Сырьевая смесь для приготовления кладочных и штукатурных растворов

Изобретение относится к области строительных материалов. Технический результат - увеличение морозостойкости и прочностных свойств кладочных и штукатурных растворов, расширение использования местной минерально-сырьевой базы. Сырьевая смесь для приготовления кладочных и штукатурных растворов включает, мас.%: известь строительную 36-54, песок искусственный мергельный класса 1,0-0,0 мм обезвоженный 44-54, песок кварцевый природный 1-20. 1 табл.

 

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к сырьевым смесям для приготовления кладочных и штукатурных растворов.

Известен штукатурный раствор, включающий в мас.%: известь 13,79-14,82, песок 68,96-74,67, отход от электрохимического травления алюминиевых сплавов 10,51-17,25 (А.с. №1271848, С04В 28/20, С04В 18/04, БИ №43, 1986).

Недостатком известного штукатурного раствора является низкие прочность при сжатии и теплопроводность.

Известен строительный раствор, включающий в мас.%: молотую негашеную известь 20-30; водный раствор лигносульфонатов 20-30; сульфат хрома 0,4-1,0; заполнитель - остальное (А.с. №1768552, С04В 28/18, БИ №38, 1992 г.).

Недостатком известного строительного раствора является низкий коэффициент теплопроводности.

Известна также строительная смесь для учебных работ по кирпичной кладке, включающая, мас.%: известь 26-30, мел 18-25, мылонафт 0,6-0,9; клей животный 0,3-0,6; песок - остальное (патент РФ №2163577, С04В 28/20, БИ №6, 2001 г.).

Недостатком этой смеси является высокая плотность и низкие теплоизоляционные свойства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является строительный раствор на основе извести и кварцевого песка, взятых в соотношении известь:песок, равном 1:4 (Лабораторный практикум по курсу минеральные вяжущие вещества. Ю.С.Буров, B.C.Колокольников, М., 1967, с.132).

Недостатком этой смеси является то, что получаемые растворы обладают высокой теплопроводностью и высокой плотностью, т.е получаются тяжелые растворы с недостаточной морозостойкостью и прочностью.

Задачей изобретения является получение легких кладочных и штукатурных растворов с улучшенными физико-техническими свойствами.

Технический результат - увеличение морозостойкости и прочностных свойств кладочных и штукатурных растворов, расширение использования местной минерально-сырьевой базы.

Указанный технический результат достигается тем, что известная сырьевая смесь для приготовления кладочных и штукатурных растворов, включающая известь строительную, кварцевый песок природный, дополнительно содержит песок искусственный мергельный класса 1,0-0,0 мм обезвоженный, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известь строительная	36-54
песок искусственный
мергельный класса 1,0-0,0 мм
обезвоженный	44-54
песок кварцевый природный	1-20

Песок искусственный мергельный обезвоженный, добавляемый в сырьевую смесь, позволяет получить легкий и прочный строительный раствор с высокой морозостойкостью (30 циклов), повышенной прочностью (3,88 МПа) и средней плотностью 1020 кг/м³.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из отобранных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемой сырьевой смеси для приготовления кладочных и штукатурных растворов, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной сырьевой смеси. Результаты поиска показали, что поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Вещества, используемые в заявляемом составе:

известь строительная по ГОСТ 9179

песок кварцевый природный для строительных работ по ГОСТ 8736

песок искусственный мергельный обезвоженный следующего химического состава, мас.%: SiO₂ 58,30, Al₂O₃ 8,94; Fe₂O₃ 5,26; СаО 14,46; MgO 11,63; Na₂O 0,53; K₂O 0,88.

Песок искусственный мергельный обезвоженный получают путем дробления природного (сырого) мергеля Ишлинского месторождения Республики Татарстан до крупности меньше 1,0 мм, имеющего химический состав, мас.%: SiO₂ 47,28, Al₂O₃ 7,25; Fe₂O₃ 4,27; СаО 11,73; MgO 9,43; Na₂O 0,43; K₂O 0,71; СО₂ 10,12; Н₂O (вода) 8,78 и минеральный состав мас.%: монтмориллонит 46, кварц 23, кальцит 21, мусковит 6, полевой шпат 4, который нагревают до постоянного веса в течение 25 минут при температуре 1020°С.

Глубокое обезвоживание применялось для удаления всех типов воды, присутствующей в породе, а именно свободной и связанной, и повышения технологических свойств мергеля. Свободная (гравитационная) вода в виде молекул воды заполняет все промежутки в породе, а связанная вода (конституционная, кристаллизационная и адсорбционная) входит в состав минералов и образует с ними единое целое. Кристаллизационная вода входит в кристаллическую решетку минералов в виде молекул воды, например часть воды в монтмориллоните. Адсорбционная вода представляет собой молекулы воды, которые механически притягиваются минералами благодаря поверхностной энергии. К адсорбционной воде относится и межплоскостная вода, которая типична для силикатов со слоистой структурой, например для монтмориллонита. Различные типы вод удаляются из минералов при различных температурах. Так, свободная и адсорбционная выделяются при нагревании породы до температуры 100-110°С. Кристаллизационная вода выделяется в большинстве случаев при нагревании до температуры 300°С, а конституционная удаляется при нагревании в интервале температур 500-1000°С (Лазаренко Е.К. Курс минералогии. - М.: «Высшая школа», 1963. - С.41-43).

Водосодержащими минералами в породе мергель являются монтмориллонит и мусковит. В процессе обезвоживания монтмориллонит при нагревании до 300°С выделяет адсорбционную и межслоевую молекулярную воду, а при нагревании от 500°С до 950°С - кристаллизационную и конституционную воду. Мусковит дегидратирует в интервале температур от 800°С до 1000°С (Иванова В.П., Касатов Б.К., Красавина Т.Н., Розинова Е.Л. Термический анализ минералов и горных пород. - Л.: «Недра», 1974. - С.161 и 166). Термомодифицированный песок искусственный мергельный обезвоженный имеет ряд преимуществ перед природным мергелем. Например, средняя его плотность меньше в 2,14 раза в сравнении с песком из сырого природного мергеля (соответственно 946 и 2025 кг/м³), пористость больше в 1,74 раза (соответственно 62 и 35,6%), прочность увеличивается в 3 раза (соответственно 60 и 20 МПа) и не распускается в водной фазе. За счет повышения пористости увеличивается сцепление со связующим, т.е. с известью, что в свою очередь увеличивает прочность. Кроме того, на качество штукатурных и кладочных растворов оказывают влияние форма песчинок и характер их поверхности. Для этого мергель подвергают дроблению, получают песок и называют искусственным. Наиболее ценными являются пески с острогранными зернами, имеющие шероховатую и более развитую поверхность, что характерно для искусственных дробленых песков. Такие пески обеспечивают более прочное сцепление песчинок с известью, чем пески с гладко окатанными шаровидными зернами. В связи с этим для производства кладочных и штукатурных растворов предпочтительнее применять искусственный дробленый песок, угловатые частицы которого при сохранении объема и массы сырья для частиц природного стандартного кварцевого песка имееют большую площадь поверхности. Например, при равных объеме и массе, но различных по форме (шаровидной, кубической, параллелепипедной, пирамидальной) песчинки имеют разные площади поверхности. По сравнению с поверхностью частиц шаровидной формы площадь поверхности частиц кубовидной формы больше на 24,31%, пирамидальной больше на 34,84%. Большая площадь сцепления обуславливает повышенную прочность при сжатии затвердевших кладочных и штукатурных растворов. Таким образом искусственный обезвоженный песок из мергеля приобретает новые технологические свойства в сравнении с природным мергелем.

Гранулометрический состав песка искусственного мергельного обезвоженного, мас.%

0,63-1,0 мм	10
0,35-0,63 мм	34
0,16-0,315 мм	27
0,05-0,16 мм	24
0,0-0,05 мм	5

В процессе приготовления сырьевой смеси для строительного раствора по предлагаемому решению готовят составы, содержание компонентов и свойства продуктов твердения которых, в сравнении с известными, даны в таблице 1.

Пример 1.

Предложенную сырьевую смесь готовят следующим образом: берут извести строительной 25%, песка кварцевого природного 63%, песка искусственного мергельного обезвоженного 12%, тщательно перемешивают в сухом состоянии до полного смешения всех компонентов. Затем в сухую смесь добавляют воду при соотношении воды к твердому 0,5-0,6, тщательно перемешивают до нормальной густоты. Полученную смесь подвергают формованию посредством литья в металлические формы размером 7×7×7 см. Твердение образца происходит в естественных условиях на воздухе при комнатной температуре в течение 28 суток. После высушивания образцов определяют их плотность, прочность, теплопроводность и морозостойкость. Предел прочности при сжатии, плотность и морозостойкость определяют по ГОСТ 5802, теплопроводность - по ГОСТ 26254. Состав смесей и результаты испытаний приведены в таблице 1.

Примеры 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.

Смесь готовят по примеру 1, но с тем отличием, что изменяют содержание компонентов: извести строительной, песка кварцевого природного, песка искусственного мергельного обезвоженного. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Пример 9 (прототип).

Смесь готовят по примеру 1 с тем отличием, что в состав не вводят песок искусственный мергельный обезвоженный, а берут извести строительной 20% и песка кварцевого природного 80%. Результаты приведены в таблице 1.

Из приведенных данных видно, что оптимальным соотношением компонентов в смеси являются составы по примерам 4-7, где содержание песка кварцевого находится в пределах 1-20%. С увеличением содержания песка кварцевого до 63% плотность и теплопроводность изделий остаются высокими, соответственно 1480 кг/м³ и 0,461 Вт/м·К.

Таблица 1
Примеры	Составы	Содержание компонентов, мас.%	Физические свойства
Известь строительная	Песок искусственный мергельный обезвоженный	Песок кварцевый природный	Прочность на сжатие, МПа	Средняя плотность, кг/м3	Теплопроводность Вт/м·К	Морозостойкость не <, цикл
1	1	25	12	63	1,6	1480	0,461	25
2	2	28	26	46	1,58	1340	0,367	20
3	3	31	44	25	1,19	1220	0,320	25
4	4	36	44	20	1,9	1200	0,320	25
5	5	38	54	8	3,8	1020	0,270	30
6	6	50	45	5	2,91	1100	0,32	30
7	7	54	45	1	2,77	1130	0,356	30
8	8	29	70	1	0,26	960	0,261	30
9	9	20	-	80	2,38	1560	0,487	15
ГОСТ 28013	Для легких растворов				Не меньше 0,4	Меньше 1500	Не регламентируется	Больше 10

Увеличение содержания песка искусственного мергельного обезвоженного в смеси до 70% ведет к снижению прочности изделий, а уменьшение содержания его до 12% - к увеличению плотности.

Состав по примеру 9 обладает высокой средней плотностью - 1560 кг/м³, высокой теплопроводностью - 0,487 Вт/м·К и низкой прочностью 2,38 МПа. Коэффициент теплопроводности строительных растворов из заявляемой смеси в 1,03-1,8 раза меньше, а морозостойкость в 2 раза больше по сравнению с прототипом.

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, так как удовлетворяет следующим условиям:

заявляемый состав строительного теплоизоляционного раствора предназначен для использования в промышленности, а именно для приготовления кладочных и штукатурных растворов;

для заявляемой сырьевой смеси в том виде, как она охарактеризована в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность получения смеси при помощи описанных в заявке примеров.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленной применимости».

Использование заявляемого изобретения обеспечивает возможность получения кладочных и штукатурных растворов прочных, морозоустойчивых со средней плотностью 1020-1340 кг/м³ и теплопроводностью 0,27-0,367 Вт/м·К, а также ведет к расширению использования местного сырья в производстве кладочных и штукатурных растворов.

Сырьевая смесь для приготовления кладочных и штукатурных растворов, включающая известь строительную и песок кварцевый природный, отличающаяся тем, что смесь дополнительно содержит песок искусственный мергельный класса 1,0-0,0 мм обезвоженный при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Известь строительная	36-54
Песок искусственный
мергельный класса 1,0-0,0 мм обезвоженный	44-54
Песок кварцевый природный	1-20