Состав для искусственного льда Советский патент 1993 года по МПК C09K3/24 

Изобретение относится к ледотехнике и может быть применено в строительстве плотин мерзлого типа, дамб, экранов, перемычек и т.п., а также для предотвращения пылемия золоотвалов или отвалов других мелкодисперсных пылевидных материалов.

Цель изобретения - повышение прочности, теплостойкости и снижение водопроницаемости искусственного льда при оттаивании.

Поставленная цель достигается тем, что состав для искусственного льда, включающий воду, поливиниловый спирт и глицерин, содержит мелкодисперсный инертный материал, пенообразователь и тетраборат натрий при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Поливиниловый спирт5-10

Мелкодисперсный инертный

материал10-30

Глицерин2-4

Тетраборат натрия0,5-1 Пенообразователь 0,1-4 Вода Остальное Предлагаемый авторами состав льда является экологически неактивным.

Кроме того, лед, полученный по заявляемому составу, нерастворим в мерзлом состоянии, практически нерастворим в талом состоянии. Последнее обусловлено реакцией ПВС с тетраборатом натрия с созданием малорастворимого бораткомплексного соединения ПВС.

Предлагаемый состав позволяет получить прочный водонепроницаемый лед с длительнь1м сохранением этих свойств в талом виде. За счет пористости полученного льда увеличивается его теплостойкость.

Искусственный лед готовят следующим образом.

Приготавливается водный раствор поливинилового спирта (ЛВС) (ГОСТ 107779-78)

-ч ю

о о

ОТ

о

5-Ю мас.%. Растворение ПВС осуществляется при 10-80°С. Затем добавляется пено- образователь (марок ПО-1. пЬ-6, Волгонат) в количестве 0,1-4 мас.% и мелкодисперсный инертный (нерастворимый или малорастворимый в воде) материал, например золу, песок, порошки глин, суглинка в количестве от 10 до 30 мас.%.

На следующем этапе приготавливают раствор тетрабората натрия (бупы) (ГОСТ 8429-69) в глицерине, который добавляют в первый с перемешиванием. Содержание глицерина должно составлять 2-4 мас.%, а буры 0,5-1,0 мас.%. При перемешивании происходит вовлечение воздуха вматериал. Кратность полученного материала может достигать 5. Приготовленный материал охлаждают и замораживают.:

Тетраборат натрия взаимодействует с ПВС с созданием бораткомллексного соединения - практически нерастворимо в воде, а мелкодисперсный инертный материал обволакивает частицы поверхностной пленкой Адсорбция ПВС на частицах мелкодисперсного материала создает условия для равномерного распределения малорастворимого бораткомплексного соединения по всему объему создаваемого материала. Равномерность распределения обеспечивает водонепроницаемость создаваемого искусственного льда. Причем экспериментально установлена тенденция: с повышением температуры растворения ПВС в воде снижается растворимость бораткомплексного соединения, который становится практически нерастворим в холодной воде (до 20°С) при температуре растворения ПВС в воде выше 30-40°С. Добавление пенообразователя улучшает теплофизические свойства искусственного льда: теплостойкость, теп- лоизолирующая способность за счет ПОрИ- СТОСТИ, .- . ;... .; . .. .. -:, . : ; .

Экспериментально установлено, что содержание ПВС менее 5 мас,% не обеспечивает достаточного количества бораткомплексного соединения по всему объему материала. Содержание ЛВС свыше 10 мае. % ограничено повышенной вязко- . стью раствора. Повышенная вязкость.дела- ет практически невозможным перемешивание раствора вместе с мелкодисперсной добавкой, тем самым не достигается однородности распределения борэткомплексногб соединения между частицами добавки,.

Содержание мелкодисперсной добавки ниже 10 мас.% недостаточно для предотвращения образования сгустков бораткомплексного соединения ПВС, при содержании более 30 мас.% затруднено перемешивание

смеси и ухудшается воздухововлечение. Добавление глицерина более 2 мас.% необходимо для пластифицирования ПВС и для растворения необходимого количества бу- ры; при содержании глицерина более 4 мае. % заметно действие его как антифриза, снижающего Температуру замерзания во. Д ы- - ..: .. .;- . - - . . .

Содержание пенообразователя определяется его типом: для ПО-1 А 4 вес.%, для

ПО-ЗА 2-3 вес.%, для Волгоната 0,1

мас.%. ..; ; / :

Количество добавляемого тетрабората

натрия определяется в общем виде реакционным соотношением с ПВС. Однако длина

цепей и ПВС

Г-сн2снQH

1.

варьируется даже у ПВС одной марки в добтаточно широких пределах. Эксперимен- тально определена нижняя граница содержания тетрабората натрия 0,5 мас.%, которая достаточна для создания минимального количества водоупорного матерйала. При содержании тетрабората натрия более 1 мас.% возможен случай неполного реагирования и он остается в растворе. Пористость создаваемого материала повышает его теплостойкость при кратности

первоначальной пены менее 2, это увеличение несущественно. При кратности более 5 наблюдается резкое уменьшение прочностных характеристик. Цикл замораживания улучшает прочностные характеристики материала; ;v . Si . -: . /:. : Рассматриваем механизированный способ. В зимний период при отрицательных температурах воздуха производят следующие операции. Растворяют порошок

ПВС в воде в количестве 5-10 мае,%. В этот раств ор добавляют пенообразователь (ПО-1 в количестве 4 вес.%) и мелкодисперсный материал, например золу, в количество от 10 до 30 мас.%. Приготовленную суспензию,

подают в воздушно-пенный ствол, например, струйного типа при давлении напора до 10 атм. В этот же ствол подают 25%-й, раствор тетрабората натрия в глицерине. Регулированием расхода подачи обеспечивают содержание тетрабората натрия и глицерина на выходе из ствола 0,5-1 и 2-4 мас.% соответственно. В ствол принудительно от компрессора или используя раз- режениеотстриногб потока подают воздух,

обеспечивая кратность выходящей пены от 2 До 5i Полученный пористый материал на носят на поверхности для выполнений гидроизоляционных работ послойно с толщиной слоев от 0,5 до 2-3 см и замора- живают холодным воздухом атмосферы.

В таблице представлены результаты испытаний искусственного льда.

Полученный по заявляемому составу искусственный лед экологически неактивен и имеет закрытопористую структуру с прочностью при изгибе 2-3 МПа. при сжатии 4-10 МПа, близкой к прочности мерзлого грунта. Искусственный лед абсолютно водонепроницаем в мерзлом состоянии, теплостоек,- в талом состоянии (при положительных температурах) потеря водонепроницаемости при температуре воды до 10°С не зафиксирована, при температуре воды 20°С водопроницаемость проявляется через длительное время {через несколько сотен часов). В талом состоянии лёд сохраняет механические свойства твердого тела, прочностные характеристики снижаются не более 40% от значений в мерзлом состоянии.

причем при высушивании материала механическая прочность возрастает. Формула изобретения Состав для искусственного льда, вклю- чающий поливиниловый спирт, глицерин и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности льда, теплостойкости и водонепроницаемости при оттаивании, он дополнительно содержит мелкодисперсный инертный материал, пенообразователь и тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Поливиниловый спирт5-Ю Мелкодисперсный инертный материал 10-30 Глицерин 2-4 Тетраборат натрия 0,5-1 Пенообразователь 0,1-4

Вода

Остальное.

Применение: в ледотехнике, в качестве строительного материала для возведения гидротехнических и других сооружений, а также для предотвращения пыления эолоот- валов или других мелкодисперсных пылевидных материалов. Сущность изобретения: предлагаемый состав содержит воду, поливиниловый спирт, глицерин, мелкодисперсный инертный материал, пенообразователь и тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: поливиниловый спирт 5-10; мелкодисперсный инертный материал, преимущественно глина, зола, песок 10-30; глицерин 2-4; тетраборат натрия 0,5-1; пенообразователь (ПО-1, ПО-ЗА, Волгонат) 0,1-4; вода остальное, что обеспечивает повышение прочности, теплостойкости и снижение водопроницаемости искусственного льда при оттаивании. 1 табл.