Способ приготовления строительных материалов Советский патент 1992 года по МПК E02D3/12 

Изобретение относится к строй- тел ьгтну и может быть использовано при создании композиции для гражданских сооружений, в частности, для дорожных покрытий.

Целью изобретения является повышение водостойкости получаемого материала .

Способ осуществляют следующим об- разом.

Обладающие малой гидрофобностью грунты обрабатывают путем смешения с катионным гидрофобным веществом аминного типа, выбранного из группы, включающей амины, имеющие по крайней мере одну жирную цепь, или соли аминов, и анионактивным или леионогенным водорастворимым полимером с мол.м. 30000-4000000, взятыми соответственно в количестве 0,1-0,2 и 0,1-0,5% от массы грунта. Кроме того, грунт обрабатывают в отдельных случаях также порошкообразной смесью катионактивно- го гидрофобного вещества с анионак- г тивным полимером, включающей минеральный наполнитель.

Грунты, которые являются чувствительными по отношению к воду и могут быть эффективно обработаны совместно гидрофильным и гидрофобным вещества- ми, могут быть мелкозернистыми, песчаными, гравелистыми, глинисто-песчаными от суглинистых до очень илистых.

Один из реагентов согласно предлагаемому способу представляет собой вещество или смесь веществ, выбранных из группы катионных гидрофобных веществ. Такими продуктами являются жирные амины с длинными цепями общей формулы , где один из радикалов К по крайней мере представляет собой линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную, содержащую 10-24 атомов углерода углеводородную цепь, другие с идентичными или различными целями, когда они не являются цепями указанного типа, представляют собой короткие углеводородные радикалы с 1-А атомами углерода, или водород, причем предпочтительными веществами являются первичные моноалкиламины: лаурнламин, оле- иламин, стеариламин, в их чистой или технической форме, как амин копры или амин сала и гидрированного жира. Кроме того используют водорастворимы соли этих аминов, например хлориды,

ацетаты, формматы, а также производные четвертичного аммония общей формулы

Rix+ RS - х,

R2 R4 0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где по крайней мере один из радикалов R означает линейную или разветвленную, насыщенную или ненасыщенную углеводородную цепь с 10-24 атомами углерода, а другие радикалы К, когда они не представляют собой цепей такого же типа, являются короткими углеводородными радикалами, одинаковыми или разными, содержащими 1-4 атома углерода, причем Х представляет собой анион, такой как Cl , В г или , причем предпочтительными веществами являются соли диалкилдиме- тиламмония, дистеарилдиметиламмоний- хлорид, в чистой или технической форме, ди(жиры)диметиламмонийхлорид или ди(гидрированный жир)-диметиламмоний.

Другой, используемый согласно изобретению реагент, проявляющий си- нергизм с первым агентом, представляет собой гидрофильный полимер и нейтральную или анионную макромолекулу. Известно существование явлений адсорбции таких структур глинами, адсорбции, сильно отличной от квазинеобратимой адсорбции катионных, мо- номерных или полимерных соединений, результатом которой является флокку- ляция, т.е. механическая агрегация частиц, которая модифицирует структуру материала. Такие продукты, не носящие ограничительный характер, выбирают среди следующих веществ: лигносульфонаты, полиакрилаты, поли- метакрилаты, гидролизованные полиак- риламиды, поливиниловые спирты; полимеры и сополимеры алкиленоксидов, модифицированные целлюлозы, оксиал- килцеллюлозы, карбоксиалкилцеллюлозы; полисахариды, камедь гуара, альгина- ты, ксантан, каррагенаны.

Существует большой диапазон в выборе этих гидрофильных полимеров ввиду того, что их молекулярная масса составляет 20000-5000000, причем регулируют ее так, чтобы предел приемлемого минимума для молекулярной массы был тем более низким, чем более резко выражен анионный характер этого полимера, например 300(10(10 дл: совершенно неионной оксиэтилцеллюло.чы и

JOOOO для карбокгиметнлцел.чюлозы, гт степень замещения которой (1,9.

В обычных условиях строительных площадок легко получают предлагаемые материалы стойкие к воде, если до окончательной укладки осуществляют смешение глинистых или илистых грунтов с порошкообразными композициями, образованными смесью катионных гидрофобных веществ с указанными гидрофильными полимерами и минеральными порошками. Эти минеральные порошки предпочтительно выбирают среди пылевидных фракций, обычно используемых при общественных работах, а именно мелочи, получаемой за счет дроблений мягких пород (например, некристаллические известняки) или крепких скальных пород (например, диоксид кремния базальты). Особенно дешевы наполнители, образованные отходами от первичного измельчения песков, которые часто выбрасывают из-за значительног содержания в них глинистых элементов

В предлагаемом способе используют порошкообразные смешанные композиции получаемые путем пульверизации при нагревании в смесителе катионного гидрофобного вещества в расплавленно виде или в виде концентрированного раствора, смешивания и при необходимости повторного измельчения, затем смешивания с нужным количеством гидрофильного полимера, взятого также в порошкообразной форме.

Степень повышения водостойкости получаемого материала оценивают по чувствительности контрольных и обработанных материалов к капиллярному поднятию в тонком слое. Для проведения этого опыта наносят тонкий слой материалов на соответствующую основу После полного высушивания погружают его в жидкость своим основанием и измеряют перемещение фронта смачивания в зависимости от времени. Измерение проводится по величине диффузионной способности

„ - 51 Т) ь t

где и - высота фронта смачивания,

достигаемая за время t . Оценка материала осуществляется при сравнении его с тем же самым необработанным материалом через относительную диффузионную способность: П0-1)

1)

Пс

0

5

0

5

0

5

0

где 1) - диффузионная способность

материала по предлагаемому способу; РФ - диффузионная способность

исходного материала. Из наблюдений за поведением грунта на строительной площадке и при сравнении этих результатов с таковыми, которые дает опыт по капиллярному поднятию, вытекает правило оценки, применимое к предлагаемым материалам. Затем отбрасывают любую систему, которая по отношению к исходному грунту не обладает относительной диффузионной способностью, по крайней мере равной 0,90.

Пример 1. Обрабатывают материал типа Kg П,1 мас.% карбоксиметнл- целлюлозы (ККЦ), характеризующейся мол.м. 90000 и степенью замещения 0,7, а затем 0,1 мас,% гидрофобной композиции на основе стеариламина, называемой Стабирам 677.

Аналогично обрабатывают материал типа А 0,5 мас.% такой же ККЦ и 0,1 мае. Стабирама 677. Результаты примера представлены в табл,1.

Из приведенных в табл.1 данных видно преимущество катионно-полимерной ассоциации. Кроме того, данные указывают, как можно обрабатывать сильно глинистый материал с помощью обогащенной полимером рецептуры.

Пример 2. Готовят материал из природного суглинка (ил) путем обработки этого материала, 0,Т% ККЦ по примеру 1 и 0,1% гидрофобного вещества (Стабирам 677).

Качество материала оценивают по показателю консистенции (густоты):

где С - рассчитанный показатель консистенции;

LI, предел жидкого состояния; IT - коэффициент пластичности; W - массовое содержание воды, выраженное по отношению к сухому материалу (в данном случае берут воды ЗОХ).

Сравнительный пример осуществляют с грунтом, обработанным по известному способу одним гидрофобным агентом Стабирамом в дозе 0,2%. Данные приведены в табл.2.

Материал, получают иг я в результате смешанной обработки, п нн Н .ржива-

i/мых условиях влажности, представляе сс бой тнердмп грунт п противоположность исходному матчфиалу или только гидрофибнзированному материалу, характеристика которого неизменна при испытании.

П р И м е р 3. Поступают аналогично, как при получении различных материалов путем использования раз- личных гидрофильных полимеров и различных гидрофобных агентов, исходя из того же грунта и в тех же количествах, пто в примере 1.

Используют следующие гидрофильные полимеры, влияние которых на водостойкость материала указано в табл.3

Viscogum KV1UUT представляет собой камедь гуара (Kero-Rousselot-Satia S.A.);

Drispac Superlo представляет собой карбоксиметилцеллюлозу (Drilling Specialities Company);

Natrosol 250 (JR представляет собой оксиэтилцеллюлозу (Hercules);

Сеса 1 gum S15 представляет собой альгинат (Kero-Kousselot-Satia S.A.);

Actigutn CS11 представляет собой сцероглюкан (Mero-Rou sselot-Catia S.A.);

Actigum СХ9 представляет собой ксантан (Kero-Rousselot-Satia S.A.);

Aubygum Х23 представляет собой каррагенан (Mero-Rousselot-Satia S.AO

полиакриламид N46RT представляет собой частично гидролизованный полимер; .

полиакрилат HVNA представляет собой натриевую форму и состав гидрофобных агентов СККА С.А.

Стабирам 677 на основе стеарил- аминацетата;

Noramium M2SH, диметилди(гидриро- ванный жир)аммонийхлорид;

Noramac S, стеариламинацетат.

П р и м е р 4. Иллюстрация значения молекулярной массы полимера, которая представляет собой один из параметров адаптации продукта для частного случая обрабатываемого

грунта. 1

Исходным материалом, как в примере 1, является-грунт класса Н., полученный из УП% песка и 10% каолина, добавляют 0,1% ККЦ и 0,1% Птабирама 677.

КМЦ характеризуется своей средней числовой молекулярной массой и споен степенью замещения, т.е. числом карб

5

0

5

0

5

0

5

0

окснметильш IX групп на злено аьгид- роглюкозы.

Эффективность системы измеряется с помощью испытания по капиллярному поднятию. Приемлемые молекулярные массы представляют собой те, которые придают предлагаемому материалу относительную диффузионную способность 1), по крайней мере равную П,Ч5 (табл. 4).

П р и м е р 5. Глинистый грунт обрабатывают за один прием путем смешения с раствором, включающим гидрофильный полимер и катионный гидрофобный агент. Такой раствор легко получить, если сначала ввести полимер в холодную или теплую воду,затем добавлять гидрофобный ягент, лучше в виде раствора, и перемешивать до гомогенности.

При обработке грунта, кроме веществ, указанных в примере 3, используют Rhodooiol 25/140, представляющий собой поливиниловый спирт с мол.м. 80000, и полиокс (Polyox.) WSP - полиоксиэтилен с мол.м. 400(1000. Результаты приведены в табл. 5.

П р и м е р 6. Предлагаемые порога- кообразные смеси готовят в смесителе типа Ледига по следующему методу. Вводят мелочь в аппарат, нагревают до 70-80°С при перемешивании, вводят катионный продукт в расплавленном состоянии при той же температуре, продолжают перемегаивание в течение 30 мин, поддерживая температуру при 70-80°с, охлаждают до комнатной температуры и вводят полимер, продолжая смешивать в течение 10 мин. Таким образом получают готовый для использования порошок.

В табл.6, в которой описывается эффективность этих смесей, используемые термины имеют следующие значения: катионный гидрофобный агент - Noran SH - амин гндрированного жира, гидрофильные полимеры РАА - гидролизе- ванный на 25% полнакриламид с мол.м. около , КМЦ - карбоксиметилцеллюлоза с мол.м. около 130000 и степенью замещения 0,7.

Для обозначения мелочи термин

Силикатная мелочь означает лолноI.

стью силикатный порошок,

известковая

мелочь означает мел и порфировая мелочь означает материал, отделенный путем просеивания через сито с

отверстиями размером ,1 П микрон легка от дробления горных пород к.чры рон.

Зс о-.ректинность обработки л продуктов согласно изобретению контролировались испытаниями но капиллярному поднятию (табл.6).

Результаты, приведенные в табл.Ь, показывают не только эффективность предлагаемых порошкообразных компо- зиций, но и свидетельствуют об их большом удобстве при выборе минеральной компоненты без ущерба для нечувствительности к воде обработанного материала. Кроме того, достигнута возможность обработки тяжелых грунтов, как грунт А, относительно высокими дозами полимера, которые иначе трудно эффективно обработать на строительной площадке либо из-за слишком высокой вязкости даже жела- тинирования концентрированных растворов, либо из-за введения с разбавленными растворами неприемлемых количеств воды.

Пример 7. Готовят порошке- образные композиции, предназначенные для обработки грунтов согласно предлагаемому способу, смешивая тщательно ККЦ, мол.м. 9000(1 и степенью за- мещения 0,7, с амннированными наполнителями.

Используют Fluidiram KB 200 и Fluid Iran К.В 30, которые представляют собой порошки, содержащее соответственно 20 и 3% амина гидрированкого (жира для получения смеси М( (16,7Х ККЦ и 83,3% Fluidiram KB 200) и смеси К2 (3% KMU и У7% Fluidiram KB 30) .

Грунт В g примера 1 тщательно сме- шивают с тем или другим из этих порошков и подвергают как в примере 1 опы- ту на капиллярное поднятие.

Результаты, приведенные в табл.7, описывают свойства грунта, обработан- ного количествами реагентов, эквивалентными 0,1% полимера и 0,1% катнон- ного гидрофобного агента в свободном виде.

П р и м е р 8. Обрабатывают смншак ный грунт, образованный из 50% ила Орли и 50% каолина, который классифицируется к категории грунтов AJ. Этот тяжелый материал особенно труден для исправления и на практике можно пре- дусмотреть только обработку порошкообразным веществом, когда содержание в нем природной воды граничит г его пределом пластичности.

Q Q 5

0

.

е

5

Т,чким сбратом, м.пгри.чл г «оды разминают с цпрмчкосПр.лщчи предлагаемой компочпциеп (смесь M t , образованной из 50 тдундирям.ч КВ200 и 50% КМЦ (мол.м. ЧПОМИ и степень замещения 0,7). I

Полученные данные диффузионной способности приведены в т.чбл.К.

Этот пример иллюстрирует обработку грунта порошкообразной композицией с соотношением органических соединений к минеральному наполнителю 1,5/1, при этом количество гидрофобного вещества и полимера берут по 0,2Х каждого от массы грунт;г.

Как следует из результатов обработки грунтов, предлагаемый способ обеспечивает достижение высокой водостойкости получаемого материала.

Формула изобретения

1. Способ приготовления строительных материалов, предназначенных для строительства объектов гражданских сооружений, в частности дорожных покрытий, включающий обработку мелкозернистого или глинистого, или илистого грунта катионным гидрофобным веществом аминного типа в количестве 0.1-0.2Х от массы грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения водостойкости получаемого материала, в качестве кат ионного гидрофобного вещества используют вещество, выбранное из группы: стерил- амин, амин жира, амин гидрированного жира и соль из группы: диметилдистеа- риламмоннй, диметилдижирнын аммоний и диметилдн(жирный гидрированный) аммоний, причем обработку грунта ведут одновременно с анионактивным или неионогенным водорастворимым полимером с мол.м. 80000-4000(1110, выбранным из группы: лигносульфонаты, акриловые полимеры и сополимеры, полнакрнлаты, полиметакрилаты, полиакриламиды, гид- роли зова иные модифицированные целлюлозы, окси- и карбоксиалкилцеллюлозы, полимеры и сополимеры окиси алкиденл, поливиниловые спирты и водорагтнори- мые полисахариды в количестве 0,1- 0,5% от массы грунта, а отношение между полиимидом и катионным гидрофобным веществом составляет -5.

2. Способ по п.1, от л и i и ii - щ и и с я тем, что смесь к .ч гг..

гичрогЬоПцпго тичестла с анионным или ней о ц чти ним подорлс творимым полимером дополнительно содержит порошкообрят

ный минеральный наполнитель, соотношение между которыми соответственно

составляет от 1,5/1 до 5/30. I

Таблица 1

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при создании композиций для гражданских сооружений, в частности для дорожных композиций. Цель изобре- тения - повьлчение водостойкости получаемого материала. Способ приготовления строительных материалов заключается в обработке мелкозернистого, глинистого или илистого грунта кати- онным гидрофобным веществом в смеси с аниоиактивным или неионогенкым водорастворимым полимером с мол.м. 30000-4000000, при этом гидрофобного веществд берут в количестве 0,1- 0,2% от массы грунта полимера 0,1- 0,5% от массы грунта, а отношение между полимером и гидрофобным веществом составляет 1-5. В качестве гидрофобного вещества используют вещество, выбранное из группы: стеариламин, амин жира, амин гидрированного жира и соли четвертичного аммония, такие как диметилдистеариламмоний, диметил- дижирный аммоний и диметилди(жирный гидрированный) аммоний, а в качестве полимера - лйгносульфонаты, акриловые полимеры и сополимеры, полиакрилаты, полиметакрилаты, полиакриламиды,гид- ролизованные модифицированные целлю- лозы,полимеры и сополимеры окиси ал- килена, поливиниловые спирты и водорастворимые полисахариды, особенно камедь - Кизельгур и склероглюкан. Кроме того, смесь катионного гидрофобного вещества с анионактивныя или неионогенным водорастворимым полимером может включать порошкообразный минеральный наполнитель, соотношение между которыми соответственно составляет от 1,5/1 до 3/50. Обработанный предлагаемым способом грунт имеет степень гидрофобности, характеризукг- щуюся относительной диффузионной способностью, равной 0,90-0,995. 1 з.п. ф-лы, 7 табл. § (Л С VJ о 4 О СО О см

Материал, полученный путем смешанной обработки 1,1% Гтабирама 677 + 0,1Х КМЦ 1У8 40 Исходный27УПЧО песка + Материал, полученный каолина) путем смешанной обработки П,1% Стабирама 677 - 0,5Х КМЦ 56 МП

-10

Параметры

показатель консистенции

0,5

гатил г S

Стабирлм d77

Noraminn

Стабнрам 677

О

0,95

0 О

-10

0,98

Таблица 2

Данные суглинка

,2 Т а б л и ц а 3

0,962

0,97

0,997

О.УУЗ

0,97

0,98

0,993

II

Полилкриллмид

гидролизосок

н

есок ин

Стабирам.

677 -

Жидкий

Водный ра- Полужидкий створ, содержащий5% Родо- виола 25/140 Кодный раствор, со- держап ий Стабирам 677 S (15Q и Родпииол 25/140 (5%)

Кодный раствор, со- держали Стабнрам

0, 1

12

Полужидкий 10

Продсигае нне т я бл, 3

ТаблицаЗ

0,6 1

0,56

0,70

12

0,52

0,90

15

6775(10%) Полужидкий 1(1 И Родовиол 25/14П (5%)

Водный раствор, содержащийСтабирам

677 S (IX) Полужидкий 10 и Вискогум

(1%)

Водный раствор, со- др.ржащий Стабирам 677 5(1%) Полужидкий 10

(песок и Полиокс

(|% WSR301 I

(1%) аолин Водный ра-

0%) створ, содержащийСтабирам

6/7 (2%) Вязкий 5 и Натроэол 25d Gk (22)

Обрабатываемый раствор (массовые проценты по отношению к сухому грунту).

I

Таблицаб

Контроль Силикатная лочь УОХ

Noran SH 5% РАА .SX

меИзвестковая мелочь 9П% Noram SI Ь% РЛА 5Х

Порфнроная мачомь N oran SH ГЛА 5%

1704636

16

/

Продолжение табл.5,

0,97

0,99

0,97

0,985

2200 МО

,-Ю

90/10

-W

0,96

28-10

-1в

0,99

5/ -10

л «О

П.97

Ч

лина

Контроль

Ал Известковая ме 70°/ Суглинок(ил 5% КМИ 25Х

А- Контроль

Известковая ме лочь 707, Noran SH Ь% ККЦ 25%

римечание. Дозы порошкообразных продуктов

обработки представляют собой массовые дозы, выраженные по отношению к сухой массе грунта.

/ -ч «

Таблица 7

Материал

Исходный1,77 Материал, обрабо

г8

тайный 2% смеси М3 0,53-10

8Н60-Щ-10

20,7«Ю

-(0

0,99

4580-Ю

-ю

25,3-111

-Ю

0,99

Диффузионная способность,

1)

м2.

7

г8

0,97