RU2261232C1 - Полимербетонная смесь - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к полимербетонной смеси, применяемым при изготовлении химически стойких, высокопрочных изделий и конструкций. Смесь включает, мас.%: низкомолекулярный полибутадиен 10,49-10,79; серу 5,24-5,40; тиурам 0,52-0,54; оксид цинка 1,89-1,94; оксид кальция 0,52-0,54; дибутилфталат 0,22-0,42; зола-унос 9,32-9,59; металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства 5,46-8,84; кварцевый песок 62,75-65,53. Технический результат - получение композита, имеющего преимущество по прочностным характеристикам перед известными полимербетонными смесями. Прочность композита и модуль упругости на осевое растяжение имеют соответственно значения 24,1 МПа и 28200 МПа. 2 табл.

Description

Изобретение относится к полимерным строительным материалам, используемым при изготовлении химически стойких изделий и конструкций, а именно к составам, содержащим в качестве связующего диеновые олигомеры.

Известны полимербетонные смеси (патент SU №1724623 А1, опубл. 07.04.92, патент RU №2120425 С1, опубл. 20.10.98, патент RU №2135425 С1, опубл. 27.08.99).

Однако указанные смеси характеризуются недостаточной прочностью и модулем упругости при осевом растяжении.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности на осевое растяжение и модуля упругости полимербетонной смеси при эффективной утилизации отходов шинного производства.

Поставленная задача достигается тем, что полимербетонная смесь, включающая низкомолекулярный полибутадиен, серу, тиурам, оксид цинка, оксид кальция, тонкомолотый минеральный наполнитель и кварцевый песок, отличается от прототипа тем, что она дополнительно содержит металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства и дибутил-фталат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Низкомолекулярный полибутадиен	10,49-10,79
Сера	5,24-5,40
Тиурам	0,52-0,54
Оксид цинка	1,89-1,94
Оксид кальция	0,52-0,54
Дибутилфталат	0,22-0,42
Тонкомолотый минеральный
наполнитель - зола-унос ТЭЦ	9,32-9,59
Металлические волокна из
металлокорда - отхода шинного
производства	5,46-8,84
Кварцевый песок	62,75-65,53

Введение в полимербетонную смесь металлических волокон из металлокорда - отхода шинного производства и дибутилфталата позволяет повысить прочностные показатели, получаемого композита, при одновременном улучшении технологических свойств композиции.

Повышение прочностных показателей происходит из-за того, что металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства, введенные в полимербетонную смесь, препятствуют образованию, раскрытию и развитию микротрещин, а дибутилфталат способствует равномерному распределению и произвольной ориентации всех компонентов в объеме композиции.

Пример.

Характеристика используемых в полимербетонной смеси компонентов:

- низкомолекулярный полибутадиен ПБН (ТУ 38.103641-87) - прозрачная жидкость с динамической вязкостью 1,5 Па·с, плотностью 890 кг/м³;

- сера техническая (ГОСТ 127,4-93) - ярко-желтый порошок плотностью 2070 кг/м³, температура плавления 114°С;

- тиурам (тетраметилтиурамдисульфид, ТУ 6-00-00204197-253-93) -серо-белый порошок, плотностью 1290-1400 кг/м³;

- оксид цинка - ZnO (ГОСТ 10262-73) - белый порошок, плотностью 3700-3800 кг/м³;

- оксид кальция - СаО (ГОСТ 8677-76) - белый порошок, плотностью 2050-2900 кг/м³;

- тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос Воронежской ТЭЦ, с удельной поверхностью 2500-2700 см²/г, имеющая следующий состав, мас.%:

SiO	48-52
Al2O3	18,5-21,5
Fe2О3	12,5-14,5
СаО	5-5,5
MgO	2-3
К2О	1-2
Na2O	1
S2O3	0,4-0,3
n.n.n.	6-15

Состав золы-унос, которая образуется при сжигании донецкого угля марки A-III постоянен в указанных выше пределах и отвечает требованиям ГОСТ 25818-83;

- дибутилфталат (ГОСТ 8728-77) представляет собой прозрачную жидкость, полученную при взаимодействии ортофталевой кислоты и Н-бутилового спирта. Цвет по идометрической шкале не менее 1,0, плотность при 20°С - 1,045 г/см³.

- кварцевый песок Вольского, Тамбовского и Аннинского карьеров, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93;

- металлические волокна, изготовленные путем рубления на соответствующую длину и последующим роспуском из обрезков металлокорда (ГОСТ 14311-85), перестающих удовлетворять требованиям технологии шинного производства и скапливающихся на предприятиях в качестве отходов. Металлокорд представляет собой канатик из стальных высокопрочных проволок с латунным покрытием, улучшающим сцепные свойства с резиной и защищающим сталь от механических повреждений и агрессивного воздействия внешней среды. Полученные таким образом фибры представляют собой волокна волнообразной формы, так как металлокорд имеет шаг свивки в 2...3 раза меньше длинны волокон.

Приготовление полимербетонной смеси осуществляется следующим образом: низкомолекулярный полибутадиен совмещают с дибутилфталатом и предварительно высушенной и просеянной серой. Затем в композицию последовательно вводят тиурам, оксид цинка, оксид кальция, тонкомолотый минеральный наполнитель - золу-унос ТЭЦ, мелкий заполнитель, после чего добавляют при непрерывном перемешивании композиции металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства. Приготовленную смесь укладывают в специально подготовленные формы, уплотняют на виброплощадке в течение 150 с и подвергают тепловой обработке при температуре 120°С в течение 8 ч.

Для экспериментальной проверки заявляемой смеси были изготовлены образцы - "восьмерки", размером 4×4×40 см, пяти составов (табл. 1).

Таблица 1
Наименование	Содержание компонентов, мас.%
	1	2	3	4	5
Низкомолекулярный полибутадиен	10,95	10,79	10,64	10,49	10,34
Сера	5,47	5,40	5,32	5,24	5,17
Тиурам	0,55	0,54	0,53	0,52	0,52
Оксид цинка	1,97	1,94	1,91	1,89	1,86
Оксид кальция	0,55	0,54	0,53	0,52	0,52
Дибутилфталат	0,11	0,22	0,32	0,42	0,52
Тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос ТЭЦ	9,73	9,59	9,45	9,32	9,19
Металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства	3,69	5,46	7,17	8,84	10,46
Кварцевый песок	66,98	65,52	64,13	62,76	61,42

Характеристики полученных композитов и прототипа представлены в табл. 2.

Таблица 2
Свойства	Предполагаемая смесь					Прототип
	1	2	3	4	5
Предел прочности на осевое растяжение, МПа	19,5	20,4	21,6	24,1	25,6	14,8
Модуль упругости при осевом растяжении, МПа	23000	23800	24400	28200	32100	20000

Из табл. 1 и 2 видно, что введение в полимербетонную смесь металлических волокон из металлокорда - отхода шинного производства и дибутилфталата повышает, по сравнению с прототипом, предел прочности и модуль упругости на осевое растяжение получаемого композита.

Присутствие в предлагаемой композиции волокон позволяет, благодаря их хорошей адгезии к полимербетону (из-за волнообразной формы волокон и их латунного покрытия), высокому модулю упругости и равномерному распределению, воспринимать усилия любого направления, а также препятствовать образованию микротрещин. После образования трещин, которое может произойти либо при разрыве фибр, либо при нарушении их сцепления с матрицей полимера, волокна, охватывая образовавшуюся трещину со всех сторон, препятствуют дальнейшему росту и развитию трещин в материале, тем самым, увеличивая их сопротивление разрушению.

Кроме этого введение в состав композиции дибутилфталата приводит к увеличению механической податливости полимерной системы и изменению ее структуры на надмолекулярном уровне. Происходит данный процесс благодаря тому, что вводимый компонент распределяется между надмолекулярными структурными элементами в виде тонких слоев, сопоставимых по толщине с размерами молекул (своеобразный эффект смазки), облегчая тем самым взаимные перемещения агрегатов макромолекул, а не отдельных ее звеньев. При этом в результате более равномерного распределения компонентов (без образования пор и пустот), а также заметного улучшения взаимодействия активных составляющих полимербетонной смеси, уменьшается общее количество дефектов.

Оптимальное содержание дибутилфталата и металлических волокон из металлокорда - отхода шинного производства в полимербетонной смеси, согласно данным табл. 2, находится в пределах 0,22-0,42% и 5,46-8,84% по массе соответственно. Выход за указанные пределы в меньшую сторону нежелателен, поскольку это не приводит к ощутимому увеличению прочностных показателей. Происходит это потому, что:

- во-первых, металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства, при недостаточном их количестве и неточном выполнении технологических параметров приготовления композиции, неравномерно распределяются в полимерной смеси. В результате чего волокна не эффективно воспринимают усилия различного направления, не препятствуют образованию внутренних первоначальных трещин, дальнейшему их раскрытию и развитию в материале;

- во-вторых, из-за того, что в полимерной композиции присутствует значительное количество мелкодисперсных, мелкозернистых компонентов и металлических волокон из металлокорда - отхода шинного производства, склонных в процессе приготовления к образованию пространственно связанных пучков, при содержании дибутилфталата в полимерной системе менее 0,22% будет происходить повышение вязкости композиции и нарастание в ней дефектов, т.к. пластифицирующее действие дибутилфталата недостаточно.

Выход за предел оптимального содержания дибутилфталата и металлических волокон из металлокорда - отхода шинного производства в сторону увеличения также не желателен, поскольку:

- во-первых, это приводит к комкованию композиции в процессе перемешивания составляющих, что не только усложняет технологический процесс приготовления материала, но и вызывает появление значительных дефектов в его структуре, снижающих прочность композита;

- во-вторых, толщина слоев между надмолекулярными структурными элементами увеличивается и вызывает снижение активного взаимодействия составляющих полимербетонной смеси, поскольку при избыточном количестве дибутилфталата происходит чрезмерная пластификация полимерного связующего, ухудшающая физико-механические характеристики полимерной композиции.

Т.е. нарушение границ оптимального содержания в полимербетонной смеси дибутилфталата и металлических волокон из металлокорда - отхода шинного производства приводит к дисбалансу составляющих композиции, образованию дефектов в структуре композита, снижающих эффективность распределения и взаимодействия компонентов, способствует снижению прочности и модуля упругости на растяжение.

Таким образом, комплексное введение в полимербетонную смесь дибутилфталата и металлических волокон из металлокорда - отхода шинного производства в установленных для них пределах обеспечивает повышение прочностных показателей композита при растяжении и упрощает технологический процесс получения изделий и конструкций, выполненных на его основе и обладающих высокими физико-механическими характеристиками.

Claims (1)

1. Полимербетонная смесь, включающая низкомолекулярный полибутадиен, серу, оксид цинка, оксид кальция, тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос ТЭЦ, тиурам, кварцевый песок, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства и дибутилфталат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Низкомолекулярный полибутадиен 10,49-10,79 Сера 5,24-5,40 Тиурам 0,52-0,54 Оксид цинка 1,89-1,94 Оксид кальция 0,52-0,54 Дибутилфталат 0,22-0,42 Тонкомолотый минеральный   наполнитель - зола-унос ТЭЦ 9,32-9,59 Металлические волокна из   металлокорда - отхода шинного   производства 5,46-8,84 Кварцевый песок 62,75-65,53