RU2562621C1

RU2562621C1 - Binder

Info

Publication number: RU2562621C1
Application number: RU2014117813/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Панченко; Александр Федорович Бурьянов; Вадим Геннадьевич Соловьев; Никита Викторович Козлов
Original assignee: Александр Иванович Панченко; Александр Федорович Бурьянов; Вадим Геннадьевич Соловьев; Никита Викторович Козлов
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-09-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: binder includes, wt %: dried gypsum - 75.9-81.95; biosilica - 5.7-9.7; carbide silt - 10.1-15.7; sodium tetraborate (borax) - 0.05-0.5; superplasticiser S-3 - 0.35-0.75.

EFFECT: increased strength, water resistance.

3 dwg, 6 tbl

Description

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам смешанных гипсовых вяжущих, и может быть использовано для изготовления строительных изделий и в монолитном домостроении.The invention relates to construction materials, namely, compositions of mixed gypsum binders, and can be used for the manufacture of building products and in monolithic housing construction.

Известно гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ), включающее, мас.%: полуводный гипс 50-75; портландцемент 15-25; пуццолановая добавка 10-25 (Волженский А.В. и др. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. - М.: Стройиздат, 1971, с.30).Known gypsum-cement-pozzolanic binder (HCPV), including, wt.%: Semi-aquatic gypsum 50-75; Portland cement 15-25; pozzolanic additive 10-25 (Volzhensky A.V. et al. Gypsum-cement pozzolanic binders, concrete and products. - M.: Stroyizdat, 1971, p.30).

Недостатком указанной смеси является необходимость использования портландцемента, увеличивающая его стоимость. Кроме того, назначение оптимального состава требует специальных лабораторных исследований в каждом конкретном случае, необходимость которых обусловлена колебаниями химического состава как портландцемента, так и используемой пуццолановой добавки.The disadvantage of this mixture is the need to use Portland cement, increasing its cost. In addition, the appointment of the optimal composition requires special laboratory studies in each case, the need for which is due to fluctuations in the chemical composition of both Portland cement and the pozzolanic additive used.

Известно вяжущее, содержащее полуводный гипс, гидрат окиси кальция и кремнеземосодержащую добавку в количестве 0,5-1 мас.ч. на 1 мас.ч. гипсоизвестковой смеси (Волженский А.В. и др. Гипсовые вяжущие и изделия. - М., 1974, с. 75, 76).Known binder containing semi-aquatic gypsum, calcium hydroxide and silica-containing additive in an amount of 0.5-1 wt.h. per 1 part by weight gypsum-lime mixture (Volzhensky A.V. et al. Gypsum binders and products. - M., 1974, p. 75, 76).

Однако недостатком этого состава является низкая долговечность изделия на его основе и весьма разнообразный химический состав добавок, что требует в каждом случае корректировки исходного состава.However, the disadvantage of this composition is the low durability of the product based on it and a very diverse chemical composition of additives, which in each case requires adjustment of the initial composition.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, то есть прототипом, является состав смешанного гипсового вяжущего, который обеспечивает повышение водостойкости материала в затвердевшем состоянии, снижение трудоемкости и упрощение приготовления смешанного гипсового вяжущего. Вяжущее содержит, мас.%: полуводный гипс - 78,4-81,6; микрокремнезем - 10-12; оксид кальция (известь) - 8-9; суперпластификатор С-3 - 0,4-0,6 (патент РФ №2081076, С04В 11/00, 1994).The closest set of features to the proposed invention, that is, the prototype, is the composition of the mixed gypsum binder, which improves the water resistance of the material in the hardened state, reduces the complexity and simplifies the preparation of the mixed gypsum binder. The binder contains, wt.%: Semi-aquatic gypsum - 78.4-81.6; silica fume - 10-12; calcium oxide (lime) - 8-9; superplasticizer C-3 - 0.4-0.6 (RF patent No. 2081076, С04В 11/00, 1994).

Однако данное вяжущее требует особых условий твердения (выдержка образцов в нормальных условиях в течение 14 суток) для получения материала повышенной водостойкости (с коэффициентом размягчения 0,73-0,79) и использования большого количества дорогостоящих компонентов, а также имеет короткие сроки схватывания.However, this binder requires special hardening conditions (exposure of samples under normal conditions for 14 days) to obtain a material with increased water resistance (with a softening coefficient of 0.73-0.79) and the use of a large number of expensive components, and also has short setting times.

Задачами данного изобретения является получение водостойкого смешанного гипсового вяжущего с повышенными физико-механическими свойствами, не требующего особых условий твердения и имеющего замедленные сроки схватывания, а также использование обременительных техногенных отходов.The objectives of this invention is to obtain a water-resistant mixed gypsum binder with enhanced physical and mechanical properties, which does not require special hardening conditions and has a slower setting time, as well as the use of burdensome industrial wastes.

Технический результат применения изобретения заключается в повышении прочности, водостойкости, кроме того, позволяет повысить экономическую, технологическую и экологическую эффективность его применения, расширить номенклатуру строительных материалов и изделий.The technical result of the application of the invention is to increase strength, water resistance, in addition, it allows to increase the economic, technological and environmental efficiency of its application, to expand the range of building materials and products.

Технический результат получают благодаря замене в составе вышеуказанного прототипа: микрокремнезема - активность от 246 до 254 мг/г на химически более активный биокремнезем - активность от 390 до 398 мг/г (продукт специальной комбинированной активации диатомита); оксида кальция (извести) на карбидный ил (многотонажный техногенный отход от производства ацетилена на ацетиленовых станциях, получаемый в ацетиленовых генераторах при разложении карбида кальция CaC₂ водой по реакции: CaC₂+H₂O=Ca(OH)₂+C₂H₂); введение в состав вяжущего регулятора сроков схватывания (тетрабората натрия - соль слабой борной кислоты и сильного основания), суперпластификатора С-3 (натриевые соли продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида) при следующем соотношении компонентов, мас.%: полуводный гипс - 75,9-81,95; биокремнезем - 5,7-9,7; карбидный ил - 10,1-15,7; тетраборат натрия (бура) - 0,05-0,5; суперпластификатор С-3 - 0,35-0,75.The technical result is obtained by replacing the above prototype: silica fume - activity from 246 to 254 mg / g with chemically more active silica fume - activity from 390 to 398 mg / g (product of special combined activation of diatomite); calcium oxide (lime) to carbide sludge (a multi-ton industrial waste from the production of acetylene at acetylene stations, obtained in acetylene generators by decomposition of calcium carbide CaC ₂ with water by the reaction: CaC ₂ + H ₂ O = Ca (OH) ₂ + C ₂ H ₂ ); introducing into the composition of the binding agent a setting time (sodium tetraborate - a salt of weak boric acid and a strong base), C-3 superplasticizer (sodium salts of the condensation product of naphthalene sulfonic acid and formaldehyde) in the following ratio of components, wt.%: semi-aqueous gypsum - 75.9-81 95; silica fume - 5.7-9.7; carbide sludge - 10.1-15.7; sodium tetraborate (borax) - 0.05-0.5; superplasticizer C-3 - 0.35-0.75.

Опытную проверку вяжущего производили с использованием:An experimental binder test was performed using:

- полуводного гипса (ГОСТ 125-79 «Вяжущие гипсовые. Технические условия»);- semi-aquatic gypsum (GOST 125-79 "Cement gypsum. Technical conditions");

- биокремнезема активностью 390-398 мг/г (ТУ 5761-001-25310144-99 «Диатомит комовый») с химическим составом (таблица 1);- silica fume with an activity of 390-398 mg / g (TU 5761-001-25310144-99 "Diatomite lump") with a chemical composition (table 1);

- карбидного ила (ТУ 206-9290-08-90 «Карбидный ил (известь гашеная)») с химическим составом (таблица 2);- carbide sludge (TU 206-9290-08-90 "Carbide sludge (slaked lime)") with a chemical composition (table 2);

- тетраборат натрия (ГОСТ 8429-77 «Бура. Технические условия»);- sodium tetraborate (GOST 8429-77 "Borax. Technical conditions");

- суперпластификатор С-3 (ТУ 5745-004-43184789-05 «Суперпластификатор С-3»).- S-3 superplasticizer (TU 5745-004-43184789-05 "S-3 superplasticizer").

Все составы смешанных гипсовых вяжущих приготавливались из теста нормальной густоты исходного гипса. Испытания гипсовых вяжущих осуществлялись по ГОСТ 23789-79 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний». Коэффициент размягчения гипса и многокомпонентных гипсовых вяжущих определялся по ТУ 21-31-62-89 «Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее». Изготовлялись образцы-призмы 40×40×160 мм. Образцы выдерживались в естественно-сухих (при 20±2°C и относительной влажности воздуха 55±5%) и нормальных условиях (при 20±2°C и относительной влажности воздуха 95±5%) в течение 14 дней, после чего подвергались испытаниям на прочность при сжатии.All compositions of mixed gypsum binders were prepared from the test of normal density of the original gypsum. Tests of gypsum binders were carried out according to GOST 23789-79 "gypsum binders. Test Methods. " The softening coefficient of gypsum and multicomponent gypsum binders was determined according to TU 21-31-62-89 “Gypsum-cement-pozzolanic binder”. Prism samples 40 × 40 × 160 mm were manufactured. The samples were kept in naturally dry (at 20 ± 2 ° C and relative humidity 55 ± 5%) and normal conditions (at 20 ± 2 ° C and relative humidity 95 ± 5%) for 14 days, after which they were tested compressive strength.

Водостойкость оценивали по величине коэффициента размягчения, равного отношению предела прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии к пределу прочности образцов при сжатии, высушенных до постоянной массы.Water resistance was evaluated by the softening coefficient equal to the ratio of the compressive strength in a water-saturated state to the compressive strength of samples dried to constant weight.

Экспериментально установили оптимальную зависимость между биокремнеземом и карбидным илом (далее - SiO₂/Ca(OH)₂), входящими в состав вяжущего, которая составляет от 0,5 до 0,7 (таблица 3). Под оптимальным имеется в виду соотношение, обеспечивающее наиболее высокий коэффициент размягчения (далее - К_р) образцов затвердевшего вяжущего.Experimentally established the optimal relationship between silica fume and carbide sludge (hereinafter - SiO ₂ / Ca (OH) ₂ ) included in the binder, which is from 0.5 to 0.7 (table 3). By optimal we mean the ratio that provides the highest softening coefficient (hereinafter - K _p ) of the hardened binder samples.

Для расчета количества вводимых в состав вяжущего (для полуводного гипса активностью до 25 МПа) биокремнезема и карбидного ила предложили следующую формулу (1):To calculate the amount of biosilica and carbide sludge introduced into the binder (for semi-aquatic gypsum with an activity of up to 25 MPa), the following formula (1) was proposed:

$Q = 24,7 - 0,4 * A (1)$

Q = 24.7 - 0.4 * A (one)

где Q - количество вводимых в состав вяжущего биокремнезема и карбидного ила, % от массы вяжущего;where Q is the amount introduced into the composition of the binder silica fume and carbide sludge,% by weight of the binder;

А - активность исходного полуводного гипса по паспорту, МПа. Для замедления сроков схватывания вяжущего предложили тетраборат натрия (далее - Na₂B₄O₇), использование которого позволяет отодвинуть начало схватывания исходного гипса (при дозировке Na₂B₄O₇ 0,5% от массы вяжущего) до 1 часа при незначительном падении прочности образцов.A - activity of the initial semi-aquatic gypsum according to the passport, MPa. To slow down the setting time of the binder, sodium tetraborate (hereinafter referred to as Na ₂ B ₄ O ₇ ) was proposed, the use of which allows to postpone the start of setting of the initial gypsum (at a dosage of Na ₂ B ₄ O ₇ 0.5% by weight of the binder) to 1 hour with a slight drop strength samples.

Введение оптимального количества Na₂B₄O₇ в вяжущее не дает столь длительной задержки сроков схватывания (рисунок 1) и не оказывает негативного влияния на прочность образцов (рисунок 2).The introduction of the optimal amount of Na ₂ B ₄ O ₇ into the binder does not give such a long delay in the setting time (Figure 1) and does not adversely affect the strength of the samples (Figure 2).

В качестве пластифицирующей добавки предложили использовать пластификатор С-3. Исследовались дозировки суперпластификатора от 0 до 1,2% массы вяжущего на гипсе активностью 13 МПа (таблица 4). При этом при расходе вводимых в состав вяжущего биокремнезема и карбидного ила в пределах 19-20% от массы гипса нормальная густота теста обеспечивается при использовании 0,6% суперпластификатора С-3.As a plasticizing additive, it was proposed to use plasticizer C-3. Dosages of superplasticizer from 0 to 1.2% of the mass of a binder on gypsum with an activity of 13 MPa were studied (table 4). At the same time, when the consumption of bindersilicon and carbide sludge introduced into the composition is in the range of 19-20% by weight of gypsum, the normal density of the dough is ensured when using 0.6% S-3 superplasticizer.

Определили влияние условий твердения на свойства вяжущего на гипсе активностью 13 МПа при выдержке в естественно-сухих условиях 14 дней - ЕСУ и нормальных условиях 14 дней - НУ (рисунок 3).We determined the effect of hardening conditions on the properties of a binder on gypsum with an activity of 13 MPa when exposed to naturally dry conditions for 14 days - ESU and normal conditions for 14 days - NU (Figure 3).

Применение техногенного отхода (карбидного ила) и снижение расхода кремнеземсодержащей добавки (биокремнезема) в качестве компонентов вяжущего, твердеющего как в нормальных условиях, так и в естественно-сухих условиях (без значительного понижения К_р), повышает его физико-механические свойства (таблица 5).The use of industrial waste (carbide sludge) and a decrease in the consumption of silica-containing additives (biosilica) as components of a binder, hardening both under normal conditions and in naturally dry conditions (without a significant decrease in K _p ), increases its physical and mechanical properties (table 5 )

Приведенные данные показывают, что использование предложенного вяжущего (при оптимальном соотношении SiO₂/Ca(OH)₂) позволяет повысить прочность при сжатии относительно рассматриваемого прототипа на 25% и получить значения коэффициента размягчения более 0,8 (вне зависимости от активности исходного гипса), не изменяя при этом растворимость, благодаря чему материалы и изделия на его основе будут водостойкими.The data show that the use of the proposed binder (with an optimal ratio of SiO ₂ / Ca (OH) ₂ ) can increase the compressive strength relative to the prototype under consideration by 25% and obtain a softening coefficient of more than 0.8 (regardless of the activity of the initial gypsum), without changing the solubility, due to which the materials and products based on it will be waterproof.

Данный результат достигнут благодаря более мелкопористой структуре затвердевшего камня с меньшим количеством пор и капилляров, сообщающихся с внешней средой, а также образованию за счет взаимодействия активных SiO₂ и Ca(OH)₂, входящих в состав вяжущего, малорастворимых низкоосновных гидросиликатов кальция, затрудняющих проникновение влаги извне в гипсовый камень.This result was achieved due to the finer porous structure of the hardened stone with fewer pores and capillaries communicating with the external environment, as well as the formation due to the interaction of active SiO ₂ and Ca (OH) ₂ , which are part of the binder, sparingly soluble low-basic calcium hydrosilicates, which impede the penetration of moisture from the outside into plaster stone.

Кроме того, это изобретение решает экологическую проблему - утилизацию многотонажного техногенного отхода от производства ацетилена и повышает экономическую эффективность его применения, снижая стоимость конечного материала (таблица 6).In addition, this invention solves an environmental problem - the utilization of multi-ton industrial waste from the production of acetylene and increases the economic efficiency of its use, reducing the cost of the final material (table 6).

Из таблицы видно, что стоимость техногенного отхода - карбидного ила в 2,75 раза меньше стоимости извести. В то же время стоимость кремнеземсодержащей добавки - биокремнезема, вводимой в меньших количествах, меньше стоимости кремнеземсодержащей добавки-прототипа - микрокремнезема в 2,4. При увеличении прочности и коэффициента размягчения стоимость вяжущего уменьшается относительно стоимости прототипа - на 13,1%.The table shows that the cost of industrial waste - carbide sludge is 2.75 times less than the cost of lime. At the same time, the cost of silica-containing additives - biosilica, introduced in smaller quantities, is less than the cost of silica-containing additives-prototype - silica fume in 2.4. With an increase in strength and softening coefficient, the cost of a binder decreases relative to the cost of the prototype by 13.1%.

Claims

An astringent, including semi-aquatic gypsum, a silica-containing additive, a lime-containing additive, a setting time regulator and a plasticizing additive, is a S-3 superplasticizer, characterized in that it contains biosilica as a silica-containing additive, and carbide silt as a lime-containing additive, as a tetra regulator drill) in the following ratio of components, wt.%:
semi-aquatic gypsum 75.9-81.95 silica fume 5.7-9.7 carbide sludge 10.1-15.7 sodium tetraborate (borax) 0.05-0.5 superplasticizer C-3 0.35-0.75