RU2266876C1 - Полимербетонная смесь - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к строительным материалам, применяемым при изготовлении химически стойких, высокопрочных изделий и конструкций. Смесь включает, мас.%: низкомолекулярный полибутадиен 8...12; серу 3,0...5,0; тиурам 0,4...0,6; каптакс 0,1...0,2; альтакс 0,15...0,25; оксид цинка 2,0...3,0; оксид кальция 0,3...0,7; зола-унос ТЭЦ 6,0...10,0; кварцевый песок - 21...28 и гранитный щебень - остальное. Технический результат - обеспечение возможности получения композита, имеющего более высокую химическую стойкость в растворах соляной кислоты и азотной кислоты. Коэффициент химической стойкости после трех месяцев выдержки в 36%-ном растворе соляной кислоте увеличился с 0,69 до 0,79. 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.

Известна полимербетонная смесь [1], включающая следующие компоненты, мас.%:

Низкомолекулярный олигодиен	8...11
Сера	3...6,5
Тиурам	0,3...0,7
Оксид цинка	1,5...5,0
Оксид кальция	0,3...0,6
Зола-унос ТЭЦ	7...10
Кварцевый песок	24,9...27,1
Гранитный щебень	Остальное

Однако указанная смесь характеризуется относительно низкой химической стойкостью к 36%-ному раствору соляной кислоты.

Наиболее близкой по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является полимербетонная смесь [2], включающая следующие компоненты, мас.%:

Низкомолекулярный полибутадиен	7...12
Сера	3,5...6
Тиурам	0,25...0,55
Каптакс	0,1...0,2
Оксид цинка	1,2...3,2
Оксид кальция	0,4...0,6
Зола-унос ТЭЦ	6,5...11,5
Кварцевый песок	22...27
Гранитный щебень	Остальное

Однако данная смесь также характеризуется низкой химической стойкостью к 36%-ному раствору соляной кислоты.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение химической стойкости полимербетоннои смеси при одновременном обеспечении получаемому композиту высоких физико-механических характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что полимербетонная смесь, включающая низкомолекулярный полибутадиен, серу, тиурам, каптакс, оксид цинка, оксид кальция, тонкомолотый минеральный наполнитель, кварцевый песок и гранитный щебень, отличается от прототипа тем, что она дополнительно содержит альтакс при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Низкомолекулярный полибутадиен	8...12
Сера	3,0...5,0
Тиурам	0,4...0,6
Каптакс	0,1...0,2
Альтакс	0,15...0,25
Оксид цинка	2,0...3,0
Оксид кальция	0,3...0,7
Зола-унос ТЭЦ	6,0...10,0
Кварцевый песок	21...28
Гранитный щебень	Остальное

Дополнительное введение в полимербетонную смесь альтакса, а также содержание компонентов полимербетонной смеси в указанных пределах позволяет повысить химическую стойкость в 36%-ном растворе соляной кислоты по сравнению с известными полимербетонными, а значит, увеличить срок службы строительных конструкций и изделий, изготовленных из этой смеси и эксплуатирующихся в условиях действия соляной кислоты.

Повышение химической стойкости происходит потому, что дополнительное введение в полимербетонную смесь альтакса позволяет повысить плотность пространственной сшивки полимера, что приводит не только к улучшению физико-механических характеристик композита, но и за счет уменьшения химически активных центров - к повышению его инертности по отношению к агрессивным средам; также альтакс является веществом, обладающим ионообменными свойствами по отношению к соляной кислоте, тем самым ослабляя ее агрессивность.

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;

- каптакс (ГОСТ 739-74 с изменением №1) желтый порошок плотностью 1290-1400 кг/м³;

- альтакс (ГОСТ 7087-75) - желтый 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
Al2О3	18,5...21,5
Fe2O3	12,5...14,5
СаО	5...5,5
MgO	2...3
K2O	1...2
Na2O	1
S2O3	0,4...0,3
n.n.n.	6...15

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

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

Приготовление полимербетонной смеси осуществляется следующим образом. Низкомолекулярный полибутадиен совмещают с предварительно высушенной и просеянной серой. Затем в композицию последовательно вводят тиурам, каптакс, альтакс, оксид цинка, оксид кальция, золу-унос, после чего добавляют при непрерывном перемешивании композиции заполнитель - песок и гранитный щебень. Приготовленную таким образом смесь укладывают в специально подготовленные формы, уплотняют на виброплощадке в течение 150 с и подвергают тепловой обработке при температуре 120°С в течение 8 часов.

Для экспериментальной проверки заявляемой смеси были изготовлены образцы-призмы размером 4×4×16 см, пяти составов (табл.1).

Таблица 1
Наименование	Содержание компонентов, мас.%
	1	2	3	4	5
Низкомолекулярный полибутадиен	8,0	9,0	10,0	11,0	12,0
Сера	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
Тиурам	0,60	0,55	0,50	0,45	0,40
Каптакс	0,1	0,125	0,15	0,175	0,2
Альтакс	0,15	0,175	0,20	0,225	0,25
Оксид цинка	2,0	2,25	2,5	2,75	3,0
Оксид кальция	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Зола-унос	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0
Кварцевый песок	28,0	26,25	24,5	22,75	21,0
Гранитный щебень	51,85	50,75	49,65	48,55	47,45

Характеристики полученных композитов и прототипа представлены в таблице 2.

Таблица 2
Свойства	Предполагаемая смесь					Прототип
	1	2	3	4	5
Коэффициент химической стойкости в 36%-ном растворе соляной кислоты после двух месяцев выдержки	0,71	0,78	0,79	0,77	0,72	0,69
Предел прочности при сжатии, МПа	99,5	103,9	104,9	104,1	101,6	103,0

Из таблиц 1 и 2 видно, что содержание компонентов отверждающей группы полимербетонной смеси в указанных пределах, а также дополнительное введение в полимербетонную смесь альтакса увеличивает по сравнению с прототипом химическую стойкость в 36%-ном растворе соляной кислоты.

При уменьшенном количестве серы по сравнению с прототипом количество "несвязанной" серы в структуре композита уменьшается, поскольку практически вся сера участвует в процессе вулканизации. За счет этого уменьшается количество активных центров взаимодействия ("несвязанная" сера) с 36%-ным раствором соляной кислоты, следовательно, соляная кислота меньше воздействует на структуру полимербетонной смеси, тем самым ухудшая ее физико-механические свойства.

Увеличенное содержание тиурама в полимербетонной смеси по сравнению с прототипом и дополнительное введение альтакса приводит к тому, что с серой они образуют высокоактивные промежуточные соединения. Их образование приводит к тому, что дальнейшее структурирование полимера идет уже через реакцию его макромолекул с вновь образовавшимися высокоактивными промежуточными соединениями, что приводит к повышению физико-механических характеристик полимербетонной смеси.

Дополнительное введение в состав композита альтакса также позволяет повысить химическую стойкость за счет того, что он обладает ионообменными свойствами по отношению к соляной кислоте, тем самым снижая агрессивные свойства соляной кислоты, обменивая свои ионы на "нежелательные" в составе соляной кислоты.

Оптимальное содержание серы, тиурама и альтакса в полимербетонной смеси согласно данным таблицы 2 находится в пределах 9...11%; 0,45...0,55% и 0,175...0,225% по массе соответственно.

Выход за указанные пределы в меньшую сторону содержания серы нежелателен, поскольку это приводит к значительному снижению физико-механических характеристик смеси. Происходит это потому, что в составе композиции недостаточное количество серы, требуемое для получения необходимой степени сшивки макромолекулы каучука, т.е. в объеме матрицы появляется химически не связанный каучук, который, распределяясь в межкристаллитных зонах полимера, начинает играть роль пластификатора, снижающего прочность композита.

Выход за предел оптимального содержания тиурама в сторону уменьшения также нежелателен, поскольку это приводит к снижению прочностных показателей, это происходит за счет того, что при уменьшении содержания тиурама ниже значения, равного 0,45% по массе, образуется недостаточное количество поперечных связей различной сульфидности, отличающихся высокими механическими и динамическими свойствами, довольно устойчивых при тепловом старении.

Выход за предел оптимального содержания альтакса в полимербетонной смеси в сторону, меньшую от значения, равного 0,175% по массе, не приводит к значительному увеличению химической стойкости композита, это объясняется, по всей видимости, тем, что основная его масса участвует в процессе вулканизации каучука, при этом его ионообменные свойства по отношению к соляной кислоте не проявляются, не снижая тем самым ее активность по отношению к композиту.

Выход за предел оптимального содержания серы в сторону увеличения также нежелателен, поскольку в структуре композита появляется "несвязанная" сера, являющаяся активным центром взаимодействия с 36%-ным раствором соляной кислоты, за счет чего происходит снижение химической стойкости полимербетонной смеси.

Введение в композит тиурама в больших пределах ведет также к снижению физико-механических характеристик, это обуславливается тем, что присутствие в композиции избыточного количества тиурама ведет к тому, что образуется детиокарбаминовая кислота, которая распадается на сероуглерод и деметиламин. Эти продукты активируют процессы окислительной деструкции каучука, что приводит к уменьшению эффекта вулканизации.

Введение в композит альтакса в количестве, большем оптимального значения, равного 0,225% по массе, также приводит к падению прочности композита. Это происходит, по нашему мнению, из-за того, что при увеличении количественного содержания альтакса в композиционной смеси сверх указанного значения приводит к его избытку, т.е. в свойствах системы ускорителей с аддитивным действием начинают доминировать свойства одного ускорителя вулканизации - альтакса, который сам по себе не способен создать условия, при которых становится возможным получение вулканизата с набором поперечных связей различной сульфидности, отличающихся высокими механическими свойствами.

Т.е. нарушение границ оптимального содержания в полимербетонной смеси серы, тиурама и альтакса приводит к тому, что, с одной стороны, не происходит увеличения химической стойкости, а с другой стороны, приводит к значительному снижению прочностных показателей.

Таким образом, данное содержание в полимербетонной смеси серы, тиурама и альтакса в установленных для них пределах обеспечивает увеличение коэффициента химической стойкости полимербетонной композиции с 0,69 до 0,79 и оставляет физико-механические характеристики на уровне с аналогами, что приводит к увеличеншо срока службы изделии и конструкций, эксплуатирующихся в условиях действия 36%-ного раствора соляной кислоты.

Источники информации

1. Авт. свидетельсьво СССР, №1724623 А1, кл. С 04 В 26/04, 1992, Полимербетонная смесь.

2. Патент РФ №2120425 на изобретение Полимербетонная смесь по заявке №97119574, авторы Потапов Ю.Б., Борисов Ю.М., Макарова Т.В., приоритет от 26.11.97, опубликован 20.10.98.

Claims (1)

1. Полимербетонная смесь, включающая низкомолекулярный полибутадиен, серу, тиурам, каптакс, оксид цинка, оксид кальция, тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос ТЭЦ, кварцевый песок и гранитный щебень, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит альтакс, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Низкомолекулярный полибутадиен 8...12 Сера 3,0...5,0 Тиурам 0,4...0,6 Каптакс 0,1...0,2 Альтакс 0,15...0,25 Оксид цинка 2,0...3,0 Оксид кальция 0,3...0,7 Зола-унос ТЭЦ 6,0...10,0 Кварцевый песок 21...28 Гранитный щебень Остальное