ЦЕМЕНТНО-ПОЛИМЕРНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОЙ И АБРАЗИВНОЙ ЗАЩИТЫ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ ТЕПЛОВОДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F16L58/06 C04B28/02 C04B111/72 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к цементно-полимерным смесям, используемым для антикоррозионной и абразивной защиты внутренних поверхностей стальных трубопроводов, в частности стальных сетей тепловодоснабжения и цилиндрических резервуаров.

Известна композиция (Патент РФ №2149219) для защиты от коррозии и солеотложения систем водоснабжения, включающая фосфорную кислоту, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит гидроксиды и карбонаты щелочных металлов, диоксид кремния или растворимое стекло при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Фосфорная кислота - 66,5-72,0

Гидроксид натрия, или карбонат натрия, или их смесь (в пересчете на оксид натрия) - 14,5-19,5

Оксид кальция, или гидроксид кальция, или карбонат кальция, или их смесь (в пересчете на оксид кальция) - 6,5-9,5

Оксид магния, или гидроксид магния, или карбонат магния, или их смесь (в пересчете на оксид магния) - 0,9-3,0

Гидроксид калия, или карбонат калия, или их смесь (в пересчете на оксид калия) - 0,9-3,7

Диоксид кремния или растворимое стекло (в пересчете на диоксид кремния) - 0,8-2,2.

Недостатком известной композиции является относительная сложность и длительность ее приготовления: сначала указанные ингредиенты расплавляют при температуре выше 900°С с последующим выдерживанием расплава в течение 10-30 мин, затем перемешивают и охлаждают со скоростью охлаждения не менее 150°С/мин. Это практически исключает возможность оперативного применения машинного способа нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность стальных трубопроводов без снижения основных физико-механических характеристик затвердевшего материала.

Известна полимерная композиция (Патент РФ №2168477), содержащая вяжущее на основе полимера и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве вяжущего она содержит циклолинейный силоксановый блок-сополимер с отвердителем в виде оловоорганического компонента при содержании отвердителя 3-5 мас.ч. на 100 мас.ч. блок-сополимера, а в качестве наполнителя изоляция содержит смесь 5-15 мас.ч. минерального порошка в виде пыли муки от камнедробления и от сит, 65 - 89 мас.ч. строительного песка и 15-25 мас.ч. силикатной содовой муки, а также изоляция содержит гранулы из смеси полиэлектролитного гидрогеля с негашеной строительной известью, которые перед смешиванием с минеральным наполнителем орошают водой, при содержании полиэлектролитного гидрогеля в гранулах 5-8 мас.ч. на 100 мас.ч. массы гранулы и при абсолютной влажности гранул 25% при следующем содержании указанных компонентов, мас.ч.:

Циклолинейный силоксановый блок-сополимер с отвердителем - 3-10

Минеральный наполнитель - 88-96

Гранулы полиэлектролитного гидрогеля с негашеной строительной известью - 1-2.

Недостатком известной композиции является относительно низкая плотность защитного слоя и его механическая прочность, а также невозможность получить защитное покрытие заданной толщины на внутренних поверхностях стальных трубопроводов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является полимерная композиция холодного отверждения (Патент №2191317) на основе эпоксидных диановых смол, содержащих в качестве отвердителя основание Манниха (А) общей формулы

где R -(СН₂)n- или -(C₂H₄NH₂C₂H₄)n-, n=1-10, представляющее собой продукт конденсации фенола, альдегида и алифатического амина, отличающаяся тем, что в составе смоляной части она дополнительно содержит эпоксидную алифатическую смолу в соотношении диановая смола: алифатическая смола от 20:30 до 95:5 и порошковый наполнитель, а в составе отвердителя - дополнительно основание Шиффа (Б), представляющее собой продукт взаимодействия алифатического ди- или полиамина с кетоном при соотношении А-Б от 5:95 до 95:5, при этом композиция содержит в массовых частях:

Смоляная часть - 100

Отвердитель - 10:60

Порошковый наполнитель - 20:800.

Недостатком известного технического решения является относительная сложность нанесения композиции на внутреннюю поверхность трубопровода и невозможность получения покрытия заданной толщины, при относительно низкой трещиностойкости покрытия в условиях циклического изменения температуры от 20-30°С до 130-150°С транспортируемой воды в стальном трубопроводе.

Поставленная техническая задача решается тем, что цементно-полимерная смесь для антикоррозионной и абразивной защиты внутренних поверхностей стальных трубопроводов систем тепловодоснабжения, включающая цементное вяжущее, строительный песок, полимерную добавку, комплексный регулятор подвижности и воду, отличающаяся тем, что в качестве полимерной добавки смесь содержит продукты полимеризации или сополимеризации органических мономеров при их стехиометрическом соотношении из группы: бутадиен, метилакрилат, или акрилонитрил, или метилметакрилат, или метакрилонитрил, или изопрен, или стирол, или их двойные смеси при массовом соотношении компонентов полимерных добавок, равным 1:1, в виде их водных дисперсий, а в качестве комплексного регулятора подвижности она содержит редиспергируемые в воде синтетические олигомерные продукты поверхностно-активных веществ анионно-катионного типа в смеси со сложными эфирами целлюлозы или крахмала при следующем соотношении компонентов цементно-полимерной смеси, мас.%:

Цементное вяжущее 37-50 Строительный песок 32-40 Полимерная добавка 1,5-4,5 Комплексный регулятор подвижности 0,18-0,42 Вода Остальное

при этом в качестве строительного песка использовали кварцевый песок следующего фракционного состава:

Диаметр отверстий на ситах, мм 1,25 0,63 0,315 0,16 Поддон Частные остатки на ситах, % - 25-30 65-70 4-6 0,5-2,5

Предложенная цементно-полимерная смесь указанного состава обеспечивает получение защитного покрытия проектной толщины на внутренних поверхностях стальных трубопроводов при требуемых параметрах по подвижности и удобоукладываемости свежеприготовленной формовочной смеси, ее сохраняемости во времени, удобоукладываемости и относительно высоких физико-механических характеристиках по механической прочности, трещиностойкости, адгезионной прочности и долговечности в реальных условиях эксплуатации.

Испытания предложенной цементно-полимерной смеси проводили как на образцах лабораторного типа, так и в технологии восстановления действующих сетей стальных трубопроводов в системе коммунального тепловодоснабжения.

Для приготовления формовочной цементно-полимерной смеси использовали следующие материалы: портландцемент классом не ниже ЦВМ I 42,5 по ГОСТ 31108-2008, песок кварцевый фракционированный по ГОСТ 8735-88 нижеследующего фракционного состава с частными остатками (масс.%): 25-30, 65-70, 4-6 и 0,5-2,5 соответственно на ситах с диаметром отверстий (мм): 0,63, 0,315, 0,16 и на поддоне; в качестве полимерной добавки использовали продукты полимеризации бутадиена и стирола, а также стирола и метакрилата в виде водных дисперсий 50%-ной концентрации, в качестве комплексного регулятора подвижности использовали смесь синтетических олигомерных поверхностно-активных веществ анионно-катионного типа и сложных эфиров целлюлозы или крахмала по ТУ 5730-001-86549669-11.

Приготовление формовочной полимерно-цементной смеси осуществляли в смесителе лабораторного типа с горизонтальным валом при скорости вращения 60 об/мин. В смеситель при работающей мешалке последовательно подавали расчетное количество воды затворения, комплексного регулятора подвижности, цементного вяжущего, песка и полимерной добавки с последующим перемешиванием компонентов до получения тщательно гомогенизированной однородной смеси без комков и сгустков, из которой готовили стандартные образцы-кубы лабораторного типа по ГОСТ 5802-86 и ГОСТ 310-81 с длинной ребра 3, 4 и 7 см, а также пластины-лепешки диаметром 70-90 мм и толщиной 5-7 мм с последующим их испытанием на механическую и адгезионную прочность, трещиностойкость и долговечность.

Примеры составов цементно-полимерной смеси и достигаемый технический результат ее осуществления в качестве антикоррозионной и абразивной защиты внутренних поверхностей стальных трубопроводов систем тепловодоснабжения приведены в табл.1 и 2.

Составы цементно-полимерной смеси

Таблица 1 Наименование компонента Содержание компонентов, масс.% для составов: 1 2 3 4 5 6 (по прототипу) (за пределами) Цементное вяжущее 37 43,5 50 35 52 - Строительный песок 40 36,0 32 41 31 - Полимерная добавка 4,5 3,0 1,5 5,0 1,3 - Комплексный регулятор подвижности 0,42 0,3 0,18 0,5 0,15 - Вода остальное остальное остальное остальное остальное - Смоляная часть, масс.ч. - - - - - 100 Отвердитель, масс.ч. - - - - - 35 Порошковый наполнитель в частности цемент, масс.ч - - - - - 50

Физико-технологические свойства формовочной цементно-полимерной смеси и физико-механические свойства защитного покрытия

Таблица 2 №№ п/п Наименование параметра Ед.изм. Значение параметра для составов: 1 2 3 4 5 6 (по прототипу) (за пределами) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Начальная подвижность свежеприготовленной цементно-песчаной смеси мм 160 160 160 160 160 160 2 Время сохранения подвижности, ч, через:               0,5 ч 158 155 160 160 150 135 1,0   153 150 154 155 140 110 1,5   148 142 149 150 132 <105 2,0   145 140 146 147 105 <105 3 Предел прочности при сжатии МПа 50,0 53,5 58,3 46,2 49,5 54,7 4 Возможность машинного способа нанесения слоя покрытия заданной толщины Да/нет да да да да да нет 5 Адгезионная прочность*, трещиностойкость Выдерживает/не выдерживает выдерживает Не выдерживает Не выдерживает 6 Долговечность, не менее Год 10 10 10 <10 <10 <10 * выдерживает не менее 45 циклов попеременного нагрева в кипящей воде в течение 5 мин пластины - лепешки нанесенной на металлическую подложку с последующим нагревом в кипящей воде до 100°С и резким охлаждением до +10°С в течение 5 мин.

Анализ табл.1 и 2 показывает, что техническим результатом предлагаемой цементно-песчаной смеси в пределах заявленных условий является:

- сохранение подвижности свежеприготовленной формовочной смеси на уровне не менее 140 мм в заданном временном интервале (до 2 ч) (см. составы 1-3 табл.2);

- обеспечивает возможность использования машинного способа нанесения покрытия заданной толщины;

- гарантирует относительно высокую трещиностойкость и адгезионную прочность покрытия к металлической поверхности;

- применение в цементно-полимерной смеси кварцевого песка указанного гранулометрического состава позволяет получать покрытия максимально плотной упаковки при средней плотности не менее 2200 кг/м³, что способствует достижению относительно высоких физико-механических характеристик защитного слоя по всем заявленным параметрам качества.

Применение цементно-полимерной смеси за пределами заявленных условий и составов по прототипу не приводит к достижению желаемых результатов (см. составы 4-6).

Изобретение относится к цементным смесям с добавками, используемыми для защиты от коррозии внутренних поверхностей стальных трубопроводов систем тепловодоснабжения. Состав включает (мас.%): минеральное вяжущее 37-50, песок 32-40, полимерная добавка 1,5-4,5, комплексный регулятор подвижности 0,18-0,42 и воду (остальное). Применение предложенного состава гарантирует высокую трещиностойкость и адгезионную прочность покрытия к металлической поверхности при заданном уровне долговечности, не менее 10 лет. Дополнительно позволяет получать покрытия максимально плотной упаковки при средней плотности не менее 2200 кг/м³, что способствует достижению относительно высоких физико-механических характеристик защитного слоя по всем заявленным параметрам качества. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Цементно-полимерная смесь для антикоррозионной и абразивной защиты внутренних поверхностей стальных трубопроводов систем тепловодоснабжения, включающая цементное вяжущее, строительный песок, полимерную добавку, комплексный регулятор подвижности и воду, отличающаяся тем, что в качестве полимерной добавки смесь содержит продукты полимеризации или сополимеризации органических мономеров при их стехиометрическом соотношении из группы: бутадиен, метилакрилат, или акрилонитрил, или метилметакрилат, или метакрилонитрил, или изопрен, или стирол, или их двойные смеси при массовом соотношении компонентов полимерных добавок, равным 1:1, в виде их водных дисперсий, а в качестве комплексного регулятора подвижности она содержит редиспергируемые в воде синтетические олигомерные продукты поверхностно-активных веществ анионно-катионного типа в смеси со сложными эфирами целлюлозы или крахмала при следующем соотношении компонентов цементно-полимерной смеси, масс.%:
Цементное вяжущее 37-50 Строительный песок 32-40 Полимерная добавка 1,5-4,5 Комплексный регулятор подвижности 0,18-0,42 Вода Остальное

2. Цементно-полимерная смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве строительного песка использовали кварцевый песок следующего фракционного состава:
Диаметр отверстий на ситах, мм 1,25 0,63 0,315 0,16 Поддон Частные остатки на ситах, % - 25-30 65-70 4-6 0,5-2,5