Адгезионная вяжущая композиция
Владельцы патента RU 2379249:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный горный университет (МГГУ) (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства строительных изделий, монолитных конструкций, полов, при тампонировании трещин зданий и конструкций, а также в качестве клеевого материала при агломерировании техногенных и радиоактивных отходов при их захоронении. Технический результат - повышение адгезионной прочности к металлу, чугуну, дереву, стеклу, фарфору, керамике, бетону. Адгезионная вяжущая композиция, включающая магнезиальное вяжущее, состоящее из активного оксида магния и водного раствора хлористого магния, наполнитель в виде золы-уноса тепловых электростанций, содержит в качестве активного оксида магния каустический магнезит и дополнительно соль стеариновой кислоты, винилированный сополимер, например винилхлорид виниллаурат этилен, эфир целлюлозы, например метилгидроксиэтил, и стеклофибру при следующем соотношении компонентов, мас.%: каустический магнезит 11,20-42,00, водный раствор хлористого магния 32,96-49,23, указанная зола-уноса 8,00-55,60, соль стеариновой кислоты 0,17-0,63, винилированный сополимер 0,17-0,63, эфир целлюлозы 0,003-0,016, указанная стеклофибра 0,005-0,170. 2 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства строительных изделий, монолитных конструкций, полов, при тампонировании трещин зданий и конструкций, а также в качестве клеевого материала при агломерировании техногенных и радиоактивных отходов при их захоронении.
Известна сырьевая магнезиальная смесь, содержащая доломит - 20-60, серпентизированный ультрабазит - 20-60 (в мас.%). Адгезионная прочность этой смеси к дереву по данным источника составляет до 10 МПа [1].
Испытания образцов проводились на прочность при растяжении при изгибе, а не в соответствии с ГОСТ-14760, регламентирующим проведение испытаний образцов на адгезионную прочность. В связи с этим указанные данные значительно завышены, поскольку прочность образцов при изгибе отражает силу когезионно-адгезионного взаимодействия, а не адгезионную прочность.
Известно вяжущее, включающее сульфат магния (5-30 мас.%), кизельгур (1-20), порошок магнезиальный (10-60), лимонную кислоту (0,01-10), абистиновую кислоту (0,01-1,0), гидроксид натрия (0,01-0,5) и воду (остальное) [2]. За счет использования в магнезиальном вяжущем добавок абистиновой кислоты и гидроксида натрия повышена адгезинонная прочность его к мельхиору (5,6-10,1 МПа) и стали (5,5-10,1 МПа).
Недостатками данного адгезионного вяжущего являются: его ограниченное применение - только при сцеплении с поверхностями мельхиора и стали; необходимость дополнительной термовлажностной обработки металлов (70-90°С) перед их склеиванием; в состав вяжущего входят компоненты, имеющие высокую стоимость.
Известна адгезионная вяжущая композиция, включающая магнезиальное вяжущее, состоящее из активного оксида магния, в качестве которого используют отходы доломита (50-60 мас.%), и водного раствора хлористого магния, и наполнителя в виде золы-уноса (40-50%) тепловых электростанций [3]. Данная доломитозольная композиция обеспечивает адгезию с металлом до 3,6 МПа. Эта композиция взята нами в качестве прототипа.
Недостатком данной композиции является то, что она имеет ограниченное применение - только при сцеплении композиции с металлом. Кроме того, величина адгезионной прочности недостаточно велика.
Задачей изобретения является повышение адгезионной прочности вяжущей композиции к различным основам при сохранении высоких прочностных свойств ее в отвержденном состоянии и снижение себестоимости композиции.
Поставленная задача решается тем, что адгезионная вяжущая композиция, включающая магнезиальное вяжущее, состоящее из активного оксида магния и водного раствора хлористого магния, наполнитель в виде золы-уноса тепловых электоростанций, отличающаяся тем, что она содержит в качестве активного оксида магния каустический магнезит и дополнительно соль стеариновой кислоты, винилированный сополимер, например винилхлорид виниллаурат этилен, эфир целлюлозы, например метилгидроксиэтил, и стеклофибру с диаметром волокна 12-14 мкм и длиной 12 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| каустический магнезит | 11,20-42,00 |
| водный раствор хлористого магния | 32,96-49,23 |
| указанная зола-уноса | 8,00-55,60 |
| соль стеариновой кислоты | 0,17-0,63 |
| винилированный сополимер | 0,17-0,63 |
| эфир целлюлозы | 0,003-0,016 |
| указанная стеклофибра | 0,005-0,170 |
Каустический магнезит является компонентом, содержащим активный оксид магния (MgO) с массовой долей 0,80-0,95 ("Порошки магнезитовые каустические», ГОСТ 1216-87). Солевой компонент - технический кристаллогидрат хлористого магния (MgCl2·6H2O), по ГОСТ 7759-73.
Наполнитель - высокодисперсная зола-уноса, образующаяся при сжигании каменных углей, имеет химический состав, (мас.%):
| SiO2 | 54-55 |
| Al2O3 | 19-20 |
| Fe2O3 | 14,5-15,0 |
| CaO | 6,5-7,0 |
| MgO | 2,1-2,5 |
| K2O | 1,2-1,4 |
| Na2O | 1,2-1,7 |
| TiO2 | 0,6-1,0 |
Зола-уноса относится по «Классификационному каталогу отходов РФ» к 4 классу опасности для окружающей среды (малоопасные отходы). Однако топливно-сжигательные установки ТЭС ежегодно производят огромные количества золы, загрязняющей почву и воду регионов. Поэтому использование золы в качестве компонента стройматериалов дает возможность не только удешевить строительную продукцию, но и улучшить экологическую ситуацию.
Соль стеариновой кислоты, винилированный сополимер (сополимер с винильными группами СН2=СН-), например, винилхлорид |виниллаурат| этилен, эфир целлюлозы, например метилгидроксиэтил, вводились в смесь в виде высокодисперсных порошков, а стеклофибра - в виде коротко резаных волокон (диаметром 12-14 мкм и длиной 12 мм) из качественного алюмо-боро-силикатного стекла.
Соль стеариновой кислоты оказывает заметное влияние на адгезию и прочностные свойства композиции с концентрацией ≈1% от содержания каустического магнезита, а влияние дисперсионного порошка винилированного сополимера - с 0,5%. Однако при отсутствии сополимера гидрофобная соль стеариновой кислоты с трудом входит в затворяемую массу даже при длительном перемешивании. Введение сополимера ослабляет водоотталкивающее действие соли стеариновой кислоты, и масса становится более технологичной и однородной. Винилированный сополимер не только благоприятствует вхождению указанной соли в массу, но и при совместном присутствии с ней значительно усиливает адгезию к различным поверхностям и прочность самой композиции в отвердевшем состоянии. Это объясняется тем, что дисперсионный порошок винилированного сополимера реэмульгирует в водно-магнезиальной массе и образует совместно с солью стеариновой кислоты плотную пленку, которая, в процессе удаления воды при отвердевании вяжущей композиции, приобретает высокие прочностные свойства и высокую адгезию к различным основам.
Адгезионную вяжущую композицию готовят следующим образом.
Каустический магнезит в виде порошка с удельной поверхностью 3000-4000 см2/г, золу-уноса (удельная поверхность 4000-6000 см2 /г), дисперсионный порошок винилированного сополимера (например, винилхлорид |виниллаурат| этилен), эфир целлюлозы в виде порошка метилгидроксиэтила и стеклофибру в виде резаных волокон длиной 12 мм и диаметром 12-14 мкм смешивают всухую. Далее полученную сухую массу перемешивают в смесителе в течение 7-10 минут с водным раствором хлористого магния плотностью 1,17-1,19 г/см3, взятым в количестве, обеспечивающем литую подвижность магнезиальной смеси.
Адгезионная вяжущая композиция до отверждения представляла собой «липкую» массу серого цвета, а после отверждения на воздухе - прочный серый камень. В течение 1 суток масса набирает 40-50% максимальной прочности, а полный набор ее происходит за 28 суток. Время жизнеспособности массы в подвижном литом состоянии возрастает с увеличением содержания в ней золы-уноса, а также зависит от концентрации добавки (Таблица 1). Время жизнеспособности вяжущей композиции позволяет изготовлять ее в местах, удаленных от строительных объектов, и транспортировать к месту назначения.
Из затворенной вяжущей композиции можно изготовлять различные строительные изделия, в том числе сложной конфигурации. Формирование изделия осуществляют (в зависимости от концентрации подвижной смеси) методами: отливка в формы (при осадке стандартного конуса ОК>16 см), вибровоздействия (2<ОК<5), вибропрессования, прессования, трамбования (жесткая смесь, выдержанная больше времени ее жизнеспособности).
На основе предлагаемой композиции можно получать магнезиальный бетон, используя в качестве заполнителя гранит, мрамор, галечник, доломит, волластонит и другие горные породы, а также дробленые стекло, керамику.
Введение добавок соли стеариновой кислоты и сополимера в состав вяжущей композиции сильно увеличивает как ее адгезию к различным основам, так и прочность композиции в отвердевшем состоянии (таблицы 1 и 2). Изучение мест разрушения при разрыве показало, что при отсутствии добавок разрыв происходит на границе основа-композиция, а при их наличии разрывается непосредственно композиция. Это означает, что в композициях с добавками соли стеариновой кислоты и сополимера энергия взаимодействия между частицами основы и композиции на межфазовой границе выше энергии взаимодействия между частицами внутри композиции (когезионные силы). Поэтому величина адгезии к поверхностным разной природы лимитируется прочностью при растяжении вяжущей композиции.
Предлагаемая магнезиальная композиция имеет величину адгезионной прочности к металлу ~ в 3 раза выше, чем у прототипа (таблица 2). Кроме того, она обладает высокой адгезией к другим, разным по своей природе основам, сочетая это свойство с высокой механической прочностью в отвержденном состоянии.
Использование в качестве наполнителя магнезиальной композиции золы-уноса ТЭС значительно снижает себестоимость строительной продукции на ее основе, а также решает проблему утилизации этих техногенных отходов и улучшения экологической ситуации.
Заявленный состав магнезиальной композиции и ее свойства связаны между собой единым изобретательским замыслом, приводящим к достижению полученного технического результата.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ №2089523, С04В 9/00, БИ №25 от 10.09.1997 г.
2. Патент РФ №1373699, С04В 9/04, БИ №6 от 15.02.1988 г.
3. Керцман Л.З., Голиков С.И. Магнезиальные тампонажные вяжущие для глубоких скважин. М.: Издательство ВИЭМС, 1984 г., 46 с. (прототип).
Адгезионная вяжущая композиция, включающая магнезиальное вяжущее, состоящее из активного оксида магния и водного раствора хлористого магния, наполнитель в виде золы-уноса тепловых электоростанций, отличающаяся тем, что она содержит в качестве активного оксида магния каустический магнезит и дополнительно соль стеариновой кислоты, винилированный сополимер, например винилхлорид виниллаурат этилен, эфир целлюлозы, например метилгидроксиэтил, и стеклофибру при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| каустический магнезит | 11,20-42,00 |
| водный раствор хлористого магния | 32,96-49,23 |
| указанная зола-уноса | 8,00-55,60 |
| соль стеариновой кислоты | 0,17-0,63 |
| винилированный сополимер | 0,17-0,63 |
| эфир целлюлозы | 0,003-0,016 |
| указанная стеклофибра | 0,005-0,170 |
