Облицовочная плитка
Владельцы патента RU 2339595:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственный технологический университет (RU)
Изобретение относится к области производства облицовочных материалов для внутренней отделки, например облицовочной плитки для внутренней отделки и может быть использовано в строительных и отделочных работах. Технический результат - снижение водотвердого отношения, повышение прочности на сжатие и изгиб, повышение коэффициента отражения и степени белизны, расширения ассортимента и цветовой гаммы с использованием широкого спектра пигментов. Облицовочная плитка, приготовленная из смеси, включающей вяжущее с пластифицирующей добавкой и кварц-полевошпатовый песок, в качестве вяжущего содержит бесклинкерное вяжущее, состоящее из перлита, негашеной извести, гипса, а в качестве пластифицирующей добавки - гиперпластификатор Melflux 2651 F при следующем соотношении компонентов, мас.%: перлит - 21-24,3; негашеная известь - 7,8-14; гипс - 1,14-1,60; Melflux 2651 F - 0,060-0,1; кварц-полевошпатовый песок - 60-70. 4 табл.
Изобретение относится к области производства облицовочных материалов для внутренней отделки и может быть использовано в строительных и отделочных работах.
Известны отделочные бесцементные материалы на основе стекол природного и искусственного происхождения (перлит, обсидиан, туфы, бой тарного и промышленного стекла и др.). В качестве щелочного активизатора для получения отделочных материалов используют раствор технического едкого натра NaOH плотностью 1,08 г/см3. Прочность при сжатии бесцементных отделочных материалов после автоклавной обработки составляет 40-55 МПа (См. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Буров В.Ю., Зейфман М.И. Отделочные бесцементные материалы на основе кислых вулканических стекол // Строительные материалы, 1980, №9).
Недостатком этого состава отделочного бесцементного материала является использование щелочи NaOH, которая является дефицитным и дорогостоящим реактивом, применение которого требует специального оборудования и соблюдения правил техники безопасности, а также использование дорогостоящей и ресурсоемкой автоклавной обработки при твердении материала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является бетонная смесь, которая содержит, мас.%: портландцемент - 19,5-20,1; щебень - 48,2-48,4; песок - 30,0-31,5; суперпластификатор С-3 - 0,21-0,50; порошковый бентонит - 0,4-1,2. Смешивание компонентов производится в обычной бетономешалке с добавлением воды согласно рецептуре при обычной температуре воздуха до пластичной, однородной консистенции. Прочность при сжатии полученного бетона в результате тепловлажностной обработки, при 90°С и режиму 1,5+8+1,5 ч - 38,7 МПа (См. патент РФ №2131856, МПК С04В 28/04; С04В 24/22, опубл. 10.07.2000).
Недостатком этого состава являются низкие декоративные свойства отделочных материалов на основе бетонной смеси с использованием портландцемента.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в получении состава облицовочной плитки безавтоклавного твердения на основе бесклинкерного известково-перлитового вяжущего с использованием перлитовых пород.
Технический результат изобретения заключается в снижении водотвердого отношения; повышении прочности на сжатие и изгиб; улучшении декоративных свойств; повышении коэффициента отражения, характеризующего степень белизны материала; расширении цветовой гаммы облицовочной плитки за счет использования пигментов широкой цветовой гаммы.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата облицовочная плитка, приготовленная из смеси, включающей вяжущее с пластифицирующей добавкой и кварц-полевошпатовый песок, согласно изобретению в качестве вяжущего выбрано бесклинкерное вяжущее, включающее перлит, негашеную известь, гипс, а в качестве пластифицирующей добавки - гиперпластификатор Melflux 2651 F, при содержании бесклинкерного вяжущего в составе 30-40% по массе, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
негашеная известь 7,8-14;
перлит - 21,0-24,3;
гипс - 1,14-1,60;
гиперпластификатор Melflux 2651 F - 0,060-0,1;
кварц-полевошпатовый песок - 60-70.
Отличительной особенностью состава предлагаемой облицовочной плитки является применение компонентов бесклинкерного вяжущего, обеспечивающих основные физико-механические характеристики облицовочного материала, при его содержании в составе 30-40% по массе.
Именно применение бесклинкерного вяжущего, включающего перлит, негашеную известь, гипс, а в качестве пластифицирующей добавки - гиперпластификатор Melflux 2651 F, со степенью дисперсности 400-500 м2/кг, обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в снижении водотвердого отношения, повышении прочности на сжатие и изгиб, улучшении декоративных свойств; повышении коэффициента отражения; расширении цветовой гаммы получаемой облицовочной плитки.
Снижение водотвердого отношения при получении облицовочной плитки происходит за счет использования в составе бесклинкерного вяжущего пластифицирующей добавки нового поколения - гиперпластификатора Melflux 2651 F - порошкового продукта, полученного методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата. При введении гиперпластификатора в бетонную смесь он, адсорбируясь на твердой поверхности зерен бесклинкерного вяжущего и песка, создает на поверхности утолщенную оболочку со значительным отрицательным потенциалом и тем самым повышает эффект отталкивания молекул воды и подвижность бетонной смеси. Эффект повышения прочности на сжатие и изгиб облицовочной плитки происходит за счет снижения водотвердого отношения на 20-25% при одинаковой подвижности формовочной смеси. Снижение водотвердого отношения приводит к уменьшению пористости готовой облицовочной плитки и, соответственно, к повышению прочностных показателей. Кроме того, введение гиперпластификатора позволяет формовать облицовочную плитку без применения вибрации и получать гладкую высококачественную лицевую поверхность изделий различной формы.
Улучшение декоративных свойств облицовочной плитки происходит за счет использования бесклинкерного вяжущего, степень белизны которого, определенная колориметрическим методом, составляет 60-70%, тогда как у портландцемента этот показатель составляет 20-30% в зависимости от его минералогического состава.
Ассортимент облицовочной плитки расширяют за счет использования пигментов различной цветовой гаммы, содержание которых колеблется в пределах 2-6% от массы бесклинкерного вяжущего.
Производство облицовочной плитки с маркой по прочности М400 с применением бесклинкерного вяжущего, при его содержании в составе 30-40% по массе, позволяет получить его оптимальные строительно-технические свойства.
При уменьшении расхода бесклинкерного вяжущего, включающего перлит, негашеную известь, гипс, гиперпластификатор Melflux 2651 F, менее 30% по массе происходит значительное снижение прочности, происходящее за счет уменьшения активной составляющей вяжущего -извести, играющей роль щелочноземельного активизатора твердения перлитовых пород. Содержание бесклинкерного вяжущего в составе облицовочной плитки должно быть снижено лишь до оптимальных пределов, т.к. это приводит к уменьшению содержания извести, а известь играет важнейшую роль в процессах синтеза гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, как при нормальных условиях, так и при тепловлажностной обработке, в формировании структуры искусственного камня и обеспечении его строительно-технических свойств.
А повышение расхода бесклинкерного вяжущего, включающего перлит, негашеную известь, гипс, гиперпластификатор Melflux 2651 F, более 40%, приводит к значительному снижению водотвердого отношения за счет увеличения содержания добавки гиперпластификатора Melflux 2651 F. Увеличение количества пластифицирующей добавки, несмотря на снижение водотвердого отношения, приводит к понижению прочности облицовочной плитки вследствие нехватки воды для реакции гидратации бесклинкерного вяжущего.
Количественное изменение компонентов получаемой смеси для производства облицовочной плитки, мас.%: бесклинкерное вяжущее - 30-40, песок - 60-70 позволяет варьировать состав без ощутимого изменения прочностных показателей.
Отклонение содержания бесклинкерного вяжущего от указанных пределов в меньшую сторону ведет к тому, что в получаемой смеси при твердении не образуются в достаточном количестве гидросиликаты кальция, образование которых определяет основные физико-механические характеристики облицовочной плитки. Результатом является низкая прочность получаемых образцов. А отклонение содержания бесклинкерного вяжущего в большую сторону ведет к значительному снижению расхода воды за счет увеличения содержания пластифицирующей добавки - гиперпластификатора Melflux 2651 F, что ухудшает реологические свойства формовочной смеси и снижает прочность облицовочного материала.
Компоненты состава бесклинкерного вяжущего для получения облицовочной плитки подобранны таким образом, чтобы получаемые образцы имели максимальные прочностные показатели.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного состава облицовочной плитки. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как более близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».
Для получения предлагаемого состава смеси для производства облицовочной плитки используют негашеную известь Турунтаевского комбината строительных материалов, перлит Мухор-Талинского месторождения (Республика Бурятия), гипсовый камень Заларинского месторождения (Иркутская область), кварц-полевошпатовый песок для строительных работ по ГОСТ 8736-85, гиперпластификатор Melflux 2651 F. Химический состав исходных материалов представлен в таблице 1.
| Таблица 1 Химический состав сырьевых материалов | ||||||||||
| Компонент | Содержание оксидов, по массе, % | |||||||||
| SiO2 | Al2О3 | CaO | Fe2O3 | MgO | K2O | Na2O | FeO | SO3 | ппп | |
| Перлит-сырец | 71,4 | 12,1 | 0,52 | 0,77 | 0,37 | 3,21 | 5,2 | 0,43 | - | 5,87 |
| Песок | 76,02 | 15,06 | 3,47 | 3,51 | 1,98 | - | 0,12 | - | - | 1,6 |
Используют негашеную известь III сорта (активность 75%), содержание «пережога» - не более 2%, скорость гашения - 5 минут (быстрогасящаяся), высокоэкзотермическая (t=91°C).
Гипсовый камень Заларинского месторождения используют в качестве ускорителя схватывания бесклинкерного вяжущего. Содержание в гипсовом камне CaSO4·2H2O - не менее 96% по массе. Тонкость помола гипсового камня, характеризуемая остатком на сите № 02, не более 13%, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 125-79 для гипса марки Г-5.
Готовят три состава для получения облицовочной плитки, мас.%: бесклинкерное вяжущее - 30-40 и песок - 60-70 (составы 1-3), включающие соответственно, мас.%: перлит - 21,0; 22,7; 24,3; негашеная известь - 7,8; 10,9; 14; гипс - 1,14; 1,37; 1,6; гиперпластификатор Melflux 2651 F - 0,060; 0,03; 0,1; кварц-полевошпатовый песок - 60; 65; 70. Одновременно готовят две смеси для получения облицовочной плитки с запредельным содержанием бесклинкерного вяжущего для подтверждения оптимальности (составы 4 и 5), включающие соответственно, мас.%: перлит - 14; 30,5; негашеная известь - 5,1; 17,5; гипс - 0,85; 1,88; гиперпластификатор Melflux 2651 F - 0,05; 0,120; кварц-полевошпатовый песок - 50; 80. Кроме того, готовят известные составы бетонной смеси на основе портландцемента, мас.%: портландцемент - 19,5-20,1; щебень - 48,2-48,4; песок - 30,0-31,5; суперпластификатор С-3 - 0,21-0,50; порошковый бентонит - 0,4-1,2 (прототип), (составы 6 и 7), (см. табл.2).
| Таблица 2 | ||||||||||
| Составы смесей | № сост. | Содержание компонентов, мас.% | ||||||||
| ПЦ | известь | перлит | гипс | Melflux 2651 F | С-3 | песок | щебень | бентонит | ||
| Предложенные | 1 | - | 7,8 | 21,0 | 1,14 | 0,060 | - | 70 | - | - |
| 2 | - | 10,9 | 22,7 | 1,37 | 0,03 | - | 65 | - | - | |
| 3 | - | 14 | 24,3 | 1,6 | 0,1 | - | 60 | - | - | |
| Для оптимальности | 4 | - | 5,10 | 14 | 0,85 | 0,05 | 80 | - | ||
| 5 | - | 17,5 | 30,5 | 1,88 | 0,120 | - | 50 | - | - | |
| Известные (прототип) | 6 | 20,1 | - | - | - | - | 0,5 | 30,0 | 48,2 | 1,2 |
| 7 | 19,5 | - | - | - | - | 0,20 | 31,5 | 48,4 | 0,4 |
Бесклинкерное вяжущее готовится совместным тонким измельчением в вибрационной мельнице негашеной извести, перлита, гипса и гиперпластификатора Melflux 2651 F с заданным соотношением (смеси 1-5) до удельной поверхности 450-500 м2/кг в течение 1-3 мин. Отдозированные количества известково-перлитового вяжущего, песка поступают в бетоносмеситель, где происходит тщательное перемешивание компонентов в течение 3 минут. Формование образцов осуществляют вибролитьем (водотвердое отношение - 0,36-0,38), в течение 10-20 с, в пластиковые формы 5×5×5 см. Вибролитье используют для получения гладкой поверхности плитки и равномерного распределения компонентов. Образцы выдерживают 12 часов во влажных условиях, после чего подвергают тепловлажностной обработке при температуре 90°С по режиму 1,5+6+1,5 ч.
Известные составы готовят следующим образом: портландцемент, песок, щебень и бентонит тщательно перемешивают в бетоносмесителе в течение 3-5 мин, затворяют водой до получения образцов с одинаковой с предыдущими подвижностью (водотвердое отношение - 0,40-0,42), добавку суперпластификатора С-3 вводят с водой затворения, образцы пропаривают по такому же режиму. Исследуемые образцы испытывают на прочность через 3 и 28 суток после тепловлажностной обработки.
Облицовочная плитка на основе предложенных и известных составов имела следующие характеристики (см. табл.3).
| Таблица 3 | ||
| № составов | Предел прочности при сжатии, МПа | |
| в возрасте 3 сут после тепловлажностной обработки | в возрасте 28 сут после тепловлажностной обработки | |
| 1 | 35 | 38,5 |
| 2 | 37 | 43 |
| 3 | 41 | 46 |
| 4 | 25 | 32 |
| 5 | 28 | 35 |
| 6 | 38,7 | 44,7 |
| 7 | 36,4 | 42,4 |
Анализ полученных результатов (табл.3) позволяет сделать следующие выводы:
- прочность облицовочной плитки на основе бесклинкерного вяжущего возрастает от 35-41 МПа в возрасте 3 суток после тепловлажностной обработки, до 38,5-46 МПа в возрасте 28 суток после тепловлажностной обработки;
- введение гиперпластификатора Melflux 2651 F в состав бесклинкерного вяжущего снижает водотвердое отношение на 10% по сравнению с портландцементом с суперпластификатором С-3 при получении одинаковой подвижности формовочных смесей, повышая прочность облицовочной плитки на его основе;
- прочность облицовочной плитки на основе бесклинкерного вяжущего, при его расходе - 40% в составе смеси, выше прочности облицовочной плитки на основе портландцемента в среднем на 5-10%.
Примеры, подтверждающие получение облицовочной плитки на основе бесцементного вяжущего.
Пример 1. Перлит, негашеную известь, гипс и гиперпластификатор Melflux 2651 F предварительно смешивают, а затем подвергают совместной механоактивации в виброистирателе до порошкообразного состояния с Sуд=450-500 м2/кг. Добавляют песок и тщательно перемешивают. Содержание компонентов в смеси, в мас.%:
1. Перлит - 21,0;
2. Негашеная известь - 7,8;
3. Гипс - 1,14;
4. Гиперпластификатор Melflux 2651 F - 0,060;
5. Песок - 70.
После перемешивания с водой (водотвердое отношение - 0,38) формуют вибролитьем в течение 10-20 сек образцы размером 5×5×5 см. Образцы подвергают тепловлажностной обработке при температуре 90°С по режиму 1,5+6+1,5 ч.
Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток после тепловлажностной обработки - 38,5 МПа.
Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
1. Перлит - 22,7;
2. Негашеная известь - 10,9;
3. Гипс - 1,37;
4. Гиперпластификатор Melflux 2651 F - 0,03;
5. Песок - 65.
Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток после тепловлажностной обработки - 43,0 МПа.
Пример 3. Проводят аналогично примеру 1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
1. Перлит - 24,3;
2. Негашеная известь - 14;
3. Гипс - 1,6;
4. Гиперпластификатор Melflux 2651 F - 0,1;
5. Песок - 60.
Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток после тепловлажностной обработки - 46,0 МПа.
В табл.4 приведены сравнительные данные по характеристикам облицовочной плитки на основе бесклинкерного вяжущего, полученного по предлагаемому изобретению, в сравнении с прототипом.
| Таблица 4 | |||
| Физико-технические свойства | Единицы измерения | Облицовочная плитка на основе бесклинкерного вяжущего | Облицовочная плитка на основе портландцемента |
| Средняя плотность | кг/м3 | 2060 | 2410 |
| Водотвердое отношение | - | 0,36-0,38 | 0,40-0,42 |
| Прочность при сжатии через 28 сут после ТВО | МПа | 38,5-46 | 42,4-44,7 |
| Прочность при изгибе | МПа | 6,5 | 6,1 |
| Водопоглощение | % по массе | 3,5 | 3,7 |
| Водостойкость | Kразм | 0,88-0,90 | 0,92-0,94 |
| Морозостойкость | ЦИКЛЫ | 290 | 290 |
| Усадка | % | 1,3 | 1,3 |
| Коэффициент отражения | % | 60-70 | 20-30 |
| Себестоимость | руб./м2 | 243,71 | 286,64 |
Таким образом, предлагаемый состав получения облицовочной плитки на основе бесклинкерного вяжущего имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом (См. патент РФ №2131856, опубл. 10.07.2000):
- механохимическая активация известково-перлитового вяжущего совместно с гиперпластификатором Melflux 2651 F позволяет получить облицовочную плитку на его основе с прочностью на сжатие и изгиб в среднем на 5-10% выше прочности облицовочной плитки на основе портландцемента;
- введение в состав бесклинкерного вяжущего гиперпластификатора Melflux 2651 F позволяет снизить водотвердое отношение на 10% для получения облицовочной плитки, формовочная смесь которой имеет одинаковую подвижность со смесью на основе портландцемента;
- повышенные коэффициент отражения и степень белизны по сравнению с облицовочной плиткой на основе портландцемента;
- пониженная себестоимость на 1 м2 плитки по сравнению с облицовочной плиткой на основе портландцемента, за счет меньшей стоимости материалов, применяемых в бесцементном вяжущем.
Предлагаемый состав облицовочной плитки может быть использован в производстве облицовочных материалов для внутренней отделки и может быть использован в строительных и отделочных работах, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».
Облицовочная плитка, приготовленная из смеси, включающая вяжущее с пластифицирующей добавкой и кварц-полевошпатовый песок, отличающаяся тем, что в качестве вяжущего применено бесклинкерное вяжущее, содержащее перлит, негашеную известь, гипс, а в качестве пластифицирующей добавки - гиперпластификатор Melflux 2651 F при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| перлит | 21-24,3 |
| негашеная известь | 7,8-14 |
| гипс | 1,14-1,60 |
| гиперпластификатор Melflux 2651 F | 0,060-0,1 |
| кварц-полевошпатовый песок | 60-70 |
