АДГЕЗИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ БЕТОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 2003 года по МПК C09D133/10 C09D175/04 C08L75/04 

Заявляемое техническое решение относится к строительным материалам, а именно к составам для ремонта и защиты бетонных поверхностей, и может найти применение как защитное антикоррозионное покрытие при ремонте различных сооружений из бетона от заделки мелких трещин до шпаклевки крупных дефектов, а также в качестве заливочных полимерных композитов для пористых материалов.

Наибольшее распространение среди составов подобного назначения получили составы на основе метилметакрилата (далее ММА). Эти материалы благодаря низкой вязкости легко проникают в бетон, обеспечивая полученному покрытию высокую прочность (Ю.М.Баженов, Бетонополимеры. М.: Стройиздат, 1983, c.42).

Известно применение сополимеров на основе метакриловой кислоты, бутилакрилата и ММА для покрытия бетонных поверхностей (Международная заявка 9102703 МКИ С 04 В 24/24). Подобный состав безусловно придает высокую когезионную прочность формируемому покрытию и атмосферостойкость. Однако использование полимеризованной системы, имеющей значительную вязкость, не обладающей высокими сорбционными свойствами и капиллярозаполняемостью в отношении бетона и других пористых материалов, не сможет обеспечить долговечность и непроницаемость бетону, либо другим пористым материалам.

Известна композиция для пропитки бетона (авт. св. СССР 1145008 МКИ С 04 В 41/63), состоящая из метилметакрилата (82-97,5 мас.ч), инициатора полимеризации (0,5-3,0 мас.ч.) и ацетона (2-15 мас.ч.), обеспечивающая возможность пропитки бетонных поверхностей с 3-4% влажностью. Использование подобной композиции не может обеспечить необходимой жизнеспособности вследствие быстрого набора вязкости и стабильности при хранении, а значит высокой технологичности и эксплуатационных свойств.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является противокоррозионная композиция для бетона, представленная в работе "Антикоррозионные работы в строительстве" (Вып.5, М., Минмонтажспецстрой СССР, 1988 г., с.12-16). Композиция характеризуется следующим составом: ММА - 75 мас.ч., полиизоцианат - 22 мас.ч.; перекись бензоила - 1,5 мас.ч., диметиланилин - 1,5 мас.ч. и эксплуатационными показателями: прочность бетона после пропитки через 14 суток: 36,2 МПа (при влажности 3%), 34,8 МПа при влажности 6%, 33,2 МПа при влажности 9%. Однако композиция представленная в прототипе, обладает рядом существенных недостатков: во-первых, наблюдается недостаточное проникновение композиции внутрь бетонной поверхности (особенно при ремонте влажных поверхностей, нанесении защитных покрытий на свежеуложенный бетон), что приводит к преждевременному разрушению покрытий и снижению прочности; и, во-вторых, данная композиция нестабильна при длительном хранении по причине образования осадка полимочевины в результате связывания остаточной влаги изоцианатными группами.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка состава для покрытия бетонных поверхностей, обладающего высокими капилляропроницаемостью, когезионной прочностью и технологичностью.

Техническим результатом при использовании заявляемого состава является высокая стабильность при хранении в течение 1 года, равномерное отверждение состава в объеме, большая глубина пропитки бетона при высоких прочностных показателях состава.

Указанный технический результат при осуществлении заявляемого изобретения достигается за счет дополнительного введения в состав гидроксилсодержащего соединения, выбранного из группы низших спиртов и/или низкомолекулярных полиэфиров при соотношении ОН:NCO, равном от 2-1 до 1-3. В качестве подобного гидроксилсодержащего соединения могут быть использованы простые линейные спирты: этанол, изо-бутанол, этиленгликоль, диэтиленгликоль, низкомолекулярные простые полиэфиры с молекулярной массой от 400 до 5000, такие как Лапрол 402, Лапрол 502, Лапрол 373, Лапрол 50003 и другие, взятых в соотношении ОН:NCO, равном от 2-1 до 1-3.

При увеличении соотношения реакционных групп ОН:NCO более чем 2:1 замедляется скорость полимеризации, а соответственно и скорость отверждения состава (более 290 мин), при уменьшении соотношения OH:NCO менее чем 1:3 сокращается срок хранения состава вследствие повышения концентрации изоцианатных групп. Попытка увеличения количества гидроксилсодержащего соединения из расчета на массовые части привела к снижению прочностных характеристик, уменьшение количества - к отсутствию технического результата.

Частным случаем реализации заявляемого изобретения является введение в заявляемый состав полимеров, способных растворяться в ММА, а именно полистирола и его сополимеров, полиметилметакрилата, перхлорвиниловой смолы в количестве от 10 до 20 мас.ч. на 100 мас.ч. состава с целью увеличения вязкости состава для возможности его нанесения на поверхности сложной конфигурации.

Другим частным случаем реализации заявляемого изобретения является введение в состав инертного неорганического наполнителя природного происхождения, а именно; маршалита, песка, кварцевой муки в количестве от 300 до 600 мас. ч. на 100 мас.ч. состава для возможности его нанесения на вертикальные поверхности и ремонта крупных дефектов.

Исследование характера отверждения адгезионных составов для бетона на основе ММА показали, что введение изоцианатов в подобные системы в соответствии со свободно-радикальным механизмом процесса предотвращает обрыв полимеризующейся цепи за счет передачи ее на кислород, что было реализовано в техническом решении прототипа. Однако наличие свободных изоцианатных групп в составе и остаточной влаги в бетоне, имеющем кристаллогидратную природу, приводит к образованию мочевинных групп в виде жестких мостиковых структур, которые препятствуют проникновению состава внутрь пористого бетона. Введение в заявляемый состав гидроксилсодержащего компонента, во-первых, исключает образование мочевинных групп, увеличивая глубину проникновения состава, и, во-вторых, сближает природу взаимодействующих поверхностей субстрата - бетона и адгезива заявляемого состава, за счет наличия гидроксильных групп, увеличивая таким образом адгезионную прочность (Энциклопедия полимеров. M.: Советская энциклопедия, 1972, т.1, с.22).

Дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показал, что заявляемое решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, а именно не выявлено влияние введения гидроксилсодержащих соединений в адгезионные составы для бетона на технологические и прочностные свойства.

Оценка и доказательства преимуществ заявляемого изобретения построены на измерении технологических и эксплуатационных показателей составов, включающих равное количество одинаковых ингредиентов, но с применением в заявленном составе гидроксилсодержащего соединения из расчета отношения функциональных групп ОН:NСO = от 2÷1 до 1÷3.

Заявляемое изобретение может быть осуществлено следующим образом. Гидроксилсодержащее соединение смешивают с ПИЦ, выдерживают 24 часа, полученную смесь добавляют в ММА, после чего вводят необходимое количество диметиланилина. Непосредственно перед применением вводится перекись бензоила. При частном случае реализации изобретения дополнительно вводят полимер в виде гранул, порошка, дробленного материала, либо неорганический наполнитель в заданном количестве.

Поверхность бетона очищают от внешних загрязнений, проводят традиционную обработку: опескоструивание, обезжиривание. Приготовленный состав наносят кистью, шпателем, великом или наливом, после чего отверждают 24 часа при температуре окружающей среды.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Готовила состав в соответствии с вышеописанным способом, состоящий из 722 г ММА, 32,5 г диметиланилина, 130 г полиизоцианата, 43,2 г этанола и 72,1 г перекиси бензоила (соотношение OH:NCO равно 1:1).

Вязкость состава определяли на вискозиметре ВЗ-4 по ГОСТ 9070-75 при 25^oС.

Определение стабильности при хранении проводили следующим образом. В емкость объемом 1,5 л, выполненную из полиэтилентерефталата, помещали 2 л приготовленного состава и выдерживали в камере при влажности 80-90% при температуре 70^oС 36 часов, что соответствует 3 месяцам хранения и 168 часов, что соответствует 1 году хранения.

Для определения адгезии и глубины пропитки в ванну с приготовленным составом погружали на глубину 50 мм кубы размером 100х100х100 мм из бетона марки 400 и выдерживали их в ванне 30 минут. После этого кубы совмещали попарно нижними пропитанными гранями друг к друг, устанавливали так, чтоб место соединения кубов находилось в горизонтальном положении и выдерживали в таком положении 24 часа.

Испытание проводили по ГОСТ 24992-81 раздел 3. По окончании испытания кубы разрезали и определяли глубину пропитки, измеряя ширину пропитанного слоя линейкой по ГОСТ 427-75.

Определение когезионной прочности заявляемого состава проводили следующим образом. Форму размером 100х100х100 мм заполняли сухим кварцевым песком, уплотняли вручную и подготовленную таким образом форму заливали приготовленным составом до заполнения формы. Заполненную форму выдерживали 24 часа, раскрывали и полученный материал испытывали на сжатие по ГОСТ 10180-90.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Пример 2. Готовили состав в соответствии с вышеописанным способом, состоящий из 848 г ММА, 17,7 г диметиланилина, 99 г полиизоцианата, 106 г изобутанола и 35,3 г перекиси бензоила (соотношение OH:NCO равно 2:1).

Вязкость состава, стабильность при хранении, адгезию, глубину пропитки и когезионную прочность состава определяли также, как в примере 1.

Пример 3. Готовили состав в соответствии с вышеописанным способом, состоящий из 850 г ММА, 31,9 г диметиланилина, 63,7 г полиизоцианата, 5,0 г этиленгликоля и 49,5 г перекиси бензоила (соотношение OH:NCO равно 1:3). Вязкость состава, стабильность при хранении, адгезию, глубину пропитки и когезионную прочность состава определяли также, как в примере 1.

Пример 4. Готовили состав в соответствии с вышеописанным способом, состоящий ив 835 г ММА, 20,9 г диметиланилина, 62,6 г полиизоцианата, 11,8 г диэтиленгликоля и 69,6 г перекиси бензоила (соотношение ОH:NCO равно 1:2). В состав дополнительно вводили 200 г полистирола в виде крошки.

Пример 5. Готовили состав в соответствии с вышеописанным способом, состоящий из 738 г ММА, 21,1 г диметиланилина, 21,0 г полиизоцианата, 170 г низкомолекулярного полиэфира с мольной массой 5000 марки Лапрол 5003-2-15 (ТУ 6-55-62-93) и 49,2 г перекиси бензоила (соотношение OН:NCO равно 1:1,4. В состав дополнительно вводили 3300 г сухого песка. Для определения адгезии и глубины пропитки на куб размером 100х100х100 мм из бетона марки 400 шпателем наносили состав слоем 10 мм и накрывали вторым кубом. Кубы устанавливали так, чтоб место соединения кубов находилось в горизонтальном положении и выдерживали в таком положении 24 часа.

Испытание проводили по ГОСТ 24992-81 раздел 3. По окончании испытания кубы разрезали и определяли глубину пропитки, измеряя ширину пропитанного слоя линейкой по ГОСТ 427-75.

Определение когезионной прочности заявляемого состава проводили следующим образом. Форму размером 100х100х100 мм заполняли приготовленным составом и уплотняли в ручную. Заполненную форму выдерживали 24 часа, раскрывали и полученный материал испытывали на сжатие по ГОСТ 10180-90.

Пример 6 (по прототипу). Готовили состав в соответствии с вышеописанным способом, состоящий из 750 г ММА, 1,5 г диметиланилина, 22,6 г полиизоцианата и 1,5 г перекиси бензоила.

Как видно из показаний таблицы, заявляемый состав решает поставленную техническую задачу, улучшив технологические и прочностные показатели, значительно улучшив время хранения и толщину слоя пропитки.

Источники информации
1. Ю.М.Баженов. Бетонополимеры. М.: Стройиздат, 1983 г., с.42.

2. Международная заявка РСТ 9102703, МКИ С 04 В 24/24.

3. Авторское свидетельство СССР 1145008, МКИ С 04 В 41/63.

4. Антикоррозионные работы в строительстве. /Издание Минмонтажспецстроя СССР, Вып.5. М., 1968 г., с.12-16 (прототип).

5. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1972, т.1, с.22.

Изобретение относится к строительным материалам и предназначено для ремонта бетонных поверхностей от заделки мелких трещин до шпаклевки крупных дефектов в качестве защитного антикоррозионного покрытия, заливочного полимерного композита для пористых материалов. Состав содержит, мас.ч.: метилметакрилат (ММА) - 72,2-85; диметиланилин - 1,8-3,2; перекись бензоила - 3,5-7,2; полиизоцианат - 2,1-13 и дополнительно гидроксилсодержащее соединение, выбранное из группы низших спиртов и/или простых низкомолекулярных полиэфиров. В частном случае реализации состав содержит полимер, растворимый в ММА, или мелкодисперсный инертный неорганический наполнитель природного происхождения. Достигается высокая стабильность при хранении, большая глубина пропитки бетона при высоких прочностных показателях состава. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Адгезионный состав для бетонных поверхностей, состоящий из метилметакрилата, диметиланилина, перекиси бензоила и полиизоцианата, отличающийся тем, что дополнительно содержит гидроксилсодержащее соединение, выбранное из группы низших спиртов и/или простых низкомолекулярных полиэфиров при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Метилметакрилат - 72,2-85,0
Диметиланилин - 1,8-3,2
Полиизоцианат - 2,1-13,0
Перекись бензоила - 3,5-7,2
Гидроксилсодержащее соединение - 0,5-17,0
при этом соотношение реакционных групп гидроксилсодержащего соединения и полиизоцианата ОН:NCO находится в пределе от 2÷1 до 1÷3.