Результат интеллектуальной деятельности: Сухая смесь для выравнивания палуб судов

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к сухим строительным смесям и может быть использовано для выравнивания бетонных и металлических оснований, включая палубы судов и морских нефтедобывающих платформ, с последующей укладкой декоративных напольных покрытий.

Известен состав для устройства покрытий, содержащий гидроксид алюминия, речной песок с диаметром частиц до 3 мм, натуральный латекс (каучук), портландцемент или высокоалюминатный цемент или их смесь, вода, при соотношении количества гидроксида алюминия к количеству речного песка 0,5:1 (см. патент Великобритании №645291, опубл. 25.10.1950 по классам МПК С04В 24/24, С04В 28/06, C08L 21/02, C08L 31/04, C08L 57/00). Состав для получения ультралегкого покрытия для палуб по патенту Китая №102249639, опубл. 23.11.2013 по классу МПК С04В 28/04, содержит 30-38% порошка-коагулянта (57,4-63% цемента на основе тиосульфата алюминия, 2,8-3% гидроксида алюминия и 34-39,8% кварцевого песка), 48-50% наполнителя (керамический песок с размером частиц от 0 до 1 мм), 12-22% латекса (от 12 до 17% латекса, от 83 до 88% воды). В патенте Франции №2502632, опубл. 01.10.1982 по классу МПК C09D 5/18, композиция для покрытия палуб и стен судов содержит искусственный цемент, кварцевый песок, стирол-бутадиеновый латекс, антипенящийся агент на основе силиконовых масел и воду. Известна самовыравнивающаяся смесь на основе цемента по патенту ЮАР №8102878, опубл. 28.04.1982 по классам МПК С04В 24/18, С04В 28/02, С04В 28/06, С04В 7/32, содержащая портландцемент и высокоглиноземистый цемент в соотношении 20-80:80-20, пластификатор (меламин формальдегидная сульфокислота, полимеризуемая резина с длиной цепочки от 6 до 70), замедлитель схватывания (одна или несколько из органических гидроксикарбоновых кислот, органических кислот или многоосновных кислот и солей, или неорганических растворимых солей щелочных металлов). В перечисленных составах содержится латекс различных видов и полимеризуемая резина, что снижает текучесть получаемых смесей, а также отсутствуют данные о прочностных характеристиках получаемых покрытий.

Известна легковесная огнестойкая композиция для палуб по патенту Китая №102249700, опубл. 23.11.2011 по классу МПК С04В 35/66, содержащая 50%-56% сухих компонентов (портландцемент, 5.2%-7.2% кварцевый песок и 5.6%-9.6% перлитовый песок), 31%-35% легкого заполнителя (керамический песок с размером частиц 2-8 мм) и 13%-15% жидких компонентов (вода и водоудерживающая добавка ХР-5).

Известен состав для получения огнеупорного покрытия по патенту Китая №103030345, опубл. 10.04.2013 по классу МПК С04В 28/04. Смесь содержит 28-52% портландцемента, 2-6% микрокремнезема, 1-2% ХР-5 водоудерживающей добавки, 30-40% вода, 10-14% керамического песка с размером частиц 2-8 мм и 5-10% связующего вещества.

Данные составы не обеспечивают получения самовыравнивающегося покрытия из-за наличия большого количества высокопористых компонентов и отсутствия пластифицирующих добавок, а также характеризуются недостаточной текучестью.

В патенте Китая №102249623, опубл. 23.11.2013 по классу МПК С04 В28/04, заявлен способ получения легковесного огнестойкого покрытия для палуб. Покрытие получают из смеси, содержащей 83,2%-89,2% портландцемента 42,5, 5,2%-7,2% кварцевого песка и 5,6%-9,6% перлита, 0,1%-0,5% суперпластификатора ХР-5. Ввиду большого количества портландцемента получаемое покрытие из заявленного состава смеси будет иметь высокую усадку и низкую трещиностойкость.

В патенте Франции №2704853, опубл. 10.11.1994 по классам МПК С04В 20/00, С04В 28/02, С04В 40/04, E04F 15/12, заявлена смесь, обеспечивающая гладкое и самовыравнивающееся покрытие. Смесь содержит цемент, частицы алюмосиликата, известковый наполнитель, кварцевый песок, метакаолин или измельченный шлак, или их смеси с размером частиц менее 80 мкм; формальдегид меламина, производное меламина или их смеси, синтетические волокна полиамида или полипропиленовой фибры длиной от 5 до 20 мм, мелкий гравий, разжижающий (разбавляющий) агент, воду. Покрытие, получаемое из заявленного состава, будет иметь недостаточную адгезию к металлическим поверхностям.

В патенте Китая №101195528, опубл. 11.06.2008 по классам МПК С04В 14/06, С04В 24/24, С04В 28/00, заявлен состав самовыравнивающейся смеси, содержащей цемент 10-35%, кварцевый песок 30-70%, пуццолан 0-10%, полимерную эмульсию (олефины, акриловая кислота, метакриловая кислота, сложный эфир акриловой кислоты, сложный эфир метакриловой кислоты) 5-25%, водоредуцирующую добавку (на основе нафталина или поликарбоксилата) - 0,1-2%, пеногаситель (минеральное масло, силиконовый или полиэфирный пеногаситель) 0,1-1,5%, воду 0-20%.

В патенте США №6309457, опубл. 30.10.2001 по классам МПК С04В 24/00, С04В 24/24, С04В 24/32, С04В 28/02, С04В 28/04, заявлена цементная самонивелирующаяся смесь, содержащая портландцемент (СЕМ I, СЕМ II или СЕМ III), песок, вода, антипенящийся агент; загуститель, пластификатор - водорастворимое или вододиспергируемое органическое соединение, мелкие минеральные заполнители, имеющие размеры не более 200 мкм.

В патенте Австрии №408654, опубл. 25.02.2002 по классу МПК С04В 28/04, самовыравнивающаяся цементосодержащая стяжка содержит цемент Portland II А / L 32,5R до 10%, высокоглиноземистый цемент до 10%, воду 10-20%, гидросульфат кальция до 10%, меламин до 0,5%, поверхностно-активное вещество до 0,5%, винную кислоту до 0,5%, диоксид кремния до 0,5%, силикатный и карбонатсодержащий заполнитель (размер частиц 0-4 мм) 70-90%.

Указанные составы имеют недостаточно высокие темпы набора прочности: через 4 часа с момента укладки не способны выдерживать пешую нагрузку.

В качестве наиболее близкого аналога выбрана сухая композиция для создания самовыравнивающихся быстротвердеющих наливных полов по патенту РФ №2540703, опубл. 10.02.2015 по классам МПК С04В 28/04, С04В 111/20. Сухая композиция для создания самовыравнивающихся быстротвердеющих наливных полов, включающая гипсовое вяжущее, суперпластификатор и активатор твердения, в качестве вяжущей основы содержит смесь портландцемента, алюминатного цемента и гипсового вяжущего - а-полугидрата кальция, в качестве суперпластификатора -полиэтиленгликоль и сополимер винилацетат-этилен, а в качестве активатора твердения - высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью 6000-9000 см²/г при следующем соотношении компонентов, масс. %: портландцемент 8,4-15,6; алюминатный цемент 12,8-23,4; α-полугидрат сульфата кальция 4,5-10,2; полиэтиленгликоль 0,8-3,9; винилацетат-этилен 3,0-4,6; высоко дисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью 6000-9000 см²/г - 20,4-27,0; наполнитель - остальное. Ввиду отсутствия дисперсного армирования данный состав характеризуются недостаточной трещиностойкостью.

Задачей изобретения является создание состава сухой смеси, обеспечивающей получение пожаробезопасного быстротвердеющего самовыравнивающегося покрытия с высокой трещиностойкостью в частности для палуб морских, речных судов за счет применения в составе комплексного вяжущего вещества, ускорителя твердения, армирующих волокон, редиспергируемого полимерного порошка, метакаолина, а также пластифицирующей добавки на основе поликарбоксилатов.

Технический результат - увеличение скорости набора прочности, высокая адгезия покрытия к основанию, снижение усадочных деформаций.

Задача изобретения решается в новом составе материала, представляющим собой сухую смесь для выравнивания палуб судов, содержащую портландцемент, глиноземистый цемент, строительный гипс, мрамор молотый с размером фракций 0,01-100 мкм, песок кварцевый с размером фракций 0,16-0,63 мм, метакаолин, волокна пропиленовые длиной 6 мм и диаметром до 18 микрон, винную кислоту, водоудерживающую добавку Bermocoll Е-230 X (неионогенный водорастворимый эфир целлюлозы), редиспергируемый полимерный (винилверсатат-винилацетатный) порошок Vinavil SL11P, порошковый пеногаситель Vinapore DF 9010 F (на базе производных жирных спиртов и полисилоксанов на неорганическом носителе), пластифицирующую добавку Melflux 5581 F (эфир поликарбоновых кислот) и ускоритель схватывания и твердения Axilat SA 502 (аморфный оксид алюминия), при следующем соотношении компонентов в масс. %:

портландцемент 26-29

глиноземистый цемент 4,3-4,8

строительный гипс 2,6-3,0

мрамор молотый 6,0-7,5

песок кварцевый 50,66-57,417

метакаолин 1,7-2,5

винная кислота 0,085-0,01

фибра пропиленовая 0,038-0,042

водоудерживающая добавка Bermocoll Е-230 X 0,07-0,088

редиспергируемый полимерный порошок Vinavil SL1 IP 1,2-1,7

пеногаситель Vinapore DF 9010 F 0,17-0,21

пластифицирующая добавка Melflux 5581 F 0,17-0,21

ускоритель схватывания и твердения Axilat SA 502 0,25-0,28.

Сухая смесь может дополнительно содержать высокомодульные волокна, в качестве которых используют стекловолокно длиной 6 мм и диаметром до 14 микрон количестве 0,05 масс. %.

Предложенный состав сухой смеси позволяет реализовать необходимую подвижность затворенной массы, оптимальное время жизнеспособности, а также обеспечить достаточно быстрый набор прочности на раннем этапе отверждения и высокую конечную прочность полученного материала с одновременным сохранением его высоких эксплуатационных и эстетических свойств.

Комплексное вяжущее, включающее портландцемент, глиноземистый цемент, строительный гипс, в присутствии ускорителя твердения в виде аморфного оксида алюминия обеспечивает ускорение начала схватывания растворной смеси, компенсацию усадки и достижение высокой прочности материала в позднем возрасте.

Присутствие в составе смеси метакаолина повышает эффективность суперпластификатора Melflux 5581 F в части обеспечения самовыравнивающихся свойств материала, а также способствует достижению повышенной водостойкости и коррозионной стойкости покрытия за счет связывания в водонерастворимые соединения гидроксида кальция, образующегося при гидратации портландцемента.

Дисперсное армирование состава позволяет достигнуть равномерного распределения напряжений в объеме получаемого покрытия и снизить трещинообразование. Кроме этого, полипропиленовое волокно имеет функцию повышения огнестойкости покрытия за счет образования внутренних пустот при выгорании фибры во время пожара, что обусловливает снижение избыточного давления пара, возникающего при испарении физически и химически связанной воды под воздействием высоких температур [Khoury, G.A. Polypropylene fibres in heated concrete. Part 2: Pressure relieve // Structural Concrete. 2007].

Сухая смесь для приготовления исследуемых образцов получаемого покрытия была изготовлена с использованием следующих компонентов, выпускаемых промышленностью:

- портландцемент без минеральных добавок марки 500 (ЦЕМ I 42,56) (ГОСТ 31108-2003). Производство ОАО «Сланцевский цементный завод «ЦЕСЛА»;

- глиноземистый цемент марки ГЦ-60 (ГОСТ 969-91). Производство Пашийского металлургическо-цементного завода.

скульптурный формовочный гипс марки Г-16 (ГВВС-16) высокопрочный;

- мрамор молотый с размером фракций 0,01-100 мкм, Завод минеральных порошков «Basis»;

- песок кварцевый с размером фракций 0,16-0,63 мм,

- метакаолин Новолипецкого металлургического комбината, марки МКЖЛ-2 месторождения Журавлиный Лог. Основные показатели метакаолина приведены в таблице 1.

- фибра полипропиленовая (PBEUROFIBER, ref. 506)

Длина волокна 6 мм, диаметр волокна до 18 микрон, форма сечения -круглая;

- винная кислота, по ГОСТ 21205-83;

- водоудерживающая добавка Bermocoll Е-230 X (неионогенный водорастворимый эфир целлюлозы - низковязкий тип этилгидроксиэтил

целлюлозы), - связующая добавка - редиспергируемый полимерный (винилверсатат-винилацетатный) порошок Vinavil SL1 IP,

- порошковый пеногаситель Vinapore DF 9010 F на базе производных жирных спиртов и полисилоксанов на неорганическом носителе,

- пластифицирующая добавка Melflux 5581 F - эфир поликарбоновых кислот;

- ускоритель схватывания и твердения Axilat SA 502 - высокоактивный аморфный оксид алюминия,

- стекловолокно (Cem-FIL Anti-Crak HD (ARC 14 HD))

Длина волокна 6 мм, диаметр волокна до 14 микрон, форма сечения - круглая.

Сухую смесь для выравнивания поверхности палуб судов приготавливают следующим образом. Указанные дозированные количества ингредиентов перемешивают всухую в течение 4-5 минут. Далее полученную сухую композицию затворяют чистой водой при температуре 20±2°С и перемешивают до образования однородной массы без комочков (скорость вращения мешалки 500 об/мин). Подвижность массы определяют по вискозиметру Сутторда.

Данная сухая композиция образовала массу при величине водотвердого отношения В/Т=19,1-20,2. Пятно расплыва составляло 285-295 мм, время жизнеспособности массы в высокоподвижном состоянии 20-24 минуты.

Подвижную массу заливают в специальные формы для изготовления образцов и отверждают на воздухе при комнатной температуре. Изготавливают образцы в виде балочек размером 4×4×16 см для определения прочностных свойств и усадки. Измерение прочности полученных материалов проводят после отверждения их на воздухе при 20±2°С в возрасте 4-х часов, 28 суток. Конкретные примеры составов и их свойств приведены в таблице 2.

Анализ полученных результатов показывает, что созданная сухая композиция обеспечивает высокую подвижность, образование покрытия равномерной толщины, быстрый набор прочности. Высокие адгезионные свойства позволяют наносить состав в качестве первичного палубного покрытия на металлические и бетонные поверхности. Толщина слоя нанесения составляет 5-10 мм за один проход. Раствор обладает свойством самовыравнивания и может наноситься как вручную, так и насосом. Быстрый набор прочности позволяет приступать к укладке финишного покрытия через 1-3 суток. Кроме этого, компонентный состав смеси соответствует требованиям пожарной безопасности для покрытия палуб судов и нефтяных платформ.