Сухая строительная смесь
Владельцы патента RU 2267466:
Открытое акционерное общество "СОДА" (ОАО "СОДА") (RU)
Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным материалам на основе смешанных известково-цементных вяжущих, и может быть использовано для приготовления строительных растворов для производства кладочных и штукатурных работ в условиях низких положительных и отрицательных температур, обладающих повышенной морозостойкостью. Технический результат - разработка состава сухой строительной смеси, предназначенной для работы в условиях температур от +3 до -25°С, отвечающей строительным нормам по удобоукладываемости, обладающей высокой величиной сцепления с основанием, имеющей высокую водоудерживающую способность. Сухая строительная смесь, включающая цементное вяжущее - портландцемент, минеральный пластификатор, заполнитель, органическую добавку, противоморозную добавку, в качестве минерального пластификатора содержит известь гидратную, в качестве заполнителя - известняковый песок с содержанием СаСО3 90-95 мас.% и размерами частиц от 0,001 до 4,0 мм - отход производства фракции известняка, подаваемой на обжиг в производстве оксида кальция, причем известняковый песок в зависимости от размера фракции берут в следующем соотношении, мас.%: фракция 0,001-0,09 мм 1,4-9,9, 0,09-0,80 мм 47,1-59,9, 0,80-1,2 мм 11,3-21,4, 1,20-2,00 мм 0,1-15,7, 2,00-4,00 мм 0,1-20,8, в качестве органической добавки - алкилоксисилан- как редиспергируемый гидрофобизирующий агент и дополнительно содержит твердые отходы производства кальцинированной соды (ТОС) и активный минеральный наполнитель, и сухая смесь имеет следующий состав, мас.%: портландцемент 18,0-26,5, известь гидратная 0,001-8,000, известняковый песок 68,300-73,797, активный минеральный наполнитель 0,001-2,000, противоморозная добавка 1,0-2,7, редиспергируемый гидрофобизирующий агент 0,05-0,50, отход производства кальцинированной соды ТОС 0,01-0,50. Используемый алкилоксисилан представляет собой продукт полимеризации силана и поливинилового спирта и имеет насыпной вес 220-320 г/дм3.В качестве активного минерального наполнителя может быть использован активный кремнезем под торговой маркой "белая сажа", в качестве противоморозной добавки можно использовать или нитрит натрия, или поташ, или формиат натрия, или смесь нитрата кальция с мочевиной при их соотношении 2:1 (масс). Используемые твердые отходы производства кальцинированной соды (ТОС) имеют следующий, практически постоянный, состав, мас.%: СаСО3 51-69, CaSO4 2-8, CaCl2+NaCl 2-7, Ca(OH)2 7-16, SiO2 10-18. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным материалам на основе смешанных известково-цементных вяжущих, и может быть использовано для приготовления строительных растворов для производства кладочных и штукатурных работ в условиях низких положительных и отрицательных температур, обладающих повышенной морозостойкостью.
В последние десятилетия получили распространение сухие смеси для приготовления строительного раствора, позволяющие выводить строительные технологии на качественно высокий уровень - это более высокое качество выполняемых работ, уменьшение потерь при производстве, уменьшение потерь за счет мелкой фасовки сухих смесей, сокращение транспортных расходов за счет уменьшения транспортных перевозок. При работе сухими смесями исключаются ситуации простоев из-за отсутствия на объекте свежего раствора (нет зависимости от работы растворобетонного узла и транспорта), так как сухие смеси могут храниться на территории объекта продолжительное время без потери качества.
Широкую известность получили сухие строительные смеси, содержащие известково-цементное вяжущее, песок в качестве заполнителя и органические добавки (водоудерживающие, поверхностно-активные, адгезионные и т.д.) [Строительные материалы. Под ред. Г.И. Горчакова - М., "Высшая школа", 1982 г.]. Перед применением такую фасованную смесь затворяют водой.
В соответствии со стандартом (ГОСТ 28013-98) строительные растворы должны соответствовать основным показателям качества: подвижности, водоудерживающей способности, расслаиваемости, средней плотности.
Известна сухая строительная смесь, включающая цемент, песок, известковое связующее, дополнительно содержащая полимерное вяжущее, слюду, двуокись титана [А.СССР №391097, МПК С 04 В 28/02, 1973 г.].
Также известна сухая строительная смесь, включающая цемент, песок, известковое связующее, полимерное вяжущее, минеральный наполнитель. При этом в качестве минерального наполнителя используют мел с массовой долей хлористого натрия не более 1,5% и отход производства едкого натра и рассолоочистки не более 4,0%. В качестве известкового связующего - известь-пушонку - отход производства карбида кальция, известь обожженную - отход производства карбида кальция и гипохлорида кальция, в качестве полимерного вяжущего - поливинилхлорид - отход производства поливинилхлорида и дополнительно золу ТЭЦ и метилцеллюлозу [Пат. RU №2162827, МПК С 04 В 28/02, 1999 г.].
Также известна сухая строительная смесь, содержащая, мас.%:
цемент - 40-55, кварцевый песок - 45-55, известковую смесь для горных пород - 0,5-2,0, пластификатор на основе метилцеллюлозы и метилоксипропилцеллюлозы - 0,4-0,5. [Пат. RU №2119467, МПК С 04 В 28/02, 1996 г.].
Но известные строительные смеси (кладочные и штукатурные) обладают общим недостатком - невозможность выполнения работ при температуре окружающей среды ниже +5°С. Это обстоятельство является основным сдерживающим фактором энергичного увеличения потребления сухих смесей, поскольку на значительной части территории России в течение 6 и более месяцев преобладают отрицательные температуры воздуха. Проведение строительных работ в этих условиях требует либо использования различных противоморозных добавок, либо одного из методов зимнего бетонирования с прогревом или применения специальных вяжущих веществ.
В связи с вышеизложенным актуальность состава для работы в зимних условиях несомненна.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению - прототипом - является строительная смесь марки В 7,5, содержащая, мас.%:
Вяжущее (портландцемент) - 18
Заполнитель (природный песок фракции <2,5 мм) - 82
Добавка органическая (суперпластификатор С-3 - 2% от веса цемента)
Противоморозная добавка - 1% от массы цемента,
причем добавки вводятся сверх 100% и производится механоактивация смеси цемента, суперпластификатора и добавки с ускорением 10-20 g. В качестве противоморозной добавки используют поташ [Пат. RU №2182137, МПК С 04 В 28/02, 2000 г.].
Недостатки данной смеси состоят в том, что при использовании в качестве кладочного раствора данный состав неудобен в работе, имеет низкую удобоукладываемость и незначительную адгезию к кирпичу. Величина адгезии к основе не указана в описании изобретения, однако, на основании данных [F. M. Lea the chemistry of cement and concrete, London, 1956] следует, что для получения кладочного раствора высокой удобоукладываемости, обладающего хорошим сцеплением с основанием, в состав необходимо добавлять минеральные пластификаторы: известь, глину или органические пластификаторы, или минеральные наполнители. Кроме того, введение от 1 до 5% противоморозной добавки от веса цемента не позволяет применять смесь при температурах ниже минус 5°С [СНиП 82-101-98].
На основании вышеперечисленных данных указанная смесь имеет ограничения по виду выполняемых работ, в которых она может использоваться из-за своей слабой водоудерживающей способности.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава сухой строительной смеси, предназначенной для работы в условиях температур от +3 до -25°С, отвечающей требованиям строителей по удобоукладываемости, обладающей высокой величиной сцепления с основанием, имеющей высокую водоудерживающую способность. Дополнительно в изобретении предлагается способ утилизации отходов производства кальцинированной соды в качестве компонента в составе сухой строительной смеси. Поставленная задача решается тем, что смесь, включающая цементное вяжущее, минеральный пластификатор, заполнитель, органические добавки, противоморозную добавку, в качестве минерального пластификатора используют известь гидратную, а в качестве заполнителя - известняковый песок с содержанием СаСО3 90-95 мас.% и размерами частиц от 0,001 до 4,0 мм - отход производства фракции известняка, подаваемой на обжиг в производстве оксида кальция, причем известняковый песок в зависимости от размера фракции берут в следующем соотношении, мас.%:
| фракция 0,001-0,09 мм | 1,4-9,9 |
| 0,09-0,80 мм | 47,1-59,9 |
| 0,80-1,2 мм | 11,3-21,4 |
| 1,20-2,00 мм | 0,1-15,7 |
| 2,00-4,00 мм | 0,1-20,8 |
в качестве органической добавки используют продукт полимеризации силана и поливинилового спирта - как редиспергируемый гидрофобизирующий агент, дополнительно содержит твердые отходы производства кальцинированной соды (ТОС) - активный минеральный наполнитель, и сухая смесь имеет следующий состав, мас.%:
| портландцемент | 18,0-26,5 |
| известь гидратная | 0,001-8,000 |
| известняковый песок | 68,300-73,797 |
| активный минеральный наполнитель | 0,001-2,000 |
| противоморозную добавку | 1,0-2,7 |
| редиспергируемый гидрофобизирующий агент - | 0,05-0,50 |
| отход производства кальцинированной соды (ТОС) | 0,01-0,50 |
При этом используется:
- в качестве вяжущего - портландцемент бездобавочный, ГОСТ 10178-85;
- в качестве минерального пластификатора - известь гидратная;
- в качестве заполнителя - известняковый песок с размером частиц от 0,001 до 4,0 мм - отход производства фракции известняка, подаваемой на обжиг в производстве оксида кальция;
- в качестве активного минерального наполнителя - аморфный кремнезем под торговой маркой "белая сажа".
Введение активного минерального наполнителя преследует цель - повысить удобоукладываемость, улучшить сцепление с основанием (за счет увеличения площади контакта и количества связей, образованных гидросиликатами кальция), уменьшить высолообразование (за счет кольматации пор продуктами пуццолановой реакции) и повысить прочность структуры.
Наполнитель "Белая сажа" выпускается по ГОСТ 18307-78.
- в качестве противоморозной добавки - нитрит натрия, химическая формула NbB2 (ТУ-11303-3-14-89) или поташ, химическая формула К2СО3 (ГОСТ 106-90-73), или формиат натрия (ТУ 2432-011-00203803-98), или смесь нитрата кальция (ГОСТ 4142) с мочевиной (ГОСТ 2081) в соотношении масс. 2:1. Введение противоморозного компонента - электролита позволяет понизить температуру кристаллизации воды в порах раствора, способствует ускорению гидратационных процессов и оказывает водоредуцирующее действие за счет перераспределения электронной плотности исходных минералов и продуктов гидратации.
- в качестве гидрофобизатора, добавки, повышающей водоудерживащую способность, и агента, препятствующего образованию высолов, используется высокореактивный редиспергируемый агент - алкилоксисилан - продукт полимеризации силана и поливинилового спирта (например, гидрофобизатор фирмы ELOTEX под торговой маркой "Seal 80" - белый сыпучий порошок насыпной плотностью 220-320 г/дм3) в количестве 0,05-0,5 мас.%. Исследования показали, что при отрицательной температуре воздуха испарение влаги из раствора незначительно, а основную часть жидкой фазы раствор отдает в капилляры основания (кирпич керамический, силикатный). Применение диспергируемых кремнийорганических соединений (алкил-оксисиланов) позволяет в процессе затворения смеси водой быстро перевести гидрофобизатор из сухого состояния в тонкую дисперсию. При попадании первых порций дисперсии гидрофобизатора в капилляр основы (кирпич), за счет действия добавки, происходит уменьшение смачиваемости стенок капилляра, в результате чего потеря воды из раствора замедляется.
Следует отметить, что применение гидрофобизатора позволяет предотвратить появление высолов за счет уменьшения миграции влаги в капиллярах и повысить морозостойкость раствора.
- в качестве дополнительного минерального наполнителя - твердые отходы производства кальцинированной соды (ТОС), которые образуются на стадии регенерации аммиака, не находят применения и сбрасываются в отстойник-шламонакопитель.
В предлагаемой сухой строительной смеси применяются высушенные отходы ТОС влажностью не более 0,1%, ТУ 6-18-21-06-85 "Порошок из отходов содового производства".
Отход ТОС имеет следующий, практически постоянный, состав, мас.%:
| СаСО3 | 51-69 |
| CaSO4 | 2-8 |
| CaCl2+NaCl | 2-7 |
| Са(ОН)2 | 7-16 |
| SiO2 | 10-18 |
Новизна изобретения заключается:
- в качестве органической добавки - компонента, препятствующего быстрой миграции воды из раствора в подложку, и блокиратора высолообразования, при отрицательной температуре воздуха, применяется диспергируемый кремнийорганический гидрофобизатор (алкилоксисилан);
- в качестве активной минеральной добавки используют «белую сажу»;
- вместо природного песка используют известняковый песок определенных фракций;
- дополнительно используются твердые отходы производства кальцинированной соды.
Наличие всех этих перечисленных существенных отличий говорит о новизне и изобретательском уровне предлагаемого изобретения.
В результате предложенного технического решения получена сухая кладочная смесь, применение которой в условиях температур +3...-25°С позволяет получать марку раствора на сжатие М75-M100.
Приготовление сухой смеси заключается в следующем.
Сначала готовят фракционированный песок, значения фракций которого указаны выше. Для этого отход известняка фракции, менее 30 мм, сушат, измельчают и рассеивают на заявленные фракции. Далее все компоненты после весового дозирования в необходимом соотношении подаются в смеситель, в котором смешением получают готовую сухую смесь. Затем смесь фасуется в мешки или в передвижные силоса.
Испытания проводят по методикам ГОСТ 5802-86.
Примеры приготовления заявляемой смеси и ее испытания представлены в таблице.
На основании представленных данных можно сделать вывод, что заявляемая сухая строительная смесь может приготовляться и использоваться во многих районах, где часто минусовые температуры, имеет высокие показатели по водоудерживающей способности, прочностные показатели, является удобоукладываемой, позволяет уменьшить высолообразование (за счет кольматации пор продуктами пуццолановой реакции).
Кроме того, это изобретение решает и экологическую проблему - утилизируются твердые отходы производства кальцинированной соды, которые в настоящее время не находят достаточно полного применения, а сбрасываются в, так называемые, «Белые моря».
| Таблица 1 сухие кладочные смеси для работы при температуре +3...-25°С | |||||||||||
| Компоненты | содержание, масс. доля, % | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | прототип | |
| портландцемент | 18 | 20 | 20 | 20 | 20 | 21,6 | 21,6 | 21,6 | 21,6 | 26,5 | 18 |
| известняковый песок | 70,5 | 70,749 | 69,7 | 69,1 | 68,3 | 67,1 | 68,1 | 67,199 | 73,797 | 60,2 | |
| в т.ч. фракции: | |||||||||||
| 0,0001-0,09 мм | 5,4 | 1,4 | 1,4 | 1,4 | 1,4 | 9,9 | 9,9 | 9,9 | 9,9 | 18,5 | - |
| 0,09-0,8 мм | 52,2 | 52,2 | 52,2 | 52,2 | 52,2 | 47,1 | 47,1 | 47,1 | 47,1 | 59,9 | - |
| 0,8-1,2 мм | 12,8 | 12,8 | 12,8 | 12,8 | 12,8 | 11,3 | 11,3 | 11,3 | 11,3 | 21,4 | - |
| 1,2-2,0 мм | 12,8 | 12,8 | 12,8 | 12,8 | 12,8 | 15,7 | 15,7 | 15,7 | 15,7 | 0,1 | - |
| 2,0-4,0 мм | 16,8 | 20,8 | 20,8 | 20,8 | 20,8 | 16 | 16 | 16 | 16 | 0,1 | - |
| известь гидратная | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 0,001 | 8 | - |
| песок кварцевый | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 81,46 |
| нитрит натрия | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | - | - | 0,5 | 2,6 | - |
| формиат натрия | - | - | - | - | - | - | 1 | - | - | - | - |
| поташ | - | - | - | - | - | - | - | - | 2,1 | - | 0,18 |
| нитрат кальция с мочевиной | - | - | - | - | - | - | - | 2,1 | - | - | - |
| белая сажа | 2 | 0,001 | 1 | 1,5 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | - |
| гидрофобизатор | 0 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,001 | 0,5 | - |
| отход TOC | 0,5 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,001 | 0,001 | 0,2 | - |
| C-3 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,36 |
| Продолжение таблицы 1 | |||||||||||
| Параметр смеси | значение | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | прототип | |
| в/т отношение | 0,145 | 0,113 | 0,125 | 0,135 | 0,143 | 0,145 | 0,147 | 0,151 | 0,15 | 0,165 | 0,101 |
| Подвижность по | |||||||||||
| погружению конуса, см | 6-7 | 6-7 | 6-7 | 6-7 | 6-7 | 6-7 | 6-7 | 6-7 | 6-7 | 6-7 | 7-9 |
| Водоудерживающая способность, % | |||||||||||
| По ГОСТ 5802 | 98,8 | 98,7 | 98,8 | 98,9 | 99,8 | 98,8 | 98,7 | 99,1 | 99,0 | 99,2 | 98,1 |
| на керамическом кирпиче | 88,3 | 90,1 | 95,7 | 96,4 | 97,1 | 95,6 | 95,3 | 95,8 | 92,1 | 98,3 | 93,2 |
| на силикатном кирпиче | 90,4 | 90,7 | 96,7 | 97,1 | 98,3 | 96,8 | 96,5 | 96,9 | 94,5 | 98,8 | - |
| Температура применения, °C | -15 | -20 | -15 | -15 | -15 | -15 | -15 | -15 | -25 | -15 | -15 |
| Прочность после твердения | |||||||||||
| 28 сут, кг/см2: | |||||||||||
| при изгибе | - | 25 | 27 | 29 | 28 | 33 | 38 | 29 | 31 | 24 | - |
| на сжатие | 55 | 105 | 100 | 98 | 95 | 119 | 126 | 107 | 115 | 77 | 100 |
| Прочность сцепления, МПа | 0,55 | 0,15 | 0,25 | 0,37 | 0,73 | 0,77 | - | 0,55 | 0,35 | 0,3 | 0,15 |
| Марка по морозостойкости | 15 | 30 | - | 30 | 25 | - | - | >50 | >50 | 30 | 25 |
1. Сухая строительная смесь, включающая цементное вяжущее - портландцемент, минеральный пластификатор, заполнитель, органическую добавку, противоморозную добавку, отличающаяся тем, что в качестве минерального пластификатора используют известь гидратную, в качестве заполнителя - известняковый песок с содержанием СаСО3 90-95 мас.% и размерами частиц от 0,001 до 4,0 мм - отход производства фракции известняка, подаваемой на обжиг в производстве оксида кальция, причем известняковый песок в зависимости от размера фракции берут в следующем соотношении, мас.%:
| Фракция 0,001-0,09 мм | 1,4-9,9 |
| 0,09-0,80 мм | 47,1-59,9 |
| 0,80-1,2 мм | 11,3-21,4 |
| 1,20-2,00 мм | 0,1-15,7 |
| 2,00-4,00 мм | 0,1-20,8 |
в качестве органической добавки используют алкилоксисилан как редиспергируемый гидрофобизирующий агент, дополнительно содержит твердые отходы производства кальцинированной соды (ТОС) и активный минеральный наполнитель, сухая смесь имеет следующий состав, мас.%:
| Портландцемент | 18,0-26,5 |
| Известь гидратная | 0,001-8,000 |
| Известняковый песок | 68,300-73,797 |
| Активный минеральный наполнитель | 0,001-2,000 |
| Противоморозную добавку | 1,0-2,7 |
| Редиспергируемый гидрофобизирующий агент - | 0,05-0,50 |
| Отход производства кальцинированной соды ТОС | 0,01-0,50 |
2. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что алкилоксисилан представляет собой продукт полимеризации силана и поливинилового спирта, имеющий насыпной вес 220-320 г/дм3.
3. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве активного минерального наполнителя используют активный кремнезем под торговой маркой "белая сажа".
4. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве противоморозной добавки используют или нитрит натрия, или поташ, или формиат натрия, или смесь нитрата кальция с мочевиной при их соотношении 2:1 мас.
5. Сухая строительная смесь по п.1, отличающаяся тем, что твердые отходы производства кальцинированной соды (ТОС) имеют следующий, практически постоянный состав, мас.%:
| СаСО3 | 51-69 |
| CaSO4 | 2-8 |
| CaCl2+NaCl | 2-7 |
| Ca(OH)2 | 7-16 |
| SiO2 | 10-18 |
