Казанский государственный архитектурно-строительный университет Кафедра строительных материалов Водостойкие

Казанский государственный архитектурно-строительный университет Кафедра строительных материалов Водостойкие бесклинкерные композиционные гипсовые вяжущие и сухие смеси на их основе Начальник управления научно-исследовательской деятельностью, доцент кафедры строительных материалов, канд. техн. наук Халиуллин Марат Ильсурович; Заведующий кафедрой строительных материалов, профессор, д-р техн. наук Рахимов Равиль Зуфарович; ассистент кафедры строительных материалов Гайфуллин Альберт Ринатович

ДИНАМИКА ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА В РОССИИ В 2005 -2011 ГГ. , И ПРОГНОЗ НА 2015 Г. МЛН. Т* прогноз Рынок гипса в России имеет высокую потенциальную емкость в среднесрочной перспективе в связи увеличением объемов применяемых строительных отделочных материалов и новых технологий их производства. Значительные площади требуют капитального ремонта и реконструкции. Прогнозное производство гипсовых вяжущих в России к 2015 г. составит 9 -10 млн. т. *По данным статьи Волошиной О. А. Закономерности и особенности развития рынков минеральных вяжущих в годы кризиса//Строительные материалы. 2012. № 2, С. 12 -15.

Недостаточная водостойкость гипсовых изделий, коэффициент размягчения которых составляет 0, 25 -0, 35 ограничивает области их применения. Исследования П. П. Будникова, А. В. Волженского, А. В. Ферронской показывают, что наиболее эффективным способом повышения водостойкости материалов на основе гипсовых вяжущих является введение в их состав добавок портландцемента, доменных гранулированных шлаков, извести в сочетании с активными минеральными добавками. Образующиеся при химическом взаимодействии компонентов вяжущего труднорастворимые соединения заполняют поры гипсового камня, уплотняя его, повышая водонепроницаемость и снижая растворимость. В результате проведенных исследований были созданы гипсоцементнопуццолановые гипсозвестковопуццолановые, гипсозвестковошлакопуццолановые и гипсошлакоцементнопуццолановые вяжущие повышенной водостойкости. Вяжущие обладают марками по прочности 150 -200, коэффициентом размягчения - 0, 6 -0, 8. Вместе с тем, повышенная водопотребность подобных вяжущих снижает прочностные показатели материалов на их основе. Содержание в составе вяжущих до 15 -25% портландцемента повышает их стоимость.

С конца 80 -х годов ХХ века в МГСУ, КГАСУ, РГСУ, БГТУ им. В. Г. Шухова созданы водостойкие композиционные гипсовые вяжущие низкой водопотребности с содержанием клинкерного цемента менее 15%. В состав вяжущих, наряду с гидравлическими добавками, входят модифицирующие добавки, направленно регулирующие свойства вяжущего (пластификаторы, наполнители). Технология получения вяжущих основана на использовании принципа механохимической активации компонентов. Повышение водостойкости материалов обеспечивается как за счет образования труднорастворимых продуктов при химическом взаимодействии компонентов вяжущего, так и формированием плотной структуры гипсового камня, при введении пластифицирующих добавок. Вяжущие обладают марками по прочности 150 -500, коэффициентом размягчения более 0, 8. КРИСТАЛЛЫ ГИПСА ГИДРОСИЛИКАТЫ КАЛЬЦИЯ КРИСТАЛЛЫ ГИПСА Микроструктура гипсового камня на основе строительного гипса (х 700) Микроструктура искусственного камня на основе водостойкого бесклинкерного композиционного гипсового вяжущего (х 700)

Керамзитовая пыль – многотоннажный отход промышленности строительных материалов, обладающий гидравлической активностью. Объемы образования керамзитовой пыли производстве керамзита на каждом заводе составляет до 7 – 8 тонн в сутки и до 10 % от массы использованного сырья. Гидравлическая активность керамзитовой пыли при удельной поверхности 500 м 2/кг в зависимости от химического состава минерального состава составляет от 377 до 462 мг/г.

ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДОБАВОК КЕРАМЗИТОВОЙ ПЫЛИ РАЗЛИЧНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА И ДИСПЕРСНОСТИ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ГИПСОВОГО КАМНЯ Предел прочнсти при сжатии, МПа 18 17 16 15 14 13 12 11 10 0 10 20 30 40 50 Количество керамзитовой пыли, % ♦ – КП-1; ■ – КП-2; ▲ – КП-3; х – КП-4. Добавки 20 -30% керамзитовой пыли различного минерального состава и дисперсности не приводит к существенному снижению прочности при сжатии гипсового вяжущего (с 16, 2 МПа до 14, 3 -11, 8 Мпа) и коэффициента размягчения (с 0, 35 до 0, 31 -0, 23), что позволяет использовать гипсокерамзитовые вяжущие наравне с бездобавочным гипсовым вяжущим.

0. 7 19 Коэффициент размягчения Предел прочнсти при сжатии, МПа ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДОБАВОК КЕРАМЗИТОВОЙ ПЫЛИ РАЗЛИЧНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА И ДИСПЕРСНОСТИ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА И ВОДОСТЙКОСТЬ ГИПСОВОГО КАМНЯ С ДОБАВКОЙ ИЗВЕСТИ 18 17 16 15 14 0. 6 0. 5 0. 4 0. 3 13 0 5 10 15 20 25 30 Количество керамзитовой пыли , % 35 40 0 10 20 Количество керамзитовой пыли, % ♦ – КП-1; ■ – КП-2; ▲ – КП-3; х – КП-4 При введении 20 -30% керамзитовой пыли совместно с добавками извести прочность при сжатии сохраняется на уровне контрольных образцов, коэффициент размягчения повышается до 0, 55 – 0, 65. 30

ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА И ВИДА ДОБАВОК МОЛОТОГО ДОМЕННОГО ШЛАКА ПРИ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 500 М 2/КГ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА И ВОДОСТЙКОСТЬ ГИПСОВОГО КАМНЯ С ДОБАВКОЙ ИЗВЕСТИ, СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА И КЕРАМЗИТОВОЙ ПЫЛИ 1 30 Коэффициент размягчения Предел прочности при сжатии, МПа 30. 5 29 28. 5 28 27. 5 27 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Количество доменного гранулированного шлака, % 0. 9 0. 8 0. 7 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Количество доменного гранулированного шлака, % 45 ♦ - ЧМК; ■ - ОХМК; ▲ - ЧРМК. В зависимости от вида шлака, дисперсности и его содержания меняется: начало схватывания от 8 мин до 10 мин 10 сек; средняя плотность камня от 2330 кг/м 3 до 1630 кг/м 3; Rсж от 27, 3 МПа до 27, 5 -30, 2 МПа; коэффициент размягчения от 0, 77 до 0, 96.

РОЛЬ КОМПОНЕНТОВ РАЗРАБОТАННЫХ БЕСКЛИНКЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ НА СОСТАВ, СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ I Гипсокерамзитовое вяжущее II Гипсокерамзитоизвестковое вяжущее (ГКИВ ) III Снижение расхода строительного гипса при введении 20 -30% молотой керамзитовой пыли при некотором эффект снижении показателей физико-технических свойств вяжущего (в соответствии с полиструктурной теорией композиционных строительных материалов) Композиционное гипсокерамзитоизвестковое вяжущее (КГКИВ ) IV строительный гипс; молотая керамзитовая пыль. В/Г = 0, 54 - 0, 56; Rсж = 14 – 15 МПа; Кр = 0, 25 - 0, 3 строительный гипс; молотая керамзитовая пыль; известь строительная. В/Г = 0, 55 - 0, 56; Rсж = 16 - 17, 5 МПа; Кр = 0, 55 - 0, 67 Образование труднорастворимых продуктов при химических реакциях между компонентами, заполняющих поры и уплотняющих структуру искусственного камня. эффект Обеспечение долговечности искусственного камня (образование эттрингита только в начальный период твердения вяжущего в результате взаимодействия Ca. O с минералами керамзитовой пыли и снижения концентрации Са. О до значений ниже 0, 85 г/л). Водоредуцирующий эффект действия суперпластификатора, усиленный в щелочной среде. эффект строительный гипс; Образование труднорастворимых продуктов при химических молотая керамзитовая пыль; реакциях между компонентами, заполняющих поры и известь строительная; суперпластификатор уплотняющих структуру искусственного камня. . В/Г = 0, 35 - 0, 38; Rсж = 20 - 27 МПа; Кр = 0, 6 - 0, 8 Композиционное гипсокерамзитоизвестковошлаковое вяжущее (КГКИШВ) Синергетический эффект влияния введения бинарной добавки, включающей молотую керамзитовую пыль и гранулированный доменный шлак на свойства строительный гипс; эффект композиционного гипсового вяжущего (дополнительная щелочная активация шлака, образование молотая керамзитовая пыль; труднорастворимых продуктов при химических реакциях известь строительная; суперпластификатор; между известью, минералами шлака, керамзитовой пыли, гранулированный доменный шлак. гипсом, водой, заполняющих поры и уплотняющих структуру В/Г = 0, 35 - 0, 38; искусственного камня). Rсж = 30 - 35 МПа; Кр = 0, 8 - 0, 96

СВОЙСТВА РАЗРАБОТАННЫХ ВОДОСТОЙКИХ БЕСКЛИНКЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ: КГКИВ и КГИКШВ Наименование показателя Тонкость помола, остаток на сите № 02, не более Сроки схватывания: • начало, не ранее • конец Предел прочности образцов балочек, высушенных после 28 сут. нормального твердения (температура 20± 2°С, φ = 95%) • при изгибе • при сжатии Категория по водостойкости Единица измерения Марки вяжущего по прочности 10 15 20 % 30 6, 0 25, 0 9, 5 30, 0 23 мин 25 2 10 - 20 МПа 3, 5 10 4, 7 15, 0 5, 5 20, 0 КГИКВ - повышенной водостойкости (0, 6≤Кр<0, 8); КГИКШВ - водостойкие (Кр≥ 0, 8)

Бесклинкерные композиционные гипсовые вяжущие повышенной водостойкости рекомендуются для изготовления штукатурных, шпаклевочных, напольных, клеевых сухих строительных смесей и растворов, производства наружных ограждающих стеновых изделий для малоэтажного строительства.

СВОЙСТВА РАЗРАБОТАННЫХ СУХИХ ШТУКАТУРНЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ КГИКВ Предел прочности образцов в нормативном Прочность возрасте, МПа сцепления с основанием, на при МПа растяжение сжатии при изгибе Наименование штукатурной смеси Подвижность, (диаметр расплыва образца по ГОСТ 31376), см Время начала схватывания, мин Водоудерживающая способность, % Штукатурная смесь на основе КГИКВ 165 ± 5 45 - 90 98, 0 - 99, 0 1, 0 - 4, 5 2, 0 - 10, 5 0, 3 – 0, 6 Штукатурка гипсовая Ти. М № 50 (ООО «Технология и материалы» ) нет сведений 93 2, 5 5, 0 1, 0 нет сведений 90 нет сведений 1, 5 3, 0 0, 5 165 ± 5 45 -60 98 -99 2, 35 6, 3 0, 57 не менее 2, 0 не менее 0, 3 Гипсовая штукатурка для машинного и ручного применения (ООО «Старатели» ) Штукатурка гипсовая КНАУФГольдбанд (ООО «КНАУФ ГИПС КУБАНЬ» ) Нормативные показатели по ГОСТ 31377 «Смеси сухие строительные на гипсовом вяжущем. Технические условия» 165 ± 5 не ранее 45 не менее 90% - для при смесей не содержа производстве -щих работ водоудерживавручную; ющую добавку; не ранее 90 не менее 1, 0 не менее 95 - для при смесей механизиросодержащих ванном водоудерживапроизводстве ющую добавку работ

СВОЙСТВА РАЗРАБОТАННЫХ СУХИХ ШТУКАТУРНЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ КГИКШВ Наименование штукатурной смеси Штукатурная смесь на основе КГИКШВ Штукатурка цементная фасадная Ти. М № 26 (ООО «Технология и материалы» ) Цементно-песчаная универсальная штукатурка (ООО «Старатели» ) Смесь цементная универсальная «КНАУФКоттеджная» (ООО «КНАУФ ГИПС» ) Жизнеспособность, мин 90 Предел прочности образцов в Водо-удер нормативном возрасте, Водопо Прочность -живагло. МПа сцепления ющая щение, с основаспосо% по на растяже нием, МПа бность, % ние при сжатии массе изгибе 0, 4 – 0, 6 9, 5 – 15, 0 0, 4 нет сведен ий 3, 5 0, 4 нет сведен ий нет сведений 2, 5 нет сведений нет сведен ий класс Вtb 0, 4 марка М 5 (класс В 3, 5) не менее 0, 4 Не более 15, 0 99, 3 – 98, 0 1, 0 - 6, 5 90 - 150 93 нет сведений 90 нет сведений 98 90 - 120 не менее Нормативные показатели по времени, в ГОСТ 31357 «Смеси сухие течение не нормистроительные на цементном которого смесь руется вяжущем. Общие вырабатытехнические условия» вается 5, 0 -20, 0 7, 5 Морозос тойкость МРЗ, контактмарка ной зоны, марка F 50 Fкз 25 Кр 0, 96 F 50 нет сведений ий F 35 нет сведений ий F 100 нет сведений ий не не не менее норми Fкз 25 F 15 руется

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВА ТЯЖЕЛЫХ ГИПСОБЕТОНОВ НА ОСНОВЕ КГИКВ и КГИКШВ №№ состава Прочность образцов, высушенных после 28 сут. нормального твердения, МПа Марка бетона Класс бетона Коэффициент размягчения Марка бетона по морозостойкости 1 10, 6 М 75 В 7, 5 0, 50 F 15 2 13, 5 М 100 В 10 0, 60 F 25 3 16, 4 М 150 В 10 0, 63 F 25 4 22, 4 М 200 В 15 0, 82 F 50 5 23, 2 М 200 В 15 0, 83 F 50 5 26 М 250 В 20 0, 88 F 50

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ВОДОСТОЙКИХ БЕСКЛИНКЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ (КГКИВ и КГКИШВ)

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ВОДОСТОЙКИХ БЕСКЛИНКЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ

КАЛЬКУЛЯЦИЯ СЕБЕСТОИМОСТИ ПРОИЗВОДСТВА 1 Т БЕСКЛИНКЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ Наименование статей затрат Единица измерения Стоимость единицы измерения (на 01. 2012), руб. Вид композиционного гипсового вяжущего КГИКВ 15 КГИШКВ 30 Затраты на 1 т вяжущего, руб. 2868, 5 2296, 00 250, 00 97, 50 0 225, 00 15, 10 121, 59 3161, 31 2214, 00 150, 00 47, 50 480, 00 225, 00 44, 81 121, 59 12, 16 36, 72 85, 11 36, 48 3175, 65 85, 11 36, 48 3453, 37 24, 32 7. Прочие производственные расходы (2% от п. 3. 1) Итого заводская себестоимость 2, 43 3202, 40 2, 43 3480, 12 8. Внепроизводственные расходы (3% от п. 3. 1) Итого полная себестоимость 96, 07 3298, 48 104, 40 3584, 53 1. Сырье и материалы всего 1. 1. Гипс строительный 1. 2. Известь 1. 3. Молотая керамзитовая пыль 1. 4. Молотый доменный шлак 1. 5. Суперпластификатор СП-1 2. Электроэнергия 3. 1. Зарплата основная 3. 2. Вспомогательная зарплата (10% от п. 3. 1) 3. 4. Отчисление на социальное страхование (30, 2 % от п. 3. 1) 4. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (70% от п. 3. 1) 5. Цеховые расходы (30% от п. 3. 1) Итого цеховая себестоимость 6. Общезаводские расходы (20% от п. 3. 1) т т т 1 МВт. ч 4100, 0 5000, 0 250, 0 2000, 0 45000, 0 471, 72

ЗАЩИТА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ Получены патенты Российской Федерации на изобретение, положительное решение по заявке на выдачу патента Российской Федерации на изобретение

ЭТАПЫ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВНЕДРЕНИЯ ПРОЕКТА № этапа Содержание работ по этапу 1. Получение опытно-промышленной партии, разработка нормативно-технической документации, составление бизнес-плана 2. Разработка рабочего проекта производства композиционых гипсовых вяжущих 3. Приобретение технологического оборудования 4. Монтаж оборудования и пуско-наладочные работы 5. Сертификация продукции Объем требуемых инвестиций – 65 млн. руб. Срок окупаемости - 2 года

ВОЗМОЖНЫЕ РИСКИ Цены на гипс, строительную известь, цемент в России в 2004 -2011 гг. , руб. /т* *По данным статьи Волошиной О. А. Закономерности и особенности развития рынков минеральных вяжущих в годы кризиса//Строительные материалы. 2012. № 2, С. 12 -15.

Благодарю за внимание! Контакты: khaliullin@kgasu. ru тел. /факс (843)236 -27 -21 тел. (843)510 -47 -27