Результат интеллектуальной деятельности: Сухая строительная смесь для изготовления подстилающих слоев пола и основного штукатурного слоя, ремонта и заделки швов стен и потолков зданий

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к сухим строительным смесям, которые можно использовать в промышленном и гражданском строительстве для изготовления подстилающих слоев пола, изготовлении напольных плит, при нанесении основных штукатурных слоев, при ремонте и заделке швов стен и потолков зданий.

Известен водонепроницаемый цементно-песчаный строительный раствор, применяемый для гидроизоляционных стяжек в санузлах жилых зданий. Его готовят в соотношении цемент к песку, равном 1:3, при водоцементном отношении 0,4-0,5. Количество вводимой добавки (бентонитовой глины) составляет от 2 до 7 мас. % [1].

Наиболее близкой к предлагаемой растворной смеси является строительная смесь, состоящая из цемента и песка в соотношении, мас. %: цемент - 25-35; песок - остальное при водоцементном отношении 0,4-0,44 [2].

Недостатком указанных строительных смесей, связанных с их качественным и количественным составом, являются сравнительно невысокие адгезионные свойства и прочность на изгиб. Известно, что напольные стяжки, штукатурки, швы стен и потолков при совместной работе с несущими конструкциями подвергаются изгибающим нагрузкам и должны обеспечивать надежное сцепление с основанием. При недостаточных характеристиках именно на этих слоях, в первую очередь, появляются трещины, снижающие защитные и эксплуатационные свойства конструкций.

Целью предлагаемого изобретения является повышение адгезионных свойств и прочности при изгибе застывшего раствора на основе сухой строительной смеси при сохранении качественных характеристик.

Цель изобретения достигается тем, что сухая строительная смесь для изготовления подстилающих слоев пола и основного штукатурного слоя, ремонта и заделки швов стен и потолков зданий имеет состав, мас. %:

при этом минеральное вяжущее имеет состав, мас. %:

а песчаная смесь имеет состав, мас. %:

гранулированный доменный шлак помолот до удельной поверхности не менее 4100 см²/г, а шлак гранулированный из конвертерного шлама помолот до удельной поверхности не менее 4300 см²/г.

В лабораторных условиях осуществлены примеры изготовления сухой строительной смеси согласно изобретению. Сухую строительную смесь готовили по следующей технологии.

Необходимую удельную поверхность сырьевых компонентов минерального вяжущего получили помолом в шаровой мельнице типа МШ-АПМ 900x900: гранулированный доменный шлак проходил процесс механоактивации в течение 2,5 часов до удельной поверхности 4100 см²/г, шлак гранулированный из конвертерного шлама - 3 ч 10 мин до удельной поверхности 4300 см²/г, гипсовый камень дробили вручную и с перетиранием частиц просеивали на контрольных ситах №008 с остатком до 9%. Порошкообразную сильногидравлическую известь строительную также просеивали на контрольных ситах №008 с остатком до 9%. Перед приготовлением растворной смеси влажность сухой строительной смеси составляла 0,3%.

В бетономешалку принудительного перемешивания с целью получения более однородной смеси загружали предлагаемую сухую строительную смесь в количестве от отмеренного объема и части воды, перемешивали в течение 45 сек. Останавливали бетоносмеситель для снятия налипшей смеси на стенки смесителя, добавляли оставшийся объем сухой строительной смеси и воды и перемешивали еще в течение 2 мин.

При изготовлении образцов прототипа для сравнительной оценки физико-механических свойств использовали строительную смесь из кварцевого песка класса I с модулем крупности Мк 2,3 (фракция 2-2,5 мм) с насыпной плотностью 1590 кг/м³, соответствующий требованиям ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ» и портландцемент М400-Д20 ЗАО «Пикалевский цемент». Цемент и кварцевый песок смешивали в соотношении 1:3,3 для получения раствора М300, что регламентировано требованиями СП 29.133330.2011 в части применения цементно-песчаных растворов для напольных стяжек. Водоцементное отношение приняли 0,48.

Для определения предела прочности на изгиб затвердевшей смеси предлагаемого изобретения и прототипа виброуплотнением формовали образцы - призмы размером 40×40×160 мм (по 3 шт. на каждый пример). Через 28 суток твердения производили испытания образцов в нормально-влажностных условиях при температуре 20-22°С. Прочность на изгиб затвердевшего строительного раствора оценивали по ГОСТ 310.4-81. «Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии». Из трех испытаний на каждый пример выводили среднее значение. Результаты представлены в таблицах 1 и 2.

Определение прочности сцепления (адгезии) раствора производилось на цилиндрических образцах (по 5 шт. на каждый пример) диаметром 50 мм, толщиной 10 мм. На бетонные основания размером 320×170×40 мм, с прочностью на сжатие кл. В25 укладывали цилиндрические образцы растворных смесей, разглаживали и в период твердения (до окончания процесса твердения) оценивали их качество на сцепление с помощью усеченного конического кольца. Образцы первые 7 суток твердели в эксикаторах во влажных условиях (не ниже 95%) при температуре 20-22°С. Далее образцы помещались в нормально-влажностные условия и твердели в течение 21 суток. После нормативных сроков твердения оценка прочности сцепления с бетонным основанием проводилась по ГОСТ 31356-2007. «Смеси сухие строительные на цементном вяжущем». Результаты представлены в таблицах 1 и 2.

Подвижность раствора из сухой строительной смеси по расплыву кольца Рк и подвижность по погружению конуса Пк определяли на основании требований ГОСТ 31358-2007. Результаты испытаний приведены в таблицах 1 и 2.

Исходными материалами для изготовления предлагаемой сухой строительной смеси служили: гранулированный доменный шлак, получаемый в ПАО «Северсталь» плотностью 950 кг/м³, соответствующий требованиям ГОСТ 3476-74; шлак гранулированный из конвертерного шлама ПАО «Северсталь» плотностью 1450 кг/м³ СТО 00186217-079-2011; гипсовый камень фракцией не более 60 мм, сорт 2-4 ГОСТ 4013-82; порошкообразная сильногидравлическая известь строительная ГОСТ 9179-77; портландцемент М400-Д20 ЗАО «Пикалевский цемент»; кварцевый песок класса I с модулем крупности Мк 2,3 (фракция 2-2,5 мм) с насыпной плотностью 1590 кг/м³, соответствующий требованиям ГОСТ 8736-2014. «Песок для строительных работ»; пластификатор DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Вода для затворения сухой строительной смеси соответствовала требованиям ГОСТ 23732-2011.

Пример 1.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 92, гранулированного доменного шлака фракций 2,5 мм - 8; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 57, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама -18, дробленого гипсового камня с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 15, портландцементного клинкера - 10 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,51.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 2.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 91, гранулированный доменный шлак фракцией 2,5 мм - 9; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 59, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 16, дробленого гипсового камня с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 16, портландцементного клинкера - 9 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,53.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 3.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 90, гранулированный доменный шлак фракцией 2,5 мм - 10; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака - 60, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 14, дробленого гипсового камня с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 18, портландцементного клинкера - 8 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,55.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 4.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 92, гранулированного доменного шлака фракцией 2,5 мм - 8; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 57, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 18, порошкообразной сильногидравлической извести строительной с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 15, портландцементного клинкера - 10, и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,51.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 5.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 91, гранулированный доменный шлак фракцией 2,5 мм - 9; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 59, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 16, порошкообразной сильногидравлической извести строительной с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 16, портландцементного клинкера - 9 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,53.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 6.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок – 90; гранулированный доменный шлак фракцией 2,5 мм - 10; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 60, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 14,0 порошкообразной сильногидравлической извести строительной с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 18, портландцементного клинкера - 8 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,55.

Состав растворной смеси, мас. %:

В таблицах 1 и 2 представлены свойства затвердевшей растворной смеси из предлагаемой сухой строительной смеси и прототипа.

Результаты исследований показали, что технический результат является стабильным при соотношении компонентов предлагаемой сухой строительной смеси в границах:

При изменении границ соотношения минерального вяжущего и песчаной смеси в составе предлагаемой сухой строительной смеси (примеры 7-12) наблюдаются недостаточные физико-механические свойства застывшей растворной смеси в нормативные сроки, т.е. такие составы сухой строительной смеси не удовлетворяют поставленной цели (см. таблицу 2).

Пример 7.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок – 92; гранулированного доменного шлака фракцией 2,5 мм - 8; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 57, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 18, дробленого гипсового камня с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 15, портландцементного клинкера - 10 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,51.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 8.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 91, гранулированный доменный шлак фракцией 2,5 мм - 9; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 59, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 16, дробленого гипсового камня с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 16, портландцементного клинкера - 9 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,53.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 9.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 90, гранулированный доменный шлак фракцией 2,5 мм - 10; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака - 60, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 14, дробленого гипсового камня с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 18, портландцементного клинкера - 8 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,55.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 10.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 92, гранулированного доменного шлака фракцией 2,5 мм - 8; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 57, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 18, порошкообразной сильногидравлической извести строительной с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 15, портландцементного клинкера - 10 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,55.

Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 11.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 91, гранулированный доменный шлак фракцией 2,5 мм - 9; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 59, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 16, порошкообразной сильногидравлической извести строительной с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 16, портландцементного клинкера - 9 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,53. Состав растворной смеси, мас. %:

Пример 12.

Для получения предлагаемой растворной смеси использовалась сухая строительная смесь, включающая песчаную смесь Мк 2,3 с насыпной плотностью 1590 кг/м³, состоящей из мас. %: кварцевый песок - 90, гранулированный доменный шлак фракцией 2,5 мм - 10; минерального вяжущего, состоящего из мас. %: молотого до удельной поверхности не менее 4100 см²/г гранулированного доменного шлака 60, молотого до удельной поверхности не менее 4300 см²/г шлака гранулированного из конвертерного шлама - 14,0 порошкообразной сильногидравлической извести строительной с перетиранием частиц на контрольных ситах №008 с остатком до 9% - 18, портландцементного клинкера - 8 и дополнительно пластификатора DA-1130 (сополимер винилацетата и этилена). Сухая строительная смесь затворялась чистой водой в соотношении 0,55.

Состав растворной смеси, мас. %:

По примерам 7-12 свойства затвердевшей растворной смеси из предлагаемой сухой строительной смеси и прототипа представлены в таблице 2.

Анализ нестабильности свойств по таблице 2 объясняется тем, что в составе смеси пластификатор DA-1130 активизирует гидравлические реакции гипсового камня и извести с металлургическими шлаками. При понижении границ содержания минерального вяжущего повышается количество пластификатора, избыточное содержание которого не влияет на реакции гидратации. При повышении границ содержания минерального вяжущего понижается количество пластификатора, содержание которого становится недостаточным для оптимальных процессов гидратации.

Достигаемый технический результат заключается в повышении прочности на изгиб на 14,5%, прочности сцепления с основанием на 22,2%. Дополнительным является экологический эффект за счет замены дорогостоящего портландцемента на многокомпонентное минеральное вяжущее, включающее в свой состав побочные продукты металлургической промышленности.

Литература

1. Арцев А.И. Бентонитовая глина в качестве уплотняющей добавки. Строительные материалы и конструкции. Киев: Будивельник, 1988, N 1, с. 11.

2. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. Учеб. для вузов. – М., Стройиздат, 1986. - С. 688.