ПОЛИМЕРБЕТОННАЯ СМЕСЬ Российский патент 2005 года по МПК C04B26/00 

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 полибутадиен10,49-10,79Сера5,24-5,40Тиурам0,52-0,54Оксид цинка1,89-1,94Оксид кальция0,52-0,54Дибутилфталат0,22-0,42Тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос ТЭЦ9,32-9,59Металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства5,46-8,84Кварцевый песок62,75-65,53

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.%:

SiO48-52Al₂O₃18,5-21,5Fe₂О₃12,5-14,5СаО5-5,5MgO2-3К₂О1-2Na₂O1S₂O₃0,4-0,3n.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 1НаименованиеСодержание компонентов, мас.%12345Низкомолекулярный полибутадиен10,9510,7910,6410,4910,34Сера5,475,405,325,245,17Тиурам0,550,540,530,520,52Оксид цинка1,971,941,911,891,86Оксид кальция0,550,540,530,520,52Дибутилфталат0,110,220,320,420,52Тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос ТЭЦ9,739,599,459,329,19Металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства3,695,467,178,8410,46Кварцевый песок66,9865,5264,1362,7661,42

Характеристики полученных композитов и прототипа представлены в табл. 2.

Таблица 2СвойстваПредполагаемая смесьПрототип12345Предел прочности на осевое растяжение, МПа19,520,421,624,125,614,8Модуль упругости при осевом растяжении, МПа230002380024400282003210020000

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.

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.

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 полибутадиен10,49-10,79Сера5,24-5,40Тиурам0,52-0,54Оксид цинка1,89-1,94Оксид кальция0,52-0,54Дибутилфталат0,22-0,42Тонкомолотый минеральный наполнитель - зола-унос ТЭЦ9,32-9,59Металлические волокна из металлокорда - отхода шинного производства5,46-8,84Кварцевый песок62,75-65,53