Результат интеллектуальной деятельности: ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЕ ВЯЖУЩЕЕ

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к составам минеральных вяжущих веществ на основе жидкого стекла, и может быть использовано при изготовлении изделий и конструкций строительного назначения.

Известен состав [патент RU 2355657, опубл. 20.05.2009] сырьевой смеси для получения зольных бетонов. Сырьевая смесь включает портландцемент, песок, жидкое стекло плотностью 1,38 г/см³, золу и воду при следующем содержании компонентов, мас.ч.:

Недостатками данного состава являются сложность перемешивания смеси и образование комков, длительные сроки твердения смеси и невысокая прочность получаемых изделий. При смешивании портландцемента с разбавленным водным раствором жидкого стекла быстро образуется смесь гидросиликатов кальция и кремнегеля, которая не образует структуры твердения.

Известен состав [патент RU 2399602, опубл. 20.09.2010] бетонных смесей для изготовления теплоизоляционных материалов. В состав сырьевых смесей входят измельченная древесина, цемент, жидкое стекло, пенообразователь и вода при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Недостатком данного состава является малое содержание жидкого стекла в смеси, которое предназначено для усиления пенообразующей способности вводимых органических поверхностно-активных веществ.

Наиболее близким (прототип) является состав вяжущего, указанный в патенте [патент RU №2237630, опубл. 10.10.2004].

Согласно патенту предлагаемый состав вяжущего включает щелочной компонент - жидкое стекло с силикатным модулем n=1 и плотностью р=1,27-1,39 г/см³, а также интенсификатор твердения состава - портландцемент, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Недостатком этого состава является сложность перемешивания смеси и небольшое время схватывания, в течение которого необходимо провести формование изделий, а также использование жидкого стекла с низким модулем.

Задачей заявляемого изобретения является создание органоминерального вяжущего с регулируемыми сроками схватывания и твердения, обеспечивающего получение композиционных изделий с высокой прочностью и водостойкостью.

Поставленная задача решается тем, что состав, содержащий жидкое стекло с силикатным модулем 2,5-3,5, плотностью 1,40-1,50 г/см³ и интенсификатор твердения жидкого стекла - портландцемент, дополнительно содержит кремнийорганическую жидкость при следующем соотношении компонентов, мас. %:

В качестве кремнийорганической жидкости могут быть использованы любые широко известные жидкости (ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94, этилсиликат).

Приготовление вяжущего осуществляется последовательным смешением портландцемента, кремнийорганической жидкости и жидкого стекла.

Предварительная обработка портландцемента гидрофобной кремнийорганической жидкостью позволяет блокировать начальную высокую гидравлическую активность цемента и получить из смеси портландцемента, кремнийорганической жидкости и жидкого стекла принципиально новое органоминеральное вяжущее с уникальными свойствами. При отсутствии в смеси кремнийорганической жидкости быстро протекает реакция обмена между образующимся гидроксидом кальция и жидким стеклом, что отрицательно сказывается на формировании кристаллической структуры и клеющей способности жидкого стекла. Введение кремнийорганической жидкости позволяет модифицировать поверхность частиц гидроксида кальция, что дает возможность управлять процессом формирования структуры во времени.

При указанных плотностях жидкое стекло содержит 37-45 мас. % твердой фазы и 55-63 мас. % жидкой фазы (воды). Основным минералом портландцемента является трехкальциевый силикат Ca₃SiO₅. При взаимодействии трехкальциевого силиката с водой согласно уравнению

2Ca₃SiO₅+6H₂O=Ca₃Si₂O₇·3H₂O+3Са(ОН)₂

происходит образование низкоосновных кальциевых гидросиликатов и гидроксида кальция, который, взаимодействуя с жидким стеклом, связывает ионы натрия в нерастворимые натрий-кальциевые гидросиликаты и кремнегель. В связи с этим роль портландцемента заключается не только в интенсификации твердения жидкого стекла за счет связывания значительных количеств воды, но и в создании объемного кристаллического каркаса за счет образования нерастворимых натрий-кальциевых гидросиликатов и кремнегеля, что повышает прочность и водостойкость вяжущего.

К числу других преимуществ предлагаемого вяжущего относится возможность ввода любых количеств жидкого стекла, что обеспечивает высокие адгезионные и когезионные свойства вяжущего. Предлагаемое вяжущее обладает высокой адгезионной способностью к различным материалам: кварцевому песку, золам ТЭЦ, вермикулиту, древесным опилкам и пр., что позволяет использовать его при изготовлении композиционных материалов с различными наполнителями.

Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами.

Пример 1. К жидкому стеклу (17,2 мас. %) с модулем М=2,5 и плотностью ρ=1,50 г/см³ прибавляют при перемешивании смесь этилсиликата (1,25 мас. %) и портландцемента (1,25 мас. %), после чего вводят кварцевый песок крупностью менее 1 мм (80,3 мас. %) и полученную композицию перемешивают в течение 1-2 минут. Образцы для испытаний формуют методом прессования при давлении 15 МПа и сушат при температуре 200°C в течение 3 часов.

Пример 2. К жидкому стеклу (16,1 мас. %) с модулем М=2,8 и плотностью ρ=1,47 г/см³ прибавляют при перемешивании смесь ГКЖ-10 (1,7 мас. %) и портландцемента (1,7 мас. %), после чего вводят кварцевый песок (80,5 мас. %) крупностью менее 0,5 мм, молотый в течение 30 минут в мельнице. Полученную композицию перемешивают в течение 1-2 минут. Формование и сушку образцов проводят аналогично методике, указанной в Примере 1.

Пример 3. К жидкому стеклу (35,5 мас. %) с модулем М=3,0 и плотностью ρ=1,45 г/см³ прибавляют при перемешивании смесь ГКЖ-11 (3,8 мас. %) и портландцемента (3,8 мас. %), после чего вводят вермикулит вспученный крупностью менее 3 мм (56,9 мас. %) и полученную композицию перемешивают в течение 1-2 минут. Образцы для испытаний формуют методом прессования при давлении 1 МПа и сушат при температуре 200°C в течение 3 часов.

Пример 4. К жидкому стеклу (37 мас. %) с модулем М=3,5 и плотностью ρ=1,40 г/см³ прибавляют при перемешивании смесь ГКЖ-94 (3,9 мас. %) и портландцемента (3,9 мас. %), после чего вводят перлит вспученный крупностью менее 1 мм (55,2 мас. %) и полученную композицию перемешивают в течение 1-2 минут. Формование и сушку образцов проводят аналогично методике, указанной в Примере 3.

Пример 5. К жидкому стеклу (35,5 мас. %) с модулем М=3,2 и плотностью ρ=1,43 г/см³ прибавляют при перемешивании смесь ГКЖ-10 (3,8 мас. %) и портландцемента (3,8 мас. %), после чего вводят алюмосиликатные микросферы крупностью менее 0,25 мм (56,9 мас. %) и полученную композицию перемешивают в течение 1-2 минут. Образцы для испытаний формуют методом прессования при давлении 5 МПа и сушат при температуре 200°C в течение 3 часов.

Пример 6. К жидкому стеклу (37 мас. %) с модулем М=2,9 и плотностью ρ=1,48 г/см³ прибавляют при перемешивании смесь этилсиликата (3,9 мас. %) и портландцемента (3,9 мас. %), после чего вводят древесные опилки крупностью менее 5 мм (55,2 мас. %) и полученную композицию перемешивают в течение 1-2 минут. Образцы для испытаний формуют методом прессования при давлении 1 МПа и сушат при температуре 130°C в течение 3 часов.

Пример 7. К жидкому стеклу (55,7 мас. %) с модулем М=2,8 и плотностью ρ=1,48 г/см³ прибавляют при перемешивании смесь ГКЖ-11 (3,8 мас. %) и портландцемента (3,8 мас. %), после чего вводят вермикулит вспученный крупностью менее 3 мм (36,7 мас. %) и полученную композицию перемешивают в течение 1-2 минут. Формование и сушку образцов проводят аналогично методике, указанной в Примере 3.

Пример 8. К жидкому стеклу (31,6 мас. %) с модулем М=3,3 и плотностью ρ=1,45 г/см³ прибавляют при перемешивании смесь этилсиликата (3,95 мас. %) и портландцемента (3,95 мас. %), после чего вводят древесные опилки крупностью менее 5 мм (60,5 мас. %) и полученную композицию перемешивают в течение 1-2 минут. Формование и сушку образцов проводят аналогично методике, указанной в Примере 6.

Компонентный состав и свойства изделий органоминерального вяжущего приведены в таблице.

Использование равных массовых количеств кремнийорганической жидкости в качестве пептизатора-замедлителя схватывания и портландцемента в качестве интенсификатора твердения позволяет получить вяжущий материал, изделия на основе которого обеспечивают водостойкость полученных изделий до 0,85 и прочность при сжатии до 67 МПа.

Преимущества перед известными составами: возможность регулирования сроков схватывания и твердения вяжущего, высокие значения скорости набора прочности, а также повышенная водостойкость получаемых изделий. В настоящее время в качестве вяжущего используют в основном портландцемент, с помощью которого можно получить изделия при длительном твердении. Вяжущие на основе портландцемента набирают марочную прочность в течение 28 суток, в случае пропарки - не менее 1 суток. Благодаря относительно высокой скорости схватывания и набора прочности, изделия на основе заявляемого состава можно сушить уже через 30 минут после формования. Полный цикл изготовления изделий составляет 3,5 часа.