Сухая композиция для создания самовыравнивающихся быстротвердеющих наливных полов
Владельцы патента RU 2540703:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления быстротвердеющих самовыравнивающихся литых изделий и конструкций типа наливных полов промышленных и гражданских зданий, торговых и спортивных залов, автопарковок, гаражей. Сухая композиция для создания самовыравнивающихся быстротвердеющих наливных полов, включающая гипсовое вяжущее, суперпластификатор и активатор твердения, в качестве вяжущей основы содержит смесь портландцемента, алюминатного цемента и гипсового вяжущего - α-полугидрата кальция, в качестве суперпластификатора - полиэтиленгликоль и сополимер винилацетат-этилен, а в качестве активатора твердения - высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью 6000-9000 см2/г при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 8,4-15,6; алюминатный цемент - 12,8-23,4; α-полугидрат сульфата кальция - 4,5-10,2; полиэтиленгликоль - 0,8-3,9; винилацетат-этилен - 3,0-4,6; высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью 6000-9000 см2/г - 20,4-27,0; наполнитель - остальное. Технический результат - увеличение скорости набора прочности отверждаемой композиции на ранних стадиях (1-7 суток) и увеличение прочности в 28-суточном при одновременном сохранении эксплуатационных и эстетических свойств полученного композиционного материала. 4 з.п. ф-лы, 6 пр., 1 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления быстротвердеющих самовыравнивающихся композиций, литых изделий и конструкций типа наливных полов промышленных и гражданских зданий, торговых и спортивных залов, автопарковок, гаражей.
Известна самовыравнивающая композиция для устройства пола, содержащая α-полугидрат сульфата кальция и портландцемент в качестве вяжущих, стабилизирующую и модифицирующую добавку (лигносульфонаты) и воду [1].
Это изобретение имеет существенные недостатки: отсутствуют данные о наборе прочности композиции и ее нормированной максимальной прочности (через 28 сут.).
Известна строительная композиция, включающая, мас.ч.: гипсосодержащее минеральное вяжущее - 100; нейтрализованный сополимер метакриловой кислоты и акрилонитрила - 0,4-4,0; водорастворимую соль двух- или трехвалентного металла или смесь этих солей - 0,5-6,0; воду - 50-77 [2].
Композиция имеет высокую подвижность и обладает свойством самовыравнивания, а при отверждении на воздухе в течение 28 суток ее прочность при сжатии составляет 14,1 МПа.
Недостатками композиции являются: короткое время жизнеспособности в высокоподвижном состоянии, невысокая механическая прочность как на раннем, так и на конечном этапах отверждения.
Известен способ приготовления композиции для устройства самовыравнивающегося основания пола [3]. Композиция состоит из ангидритового вяжущего (CaSO4), активатора твердения, в качестве которого взят продукт обессеривания дымовых газов, содержащий сульфат и сульфит кальция, суперпластификатора С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| ангидритовое вяжущее | 79,0-89,2 |
| указанный активатор | 9,2-19,0 |
| суперпластификатор С-3 | 1,6-2,0 |
Данная композиция является однородной, самовыравнивающейся, обладает высокими пластифицирующими свойствами и быстро набирает прочность на ранних этапах твердения (1-7 суток).
Это изобретение является наиболее близким по технической сущности и выбрано нами в качестве прототипа.
Предложенная в прототипе композиция имеет следующие недостатки.
Продукты обессеривания дымовых газов горнообогатительного производства, используемые в качестве активатора твердения, нестабильны по своему составу, что сказывается на их активирующих свойствах и скорости набора прочности композиции. В изобретении нет данных о жизнеспособности композиции в высокоподвижном состоянии, о ее максимальной прочности при отверждении и водостойкости.
Задачей изобретения является создание сухой композиции для самовыравнивающихся быстротвердеющих наливных полов, обладающей при затворении оптимальным временем жизнеспособности в высокоподвижном состоянии, увеличение скорости ее отверждения на раннем этапе и увеличение максимальной прочности в нормированное время (28 сут.) при одновременном сохранении эксплуатационных и эстетических свойств материала.
Это достигается тем, что сухая композиция для создания быстротвердеющих самовыравнивающихся наливных полов, включающая гипсовое вяжущее, суперпластификатор и активатор твердения, отличается тем, что в качестве вяжущей основы взята смесь портландцемента, α-полугидрата сульфата кальция (гипса) и алюминатного цемента, в роли суперпластификатора - полиэтиленгликоль и сополимер винилацетат-этилен, а в качестве активатора твердения - высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью 6000-10000 см2/г при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| портландцемент | 8,4-15,6 |
| алюминатный цемент | 12,8-23,4 |
| сульфат кальция (α-полугидрат) | 4,5-10,2 |
| суперпластификатор: | |
| полиэтиленгликоль | 0,8-3,9 |
| винилацетат-этилен | 3,0-4,6 |
| активатор твердения: | |
| высокодисперсный диоксид кремния | 20,4-27,0 |
| наполнитель | остальное |
Для получения сухой композиции в качестве вяжущей основы использована смесь порошков (удельная поверхность 4000-4500 см2/г) портландцемента, алюминатного цемента и гипса в виде полугидрата сульфата кальция CaSO4*0,5H2O.
В качестве активатора твердения брали молотый высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью 6000-9000 см2/г. Дисперсность порошков контролировали с помощью лазерного анализатора размеров частиц Fritsch Analysette 22 NanoTech.
В качестве суперпластифицирующей добавки использована смесь порошков полиэтиленгликоля и сополимера винилацетат-этилена.
Предложенный состав сухой композиции с установленным в нем соотношением ингредиентов позволяет реализовать необходимую подвижность затворенной массы, ее способность самовыравниваться и оптимальное время жизнеспособности, а также обеспечить достаточно быстрый набор прочности на раннем этапе отверждения и высокую конечную прочность полученного материала с одновременным сохранением его высоких эксплуатационных и эстетических свойств.
Высокая подвижность и самовыравнивание затворенной композиции достигается при низкой величине водотвердого отношения В/Т=0,20-0,27, а при отверждении на воздухе она быстро набирает прочность на ранней стадии (1-7 суток) твердения. Это вызвано использованием в составе композиции активного высокодисперсного диоксида кремния и суперпластифицирующей добавки. При тонком диспергировании диоксида кремния происходит механическая деструкция его структуры с разрывом ≡Si-О-Si≡ связей и образованием активных частиц свободнорадикального типа.
Образование таких частиц регистрировали методом электронного парамагнитного резонанса (э.п.р.).
Полиэтиленгликоль и сополимер винилацетат-этилен оказывают не только эффективное пластифицирующее действие на затворенную массу, но и химически взаимодействуют с активными частицами высокодисперсного диоксида кремния и частицами вяжущего, вызывая появление органоминеральных новообразований и снижая поверхностное натяжение на границе раздела фаз твердое тело - жидкость. В результате этого происходит интенсификация процессов гелеобразования и последующей за ней кристаллизации, вызывая ускорение отверждения композиции. Кроме того, формирование органоминеральных новообразований приводит к связыванию «свободных» катионов Са2+, не вошедших в кристаллогидраты. Это резко снижает концентрацию Са2+ на поверхности затворенной массы, а при ее отверждении на поверхности композиции практически не происходит «высолообразования»; формируется поверхность эстетичного вида.
Для получения сухой композиции в качестве вяжущей основы использована смесь высокомарочных порошков (удельная поверхность 4000-4500 см2/г): портландцемента М-500, алюминатного высокоглиноземистого ВГЦ I (М-400) и гипса марки Г-16 в виде полугидрата сульфата кальция CaSO4*0,5H2O.
В качестве активатора твердения брали молотый высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхность 6000-9000 см2/г. Дисперсность порошков контролировали с помощью лазерного анализатора размеров частиц Fritsch Analysette 22 NanoTech.
В качестве суперпластифистирующей добавки использована смесь порошков полиэтиленгликоля и сополимера винилацетат-этилена.
В качестве наполнителя использованы диспергированные (0,1-1,0 мм) инертные горные породы высокой прочности и высокой твердости: граниты, гранитогнейсы, диорит, кварц, гроссуляр.
Предложенный состав сухой композиции с установленным в нем соотношением ингредиентов позволяет реализовать необходимую подвижность затворенной массы, ее способность самовыравниваться и оптимальное время жизнеспособности, а также обеспечить достаточно быстрый набор прочности на раннем этапе отверждения и высокую конечную прочность полученного материала с одновременным сохранением его высоких эксплуатационных и эстетических свойств.
Из сухой композиции могут изготавливаться быстротвердеющие самовыравнивающиеся материалы, монолитные строительные изделия и конструкции различных цветов, если в базовый состав сухой смеси вводить добавки минеральных пигментов: оксидов хрома, титана, железа, марганца или ультрамарина, умбры, сажи или мела, сурика, охры в количестве 0,3-4,0 мас.% сверх 100%.
Примеры приготовления сухой композиции, получения из нее высокоподвижной самовыравнивающейся массы и отверждения.
Пример 1.
Для приготовления партии сухой композиции берут, мас.%: портландцемент - 15,6, алюминатный цемент - 23,4, альфа полугидрат сульфата кальция (гипс) - 4,5, полиэтиленгликоль - 3,9, винилацетат-этилен - 4,6, высокодисперсный диоксид кремния - 24 и гранитный песок дисперсностью 0,1-1,0 мм - 24.
Указанные дозированные количества ингредиентов перемешивают всухую в течение 5 минут.
Далее полученную сухую композицию затворяют чистой водой при температуре 20°C и перемешивают до образования высокоподвижной самовыравнивающейся массы без комочков (скорость вращения мешалки 400-600 об./мин). Подвижность массы определяют по вискозиметру Сутторда.
Данная сухая композиция образовала самовыравнивающуюся массу при величине водотвердого отношения В/Т=0,27. Пятно расплыва составляло 24 см, время жизнеспособности массы в высокоподвижном состоянии 40 минут.
Подвижную массу заливают в специальные формы для изготовления образцов и отверждают на воздухе при комнатной температуре. Изготавливают образцы двух видов: а) пластинки размером 40×30×10 мм для исследования трещиноустойчивости, однородности и равномерности распределения окраски (пигментированные составы) в материале; б) балочки размером 160×40×40 мм для определения прочностных свойств и водостойкости.
Измерение прочности полученных материалов проводят после отверждения их на воздухе при 20°C в течение 1, 3, 7 и 28 суток. Данные измерения приведены в таблице.
Пример 2.
Для приготовления партии сухой композиции берут, мас.%: портландцемент - 8,4, алюминатный цемент - 12,8, альфа полугидрат сульфата кальция (гипс) - 10,2, полиэтиленгликоль - 0,8, винилацетат-этилен 3,0, высокодисперсный диоксид кремния - 20,4 и песок гранитогнейса дисперсностью 0,1-1,0 мм - 44,4.
Указанные дозированные количества ингредиентов перемешивали всухую в течение 5 минут.
Затворение сухой композиции водой, получение высокоподвижной самовыравнивающейся массы, ее отверждение и последующие измерения свойств проводились аналогично примеру 1.
Данная сухая композиция образовывала высокоподвижную самовыравнивающую массу при затворении 24 мас.% воды. Время жизнеспособности составляло 45 мин, В/Т=0,24. Прочностные и другие свойства отвержденной композиции представлены в таблице.
Пример 3.
Для приготовления партии сухой композиции берут, мас.%: портландцемент - 11,0, алюминатный цемент - 16,5, альфа полугидрат сульфата кальция (гипс) - 7,0, полиэтиленгликоль - 2,1, винилацетат-этилен - 3,8, высокодисперсный диоксид кремния - 27,0 и кварцевый песок дисперсностью 0,1-1,0 мм - 32,6.
Композицию перемешивали всухую в течение 5 мин, далее затворяли водой до образования высокоподвижной, самовыравнивающейся массы. Это состояние достигалось при величине водотвердого отношения В/Т=0,22 (расплыв пятна 25 см). Время жизнеспособности 53 минуты. Прочностные и другие свойства композиции при ее отверждении приведены в таблице.
Пример 4.
Для приготовления партии сухой композиции берут, мас.%: портландцемент - 13,2, алюминатный цемент - 19,0, альфа полугидрат сульфата кальция (гипс) - 5,9, полиэтиленгликоль - 2,8, винилацетат-этилен - 3,4, высокодисперсный диоксид кремния - 22,0 и диорит дисперсностью 0,1-1,0 мм - 33,7.
Указанные дозированные количества ингредиентов перемешивали всухую в течение 5 минут.
Затворение сухой композиции водой, получение высокоподвижной самовыравнивающейся массы, ее отверждение и последующие измерения свойств проводят аналогично примеру 1.
Свойства композиции в затворенном высокоподвижном и отвержденном состояниях приведены в таблице.
Пример 5.
Для приготовления партии сухой композиции берут, мас.%: портландцемент - 9,0, алюминатный цемент - 14,0, альфа полугидрат сульфата кальция (гипс) - 8,0, полиэтиленгликоль - 2,5, винилацетат-этилен - 3,5, высокодисперсный диоксид кремния - 21,0, гранит дисперсностью 0,1-1,0 мм - 21,0 и диорит дисперсностью 0,1-1,0 мм - 21,0.
Указанные дозированные количества ингредиентов перемешивали всухую в течение 5 минут.
Затворение сухой композиции водой, получение высокоподвижной самовыравнивающейся массы, ее отверждение и последующие измерения свойств проводят аналогично примеру 1.
Пример 6.
Для приготовления партии сухой композиции берут, мас.%: портландцемент - 13,2, алюминатный цемент - 19,0, альфа полугидрат сульфата кальция (гипс) - 5,9, полиэтиленгликоль - 2,8, винилацетат-этилен - 3,4, высокодисперсный диоксид кремния - 22,0, гранит дисперсностью 0,1-1,0 мм - 16,8 и гроссуляр дисперсностью 0,1-1,0 мм - 16,9.
Указанные дозированные количества ингредиентов перемешивали всухую в течение 5 минут. Далее все операции осуществляют аналогично примеру 1.
Свойства композиции приведены в таблице.
Анализ полученных результатов показывает (таблица), что созданная сухая композиция, при выполнении одновременно всей совокупности условий, относящихся к признакам изобретения, обеспечивает при ее затворении высокую подвижность и самовыравнивание массы в течение времени, необходимого для распределения ее по большой поверхности, а при отверждении на воздухе композиция быстро набирает прочность на раннем этапе и имеет высокую конечную (28 сут.) прочность.
Сопоставление свойств полученных композиций со свойствами композиций прототипа и аналогов показал следующие преимущества предлагаемого технического решения:
- созданные композиции имеют более высокую скорость отверждения на ранних стадиях и набирают в 1-7 суток прочность ~ в 1,5 раза выше;
- нормированная прочность (28 сут.) при сжатии выше ~ в 2 раза;
- при отверждении созданных композиций у них формируются гладкие однородные поверхности эстетичного вида.
Полученная сухая композиция апробирована в условиях опытного производства и может быть рекомендована к широкому производству самовыравнивающихся быстротвердеющих материалов, литых строительных изделий и конструкций типа бесшовных наливных полов, в том числе цветных.
При устройстве наливного пола или нанесения цветного покрытия на какую-либо строительную конструкцию самовыравнивающаяся масса наливается на предварительно подготовленную соответствующим образом поверхность. Поверхность должна быть выровненной, сухой, очищенной от пыли, следов жира, масел и других загрязнений. Трещины, сколы, отверстия и другие дефекты должны быть заделаны, углубления до 10 мм и более заполнены ремонтным цементным «раствором» за 24 часа до начала нанесения композиционной смеси. Для лучшей адгезии композиции к бетонному основанию пола его целесообразно обработать грунтовкой, нанося ее на поверхность валиком, щеткой или распылителем. Кроме того, до нанесения покрытия на основание по периметру помещения (вдоль стен, колонн) уложить ограждающие полоски (например, из полистирола), служащие демпферной прокладкой между нанесенной композицией и конструкциями здания.
Подготовленная самовыравнивающаяся композиция выливается непосредственно на поверхность и растекается по ней, формируя ровный слой требуемой толщины. В зависимости от состава композиции и подвижности массы, толщину слоя можно варьировать от 2 до 10 мм. Растекшуюся массу рекомендуется прокатать игольчатым валиком для ее более равномерного распределения и удаления из нее захваченных пузырьков воздуха.
В случае необходимости нанесения нескольких слоев самовыравнивающейся композиции, то каждый последующий слой наносится на полностью высохший предыдущий, обработанный грунтовкой.
Заливку площадей небольших размеров целесообразно выполнять за один прием, а большие площади делить на сектора и заливать последовательно.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. SU №1470713,1989. Способ устройства пола.
2. RU №2107671, 1998. Строительная композиция.
3. RU №2045494, 1995. Способ приготовления композиции для уствойства самовыравнивающегося основания пола (прототип).
| Таблица | |||||||||||
| Свойства полученных композиций, композиций прототипа и аналогов. | |||||||||||
| Пример № | Высокоподв. состояние | Отвержденная композиция | |||||||||
| В/Т | Время жизнесп., мин. | Механическая прочность, кг/см2 | Коэффициент водостойкости Кв* | ||||||||
| 1 сутки | 3 суток | 7 суток | 28 суток | ||||||||
| Rсжатия | Rрастяж. | Rсжатия | Rрастяж. | Rсжатия | Rрастяж. | Rсжатия | Rрастяж. | ||||
| 1 | 0,27 | 40 | 98,4 | 14,1 | 131,0 | 17,3 | 270,3 | 20,5 | 360,2 | 24,4 | 0,85 |
| 2 | 0,24 | 45 | 101,1 | 15,0 | 128,1 | 16,6 | 249,2 | 19,3 | 310,1 | 23,0 | 0,87 |
| 3 | 0,22 | 53 | 104,3 | 15,8 | 132,6 | 17,8 | 276,0 | 21,2 | 345,4 | 23,9 | 0,90 |
| 4 | 0,24 | 42 | 102,3 | 14,4 | 129,0 | 16,5 | 256,1 | 19,7 | 323,1 | 24,0 | 0,84 |
| 5 | 0,25 | 45 | 100,2 | 15,1 | 127,0 | 16,1 | 249,2 | 19,0 | 311,3 | 22,9 | 0,81 |
| 6 | 0,24 | 45 | 102,5 | 13,9 | 130,1 | 15,8 | 261,1 | 18,8 | 317,4 | 23,4 | 0,85 |
| RU №2045494 прототип | 0,19-0,40 | - | 26,0-67,5 | - | - | - | 82,0-187,0 | - | - | - | - |
| RU №2107671 аналог | 93-150 | - | - | - | - | - | - | 141,5 | 87,3 | 0,24-0,80 | |
| SU №1470713 аналог | 033-0,50 | 15-30 | - | - | - | - | - | - | - | 7,8-15,6 | - |
| *Кв. - отношение прочности водонасыщенного образца к прочности образца, отвержденного на воздухе (28 сут.) |
1. Сухая композиция для создания самовыравнивающихся быстротвердеющих наливных полов, включающая гипсовое вяжущее, суперпластификатор и активатор твердения, отличающаяся тем, что в качестве вяжущей основы взята смесь портландцемента, алюминатного цемента и гипсового вяжущего - α-полугидрата сульфата кальция , в роли суперпластификатора - полиэтиленгликоль и сополимер винилацетат-этилен, а в качестве активатора твердения - высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью 6000-9000 см2/г при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| портландцемент | 8,4-15,6 |
| алюминатный цемент | 12,8-23,4 |
| α-полугидрат сульфат кальция | 4,5-10,2 |
| суперпластификатор: | |
| полиэтиленгликоль | 0,8-3,9 |
| винилацетат-этилен | 3,0-4,6 |
| активатор твердения: | |
| высокодисперсный диоксид | |
| кремния | 20,4-27,0 |
| наполнитель | остальное |
2. Сухая композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит минеральный наполнитель, в качестве которого взяты инертные прочные горные породы: гранит или гранитогнейс, или диорит, или кварц, или гроссуляр.
3. Сухая композиция по п. 2, отличающаяся тем, что минеральный наполнитель диспергирован до размеров частиц 0,1-1,0 мм.
4. Сухая композиция по п. 1-3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пигментирующую добавку в количестве 0,3-4,0 мас.% от массы композиции, сверх 100%.
5. Сухая композиция по п. 4, отличающаяся тем, что в качестве пигментирующей добавки она содержит порошки оксидов хрома, титана, железа, марганца или ультрамарина, умбры, сажи или мела, сурика, охры.
