Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИПСОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления облицовочных плит 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 плит 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 плит пуццоланового компонента. Повышение физико-механических характеристик, таких как плотность, пределы прочности при изгибе и сжатии, водостойкость, морозостойкость, позволит изготавливать гипсоволокнистые плиты 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 плит 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 плит, 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 плит, включающая полуводный гипс, портландцемент и целлюлозное волокно, отличается тем, что дополнительно содержит пуццолановый компонент - метакаолин, поликарбоксилатный эфир «Одолит-К», регулятор сроков схватывания и твердения «Бест-ТБ», гомогенную смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» и воду, при следующем содержании компонентов, мас. %:

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

Применение в составе гипсоволокнистой композиции пуццоланового компонента - метакаолина с гидравлической активностью не менее 1200 мг/г позволяет регулировать содержание высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция - эттрингита (3CaO-Al₂O₄-3CaSO₄-(31-32)H₂O) в составе матрицы, 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 метакаолина, 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 поликарбоксилатного эфира «Одолит-К» 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 поликарбоксилатного эфира и регулятора сроков схватывания и твердения придает гипсоволокнистой композиции самоуплотняющуюся способность. Применение гомогенной смеси олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» способствует формированию более плотной поровой структуры затвердевшего камня и приводит к повышению водостойкости и морозостойкости образцов гипсоволокнистых плит. 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 требуемый технический результат.

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;

Пуццолановая добавка - 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;

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

Водопроводная питьевая вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732;

Пластификатор первой группы с ускоряющим и самоуплотняющим действием на основе поликарбоксилатов «Одолит-К», произведенный по ТУ 5745-01-96326574-08, представляет собой полупрозрачную вязкую жидкость в водном растворе без содержания хлора, производства ООО «Сервис-Групп», плотностью 1,06 г/см³, рН при 20°С - 6,9;

Регулятор сроков схватывания и твердения «БЕСТ-ТБ» производства ООО «Инновационные Технологии», суперпластификатор первой группы, представляет 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%;

Гомогенная смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» производства ОАО «Химпром» г. Новочебоксарск по ТУ 2435-427-05763441-2004. Эмпирическая формула: RO-[-Si(OR)2 O-]m-R, R=C2H5. Представляет собой прозрачную жидкость плотностью при температуре 20°С - 1,06 г/см³, массовая доля двуокиси кремния - 41%, массовая доля тетраэтоксисилана - 12,7%, массовая доля хлористого водорода - 0,02%, массовая доля этилового спирта - 0,15%.

Предлагаемое изобретение осуществляется следующим образом: в работающий смеситель заливают расчетное количество воды, в которую добавляют заранее отдозированные поликарбоксилатный эфир «Одолит-К», суперпластификатор первой группы «Бест-ТБ», гомогенную смесь олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» и армирующие волокна. Затем производят весовую дозировку полуводного гипса, портландцемента, метакаолина и осуществляют перемешивание до получения однородной массы. Далее из полученной смеси производят формование образцов гипсоволокнистых плит.

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 соответствие 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 51,1-51,8% от общей массы композиции, портландцемента - 12,9-13,6%, метакаолина с гидравлической активностью 1238 мг/г - 2,1-2,4%. При введении поликарбоксилатного эфира «Одолит-К», регулятора сроков схватывания и твердения «Бест-ТБ» и гомогенной смеси олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» в количестве, меньшем 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 полимерного поликарбоксилатного эфира «Одолит-К», суперпластификатора первой группы «Бест-ТБ» и водной гомогенной смеси олигоэтоксисилоксанов «Этилсиликат-40» позволяет получить самоуплотняющуюся гипсоволокнистую смесь и увеличить время ее жизнеспособности.

Введение пуццоланового компонента - метакаолина с гидравлической активностью 1238 мг/г позволяет исключить образование эттрингита в гипсоволокнистом камне и снижение эксплуатационных характеристик гипсоволокнистых плит 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.