Результат интеллектуальной деятельности: СЕРДЕЧНИК ГИПСОКАРТОННОГО ЛИСТА НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для производства гипсокартонных изделий.

Известны армированные материалы с различными составами сердечников гипсокартонного листа, такие как высокоэффективные несгораемые гипсоцементные композиции с повышенной устойчивостью к воде и термостойкостью для армированных цементных легких конструкционных цементных панелей [Патент RU 2592307 (С2) - 2011-12-16].

Недостатком данного решения является то, что материал уступает разработанному гипсокартонному листу на основе модифицированного гипсового вяжущего по физико-механическим характеристикам, имеет большую себестоимость и более сложную технологию.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, принятым за прототип, является сердечник гипсокартонного листа, состоящий из вяжущего [Патент RU 2200715 (С2) - 2001-05-24], состоящего из строительного гипса и золы-уноса от сжигания антрацита затворенных водой, при следующем соотношении (мас. %):

строительный гипс - 70-80;

зола-унос - 0-30.

Однако недостатками прототипа являются его невысокие прочностные характеристики.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении физико-механических свойств сердечника гипсокартонного листа (ГКЛ), позволяющих значительно увеличить его прочность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение пределов прочности при сжатии сердечника ГКЛ на основе модифицированного гипсового вяжущего.

Это достигается тем, что сердечник ГКЛ на основе модифицированного гипсового вяжущего содержит строительный гипс, стеклобой, серную кислоту и воду, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

В строительный гипс вводится измельченный стеклобой - стеклопорошок, который выполняет роль наполнителя, а также совместно с серной кислотой роль модификатора, позволяющего получить новые соединения в структуре модифицированного гипсового вяжущего.

Характеристика используемых компонентов:

- строительный гипс CaSO₄⋅0,5H₂O (ГОСТ 125-79) марки Г-5, ОАО «Хабезский гипсовый завод»;

- стеклобой; химический состав стеклобоя получен аппроксимацией средних значений различных видов стекла (табл. 1):

- серная кислота H₂SO₄ (ГОСТ 4204-77);

- вода (ГОСТ 23732-79).

Для исследования влияния состава сердечника ГКЛ на физико-механические характеристики были приготовлены 4 состава смесей с различным содержанием исходных компонентов.

Пример (табл. 2 состав №3). Стеклобой без сортировки по химическому составу измельчали в щековой дробилке, полученный стеклопорошок просеивали через сито №0355, после чего отбирали 30 граммов стеклопорошка и производили мокрый помол в вибромельнице с добавкой 15 г 0,005 М раствора серной кислоты. Помол осуществляли до удельной поверхности 500-700 м²/кг. Затем приготовленную смесь помещали в лопастную мешалку с введением 33,3 г воды и 46,5 г строительного гипса. Из полученной массы формовали образцы по ГОСТ 23789-79 с размером 40×40×160 мм. В возрасте 7 суток производили физико-механические испытания образцов. Результаты испытаний представлены в табл. 2.

У состава №2 предел прочности при сжатии достиг 16,1 МПа, у состава №3 - 16,6 МПа (табл. 2), в то время как предел прочности при сжатии у прототипа составляет всего 15,5 и 15,7 МПа (табл. 2).

В приготовленных образцах серная кислота вступает в реакцию с оксидами щелочных и щелочно-земельных металлов, высвобождающихся из частиц стекла в процессе помола. Полученные сульфаты натрия, калия и кальция (до 80% от массы примесей в стекле) при перемешивании со строительным гипсом и дальнейшем затворении увеличивают его сроки схватывания, за счет замедления кристаллизации строительного гипса, образованной кремниевой кислотой. Сульфат кальция, еще при помоле присоединивший к себе две молекулы воды, играет роль центра кристаллизации при гидратации вяжущего, сульфаты натрия и калия взаимодействуют с частицами гипса, вследствие чего происходит кольматация пор с образованием гидроглауберита и сингенита соответственно, частицы обрастают новообразованиями и укрепляют матрицу гипсового камня, что и приводит к увеличению физико-механических характеристик.

K₂SO₄+CaSO₄⋅2H₂O → K₂Ca(SO₄)₂⋅H₂O+Н₂O

10Na₂SO₄+6CaSO₄⋅2H₂O → 2Na₁₀Ca₃(SO₄)₈⋅6H₂O

Данные реакции подтверждаются рентгенофазовым анализом (фиг.1).

Таким образом, только при содержании в составе сердечника ГКЛ на основе модифицированного гипсового вяжущего 46,4-52,6 мас. % строительного гипса, 13-20 маc. % стеклобоя, 0,2-0,3 мас. % серной кислоты, затворенных 33,3-34,2 мас. % воды, создается оптимальная структура материала, тем самым обеспечивается увеличение пределов прочности при сжатии. При увеличении содержания компонентов в составе сердечника ГКЛ свыше указанных в составах 2 и 3 прочностные показатели уменьшаются до 15 МПа, за счет нарушения матрицы вяжущего вещества. При уменьшении содержания компонентов в составе сердечника ГКЛ ниже, указанных в составах 2 и 3, прочностные показатели снижаются до 14,3 МПа, вследствие недостаточного количества образовавшихся двойных солей - сингенита и гидроглауберита.

ГКЛ изготавливается путем литья полученной массы сердечника ГКЛ на основе модифицированного гипсового вяжущего на подложку (подготовленная основа в виде картонного листа и стекловолокнистой сетки) и затем накрывается слоем сетки и картонного листа.

Использование заявляемого изобретения позволит увеличить прочностные показатели ГКЛ, снизить себестоимость, улучшить экологическую обстановку за счет переработки стеклобоя, загрязняющего окружающую среду, увеличить востребованность гипсокартонных изделий на рынке строительных материалов. В отличие от других существующих технологий, одним из главных преимуществ материала является использование широкого спектра видов стеклобоя без сортировки по химическому составу.

Кроме того, при использовании отходов оптического стекла (флинтов), материал обладает радиационно-защитными свойства, против β-излучения.