Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИПСОВОЛОКНИСТЫХ ЛИСТОВ

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления облицовочных листов и других строительных изделий на основе гипса, портландцемента и целлюлозного волокна.

Известна сырьевая смесь для изготовления строительных изделий, включающая, мас. ч.: строительный гипс 9-12, асбестоцементные отходы 12-15, портландцемент 3,9-7,0, зола-унос 13,7-19,15, песок 27-37 и вода - остальное (SU 1574556 A1, С04В 11/30, опубл. 30.06.1990). Недостатком данного изобретения являются относительно невысокие показатели прочности при изгибе, а также канцерогенность асбестосодержащих компонентов сырьевой смеси.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является композиция для изготовления гипсоволокнистых плит, включающая мас. %: полуводный гипс 78,2-85,62, портландцемент 11,85-7,6, целлюлозное волокно 9,5-6,3, технические лигносульфонаты 0,45-0,48 (RU 2084419 С1, МПК С04В 28/14, опубл. 20.07.1997).

Недостатками данного изобретения являются сложный технологический процесс производства гипсоволокнистых плит, включающий процессы вакууммирования, прессования и сушки образцов, невысокие показатели физико-механических характеристик, таких как водостойкость, предел прочности при изгибе и плотности получаемых гипсоволокнистых плит. Также недостатком изобретения является отсутствие в составе композиции пуццоланового компонента, необходимого для исключения образования высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция - эттрингита, в твердеющем гипсоцементном камне, что приводит к возникновению внутренних напряжений и снижению эксплуатационных характеристик готовых изделий с течением времени. Все это ограничивает область применения изделий на основе данной композиции.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение плотности, пределов прочности при изгибе и сжатии, водостойкости, морозостойкости гипсоволокнистых листов на основе низкомарочного полуводного гипса и портландцемента, с одновременным упрощением технологического процесса путем исключения таких операций, как вакууммирование и прессование. Одной из задач является исключение образования эттрингита в процессе гидратации гипсоцементной композиции путем введения в состав гипсоволокнистых листов пуццоланового компонента. Повышение физико-механических характеристик, таких как плотность, пределы прочности при изгибе и сжатии, водостойкость, морозостойкость позволит изготавливать гипсоволокнистые листы меньшей толщины, по сравнению с изделиями по прототипу, при равных показателях прочности, что приводит к снижению материалоемкости производства, массы изделий и, как следствие, к снижению массы подоблицовочных конструкций. Это позволит значительно расширить область применения получаемых гипсоволокнистых листов как для внутренней, так и для наружной отделки зданий и сооружений.

Техническим результатом предлагаемого решения является удлинение сроков схватывания гипсоволокнистой смеси, придание ей самоуплотняющейся способности, повышение пределов прочности при изгибе и сжатии гипсоволокнистых листов, увеличение их водостойкости и морозостойкости, при одновременном упрощении производства за счет исключения таких технологических операций, как вакууммирование и прессование.

Поставленная задача достигается тем, что композиция для изготовления гипсоволокнистых листов, включающая полуводный гипс, портландцемент и целлюлозное волокно, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пуццолановый компонент - бинарную смесь метакаолина и ферросилиция при соотношении метакаолин:ферросилиций = 1:1, водный раствор поликарбоксилатного эфира «Glenium^®430», регулятор сроков схватывания и твердения «Бест-ТБ», концентрат на основе алкилсиликоната калия «Типром^®С» и воду, при следующем содержании компонентов, мас. %:

при этом степень помола целлюлозных волокон составляет 30-35°ШР, гидравлическая активность метакаолина - не менее 1200 мг/г, гидравлическая активность ферросилиция - не менее 1400 мг/г.

Применение в составе гипсоволокнистой композиции пуццоланового компонента - бинарной смеси метакаолина с гидравлической активность не менее 1200 мг/г и ферросилиция с гидравлической активность не менее 1400 мг/г при соотношении метакаолин:ферросилиций=1:1, позволяет регулировать содержание высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция - эттрингита (3СаО-Al₂O₄-3CaSO₄-(31-32)H₂O), в составе матрицы на всех этапах твердения гипсоволокнистых листов, что исключает возникновение внутренних напряжений в гипсоволокнистом камне и снижение его эксплуатационных показателей с течением времени. Необходимое количество пуццоланового компонента в составе гипсоволокнистой композиции определяли по концентрации оксида кальция, содержащегося в специальных препаратах, представляющих собой водные суспензии полуводного гипса, портландцемента и пуццоланового компонента, при условии, чтобы концентрация оксида кальция на пятые сутки не превышала 1,1 г/л, а на седьмые сутки была менее 0,85 г/л.

Применение в составе гипсоволокнистой композиции водного раствора поликарбоксилатного эфира «Glenium^®430» снижает водопотребность смеси и повышает прочностные характеристики изделий, применение регулятора сроков схватывания и твердения «БЕСТ-ТБ» увеличивает время жизнеспособности готовой смеси, что выражается в удлинении сроков схватывания. Сочетание указанных выше водного раствора поликарбоксилатного эфира и регулятора сроков схватывания и твердения придает гипсоволокнистой композиции самоуплотняющуюся способность. Применение концентрата на основе алкилсиликоната калия «Типром^®С» способствует формированию более плотной поровой структуры затвердевшего камня и приводит к повышению водостойкости и морозостойкости образцов гипсоволокнистых листов. Применение в их составе целлюлозных волокон с указанной степенью помола приводит к связыванию компонентов матрицы на микро- и макроуровне, что выражается в формировании оптимальной структуры дисперсно-армированного материала и в значительном повышении прочностных показателей готовых изделий.

Применение в составе гипсоволокнистой композиции указанных выше компонентов в указанном соотношении приводит к синергетическому эффекту и позволяет достичь требуемого технического результата.

Для изготовления гипсоволокнистой композиции использовали следующие материалы:

Полуводный гипс марки Г6БII производства ООО «Аракчинский гипс» (ГОСТ 125-79);

Портландцемент ПЦ 400 Д0 Н Вольского завода;

Метакаолин с гидравлической активностью не менее 1200 мг/г (ТУ 5729-098-12615988-2013). Для приготовления образцов использовали метакаолин с гидравлической активностью 1238 мг/г;

Промышленный отход металлургической промышленности - ферросилиций с гидравлической активностью 1450,5 мг/г, размолотый до S_yд=391 м²/кг, химический состав, %: Si - 63,7; Al - 2,5; С - 0,1; S - 0,02; Р - 0,05; Mn - 0,4; Cr - 0,4;

Целлюлозные волокна - целлюлоза хвойная сульфатная небеленая марок НСК, производства ОАО «Соломбальский ЦБК» (СТО 00279189-2-2007, ТУ 13-00279189-06-2001);

Водопроводная питьевая вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732;

Водный раствор поликарбоксилатного эфира «Glenium^® Асе 430» производства ООО «BASF Строительные системы», представляющий собой коричневую жидкость плотностью 1,04 г/см³, рН при 20°С - 5,5, максимальное содержание хлоридов ≤0,01%, максимальное содержание щелочей <0,6% (Na₂O - эквивалент);

Суперпластификатор первой группы «БЕСТ-ТБ» производства ООО «Инновационные Технологии», представляющий собой сополимер на основе эфиров карбоновых кислот с добавлением фосфатного компонента темно-коричневого цвета с плотностью (при 20°С) 1,24 г/см³, массовая доля сухого вещества 20-30%;

Кремнийорганический состав, представляющий собой 55% концентрат на основе алкилсиликоната калия «Типром^®С» производства ЗАО «САЗИ», Московская обл. по ТУ 2229-069-32478306-2003 / СТО 069-32478306-2014 - жидкость темно-коричневого цвета с наличием небольшого количества механических примесей; плотность при 25°С - 0,83 г/см³.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом: в работающий смеситель заливают расчетное количество воды, в которую добавляют заранее отдозированные водный раствор поликарбоксилатного эфира «Glenium^®430», суперпластификатор первой группы «Бест-ТБ» и концентрат на основе алкилсиликоната калия «Типром^®С» и армирующие волокна. Затем производят весовую дозировку полуводного гипса, портландцемента, пуццоланового компонента и осуществляют перемешивание до получения однородной массы. Далее из полученной смеси производят формование образцов гипсоволокнистых листов.

Количество воды затворения подбирается из условия обеспечения нормальной густоты гипсоволокнистой композиции по ГОСТ 23789-79.

Также были проведены испытания образцов по прототипу с использованием в составе вяжущего полуводного гипса марки Г6БII производства ООО «Аракчинский гипс».

Через 28 и 90 суток нормального твердения образцы подвергались механическим испытаниям. Прочность затвердевших образцов, водопоглощение, а также сроки схватывания гипсоволокнистой смеси определяли в соответствии с ГОСТ 23789-79. Морозостойкость изделий определяли в соответствии с ГОСТ 7025-91. Водостойкость образцов определяли по их коэффициенту размягчения, равному отношению пределов прочности при сжатии сухих образцов к водонасыщенным. За критерий самоуплотняющейся способности приняли способность гипсоволокнистой смеси занять весь объем формы с образованием ровных поверхностей под собственным весом без дополнительных внешних воздействий.

Составы гипсоволокнистых композиций приведены в таблице 1, результаты механических испытаний изготовленных образцов и образцов по прототипу приведены в таблице 2.

Из приведенных данных следует, что максимальные показатели прочности на сжатие и изгиб достигаются при содержании в составе вяжущего полуводного гипса в пределах 50,9-52,5% от общей массы смеси, портландцемента - 12,8-14,4%, пуццоланового компонента - бинарной смеси метакаолина с гидравлической активность не менее 1200 мг/г и ферросилиция с гидравлической активность не менее 1400 мг/г при соотношении метакаолин:ферросилиций = 1:1 - 2,2-2,5%. При введении водного раствора поликарбоксилатного эфира «Glenium^®430», регулятора сроков схватывания и твердения «Бест-ТБ» и концентрата на основе алкилсиликоната калия «Типром^®С», в количестве меньше указанных в таблице 1 (состав 2), наблюдается снижение показателей исследуемых свойств по сравнению с заявляемыми пределами. При их введении, в количестве больше указанных в таблице 1 (состав 4), исследуемые свойства гипсоволокнистой композиции увеличиваются незначительно.

Изделия, полученные согласно предлагаемому изобретению, обладают высокими прочностными характеристиками, водостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением. Использование водного раствора поликарбоксилатного эфира «Glenium^®430», суперпластификатора первой группы «Бест-ТБ» и концентрата на основе алкилсиликоната калия «Типром^®С» позволяет получить самоуплотняющуюся гипсоволокнистую смесь и увеличить время ее жизнеспособности.

Введение пуццоланового компонента - бинарной смеси метакаолина с гидравлической активностью 1238 мг/г и ферросилиция с гидравлической активностью 1450,5 мг/г при соотношении метакаолин:ферросилиций = 1:1, позволяет исключить образование эттрингита в гипсоволокнистом камне и снижение эксплуатационных характеристик гипсоволокнистых листов с течением времени.

Кроме того, исключение сложных операций вакууммирования и прессования, а также использование низкомарочного полуводного гипса и портландцемента общестроительного назначения марки М400 позволяют упростить технологический процесс изготовления изделий и снизить их стоимость.