Теплоэффективный клей
Владельцы патента RU 2495002:
Открытое акционерное общество "Технологический институт "ВНИИжелезобетон" (RU)
Изобретение относится к теплоэффективному клею для склеивания особо легких опалубочных элементов из полистиролбетона и ячеистого бетона. Теплоэффективный клей включает композиционное вяжущее на основе портландцемента, активированные техногенные отходы алюмосиликатного состава с удельной поверхностью 3500-4500 см2/г, легкий заполнитель с размером частиц не более 3 мм, воздухововлекающую и модифицированную пластифицирующую добавку. Использование теплоэффективного клея для склеивания обеспечивает требуемые параметры качества по прочности и теплопроводности при минимальной толщине клеевого шва. 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам, в частности к клеевым композициям для склеивания особо легких опалубочных элементов из полистиролбетона, ячеистого бетона или тяжелого бетона в сборно-монолитном, коттеджном или многоэтажном домостроительстве в виде блоков, стеновых камней, плит, перемычек, а также в качестве герметиков, уплотненных и ремонтных смесей и крепительных составов для декоративно-отделочных работ.
Известна клеевая композиция, включающая полимер, минеральный наполнитель, модификатор и диспергатор-растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%: 12,7-32,99 полимера, 40,0-55,0 минерального наполнителя, 0,01-0,3 модификатора и остальное - диспергатор-растворитель. Недостатком известной клеевой композиции является использование в своем составе летучих растворителей, таких как этилацетат, бутилацетат, или бензин, или уайт-спирит, или толуол, или бензол, что в значительной степени приводит к увеличению содержания вредных примесей в атмосфере воздуха и снижению экологической безопасности окружающей среды (Патент РФ №2109788, клеевая композиция, кл. 6 C09J 11/00, опубл. 25.05.93).
Известна клеевая композиция для строительных работ, включающая, мас.%: 19-23 натриевое жидкое стекло, 3-4,6 30-50%-ный раствор гидрата окиси натрия; 16-24 портландцемент; 29-33 низкокальциевая зола уноса ТЭС; 9,5-16 заполнитель; 2,8-5 противоморозная добавка; 0,5-0,7 гипсовое вяжущее; вода - остальное.
Недостатком известной композиции являются относительно высокая плотность затвердевшего материала и высокая его теплопроводность, а также присутствие в ее составе токсичных компонентов в виде натриевого жидкого стекла и раствора гидрата окиси натрия (Патент РФ №2199502, кл. 7 C04B 28/26, опубл. 11.05.2000).
Наиболее близкой к заявленной по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления теплоизоляционных изделий, включающая композиционное вяжущее на основе активированных техногенных отходов алюмосиликатного состава, пенополистирольный заполнитель, воздухововлекающую и водоредуцирующую добавки и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: 55-95 активированного техногенного отхода, 0-40 цементного клинкера, 0-5 гипса, 0-5 хлорид натрия, 0-3 водоредицирующей добавки, 1,73-11,37 легкого заполнителя, вода - остальное, при этом смесь в качестве заполнителя содержит пенополистирольный гравий фракции 0-10 мм (Патент РФ №2169132, кл. C04B 38/08, 7/14, 7,42, опуб. 20.06.2001)
| Размер фракции, мм | Объем, % | Масса, % |
| 5,0-10,0 | 15-30 | 20,0 |
| 2,5-5,0 | 20-35 | 25,0 |
| 1,25-2,5 | 30-40 | 32,5 |
| 0-1,25 | 20-30 | 22,5 |
Недостатком известной композиции является относительно низкая адгезия к основе, а также присутствие в ее составе относительно крупных гранул пенополистирольного заполнителя размером до 10 мм, что не позволяет формировать тонкослойные клеевые соединения толщиной 2-3 мм.
Техническая задача заключается в создании теплоэффективного клея плотностью 600-800 кг/м3 пониженной теплопроводности для склеивания опалубочных элементов из полистиролбетона и ячеистого бетона при обеспечении требуемых параметров качества по прочности и теплопроводности при минимальной толщине клеевого шва.
Поставленная задача решается тем, что теплоэффективный клей, включающий композиционное вяжущее на основе портландцемента и активированных техногенных отходов алюмосиликатного состава, легкий заполнитель, водоудерживающую и модифицированную пластифицирующую добавку и воду, в качестве активированных техногенных отходов содержит доменный или электротермофосфорный граншлак с удельной поверхностью 3000-4750 см2/г и/или бокситовый шлам, и/или конверторный граншлак, измельченный до удельной поверхности 3500-4500 см2/г или их смесь при массовом соотношении указанных компонентов 1:0,5, модифицированная поверхностно-активным веществом «Лидер-К» в количестве 0,01-0,07% к массе композиционного вяжущего, в качестве легкого заполнителя содержит пенополистирольные гранулы или стеклогранулы, или керамзитовый гравий полифракционного состава, или пенополистирол в виде отхода пиления пенополистирольных массивов, или перлитовый песок или их двойные или тройные смеси в любых объемных соотношениях с максимальным размером частиц не более 3 мм, в качестве водоудерживающей добавки содержит вещество из группы: метилгидроксиэтилцеллюлозу или метилгидроксипропилцеллюлозу, или редиспергируемые сополимерные порошки мономеров винилацетата или версатата, или акрилата, или этилена с поливиниловым спиртом, в качестве модифицированной пластифицирующей добавки содержит комплексную добавку полифункционального действия, отличающуюся тем, что в качестве функционально-активного вещества она содержит компонент из группы: пластификатор на основе поликарбоксилатов в виде водорастворимых солей щелочных и щелочноземельных металлов полиакриловых кислот, или пластификатор на основе продуктов сополимеризации полиакриловых кислот с алиловым или оксиэтилированным алиловым спиртом или малеиновой кислотой в виде тех же водорастворимых солей, или пластификатор на основе натриевых или кальциевых солей сульфированных продуктов поликонденсации нафталина с формальдегидом, или пластификатор на основе тех же солей сульфированных продуктов поликонденсации меламина с формальдегидом, или пластификатор на основе тех же солей сульфированных продуктов поликонденсации отходов производства фенола на основе кумилфенола и димеров а-метилстирола или их двойные или тройные смеси в любых соотношениях, модифицированные добавками направленного действия в количестве 0-5 мас.% в виде лигносульфонатов технических (ЛСТ), или водорастворимых формиатов щелочных и щелочноземельных металлов, или гидрофобизирующего агента на основе кремнийорганических соединений, или водных полимерных дисперсий на основе стирола, или бутадиена, или акронитрила, или смолы древесной нейтрализованной омыленной (СДО), или в виде смеси натриевых или триэтаноловых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракций C9-C14, или смесь тех же солей алкилсерных кислот фракций C10-C16, или смесь тех же солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракций C9-C12 или их двойные или тройные смеси в равных соотношениях при следующем соотношении компонентов, мас.%: композиционное вяжущее 36,0-57,0; легкий заполнитель 7,5-13,5; водоудерживающая добавка 0,054-0,09; модифицированная пластифицирующая добавка 0,018-0,042; вода - остальное.
При этом максимальная плотность легкого заполнителя не превышает 160 кг/м3.
Предлагаемая теплоэффективная клеевая смесь от известной отличается большей удельной поверхностью композиционного вяжущего, фракционным составом легкого заполнителя, природой водоудерживающей и пластифицирующей добавки, а также соотношением компонентов.
Использование легкого заполнителя с размером частиц не более 3 мм вместо 0-10 мм по прототипу позволяет формировать проектную толщину клеевого соединения при сохранении требуемых параметров качества по прочности и теплопроводности.
В качестве водоудерживающей добавки использовали эфиры целлюлозы из группы эфиров целлюлозы под условным наименованием Mesellose FMC или LK-70M, или их смесь в равных соотношениях, в качестве модифицирующей пластифицирующей добавки использовали пластификатор С-3 на основе натриевых солей полиметиленнафталиновых сульфокислот, а в качестве легкого заполнителя использовали пенополистирольный заполнитель с максимальным размером гранул до 3 мм, плотностью 8-20 кг/м3 или перлитовый песок фракции 0-1,5 мм плотностью 75-100 кг/м3 или их двойные смеси в равных соотношениях.
В качестве поверхностно-активного вещества для композиционного вяжущего использовали вещество под условным наименованием «Лидер-К» по ТУ 2483-005-13923249-2008.
Это позволило получать активированное вяжущее с заданными параметрами по его удельной поверхности, пространственной конфигурации его частиц при минимальных удельных энергетических затратах на процесс активации, а также позволяет получать теплоэффективный клей с заданными физико-механическими и теплофизическими характеристиками.
Состав теплоэффективного клея и его теплофизические характеристики приведены в табл.1 и 2.
Анализ данных показывает, что использование композиционного вяжущего с удельной поверхностью до 4750 г/см2, легкого пенополистирольного заполнителя в виде гранул размером не более 3 мм, в том числе стеклогранул, керамзитового гравия и перлитового песка и использование предложенной водоудерживающей добавки в сочетании с модифицированной пластифицирующей добавкой полифункционального действия обеспечивает получение теплоэффективного клея плотностью 600-800 кг/м3 с коэффициентом теплопроводности 0,062-0,15 Вт/(м·°C) сопоставимым с теплопроводностью полистиролбетона на уровне 0,06-0,145 Вт/(м·°C) при обеспечении требуемых параметров качества по толщине клеевого шва и его адгезионной прочности.
Сравнительный анализ данных показывает, что толщина клеевого шва по прототипу (см. табл.2, составы 19-21) более чем в 3 раза превышает проектное значение при более низких его прочностных характеристиках.
Использование же технического решения за пределами заявленных условий (см. табл.2, составы 16-18) также не приводит к желаемым результатам. Теплопроводность клеевого шва возрастает в несколько раз по сравнению с предложенным составом.
Источники информации
1. Патент РФ №2109788, кл. 6 C09J 11/00, опубл. 25.05.1993.
2. Патент РФ №2199502, кл. 7 C04B 28/26, опубл. 11.05.2000.
3. Патент РФ №2169132, кл. C04B 38/08, 7/14, 7,42, опуб. 20.06.2001
| Таблица 1 | |||||
| Состав теплоэффективного клея | |||||
| №№ состава | Состав смеси теплоэффективного клея, мас., % | ||||
| Композиционное вяжущее | Легкий заполнитель фракции 0-3 мм | Водоудерживающая добавка | Модифицированная пластифицирующая добавка | Вода | |
| 1 | 36,0 | 13,5 (ППГ) | 0,09 FMC60150 | 0,042 Melfluxl641F | остальное |
| 2 | 36,0 | 13,5 (РПП) | 0,09 FMC15US | 0,042 Melflux1651F | остальное |
| 3 | 36,0 | 13,5 (ПРП) | 0,09 FMC2070 | 0,042 MelmentF10 | остальное |
| 4 | 36,0 | 13,5 (СТГ) | 0,09 FMC2310 | 0,042 СПС-3 | остальное |
| 5 | 36,0 | 13,5 (КГ) | 0,09 LK-70M | 0,042 MeImentF15G | остальное |
| 6 | 46,2 | 10,5 (ППГ) | 0,072 FMC60150 | 0,03 Melflux1641F | остальное |
| 7 | 46,2 | 10,5 (РПП) | 0,072 FMC15US | 0,03 Melflux1651F | остальное |
| 8 | 46,2 | 10,5 (ПРП) | 0,072 FMC2070 | 0,03 MelmentF10 | остальное |
| 9 | 46,2 | 10,5 (СТГ) | 0,072 FMC2310 | 0,03 СПС-3 | остальное |
| 10 | 46,2 | 10,5 (КГ) | 0,072 LK-70M | 0,03 MelmentF15G | остальное |
| 11 | 57,0 | 7,5 (ППГ) | 0,054 FMC60150 | 0,18 Melflux1641F | остальное |
| 12 | 57,0 | 7,5 (РПП) | 0,054 FMC15US | 0,18 Melflux1651F | остальное |
| 13 | 57,0 | 7,5 (ПРП) | 0,054 FMC2070 | 0,18 MelmentF10 | остальное |
| 14 | 57,0 | 7,5 (СТГ) | 0,054 FMC2310 | 0,18 СПС-3 | остальное |
| 15 | 57,0 | 7,5 (КГ) | 0,054 LK-70M | 0,18 MelmentF15G | остальное |
| 16 | 57,0 | 22,766 (строительный песок) | 0,054 FMC60150 | 0,18 Melflux1641F | остальное |
| 17 | 57,0 | 22,766 (строительный песок) | 0,054 FMC15US | 0,18 Melflux1651F | остальное |
| 18 | 57,0 | 22,766 (строительный песок) | 0,054 FMC2070 | 0,18 MelmentF10 | остальное |
| 19 | 53,57 | 11,05 (ППГ*) | 0.23 FMC2310 | - | остальное |
| 20 | 64,28 | 5,76 (ППГ*) | 0,09 LK70M | 0,64 Лигнопан Б | остальное |
| 21 | 72,19 | 1,76 (ППГ*) | 0,08 FMC60150 | 0,44 СПС-3 | остальное |
| Примечание: ППГ - пенополистирольные гранулы; РПП - рваный пенополистирол; ПРП - перлитовый песок; СТГ - стеклогранулы; КГ - керамзитовый гравий. | |||||
| * - составы №19-21 по прототипу на легком заполнителе (ППГ) фракции 0-1 Омм. |
| Таблица 2 | ||||||||
| Теплофизические характеристики теплоэффективного клея | ||||||||
| №№ состава | Плотность ПСБ, кг/м3 | Плотность клея, кг/м3 | Прочность ПСБ при сжатии, МПа | Прочность клея при сжатии, МПа | Адгезионная прочность клеевого шва, МПа | Толщина клеевого шва, мм | Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/м °C) | |
| ПСБ | Клеевого шва | |||||||
| 1 | 150-200 | 600 | 0,2-0,25 | 3,2 | 0,09-0,1 | 2,3 | 0,06 | 0,02 |
| 2 | 150-200 | 600 | 0,2-0,25 | 3,2 | 0,09-0,1 | 2,0 | 0,06 | 0,065 |
| 3 | 150-200 | 600 | 0,2-0,25 | 3,2 | 0,09-0,1 | 2,5 | 0,06 | 0,064 |
| 4 | 150-200 | 600 | 0,2-0,25 | 3,2 | 0,09-0,1 | 3,0 | 0,06 | 0,065 |
| 5 | 150-200 | 600 | 0,2-0,25 | 3,2 | 0,09-0,1 | 2,2 | 0,06 | 0,062 |
| 6 | 250-300 | 700 | 0,35-0,5 | 4,0 | 0,12-0,125 | 3,0 | 0,08 | 0,085 |
| 7 | 250-300 | 700 | 0,35-0,5 | 4,0 | 0,12-0,125 | 2,5 | 0,08 | 0,082 |
| 8 | 250-300 | 700 | 0,35-0,5 | 4,0 | 0,12-0,125 | 2,3 | 0,08 | 0,085 |
| 9 | 250-300 | 700 | 0,35-0,5 | 4,0 | 0,12-0,125 | 2,0 | 0,08 | 0,09 |
| 10 | 250-300 | 700 | 0,35-0,5 | 4.0 | 0,12-0,125 | 2,7 | 0,08 | 0,09 |
| 11 | 400 | 600 | 1,02 | 3,2 | 0,15 | 3,0 | 0,1 | 0,11 |
| 12 | 450 | 700 | 1,48 | 4,0 | 0,17 | 2,5 | 0,115 | 0,12 |
| 13 | 500 | 750 | 2,15 | 5.1 | 0,21 | 2,0 | 0,125 | 0,13 |
| 14 | 550 | 800 | 2,7 | 5,8 | 0,25 | 2,7 | 0,135 | 0,14 |
| 15 | 600 | 850 | 3,42 | 6,3 | 0,27 | 3,0 | 0,145 | 0,15 |
| 16 | 300 | 1800 | 0,35-0,5 | 25,7 | 0,125 | 2,3 | 0,08 | 0,58 |
| 17 | 450 | 1800 | 1,48 | 25,7 | 0,17 | 2,5 | 0,115 | 0,58 |
| 18 | 600 | 1800 | 3,42 | 25,7 | 0,27 | 2,3 | 0,145 | 0,58 |
| 19 | 300 | 600 | 0,55 | 0,55 | 0,08 | 9,5 | 0,08 | 0,09 |
| 20 | 450 | 700 | 1,50 | 1,50 | 0,12 | 10,0 | 0,115 | 0,12 |
| 21 | 600 | 800 | 3,52 | 3,52 | 0,18 | 9,8 | 0,145 | 0,15 |
| Примечание: составы №19-21 по прототипу. |
Теплоэффективный клей, включающий композиционное вяжущее на основе портландцемента и активированных техногенных отходов алюмосиликатного состава, легкий заполнитель, водоудерживающую и модифицированную пластифицирующую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве активированных техногенных отходов содержит доменный или электротермофосфорный граншлак с повышенной удельной поверхностью 3000-4750 см2/г и/или бокситовый шлам, и/или конверторный граншлак, измельченный до удельной поверхности 3500-4500 см2/г, а в качестве легкого заполнителя содержит пенополистирольные гранулы или стеклогранулы, или керамзитовый гравий полифракционного состава, или пенополистирол в виде отхода пиления пенополистирольных массивов, или перлитовый песок, или их двойные или тройные смеси в любых объемных соотношениях, с максимальным размером частиц не более 3 мм, в качестве водоудерживающей добавки содержит вещество, выбранное из метилгидроксиэтилцеллюлозы или метилгидроксипропилцеллюлозы, или редиспергируемых сополимерных порошков мономеров винилацетата или версатата, или акрилата, или этилена с поливиниловым спиртом, в качестве модифицированной пластифицирующей добавки содержит комплексную добавку полифункционального действия, выбранную из пластификатора или смеси пластификаторов, таких как пластификатор на основе поликарбоксилатов в виде водорастворимых солей щелочных и щелочноземельных металлов полиакриловых кислот, или пластификатор на основе продуктов сополимеризации полиакриловых кислот с алиловым или оксиэтилированным алиловым спиртом или малеиновой кислотой в виде тех же водорастворимых солей, или пластификатор на основе натриевых или кальциевых солей сульфированных продуктов поликонденсации нафталина с формальдегидом, или пластификатор на основе тех же солей сульфированных продуктов поликонденсации меламина с формальдегидом, или пластификатор на основе тех же солей сульфированных продуктов поликонденсации отходов производства фенола на основе кумилфенола и димеров α-метилстирола или их двойные или тройные смеси в любых соотношениях, модифицированные добавками направленного действия в количестве 0-5 мас.% в виде лигносульфонатов технических (ЛСТ), или водорастворимых формиатов щелочных и щелочноземельных металлов, или гидрофобизирующего агента на основе кремнийорганических соединений, или водных полимерных дисперсий на основе стирола, или бутадиена, или акронитрила, или смолы древесной нейтрализованной омыленной (СДО), или в виде смеси натриевых или триэтаноловых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракций C9-C14, или смесь тех же солей алкилсерных кислот фракций C10-C16, или смесь тех же солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракций C9-C12 или их двойные или тройные смеси в равных соотношениях при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Композиционное вяжущее | 36,0-57,0 |
| Легкий заполнитель | 7,5-13,5 |
| Водоудерживающая добавка | 0,054-0,09 |
| Модифицированная пластифицирующая добавка | 0,018-0,042 |
| Вода | Остальное |
