ELOTEX 60W – 5,0 %.

2) Оптимизированный состав 0,5 % Ан-1 (2):

• портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108-2016 – 35,0 %,

• кварцевый песок ПБ-150-1 по ГОСТ 22551-2019 – 58,8 %,

• эфир целлюлозы НРМС 100000 (водорастворимая гидроксипропилметилцеллюлоза, модифицированная) SUZHOU MERRID NEW MATERIALS CO., LTD – 0,2 %,

• 10-% сухая добавка на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ – 5,0 %;

• редиспергируемый полимерный порошок ELOTEX 60W – 1,0 %.

Для достижения подвижности по расплыву конуса по ГОСТ 310.4-81 Прк = (150±5) мм, водотвердое отношение составляло 0,19.

Как показано в таблице 3 введение 5 % сухой добавки на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ, в состав клеевой ССС класса С2 повышает способность к смачиванию поверхности керамической плитки раствором плиточного клея до 30 минут, а также повышает адгезию после выдерживания в воздушно-сухих условиях на 30 % и после выдерживания в воде - на 20 %. При этом адгезия после выдерживания при высоких температурах и после циклического замораживания и оттаивания остается в требуемом диапазоне и практически не изменяется.

Заявленное изобретение позволяет получить сухую добавку на основе тонкомолотого мрамора, обработанного анионным ПАВ, которая может быть использована в качестве модифицирующей добавки, частично замещающей РПП в составе клея класса С2. Введение подобной добавки позволяет сократить расход РПП в 5 раз и расход эфира целлюлозы в 2 раза.

Экономический эффект от данного способа составляет порядка 42 % от первоначальной себестоимости единицы готовой продукции.

Таким образом, изобретение позволяет:

• повысить адгезионную прочность плиточного клея на цементном вяжущем более чем на 100 % в сравнении с требованиями действующего нормативно-правового документа к клеям класса С0, применяемых для укладки плитки с нормальным водопоглощением (не менее 5 % по массе) только для выполнения работ внутри помещений, и снизить себестоимость готового продукта более чем на 15 %;

• повысить адгезионную прочность плиточного клея на цементном вяжущем после выдерживания в различных условиях по ГОСТ Р 56387 более чем на 20 % в сравнении с требованиями действующего нормативно-правового документа к клеям класса С1, применяемых для выполнения внутренних и наружных работ и соответствующих стандартным нормируемым требованиям, и снизить себестоимость готового продукта более чем на 30 %;

• повысить адгезионную прочность плиточного клея на цементном вяжущем после выдерживания в воздушно-сухих условиях и водной среде по ГОСТ Р 56387 более чем на 20 % в сравнении с требованиями действующего нормативно-правового документа к клеям класса С2, применяемых для выполнения внутренних и наружных работ и соответствующих повышенным требованиям, и снизить себестоимость готового продукта более чем на 40 %.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к производству клеевых сухих строительных смесей на цементном вяжущем. Способ повышения адгезионной прочности клеевых сухих строительных смесей (ССС) на цементном вяжущем включает модификацию карбонатного минерального наполнителя анионным поверхностно-активным веществом (ПАВ). При этом вначале проводят предварительную подготовку карбонатного минерального наполнителя во вращающемся барабане двухвального смесителя циклического действия с системой впрыска жидких компонентов через форсунки методом микрораспыления жидкого анионного ПАВ в количестве от 2 до 10% по массе в расчете на общую массу указанного наполнителя. Далее полученную массу высушивают до влажности не более 0,5% по массе при помощи термоизолированной рубашки смесителя. После чего готовую сухую добавку вводят в состав клеевой ССС в количестве до 60% по массе в расчете на общую массу смеси. Технический результат – повышение адгезионной прочности плиточного клея. 3 табл., 3 пр.

Способ повышения адгезионной прочности клеевых сухих строительных смесей (ССС) на цементном вяжущем, включающий модификацию наполнителя поверхностно-активным веществом (ПАВ), отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют карбонатный минеральный наполнитель, а в качестве поверхностно-активного вещества используют анионное ПАВ, при этом вначале проводят предварительную подготовку карбонатного минерального наполнителя во вращающемся барабане двухвального смесителя циклического действия с системой впрыска жидких компонентов через форсунки методом микрораспыления жидкого анионного ПАВ в количестве от 2 до 10% по массе в расчете на общую массу указанного наполнителя, далее полученную массу высушивают до влажности не более 0,5% по массе при помощи термоизолированной рубашки смесителя, после чего готовую сухую добавку вводят в состав клеевой ССС в количестве до 60% по массе в расчете на общую массу смеси.