Композиция для пропитки поверхностей гипсосодержащих изделий
Владельцы патента RU 2524713:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) (RU)
Изобретение относиться к строительным материалам. Технический результат - объемная гидрофобизация и беспрепятственное испарение воды из гипсосодержащих изделий, повышение прочности гипсосодержащих изделий за счет кольматации пор поверхностного слоя и образования армирующей структуры новообразований в порах. Композиция для пропитки поверхностей гипсосодержащих изделий содержит, масс.%: жидкое стекло 6,70-6,75; водный раствор метилсиликоната натрия 5,45-5,50; кислый фторангидрит 1,00-1,50; воду 86,35-86,80. В качестве жидкого стекла композиция содержит натриевое или калиевое жидкое стекло. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в качестве пропитки поверхностей пористых строительных материалов, а более конкретно - гипсосодержащих материалов с целью защиты их от влаги.
Известна композиция для пропитки бетонных и железобетонных изделий, включающая натриевое жидкое стекло 77,0-77,50, кремнефтористый натрий 15,43-15,50 и поливинилацетатную эмульсию - остальное (RU 2461533, МПК С04В 41/68, опубл. 20.09.2012).
Известная композиция позволяет повысить фунгицидные свойства, прочность и морозостойкость бетонных и железобетонных изделий.
Недостатком является малая глубина проникновения пропиточного состава (0,5 мм), что снижает надежность и долговечность покрытия, а следовательно, не обеспечивает надежную защиту от проникновения влаги в изделие.
Известна композиция, предназначенная для применения в качестве защитного покрытия по глазурованным поверхностям бетонных изделий, включающая масс.%: натриевое жидкое стекло 30-70, этилсиликонат или метилсиликонат натрия 30-70 (RU 2328478, МПК С04В 41/71, опубл. 10.07.2008).
Указанная композиция обеспечивает прочное сцепление пропитки с бетонным изделием, герметизирует мелкие дефекты глазурного покрытия бетонных изделий и тем самым обеспечивает надежную защиту от проникновения в глазурованные строительные изделия влаги и загрязнений. Однако недостаточно повышает прочность, не снижает водопоглощение и не гидрофобизирует поверхность изделий в связи с высокой вязкостью составов, а следовательно, с низкой впитываемостью в поровое пространство материала.
Наиболее близким является укрепляющий (пропитывающий) состав на основе жидкого калиевого стекла с добавками метилсиликоната натрия или ГКЖ-94 (39. С.47-50). Состав в расчете на 1 объем жидкого стекла (водный раствор; плотность 1,3; модуль 2,02) содержит 0,4 объема метилсиликоната натрия (5%-ный водный раствор) или 0,4 объема кремнийорганической жидкости ГКЖ-94 (5%-ный водный раствор). Жидкое стекло предварительно разбавлено водой (http://rudocs.exdat.com/docs/index-191073.html?page-22#6480366).
Состав по прототипу обладает высокой водостойкостью из-за образования тончайшей пленки на поверхности изделий. Недостатком данного укрепляющего состава является повышенная вязкость, образование пленки силиконата только на поверхности изделий и, как следствие, повышение прочности на истирание только поверхностного слоя. Данный состав можно использовать для повышения гидрофобности изделий без изменения паро- и воздухопроницаемости и для повышения прочности поверхности изделий на истирание. То есть больше пригоден не для объемных изделий, а красочных слоев, штукатурки, облицовочных, грунтовых материалов.
Задача изобретения заключается в повышении прочности гипсосодержащих изделий на сжатие, снижении водопоглощения и в одновременном обеспечении гидрофобизации гипсосодержащих изделий.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в кольматации пор поверхностного слоя гипсосодержащего изделия и создания армирующей структуры новообразований в порах изделий одновременно с обеспечением возможности беспрепятственного испарения воды из гипсосодержащего изделия и обеспечением объемной гидрофобизации.
Сущность изобретения заключается в том, что композиция для пропитки гипсосодержащих поверхностей, как и состав по прототипу, содержит жидкое стекло, водный раствор метилсиликоната натрия в качестве гидрофобизирующей добавки и воду. В отличие от прототипа заявляемая композиция содержит кислый фторангидрит (ФТА), при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| жидкое стекло | 6,70-6,75 |
| водный раствор метилсиликоната натрия | 5,45-5,50 |
| кислый фторангидрит | 1,00-1,50 |
| вода | 86,35-86,80 |
Соотношение компонентов и их количество получены в ходе проведенных экспериментов. Количество ФТА выбрано в ходе проведенных экспериментов, в результате которых установлено, что при ФТА меньше 1 масс.% коагуляция коллоидных частиц смеси либо не наступает, либо наступает очень медленно, а при концентрации больше 1,5 она наступает очень быстро. В качестве водного раствора метилсиликоната натрия можно использовать любую серийно выпускаемую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11П, ГКЖ-11Н, ГКЖ-94.
Поскольку композиция содержит всего 6,7-6,75% жидкого стекла, вязкость ее низкая. В связи с низкой вязкостью композиции и высокой пористостью гипсосодержащего изделия (40%) происходит глубокое проникновение композиции в поры изделия. В порах происходит химическое взаимодействие между компонентами пропитки и компонентами стенок пор и порового пространства. Так, в результате взаимодействия жидкого стекла с солями кальция (CaSO4), которые входят в состав ФТА, с избыточным гидроксидом кальция образуются труднорастворимые в воде соединения, дополнительные структурообразующие вещества типа Na2SiF6, K2SO4·CaSO4·nH2O (сингенит) за счет протекания химических реакций между компонентами пропитки, содержащей следы HF, и компонентами подложки, содержащей CaSO4. Кроме того, образуется когезионная связь между ионами SO4 раствора и гипсосодержащего изделия. За счет этого происходит кольматация пор и заполнение их труднорастворимыми в воде соединениями, что обеспечивает эффект повышения прочности и снижение водопоглощения. Эффект гидрофобизации достигается за счет того, что раствор метилсиликоната натрия образует полиалкилсиликоновую пленку, которая, не препятствуя испарению воды, обеспечивает защиту от увлажнения.
Таким образом, в результате пропитки наблюдается двойной эффект, один из которых заключается в образовании дополнительной химической сшивки, «армировании», новообразованиями перового пространства гипсосодержащего изделия, другой - в обеспечении объемной гидрофобизации, которая также не препятствует испарению воды.
Изобретение явно не следует из уровня техники. Во-первых, несмотря на известность применения жидкого стекла и метилсиликоната натрия в пропиточных составах (например, RU 2328478, RU 2461533, прототип), составов с таким количественным соотношением указанных компонентов, как в заявляемой композиции, в уровне техники не обнаружено. Во-вторых, среди известных источников информации не обнаружена и вся совокупность отличительных признаков, с помощью которых состав обеспечивает новое свойство пропиточной смеси: «армирование» структуры изделия одновременно с обеспечением объемной гидрофобизации, оставляя при этом неизменными его паро- и воздухопроницаемость.
Изготовление композиции показано на конкретных примерах. Было изготовлено 5 составов согласно заявляемой композиции для 5 образцов гипсосодержащего изделия. Для изготовления композиции использовались следующие компоненты: калиевое жидкое стекло, удовлетворяющее требованиям ГОСТ 1895 8-73* со средней плотностью 1,4 г/см3, ГКЖ-11П - кремнийорганическая жидкость, представляющая собой 30% водный раствор метилсиликоната натрия со средней плотностью 1,17 г/см3, кислый фторангидрит (отход производства плавиковой кислоты). Состав ФТА включает: 20% растворимый сульфат кальция CaSO4 13,00-16,00; нерастворимый сульфат кальция CaSO4 78,75-85,54; 4% фторид кальция CaF2 0,50-1,30; 5% серная кислота H2SO4 0,15-5,50; плавиковая кислота HF 0,01-0,04. Вода для затворения соответствует ГОСТ 23732-79.
Способ приготовления композиции заключается в следующем. Производят весовую дозировку компонентов. Затем в чистый смеситель наливают отмеренное количество натриевого жидкого стекла, водного раствора метилсиликоната натрия, воду и после тщательного перемешивания в смесь добавляют необходимое количество ФТА и осуществляют тщательное перемешивание до получения однородной смеси. Через полчаса готовую композицию фильтруют. Это необходимо для того, чтобы удалить из полученной композиции нерастворимые в воде соединения ФТА в виде нерастворимого сульфата кальция CaSO4 и фторида кальция CaF2.
В таблице 1 приведены основные характеристики составов. В таблице 2 - показатели для образцов, пропитанных соответствующими составами. В качестве контрольного образца был испытан образец без обработки заявляемой композицией.
| Таблица 1 | |||||
| Компоненты, масс.% | |||||
| № | Составы | Калиевое жидкое стекло | Кислый фторангидрит | ||
| ГКЖ-11П | Вода | ||||
| 1 | Состав 1 | 6,70 | 5,50 | 1,00 | 86,80 |
| 2 | Состав 2 | 6,71 | 5,49 | 1,45 | 86,35 |
| 3 | Состав 3 | 6,70 | 5,40 | 1,50 | 86,40 |
| 4 | Состав 4 | 6,74 | 5,48 | 1,10 | 86,68 |
| 5 | Состав 5 | 6,75 | 5,45 | 1,30 | 86,50 |
| Таблица 2 | ||||
| Прочность на сжатие, Rсж, МПа | Водостойкость (коэффициент размягчения), Кразм | |||
| № | Образцы | Водопоглощение, Wm, % | ||
| 1 | Контрольный образец | 3,80 | 0,70 | 27 |
| 2 | Образец 1 | 8,30 | 0,78 | 18 |
| 3 | Образец 2 | 8,00 | 0,70 | 16 |
| 4 | Образец 3 | 10,0 | 0,95 | 10 |
| 5 | Образец 4 | 6,60 | 0,80 | 12 |
| 6 | Образец 5 | 7,00 | 0,75 | 13 |
Из таблицы 2 видно, что образцы, пропитанные предложенным составом, обладают повышенной прочностью на сжатие и улучшенными водостойкими и гидрофобными свойствами. Причем прочность образца 3 при пропитке составом 3 увеличилась более чем в 2,5 раза. При этом водопоглощение снизилось на 17%, а водостойкость увеличилась примерно в 1,35 раза. Поэтому оптимальным составом является состав 3, а именно: жидкое стекло в количестве, масс.% - 6,70; водный раствор метилсиликоната натрия - 5,40; кислый фторангидрит - 1,50; вода - 86,40.
Приведенные примеры не ограничивают область применения заявляемой композиции. Вместо калиевого жидкого стекла можно использовать натриевое жидкое стекло, а также использовать иной % - водный раствор метилсиликоната натрия. Эксперименты показали, что структурообразование от этого не меняется и гипсовые изделия обладают повышенной прочностью, пониженным водопоглощением и гидрофобными свойствами.
1. Композиция для пропитки поверхностей гипсосодержащих изделий, содержащая жидкое стекло, водный раствор метилсиликоната натрия в качестве гидрофобизирующей добавки и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кислый фторангидрит при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| жидкое стекло | 6,70-6,75 |
| водный раствор метилсиликоната натрия | 5,45-5,50 |
| кислый фторангидрит | 1,00-1,50 |
| вода | 86,35-86,80 |
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она включает натриевое жидкое стекло.
3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она включает калиевое жидкое стекло.
