СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ГРУНТОВОЙ СМЕСИ МЕТОДОМ ОТВЕРДЕВАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C04B26/06 E02D3/12 C04B111/27 

Известна работа по стабилизации глинозема и кремнезема 5%-ными растворами полимеров с добавлением крахмала как связующего. Полученная при этом композиция может быть использована при пригоговлении различных изделий, однако разрушается после продолжительного действия воды [А.з. РФ №97108232, 1999]. Для придания гидрофобных свойств структурным композициям в качестве связующего используют полимерно-битумные составы [ГОСТ Р 52056-2003. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия]. Эти композиции обладают гидрофобными свойствами, однако при их получении требуется значительное количество битума, что удорожает процесс их получения и делает невозможным их использование в качестве формовочного средства.

Наиболее близко по достигаемым результатам является авторское свидетельство [Авт. св. №1685960, 1991], в котором приводятся композиции, основанные на использовании грунтовых смесей, структурированных проливом 2-3% водными растворами электролитов. При этом способе наблюдается образование влаго- и воздухопроницаемой корки. Для снижения проницаемости в качестве полимерных анионных коллоидных частиц используют глинистую составляющую, в частности бентонит [Патент РФ №2108970, 1998]. Условием получения структурных композиций является необходимость в последовательном подмешивания частиц глины в золь на основе кремнезема и последующего диспергирования, что усложняет процесс и ограничивает использование этого способа.

Изобретение позволяет увеличить водостойкость массивов при снижении расхода связующего до 0.05% масс. Однако приведенное изобретение имеет следующие недостатки: не приведены данные по прочности укрепленного массива на растяжение и сжатие, и поэтому можно сделать вывод, что предложенная полимерная композиция увеличивает только водостойкость материала.

Цель настоящего изобретения - значительное укрепление грунтовой смеси, состоящей из песка и глины, повышение ее водостойкости при снижении расхода связующего, путем последовательного пролива. Поставленная цель достигается тем, что при взаимодействии полиакриловой кислоты (ПАК-30) и алкилимидазолина (AM) образуется полиэлектролитный комплекс (ПЭК), который отличается нерастворимостью в воде и высокой адгезией к грунту. Это приводит к увеличению прочности на растяжение и сжатие.

При взаимодействии полиэлектролитов (ПЭ), имеющих высокую плотность заряда, ПЭК выделяются из растворов в виде гелей и мелкодисперсных сравнительно мало сольватированных осадков. Устойчивость таких ПЭК определяется константами диссоциации исходных ПЭ. Так, в случае сильных ПЭ, например полистиролсуьфокислоты и гидроокиси поливинилбензилтриметиламмония, ПЭК устойчивы практически во всем интервале pH и разрушаются только в концентрированных растворах электролитов в водно-органических смесях. ПЭК у слабых ПЭ устойчивы в ограниченном интервале pH, причем образование и разрушение таких комплексов происходит кооперативно в узком интервале рН. Образование ПЭК сопровождается существенным изменением конформации составляющих его ПЭ, что свидетельствует о важной роли стерического соответствия полимерных реагентов в реакциях между ПЭ. Поскольку ПЭК нерастворим в воде и отличается высокой прочностью можно было ожидать, что образование такого комплекса между частицами грунта приведет к повышению прочности грунта. Повышенную водостойкость должна обеспечить кремнийорганическая добавка (метилсиликонат калия (МСК)), отличающаяся высокой гидрофобностью.

Целью изобретения является способ получения устойчивых к механической деструкции и влаге структурных композиций на основе грунтовой смеси, состоящей из глины и песка, упрощение и удешевление процесса.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения структурной композиции на основе грунтовой смеси методом отвердевания грунтовую смесь обрабатывают при перемешивании последовательно водными растворами реагентов с последующим уплотнением композиции. В качестве грунтовой композиции используют смесь кремнезема и природной глины. В качестве связующих используют водные растворы алкилимидазолина (AM), полиакриловой кислоты (ПАК-30) и метилсиликоната калия (МСК), которые последовательно добавляют в грунтовую смесь при перемешивании, в следующей последовательности и следующем массовом соотношении составляющих к массе грунтовой смеси (% масс.):

Полиакриловая кислота (ПАК-30): 0.003-0.006

Алкилимидазолин: 0.006-0,012;

Метилсиликонат калия (50%-ный водный раствор): 0.2-0.4;

с последующим уплотнением композиции и выдерживанием в стандартных условиях.

Алкилимидазолин (AM) представляет собой алкилимидазолин на основе кислот рапсового масла и служит в качестве компонента полиэлектролитного комплекса, обеспечивающего высокую прочность грунта. Полиакриловая кислота (ПАК-30) представляет собой 30%-ный водный раствор полиакриловой кислоты молекулярной массы 130000 и служит в качестве компонента полиэлектролитного комплекса, обеспечивающего высокую прочность грунта.

Метилсиликонат калия (МСК) представляет собой 50%-ный водный раствор метилсиликоната калия и служит в качестве гидрофобизатора грунтовой смеси.

Неожиданно оказалось, что при указанном способе получения максимальная прочность и гидрофобность композиции достигается включением в композицию каждого из компонентов в определенной последовательности и в определенном %-ном содержании к массе грунтовой смеси, выше и ниже которого эффект структурирования и гидрофобности резко снижается.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Грунтовую смесь получали механическим смешиванием природной красной глины и речного желтого песка, взятых в массовом соотношении 1:3 соответственно с сохранением естественной влажности (но не более 10%).

Готовили 0.15%-ный водный раствор AM, 0.03%-ный водный раствор (ПАК-30) и 50-ный водный раствор МСК. В грунтовую смесь добавляли при перемешивании последовательно водный раствор ПАК-30 (0.003% масс.), водный раствор AM (0.006% масс.), водный раствор МСК (0.1% масс.). Количество каждого из добавленных растворов соответствовало заданному количеству (% масс.) неразбавленных компонентов в расчете на массу грунта. Количество МСК соответствовало заданному количеству его 50%-ного водного раствора в расчете на массу грунта. Полученную смесь уплотняли и сушили при 25°С с течение 7 дней. Характеристики полученных образцов грунта в зависимости от количества составляющих представлены в таблице.

Оказалось, что оптимальное количество ПАК-30 в расчете на массу грунта составляет 0.003-0.006%; AM: 0.006-0.012% масс.; МСК: 0.2-0.4% масс. Этот состав обеспечивает необходимую гидрофобность композиции и прочность, соответствующую прочности бетона марки М75.

Пример 2.

В грунтовую смесь добавляли при перемешивании последовательно водный раствор ПАК-30 (0.006% масс.), водный раствор AM (0.006% масс.), водный раствор МСК (0.2% масс.). Количество каждого из добавленных растворов соответствовало заданному количеству (% масс.) неразбавленных компонентов в расчете на массу грунта. Количество МСК соответствовало заданному количеству его 50%-ного водного раствора в расчете на массу грунта. Полученную смесь уплотняли и сушили при 25°С с течение 7 дней. Характеристики полученных образцов грунта в зависимости от количества составляющих представлены в таблице.

Пример 3.

В грунтовую смесь добавляли при перемешивании последовательно водный раствор ПАК-30 (0.003% масс.), водный раствор AM (0.012% масс.), водный раствор МСК (0.4% масс.). Количество каждого из добавленных растворов соответствовало заданному количеству (% масс.) неразбавленных компонентов в расчете на массу грунта. Количество МСК соответствовало заданному количеству его 50%-ного водного раствора в расчете на массу грунта. Полученную смесь уплотняли и сушили при 25°С с течение 7 дней. Характеристики полученных образцов грунта в зависимости от количества составляющих представлены в таблице.

Представленные примеры свидетельствуют о том, что предлагаемая композиция обеспечивает укрепляемому грунту высокую прочность, а также гидрофобные свойства, превосходящие известные.

Таблица % масс. реагентов от массы грунта Прочность на растяжение, мПа Прочность на сжатие, мПа Соответствие марке бетона Остаточное водопоглощение после 8 часов выдерживания под водой, % масс. AM: 0.006 0.18 3.20 М50 Образец разрушается ПАК-30: 0.003 МСК: 0.1 AM: 0.006 0.29 5.27 М75 0.9 ПАК-30: 0.006 МСК: 0.2 AM: 0.006 0.35 6.29 М75 0.7* ПАК-30: 0.003 МСК: 0.4 AM: 0.006 0.13 2.38 М25 0.5* ПАК-30: 0.03 МСК: 1 AM: 0.012 0.30 6.19 М75 0.7* ПАК-30: 0.003 МСК: 0.4

* - данные составы рекомендуется применять для укрепления и гидрофобизации песчаных и глинистых грунтов в районах с низким содержанием влаги в грунте (количество осадков 200-300 мм в год). Для районов с более высокой влажностью необходимо повышать содержание МСК в композиции до 2% масс. и выше.

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к интерполимерным полиэлектролитным комплексам, которые могут использоваться для укрепления грунтов, состоящих из глины и песка. Изобретение позволяет увеличить прочность грунтов на растяжение и на сжатие, а также их водостойкость при снижении расхода связующего до 0,003-0,012% масс. Эффект достигается за счет использования в композиции катионактивного имидазолина и полиакриловой кислоты, которые образуют при химическом взаимодействии нерастворимый интерполимерный полиэлектролитный комплекс. Изобретение относится к способу получения устойчивой структурной композиции на основе грунтовой смеси из глины и песка в качестве природных наполнителей и может быть использовано в технических целях для получения формовочных средств, ускоренного отвердевания грунтов и придания им гидрофобных свойств. 1 табл.

Способ получения структурной композиции на основе грунтовой смеси, включающий добавление к грунтовой смеси глины и песка в массовом соотношении 1:3 соответственно, последовательно при перемешивании в качестве связующих водных растворов полиакриловой кислоты ПАК-30, алкилимидазолина на основе кислот рапсового масла, метилсиликоната калия при следующем соотношении к массе грунтовой смеси, мас. %: полиакриловая кислота ПАК-30 0,003-0,006, указанный алкилимидазолин 0,006-0,012, 50%-ный водный раствор метилсиликоната калия 0,2-0,4, последующее уплотнение композиции и выдерживание ее при стандартных условиях до отверждения.