Статья о применении в производстве сухих строительных смесей вместо дорогостоящих модифицирующих химических добавок в виде порошков, получаемых путем пептизации дисперсий, соответствующих добавок в виде латексов, смол, эмульсий и прочих жидкостей в пластиковых емкостях для придания нужных физико-механических и эксплуатационных свойств. Это становится возможным с двухупаковочной технологией производства сухих строительных смесей.
УДК 691
Г.Г. САРГСЯН, ветеран труда, инженер-технолог силикатной промышленности
Ключевые слова: заменители порошковых модифицирующих химических добавок, эфиры целлюлозы, эфиры крахмала, латексы, дисперсии, акрилатная смола, редиспергируемые латексные порошки
Keywords: powder substitutes of modifying chemical additives, cellulose ethers, ethers of starch, latexes, dispersions, acrylate resin, redispersible latex powders
Двухупаковочная технология производства сухих строительных смесей обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционной технологией производства:
— повышает производительность в 3 раза благодаря сокращению цикла смешивания;
— однородность минеральной и модифицирующей частей позволяет создать однородный строительный раствор, что является гарантией получения строительного продукта с предусмотренными физико-механическими и эксплуатационными свойствами;
— отдельная фасовка дает возможность применения как порошковых модифицирующих добавок, так и жидких в виде латексов, смол, дисперсий;
— сокращение цикла смешивания на единицу продукции уменьшает выброс в атмосферу вредных веществ.
Согласно двухупаковочной технологии производства ССС, минеральные составляющие смеси смешиваются в заводском смесителе по традиционной технологии без добавления модифицирующих химических добавок на данном этапе и фасуются в бумажные мешки. Модифицирующие химические добавки через заводской питатель подаются в мини-смеситель. Затем они фасуются в пакеты в количестве, соответствующем минеральной части, согласно рецептуре. Вводятся в мешок с минеральной частью через клапан заполнения.
Двухупаковочная технология производства ССС позволяет использовать вместо импортных порошковых модифицирующих химических добавок соответствующие модифицирующие химические добавки отечественного производства без превращения их в порошок дорогостоящим способом распылительной сушки. Жидкие добавки в виде латексов, эмульсий, смол и т.д., упакованные в пластиковые емкости, также вкладываются в мешок с минеральными добавками через клапан заполнения.
Для всех смесей независимо от вида вяжущего в качестве загущающих водоудерживающих добавок применяются эфиры целлюлозы и эфиры крахмала. Они позволяют добиться полного схватывания вяжущего, улучшения текучести, пластичности и эластичности получаемого раствора. Эфиры крахмала также предотвращают прилипание раствора к инструменту.
Сухие строительные смеси на основе строительного гипса
В смесях на основе строительного гипса более экономично в качестве загущающей водоудерживающей добавки применять карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), метилцеллюлозу и эфир крахмала. Строительный гипс – быстросхватывающееся вяжущее, для которого, после затворения водой, обычно начало схватывания 4-5 минут, конец схватывания – 10-15 минут.
В сухие смеси необходимо вводить замедлители, чтобы увеличить время пластичного состояния раствора. Сроки схватывания строительного гипса зависят от свойства сырья, метода изготовления, тонкости помола, длительности хранения, а также от количества и температуры воды затворения.
Для получения теста нормальной густоты требуется 50-70% воды. Схватывание гипса ускоряется при затворении его уменьшенным количеством воды по сравнению с тем, какое требуется для теста нормальной густоты. И наоборот, от увеличения количества воды схватывание замедляется. Повышение температуры воды затворения до 40-50°С способствует ускорению схватывания. А при температуре 80-90°С оно прекращается.
Схватывание замедляется, если гипс применяют в смеси с заполнителями: песком, известняковой мукой, опилками и т.д. Для регулирования сроков схватывания гипса применяют замедлители – поверхностно-активные вещества.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), адсорбируемые частицами полуводного и двуводного гипса, замедляют скорость образования зародышей кристаллов. Это такие добавки, как сульфатно-спиртовая барда, сульфанат. Они позволяют уменьшать количество воды затворения на 10-15% для получения теста нормальной густоты и увеличения прочности, так как их замедляющее действие усиливается снижением водогипсового отношения.
Замедляют сроки схватывания гипса также фосфаты и бораты щелочных металлов: триполифосфат натрия, фосфат натрия, бура, борная кислота, лимонная и винная кислоты, известь гашеная, животный клей, отходы кожевенного, мыловаренного, сыроваренного производств. Таким образом, отпадает необходимость использования дорогостоящих импортных добавок при производстве сухих строительных смесей на основе гипса.
Сухие строительные смеси на основе цемента
Схватывание и твердение цемента также происходит в результате гидратации. В смесях на основе цемента в качестве загущающих водоудерживающих добавок в основном применяют метилгидроксиэтилцеллюлозу, модифицированную метилцеллюлозу и эфиры крахмала.
Для улучшения водоудержания, пластичности и текучести, кроме вышеперечисленных добавок, можно применять в количестве от 0,1 до 0,5%: оксид полиэтилена, поливиниловый спирт, сополимеры стирола, полиакриламид, а также в количестве от 1 до 25%: известь-пушонку, бентонитовую глину, диатомит, вулканические активные порошки. При их применении вода служит в качестве скользящей смазки, улучшая реологию раствора (удобоукладываемость), время корректирования (открытое время). Благодаря водоудержанию появляется возможность применения тонкослойных технологий производства строительных работ, что приводит к экономии материалов, повышению производительности труда. Модификация смесей эфиров целлюлозы еще недостаточна для работы с растворами в сложных условиях, таких как штукатурные, теплоизоляционные работы на фасадах зданий, облицовка керамогранитом сложной невпитывающей основы (металл, стекло).
Эта задача решается введением в смесь редиспергируемых полимерных порошков, таких как разновидности Dairen, которые позволяют повысить морозостойкость, дают хорошую адгезию, улучшают эластичность, удобоукладываемость. Редиспергируемые латексные полимерные порошки, получаемые распылительной сушкой винилацетатных и акрилатных смол, являются основным ценообразующим компонентом смеси. Качество смеси зависит от их количества. При затворении сухих смесей водой эти порошки редиспергируются, действуют как водные дисперсии.
Двухупаковочная технология позволяет использовать винилацетатэтиленовую и акрилатную смолу без превращения в порошок – в виде дисперсии. Не все дисперсионные порошки пригодны в сложных климатических условиях: только поливинилацетатэтиленовые и акрилатные, имея низкую температуру стеклования, применимы как морозостойкие добавки в смесях и используются для наружных работ. Таким образом, основные модифицирующие добавки для всех смесей – это водоудерживающие и диспергируемые порошки. При необходимости поменять или усилить специальные свойства смесей применяются другие соответствующие химические добавки.
Морозостойкость – важнейшее свойство долговечности продукта. При эксплуатации попеременные замерзания и оттаивания приводят к появлению трещин и снижению прочности. Морозостойкость цементного камня зависит от общей пористости и характера пористости. К уменьшению пористости приводит снижение количества воды затворения. При низких водоцементных отношениях, близких к полной гидратации цемента, цементный камень почти не содержит капиллярных пор. Создаются поры, в которых вода замерзает лишь при температуре -70°С. Морозостойкость также усиливается при введении в смесь воздухововлекающих и гидрофобных добавок. При перемешивании раствора захватывается воздух, и благодаря воздухововлекающей добавке образуются пузырьки.
Воздухововлекающие добавки – это поверхностно-активные вещества: анионоактивные или катионоактивные. Воздухововлекающими добавками являются: древесная смола, нейтрализованная СНВ; синтетическая поверхностно-активная добавка СПД; смола древесная омыленная СДО; сульфанол С; вспомогательный препарат ОП.
Все указанные воздухововлекающие добавки имеют ГОСТ, ОСТ или ТУ.
Кроме воздухововлекающих, морозостойкость усиливают гидрофобные добавки: метилсиликонат натрия ГКЖ-11; этилсиликонат натрия ГКЖ-10; полигидросилоксан; стеарат кальция; стеарат цинка; кубовые остатки нефти.
Для усиления удобоукладываемости, текучести и пластичности вводятся: суперпластификатор С-3; сульфатно-дрожжевая бражка СДБ; водорастворимый препарат ВРП-1; милонафт М, а также ГКЖ-10, ГКЖ-11, нейтрализованный черный контакт НЧК (натриевый).
Газообразующие добавки ГКЖ-94. Ускорители твердения: хлорид кальция (ХК); нитрит кальция (НК); нитрит натрия (НН); полиамидная смола С-89.
Кроме добавок, указанных в использованной мною литературе, имеются запатентованные отечественными изобретателями более тысячи модифицирующих химических добавок в виде прямого продукта промышленного производства, а также отходы производства. Так, для повышения непроницаемости – уплотнения – применяются пластифицирующие и воздухововлекающие добавки. Для предотвращения появления выцветов на поверхности раствора необходимо вводить пластифицирующие, воздухововлекающие, газообразующие добавки. Следует учитывать, что подобного рода добавки снижают темпы схватывания цемента. Необходимо вводить в смесь ускоритель.
При отсутствии воздухововлекающих добавок вовлеченный воздух при перемешивании раствора укрупняется и улетучивается. Вводимые воздухововлекающие анионоактивные добавки адсорбируются на поверхности воздушных пузырьков полярной стороной к воде, а неполярной – в сторону пузырьков воздуха. Заряжаясь одноименно, они отталкиваются друг от друга, что препятствует укрупнению. Одновременно с введением воздухововлекающих добавок снижается поверхностное натяжение воды, что улучшает более мелкое диспергирование пузырьков и их большую прочность. При замерзании вода расширяется приблизительно на 9%, и образовавшийся излишек воды выдавливается в пузырьки. Этим обеспечивается морозостойкость цементного камня.
Гидрофобные добавки уменьшают водопроницаемость раствора и усиливают морозостойкость. Это водоотталкивающее стеариновое мыло, жирные кислоты, которые реагируют с продуктами гидратации цемента и обеспечивают морозостойкость: метилсиликонат натрия ГКЖ-11; этилсиликонат натрия ГКЖ-10; полигидросилоксан ГКЖ-94; стеарат кальция; стеарат цинка; кубовые остатки нефти.
Гидрофобные добавки могут являться одновременно наполнителями, уплотняющими структуру смеси заполнением пор, тем самым не позволяя влаге проникать в смесь. Оптимальное количество добавок при составлении рецептур определяется экспериментально, исходя из применяемых минеральных составляющих для данного региона и наличия в данном регионе соответствующих модифицирующих химических добавок, производимых местными заводами в виде продукта производства или промышленных отходов. Рецептуры сухих строительных смесей обязательно должны составляться авторитетными организациями, такими как НИИЦемент, Химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева и т.п.
Библиографический список
1. ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний.
2. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества (технология и свойства). Учебник для вузов. – Москва: Стройиздат, 1966, – 400 с.
3. Добавки в бетон. Справочное пособие «Concrete mixtures». Handbook Properties Science and technology edition by V.S. Ramachandran. – Москва: Стройиздат, 1988, – 57 с.
4. Нациевский Ю.Д. и др. Справочник по строительным материалам и изделиям. Цемент, заполнители, бетон, силикаты, гипс. – Киев: Будивельник, 1989, – 134 с.
5. Волинец Н.П. и др. Справочник инженера-технолога. – Киев: Будивельник, 1983, – 224 с.
6. Швец П.Н. Справочник строителя-отделочника. – Киев: Будивельник, 1986, – 300 с.
7. Муравьев И.А. Технология лекарств, том 1, глава 29. Порошки (pulveres). – Москва: Медицина, 1980.
8. Майоров П.Н. Бетонные смеси. Рецептурный справочник. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2009, – 461 с.
