RU2149854C1

RU2149854C1 - Composition for reinforcing stonework

Info

Publication number: RU2149854C1
Application number: RU99100591A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Пальчинский; Е.А. Левченко; Л.И. Шлойдо; С.В. Пальчинский
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Иркутскпромстрой"; Общество с ограниченной ответственностью "Артефакт"
Priority date: 1999-01-10
Filing date: 1999-01-10
Publication date: 2000-05-27

Abstract

FIELD: building industry, more particularly renovation and restoration of ancient structures. SUBSTANCE: composition comprises, wt %: liquid glass, 28.5-32.0; active mineral filler such as zeolite-containing rock, 2.7-10.0, and water, the balance. EFFECT: improved strength properties of stonework, more specifically compression strength, normal cohesion strength, density water resistance, and elimination of salted-out areas on stonework surface. 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству строительных материалов, которые могут быть использованы для укрепления старых каменных кладок из искусственных и природных камней, например, кирпичных кладок, выполненных на известковом и романцементном растворах, для восстановления и реставрации древних сооружений. The invention relates to the production of building materials that can be used to strengthen old masonry made of artificial and natural stones, for example, masonry made on lime and cement mortar, for the restoration and restoration of ancient structures.

Одной из актуальных проблем эксплуатации существующих зданий и сооружений является восстановление несущей способности стен и фундаментов зданий, изготовление которых производилось на известковых и романцементных кладочных растворах. Решение этих проблем достаточно успешно осуществляется нагнетанием укрепляющих растворов в предварительно пробуренные в стенах и фундаментах шпуры диаметром 18-20 мм. Основной функцией укрепляющих растворов является повышение плотности каменных кладок и грунтов с одновременным увеличением их механических свойств. Применяемые в настоящее время составы укрепляющих растворов большей частью нацелены на заполнение пустот и пор в массивах каменных кладок по мере их проникающей способности. Однако, уплотнение массивов укрепляющими растворами не всегда сопровождается достаточным повышением их механических свойств, в частности, нормального сцепления. One of the urgent problems of the operation of existing buildings and structures is the restoration of the bearing capacity of the walls and foundations of buildings, the manufacture of which was carried out on lime and cement-masonry mortars. The solution to these problems is quite successfully carried out by injection of reinforcing solutions into holes previously drilled in walls and foundations with a diameter of 18-20 mm. The main function of reinforcing solutions is to increase the density of masonry and soil with a simultaneous increase in their mechanical properties. Currently used compositions of strengthening solutions are mainly aimed at filling voids and pores in masonry arrays as they penetrate. However, compaction of arrays with reinforcing solutions is not always accompanied by a sufficient increase in their mechanical properties, in particular, normal adhesion.

Известна композиция для реставрации древних сооружений из разрушающегося камня по патенту РФ N 2017704, Б.И. N 15, 1994, стр. 65. Композиция включает цементное вяжущее, в качестве которого использован портландцементный клинкер, и добавку на основе соли неорганической кислоты, в качестве которой использован нитрит натрия и хромат калия, остальное вода. Недостаток композиции в том, что нитрит натрия и хромат калия приводят к образованию высолов на поверхности каменной кладки, а также в силу недостаточной проникающей способности портландцементного клинкера в поры кладки не обеспечивается равномерная прочность кладки по всему массиву. Кроме того, портландцементный клинкер недостаточно активно вступает в химическое взаимодействие с элементами кладки (старым известковым и романцементным растворами и кирпичом), не обеспечивается прочность нормального сцепления с кирпичом, что снижает сопротивляемость кладки динамическим и сейсмическим воздействиям. A known composition for the restoration of ancient structures from crumbling stone according to the patent of the Russian Federation N 2017704, B.I. N 15, 1994, p. 65. The composition includes a cement binder, which is used Portland cement clinker, and an additive based on an inorganic acid salt, which is used as sodium nitrite and potassium chromate, the rest is water. The disadvantage of the composition is that sodium nitrite and potassium chromate lead to the formation of efflorescences on the surface of the masonry, and due to the insufficient penetration of Portland cement clinker into the pores of the masonry, the uniform strength of the masonry throughout the array is not ensured. In addition, Portland cement clinker does not actively engage in chemical interaction with masonry elements (old lime and romance mortars and bricks), the strength of normal adhesion to bricks is not ensured, which reduces the masonry's resistance to dynamic and seismic influences.

Известен полимерный состав для укрепления каменных кладок по заявке на патент РФ N 92012962, Б.И. N 7, 1995, стр. 50, который содержит полиэфирную смолу, отход производства хлоропренового латекса, стирол, гипериз, ускоритель, в качестве которого использован нафтенат кобальта, и наполнитель. Полимерные составы обладают хорошими гидроизоляционными и водоотталкивающими свойствами. Однако, они недостаточно активно вступают в химическое взаимодействие с элементами кладки, не обеспечивают достаточной прочности нормального сцепления, вызывают значительные усадочные напряжения за счет старения. Known polymer composition for strengthening masonry according to the patent application of the Russian Federation N 92012962, B.I. N 7, 1995, p. 50, which contains a polyester resin, a waste product of the production of chloroprene latex, styrene, hyperis, an accelerator, which is used cobalt naphthenate, and a filler. Polymer compositions have good waterproofing and water repellent properties. However, they do not actively engage in chemical interaction with masonry elements, do not provide sufficient strength for normal adhesion, and cause significant shrink stresses due to aging.

Наиболее близким аналогом является композиция для укрепления каменной кладки, включающая, вес. ч. : жидкое стекло - 44, активный минеральный наполнитель - тальк - 30, мел - 14, вода - остальное (см., например, Григорьев П.Н. и др. растворимое стекло, М., 1956, с. 365-368). The closest analogue is a composition for strengthening masonry, including weight. including: liquid glass - 44, active mineral filler - talc - 30, chalk - 14, water - the rest (see, for example, Grigoryev PN and other instant glass, M., 1956, p. 365-368 )

Недостаток прототипа состоит в том, что присутствующий в составе композиции мел снижает количественное взаимодействие жидкого стекла с кальцитами - карбонитами кальция, которыми обычно богаты кладочные растворы на минеральных вяжущих, а химически инертный тальк, обладающий низким коэффициентом внутреннего трения, проникая в контактные зоны между элементом кладки (кирпичом, бутом) и кладочным раствором, снижает прочность нормального сцепления кладки по неперевязанным швам. Композиция не обеспечивает высокого упрочнения кладки в целом, т.к. не происходит образования достаточного количества нерастворимых щелочных гидроалюмосиликатов. The disadvantage of the prototype is that the chalk present in the composition reduces the quantitative interaction of water glass with calcites - calcium carbonites, which are usually rich in masonry mortars on mineral binders, and chemically inert talc having a low coefficient of internal friction, penetrating into the contact zones between the masonry element (brick, buty) and masonry mortar, reduces the strength of the normal adhesion of masonry along untied seams. The composition does not provide high hardening of the masonry as a whole, because the formation of a sufficient amount of insoluble alkaline hydroaluminosilicates does not occur.

Задача изобретения состоит в восстановлении и повышении несущей способности старых кирпичных кладок, выполненных на известковых и романцементных растворах. The objective of the invention is to restore and increase the bearing capacity of old masonry, made on lime and cement mortar.

Технический результат - повышение прочности на сжатие и нормального сцепления кладок, повышение плотности растворных швов в кладке, повышение проникающей способности укрепляющих составов, повышение водостойкости каменных кладок при сохранении высокой проникающей способности, исключение высолов на поверхностях каменных кладок. The technical result is an increase in compressive strength and normal adhesion of masonry, an increase in the density of mortar joints in the masonry, an increase in the penetrating ability of reinforcing compositions, an increase in the water resistance of masonry while maintaining high penetrating ability, the exclusion of efflorescence on the surfaces of masonry.

Поставленная задача решается тем, что композиция для укрепления каменной кладки, включающая жидкое стекло, активный минеральный наполнитель и воду, содержит в качестве указанного наполнителя цеолитсодержащую породу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Жидкое стекло - 28,5-32,0
Цеолитсодержащая порода - 2,7-10,0
Вода - Остальное
Жидкое стекло - щелочные гидрозоли кремниевой кислоты обладают высокой проникающей способностью, легко адсорбируются на поверхности элементов кладки и вступают в химическое взаимодействие с поверхностью глинистых, щелочноземельных и кварцевых составляющих кладки, переводя их в гелевидные частицы, которые адсорбируют щелочные ионы кремниевой кислоты, присутствие которых приводит к синтезу щелочных и щелочноземельных соединений кристаллической структуры. Этот процесс сопровождается присоединением воды с увеличением трудно растворимых в воде соединений кристаллогидратов щелочных гидроалюмосиликатов. Образование кристаллогидратов наблюдается в микротрещинах и в полостях небольшого размера каменной кладки. В более крупных полостях, порах и трещинах каменной кладки процесс образования кристаллогидратов происходит в основном по их контуру, что недостаточно эффективно и является причиной низких прочностных характеристик каменной кладки в целом. Добавление к жидкому стеклу в качестве минерального наполнителя цеолитсодержащей породы полностью решает проблему, т.к. при этом достигается монолитность инъецирования массивов каменной кладки, повышается ее прочность и плотность. Композиция, обладая высокой проникающей способностью, способна переходить в порах, полостях и микротрещинах кирпичной кладки в твердое вещество с высокой степенью прочности и без усадки. Происходит это благодаря тому, что композиция имеет химическое сродство с элементами укрепляемого каменного массива. За счет этого процесс образования кристаллов щелочных гидроалюмосиликатов идет более интенсивно, т. к. цеолит, обладая более развитой внутренней поверхностью кристаллов, способен интенсивно адсорбировать на своей поверхности кристаллические сростки гидроалюмосиликатов на контакте раствор - камень, ускоряя процесс твердения инъецированной композиции, повышая водостойкость и водонепроницаемость кладки. Композиция, обладая значительно большей химической активностью по сравнению с прототипом, взаимодействует с элементами кладки с образованием в порах, полостях и микротрещинах кристаллических структур, обладающих высокой прочностью, плотностью и водостойкостью при сохранении высокой проникающей способности. За счет высокой химической активности композиции обеспечивается более высокое сцепление между затвердевшим раствором и элементами кладки. Образовавшиеся высокопрочные соединения в теле кладки не провоцируют образование высолов, т.к. растворимые продукты старой кладки потребляются на создание нерастворимых гидратов. Кроме того, цеолитсодержащая порода ускоряет процесс коагуляции новообразований и связывает растворенные гидрооксиды кальция в гидроалюмосиликаты кальция внутри элементов кладки из пористо капиллярных материалов, таких как кирпич. При этом композиция с цеолитсодержащей породой заполняет крупные поры и трещины, обеспечивая высокую плотность растворного шва, что и повышает монолитность кладки.The problem is solved in that the composition for strengthening masonry, including water glass, an active mineral filler and water, contains a zeolite-containing rock as the indicated filler in the following ratio of components, wt.%:
Liquid glass - 28.5-32.0
Zeolite-containing rock - 2.7-10.0
Water - Else
Liquid glass - alkaline hydrosols of silicic acid have a high penetrating ability, are easily adsorbed on the surface of masonry elements and enter into chemical interaction with the surface of clay, alkaline earth and quartz components of the masonry, converting them into gel particles that adsorb alkaline silicic acid ions, the presence of which leads to the synthesis of alkaline and alkaline earth compounds of crystalline structure. This process is accompanied by the addition of water with an increase in compounds of crystalline hydrates of alkaline hydroaluminosilicates which are difficult to dissolve in water. The formation of crystalline hydrates is observed in microcracks and in cavities of small masonry size. In larger cavities, pores and cracks of masonry, the process of formation of crystalline hydrates occurs mainly along their contour, which is not effective enough and is the reason for the low strength characteristics of masonry as a whole. Adding zeolite-containing rocks to liquid glass as a mineral filler completely solves the problem, because at the same time, solidity of injection of masonry arrays is achieved, its strength and density increase. The composition, having high penetrating ability, is able to pass in the pores, cavities and microcracks of masonry into a solid with a high degree of strength and without shrinkage. This is due to the fact that the composition has a chemical affinity with the elements of the reinforced massif. Due to this, the process of formation of crystals of alkaline hydroaluminosilicates is more intense, since the zeolite, having a more developed inner surface of the crystals, is able to intensively adsorb crystalline aggregates of hydroaluminosilicates on its solution-stone contact, accelerating the hardening of the injected composition, increasing water resistance and water resistance masonry. The composition, having a significantly higher chemical activity compared to the prototype, interacts with masonry elements with the formation in the pores, cavities and microcracks of crystalline structures with high strength, density and water resistance while maintaining high penetrating ability. Due to the high chemical activity of the composition provides a higher adhesion between the hardened mortar and the elements of the masonry. The resulting high-strength compounds in the body of the masonry do not provoke the formation of efflorescence, because soluble masonry products are consumed to create insoluble hydrates. In addition, zeolite-containing rock accelerates the coagulation of neoplasms and binds dissolved calcium hydroxides to calcium hydroaluminosilicates inside masonry elements made of porous capillary materials, such as bricks. At the same time, the composition with zeolite-containing rock fills large pores and cracks, providing a high density of the grout, which increases the monolithicity of the masonry.

Предложенная композиция по сравнению с прототипом имеет новые отличительные признаки, что свидетельствует о соответствии технического решения критерию "новизна". The proposed composition in comparison with the prototype has new distinctive features, which indicates that the technical solution meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и смежных областях техники, позволило выявить техническое решение, содержащее признак, сходный с признаком, отличающим заявляемое техническое решение от прототипа - использование цеолита, в частности, цеолит-клиноптиломита в составе строительной композиции, патент РФ N 2023702, Б.И. 22, 1994, стр. 75. Comparison of the claimed technical solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this and related fields of technology, allowed to identify a technical solution containing a feature similar to that distinguishing the claimed technical solution from the prototype — the use of zeolite, in particular zeolite-clinoptilomite as part of a building composition, RF patent N 2023702, B.I. 22, 1994, p. 75.

Однако, назначение цеолита в данном известном составе - снижать температуру спекания и увеличивать пористость заполнителя. Назначение цеолитсодержащей породы в предлагаемой композиции - повышать химическую активность композиции, интенсифицировать процесс образования кристаллов щелочных гидроалюмосиликатов, адсорбировать на своей поверхности образовавшиеся кристаллы щелочных гидроалюмосиликатов, интенсифицировать процесс коагуляции в крупных порах и полостях кладки, что и является первопричиной повышения прочностных характеристик каменной кладки, инъецированной раствором на основе предложенной композиции. However, the purpose of the zeolite in this known composition is to reduce the sintering temperature and increase the porosity of the aggregate. The purpose of the zeolite-containing rock in the proposed composition is to increase the chemical activity of the composition, to intensify the process of formation of crystals of alkaline hydroaluminosilicates, to adsorb the formed crystals of alkaline hydroaluminosilicates on its surface, to intensify the coagulation process in large pores and masonry cavities, which is the primary reason for increasing the strength characteristics of masonry mortar, injection based on the proposed composition.

Предложенная совокупность признаков является существенной, т.к. все признаки работают на новый технический результат, заключающийся в повышении прочностных характеристик каменной кладки, что и обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень". The proposed set of features is significant, because all the signs work for a new technical result, which consists in increasing the strength characteristics of masonry, which determines the compliance of the claimed technical solution with the criterion of "inventive step".

Ниже приведены составы композиции, которые использовались при реконструкции Иркутского драматического театра, построенного в 1895 году. Усилению подвергали подземную часть театра и надземные кирпичные стены. Подземная часть театра выполнена из постелистых камней песчаника, швы заполнены известковым раствором. Изнутри подвальная часть выполнена из кирпича также на известковом растворе. Заполнение швов известковым раствором составляло от 60 до 95%. Примеры составов композиции и физико-механические свойства строительно-песчаных растворов, приготовленных на основе этих композиций, приведены в таблице. Below are the compositions that were used in the reconstruction of the Irkutsk Drama Theater, built in 1895. The underground part of the theater and above-ground brick walls were reinforced. The underground part of the theater is made of bedding sandstone, the seams are filled with lime mortar. From the inside, the basement is made of brick, also with lime mortar. Filling the joints with lime mortar ranged from 60 to 95%. Examples of compositions and physicomechanical properties of building sand mortars prepared on the basis of these compositions are shown in the table.

Все указанные составы готовились известным способом и испытаны в лабораторных условиях. Инъецирование композиции в виде раствора в кирпичную кладку осуществлялось также известным методом. All of these compositions were prepared in a known manner and tested in laboratory conditions. Injection of the composition in the form of a solution into the brickwork was also carried out by a known method.

Состав N 4 был использован для укрепления кирпичной кладки при реставрации Иркутского драматического театра, результаты его применения приведены ниже. Composition No. 4 was used to strengthen the brickwork during the restoration of the Irkutsk Drama Theater, the results of its application are given below.

Характеристики кирпичной кладки до инъецирования
Прочность известкового раствора на сжатие, мПа - 0,8-1,3
Прочность нормального сцепления, кПа - 0,0-38,3
После твердения раствора в течение 28 суток приведены испытания инъецированной кирпичной кладки.Characteristics of masonry before injection
The strength of the lime mortar in compression, MPa - 0.8-1.3
Strength of normal adhesion, kPa - 0.0-38.3
After hardening the solution for 28 days, tests of the injected brickwork are given.

Характеристики кирпичной кладки после инъецирования
Прочность раствора на сжатие, мПа - 7,8
Прочность нормального сцепления, кПа - 136
Проникающая способность, м - До 0,9 при давлении 0,4 Па
Таким образом, прочность раствора в инъецированной кирпичной кладке увеличилась в среднем в 6 раз относительно неинъецированной, а прочность нормального сцепления в кладке увеличилась в среднем в 4-7 раза.Characteristics of masonry after injection
The strength of the solution in compression, MPa - 7.8
The strength of normal adhesion, kPa - 136
Penetration, m - Up to 0.9 at a pressure of 0.4 Pa
Thus, the strength of the mortar in the injected masonry increased on average 6 times relative to non-injected, and the strength of normal adhesion in the masonry increased on average 4-7 times.

Из приведенной таблицы видно, что присутствие в композиции цеолитсодержащего наполнителя в сочетании с жидким стеклом увеличивает его прочность после твердения и ускоряет процесс перехода композиции из пластичного состояния в твердое. Однако, состав N 5 имеет большую скорость перехода композиции из пластичного состояния в твердое, а при содержании цеолитсодержащей породы 5,7 мас.% наблюдается очень быстрое схватывание раствора в кладке. The table above shows that the presence of a zeolite-containing filler in the composition in combination with liquid glass increases its strength after hardening and accelerates the transition of the composition from a plastic to a solid state. However, composition No. 5 has a high rate of transition of the composition from a plastic state to a solid, and when the content of a zeolite-containing rock is 5.7 wt.%, A very quick setting of the solution in the masonry is observed.

Claims

Composition for strengthening masonry, including water glass, active mineral filler and water, characterized in that as the specified filler it contains zeolite-containing rock in the following ratio, wt.%:
Liquid glass - 28.5 - 32.0
Zeolite-bearing rock - 2.7 - 10.0
Water - Else