Результат интеллектуальной деятельности: Теплоизоляционный кладочный раствор

Изобретение относится к области строительства, в частности к составам облегченных кладочных растворов, предназначенных для устройства ограждающих конструкций из эффективных мелкоштучных элементов.

Известен легкий композиционный материал для реставрационных работ с полыми микросферами (RU 2263643 С04В 28/04, С04В 111/20, 10.11.2005. Бюл. №31). Сырьевая смесь включает, мас. %: портландцемент -20,0-90,0, песок - не более 30,0, суперпластификатор на основе натриевой соли нафталинсульфокислоты с формальдегидом - не более 1,7, воду - 22,0-55,0, алюмосиликатные микросферы диаметром 50-250 мкм и толщиной стенки 2-10 мкм - 10,0-80,0 и сополимер винилацетата - 1,0-4,0.

Недостатком известного решения является высокая водопотребность растворной смеси и низкая минимальная прочность.

Известен фиброцементный строительный материал с облегчающими добавками (US 7658794 С04В 14/24, 2010-02-09). Сырьевая смесь содержит, мас. %: портландцемент - 5-80, заполнитель - не более 80% (например, диатомиты, доменный шлак, зола-унос, облегчающая добавка (вулканический пепел, перлит, полые керамические микросферы)), целлюлозная фибра - 4-7, остальное вода.

Недостатком данного технического решения является низкая прочность раствора и высокая водопотребность, вследствие использования облегчающей добавки.

Наиболее близкой к предлагаемому составу является теплоизоляционный кладочный раствор (CN 101643349 С04В 28/04, 2010-02-10), содержащий: портландцемент - 20…65%, зола-унос - 5…50%, гранулированный доменный шлак - 0…50%, алюмосиликатные микросферы - 10…23%, водоудерживающая добавка - 0,1…1%, пластифицирующая добавка - 0,1…1%, вода - остальное.

Недостатком указанного решения является низкая прочность на сжатие - 5 МПа и высокая водопотребность растворной смеси, за счет активной минеральной добавки в виде золы уноса в большом количестве (до 50%).

Предлагаемое техническое решение направлено на решение задачи по повышению прочности и уменьшению водопотребности кладочного раствора.

Технический результат достигается тем, что теплоизоляционный кладочный раствор, содержащий портландцемент, золу, гранулированный доменный шлак, пластифицирующую и водоудерживающую добавки, дополнительно содержит песок, в качестве гранулированного доменного шлака - молотый гранулированный доменный шлак с удельной поверхностью не менее 280 м²/кг, в качестве золы - золу от сжигания коры древесины, отсеянную на сите с размером ячеек 0,16 мм., в качестве пластифицирующей и водоудерживающей добавки - комплексную добавку, представленную водным раствором с плотностью ρ=1,037 г/см³, значением водородного показателя рН=6,5, в виде смеси карбоксилатов сополимера метакриловой кислоты, сополимера малеиновой кислоты и золя кремниевой кислоты с плотностью ρ=1,021 г/см³, значением водородного показателя рН=4,0, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбоксилат сополимера метакриловой кислоты - 24,5

карбоксилат сополимера малеиновой кислоты - 6,0

указанный золь кремниевой кислоты - 4,5

вода - 65,0,

при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландемент 18-36

песок 20-26

указанный молотый гранулированный доменный шлак 5-15

указанную золу от сжигания коры древесины 9-15

указанную комплексную добавку 0,2-0,6

вода - остальное

Заявленная совокупность существенных признаков проявляет новое свойство - повышение прочности по сравнению с прототипом и уменьшение водопотребности растворной смеси. Заявляемое изобретение промышленно применимо и может быть использовано в штукатурных и каменных работах.

Ниже приводим сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Пример конкретного выполнения.

В качестве облегчающей добавки используется тонкодисперсная зола от сжигания коры древесины, отсеянная на сите с размером ячеек 0,16 мм. Зола представляет собой остаток минеральных примесей в виде порошка черно-бурого цвета с фрагментами до 1 см, с примесью частиц сажи. Рентгенофазовый анализ золы показал, что она представлена в основном в виде стекла с кристаллическими фазами оксида кальция, оксида железа (II), магнетита, магнезиоферрита, метаплюмбата натрия. Химический анализ золы показал содержание до 80% карбонатов, силикатов и сульфатов кальция и магния, причем до 60% - это соединения кальция, остальное - это легкоплавкие соединения натрия, калия, небольшое количество соединений железа и прочие примеси. Зола подвергалась помолу и отсеву на сите с размером ячеек 0,16 мм.

В качестве заполнителя используется строительный песок по ГОСТ 8736 и молотый гранулированный доменный шлак с удельной поверхностью не менее 280 м²/кг. При выплавке чугуна и стали образуется около тонны гранулированного доменного шлака на каждую тонну металла. При быстром охлаждении (грануляции) в шлаке присутствует стекло, содержание которого достигает 80% по массе и более. Так, например, гранулированный доменный шлак (г. Череповец) обладает аморфной структурой, содержит геленит, монтичеллит, шпинель и другие силикаты, алюминаты и алюмосиликаты кальция, магния и небольшое количество соединений железа и марганца. Череповецкий доменный шлак подвергался помолу до удельной поверхности не менее 280 м²/кг. Гранулированный доменный шлак с размером частиц менее 5 мм имеет собственную пористость, его насыпная плотность 800-900 кг/м³. Проведенные исследования пористости методом ртутной порометрии гранулированного доменного шлака показали преобладание пор размером около 50 мкм, в то время как у молотого гранулированного доменного шлака поры размером менее 10 мкм занимают 80-85% от суммарного объема. Такие поры улучшают теплотехнические характеристики и в меньшей мере влияют на снижение прочностных характеристик. Приготовление строительного раствора:

1. Дозируют цемент

2. Дозируют золу

3. Дозируют строительный песок

4. Дозируют молотый гранулированный доменный шлак

5. Приготавливают пластифицирующую и водоудерживающую добавку:

5.1 Дозируют поликарбоксилат сополимера метакриловой кислоты

5.2 Дозируют поликарбоксилат сополимера малеиновой кислоты

5.3 Дозируют золь кремниевой кислоты

5.4 Дозируют воду

Все компоненты, дозированные по пунктам 1 - 5.4, транспортируют в лопастной смеситель, где перемешиваются в течение 30 минут. Затем осуществляется контроль плотности водного раствора и значения водородного показателя рН. Готовую к употреблению добавку транспортируют в накопительную емкость.

6. Дозируют полученную добавку

7. Дозируют воду

8. Отдозированный цемент, песок, молотый гранулированный доменный шлак, золу, воду по ГОСТ 23732, комплексную добавку тщательно перемешивают до получения однородной растворной смеси;

Полученную растворную смесь используют для штукатурных и каменных работ. Коэффициент теплопроводности определяли по ГОСТ 7076. Прочность на сжатие определяли по ГОСТ 5802. Результаты испытаний представлены в таблице.

Комплексная химическая добавка обладает повышенной реакционной активностью, т.к. содержит в своем составе дисперсии диоксида кремния SiO₂, что приводит к усилению гидратационных процессов при твердении раствора с образованием гидросиликатов кальция типа окенита 3CaO⋅6SiO₂⋅6H₂O, афвиллита 3CaO⋅2SiO₂⋅3H₂O, кристаллизующихся в виде удлиненных волокон и игл. Все это оказывает микроармирующее действие на формирующуюся структуру строительного раствора, кроме того указанные гидросиликаты характеризуются достаточной твердостью, которая по шкале Мооса составляет от 4 до 5 единиц. Совместное действие молотого гранулированного доменного шлака в сочетании с комплексной химической добавкой, содержащей нанодисперсии диоксида кремния SiO₂, обеспечивают получение сверхсуммарного эффекта, который заключается в создании прочной и долговечной структуры.

Полученные результаты показывают, что при совместном использовании всех компонентов с добавкой на основе смеси карбоксилатов сополимеров метакриловой и малеиновой кислот и золя кремниевой кислоты повышается прочность на сжатие и уменьшается водопотребность растворной смеси. При этом раствор приобретает свойства теплоизоляционного материала, который характеризуется коэффициентом теплопроводности λ=0,18-0,2 Вт/м⋅К, близким к эффективным мелкоштучным элементам (легкобетонным блокам, эффективным керамическим кирпичам, камням и т.п.), и может быть рекомендован для проведения кладочных работ, улучшая теплотехнические характеристики кирпичной кладки. Сближение коэффициента теплопроводности более прочного кладочного раствора и эффективных строительных материалов позволит избежать «мостиков холода» и повысить прочностные и теплозащитные характеристики ограждающей конструкции.