Влияние состава полимерсиликатов на долговечность защитных покрытий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 620.197.3.

Г. А. Аверичева, Т. Г. Черкасова

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ПОЛИМЕРСИЛИКАТОВ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Коррозия, старение, изнашивание основных производственных фондов предприятий химической и угольной отраслей промышленности Кузбасса приводит к громадным потерям человеческого труда, природных ресурсов и материальных средств. Все отказы, поломки и неисправности промышленных объектов, за исключением случаев неправильной эксплуатации, вызваны указанными явлениями, поэтому с давних пор ведется поиск оптимальной защиты от них.

Основная задача защитных мероприятий - достижение максимально возможных сроков службы основных производственных фондов с минимальными трудовыми и материальными затратами. При разработке, изготовлении и эксплуатации в различных режимах необходимо добиваться такого взаимодействия внутренних и внешних факторов, вызывающих коррозию, при котором достигались бы максимальные сроки службы промышленных объектов с минимальными издержками на защиту, эксплуатацию и ремонт.

Целью работы является увеличение долговечности поли-мерсиликатных мастичных защитных покрытий путем изучения и оптимизации группы внутренних факторов полимер-силикатов, которые определяют свойства покрытия в целом. Данная группа факторов включает в себя, прежде всего, непроницаемость, химическую

стойкость, прочностные характеристики, морозостойкость, и в

значительной степени зависит от состава жидкостекольных композиций.

Совершенствование технологии полимерсиликатного защитного покрытия поставили ряд утилитарных задач по изысканию новых более эффективных композиций и модифицированных составов с учетом специфики нанесения и формирования тонкослойных штукатурок; по определению взаимосвязи технологических и рецептурных параметров; выявлению резервов прогрессивного жидкостекольного оштукатурива-

ния; повышению защитных свойств тонкослойных поли-мерсиликатных покрытий технологическими приемами.

Для решения поставленной задачи, на основании результатов научно - технического анализа научных и практических разработок в данной области, было изучено влияние различных модифицирующих добавок, воздействующих самостоятельно и в различном сочетании, на качественный и количественный уровень предельного состояния защитного покрытия, а также на конструкции с защитным покрытием.

Выбор модифицирующих добавок

Модифицирующие добавки, применяемые для силикатных кислотоупорных материалов на жидком стекле, могут быть разнообразными как по природе, так и по механизму их воздействия на составляющие кислотоупорных бетонов, замазок,

растворов, в том числе: уплотняющие или диспергирующие (фурановые, фенольные и другие смолы), водосвязующие (соединения с группами N00 и др.), снижающие усадку (олигоэфиры), замедляющие твердение (сульфанол, кремнийорга-нические жидкости), кольмати-рующие (канифоль, сера и др.), пластифицирующие и т. д. [1].

Для получения комплексного эффекта, модифицирующие добавки могут вводиться самостоятельно или в различном сочетании. В результате выполненных исследований удалось значительно улучшить технологические свойства, водостойкость и устойчивость к растворам щелочей известных поли-мерсиликатов [2-6], а также повысить адгезию полимерсили-катных штукатурок к цементному бетону.

В основу эксперимента были положены известные результаты многолетних исследований (1977 - 1997 гг), связанные с изменением механизма отверждения жидкостекольного вяжущего [7]. Основой этих работ является то, что щелочь, находящаяся в системе, не нейтрализуется с образованием рыхлых осадков, а вступает в химическую реакцию с термодинамически неустойчивым компонентом - тетрагидросиликатом [8]. Твердение полимерсиликатов по такому принципу обусловливает термодинамическую устойчивость связующего, повышение прочности (в 2 - 3 раза), водо- и щелочестойкости. При стехиометрическом соотноше-

нии жидкого стекла и активного наполнителя полимерсиликаты становятся кислото-, водо- и щелоченепроницаемыми.

Для разработки основных направлений путей реализации поставленной задачи мы использовали выявленную авторами [9] принципиальную возможность получения композиций на основе растворов щелочных силикатов, вполне устойчивых к агрессивному воздействию как кислых, так и щелочных сред. В основе этих предпосылок лежат представления о процессе твердения таких материалов по полимеризаци-онно - коагуляционному механизму при одновременном взаимодействии основных составляющих по известному стехиометрическому уравнению:

2 №28Юз + Na2SiF6 + 6Н2О ^ 6NaF + 3Si(0H)4, (1) в котором основным цементирующим структурным элементом, отвечающим за стойкость и прочность этих материалов, является гель ортокремниевой кислоты Si(0H)4, который по своей природе не может быть стойким в щелочных средах:

- ОН- + ' НО-

= Si - О - Si= +Н2О, (2) = Si - О - Si= + ОН- ^ Si(0H)4.

Этому мнению способствовало представление о процессах твердения композиций как единственно возможных или

• за счет протекания по известному стехиометрическому уравнению (1), или

• за счет коагуляции золя ортокремниевой кислоты (2).

При этом, независимо от проходящих процессов твердения и в том и в другом случае, предполагается образование цементирующей связки, в основном, в виде указанного геля.

Новым принципиальным положением являлось представление о фазовом составе цементирующей связки композиций на основе растворимых силикатов. Предполагается, что в зависимости от свойств жидкого стекла (модуля, плотности, кон-

центрации) и содержания от-вердителя - гексафторсиликата натрия, процесс твердения может идти с преобладанием в структуре фазы Si(0H)4 или гидросиликатного стекла №20* xSi02 *gH20 в большей или меньшей степени гидратированного. О наличии и возможности образования связки с преобладанием в ней именно такой фазы, в отличие от связок, состоящих преимущественно из геля кремниевой кислоты, показано в работе [10], когда цементирующая связка представляет собой не гель, а твердый коллоидный раствор кремнезема в высохшем жидком стекле, который отвердевает, однако, в результате коагуляции, заполняя при этом поры геля и снижая тем самым открытую пористость. Таким образом, с уменьшением модуля использованного жидкого стекла и количества введенного отвердителя относительное количество геля кремниевой кислоты уменьшается, а количество непрореагировавшего силиката натрия растет, чем объясняется увеличение содержания титруемой щелочи и уменьшение открытой пористости.

Такое представление о природе кислотостойкого цемента позволяет объяснить, почему этот материал стоек в концентрированных кислотах и даже повышает свою прочность при выдерживании в них, а в разбавленных кислотах и в воде постепенно разрушается, и почему этот недостаток усиливается с уменьшение модуля жидкого стекла и количества отвер-дителя.

Таким образом, цемент на основе высокомодульного жидкого стекла с достаточным содержанием Na2SiF6 (гексафтор-силиката натрия) представляет собой конгломерат частиц химически инертного наполнителя, связанный гелем кремниевой кислоты, на внутренней поверхности пор которого содержится большое количество хи-

мически несвязанной с поверхностью геля низкомолекулярной подвижной кремниевой кислоты.

Другой важной особенностью выявленных структур является, при определенных условиях, возможность образования высокомодульных малогидра-тированных гидросиликатных стекол, определенным образом модифицированных. Только составы, структура цементирующей связки которых будет представлена, в основном, гидросиликатным стеклом данного вида, может обладать щелоче- и кислотостойкостью.

В основе щелочестойкости этой связки лежит известный вышеизложенный принцип растворимости стеклообразных силикатов щелочных металлов. При этом, в общем случае, скорость растворения таких силикатов зависит от отношения двуокиси кремния к щелочи (модуля жидкого стекла), концентрации, температуры, давления и размера частиц. Стекла более щелочные, с мольным соотношением двуокиси кремния к щелочи, равным двум, растворяются довольно быстро. Силикатные стекла с высоким содержанием двуокиси кре м-ния, как известно, растворяются только при воздействии пара под давлением (в автоклавах).

Следовательно, одним из путей повышения водо- и щело-честойкости является повышение содержания двуокиси кремния в жидком стекле, то есть повышение его модуля (мольного отношения SiO2/Na2O). Однако, известно [11], что увеличение модуля жидкого стекла до 3 и более ведет к снижению механической прочности поли-мерсиликатов. Поэтому увеличение двуокиси кремния в составе полимерсиликатов следует обеспечивать за счет введения кремнийсодержащих добавок, таких как мелкодисперсная силикат - глыба [3], этилсиликат натрия [12] и другие добавки, содержащие активный кремне-

зем [1, 13 -15].

Введение алкилсиликонатов натрия способствует образованию высокомодульных мало-гидратированных гидросиликатных стекол не только за счет увеличения содержания Si02, но и за счет гидрофобизации составов и увеличения жизнеспособности смеси. Этот параметр чрезвычайно важен для повышения щелочестойкости, так как при малой жизнеспособности смеси связующее представляет собой не гель, а твердый коллоидный раствор кремнезема в высохшем жидком стекле из-за того, что количество непрореагировавшего жидкого стекла возрастает.

Причиной этому являются пониженное содержание в структуре фазы Si(0H)4 вследствие блокировки частиц гек-сафтросиликата натрия плотным слоем кремнегеля и прохождение реакций взаимодействия его с силикатом натрия через этот слой диффузионно [16]. Учитывая, что со временем идет уплотнение указанного слоя вследствие поликонденсации золей кремниевой кислоты, диффузия через него идет с дальнейшим торможением, в результате чего не используется весь гексафторсиликат натрия, а в структуре остается непрореагировавший силикат натрия в измененном виде.

Гидрофобизирующий эффект алкилсиликонатов состоит в том, что при взаимодействии реакционноспособных атомов, находящихся в их составе, с функциональными группами полимерсиликатов (гидроксильные группы, оксиды и гидроксиды металлов), образуются полимерные соединения, придающие материалу гидрофобные свойства [17]. При этом полимеры ориентированы таким образом, что силоксановые связи обращены к поверхности адсорбента и связаны с ней химически, углеводородные радикалы, входящие в состав крем-нийорганических соединений (

СН3, С2Н5, С6Н5 и др.), направлены наружу:

Я Я Я

I I I

О - Si - О - Si - О - Si - О

I I I

О О О

I I I

адсорбент

Образованные полиорганосиликаты, благодаря наличию кремнийкислородной цепи, характеризуется высокой теплостойкостью, воздухо-, пароне-проницаемостью, стабильностью свойств в широком диапазоне температур (как положительных, так и отрицательных), атмосферостойкостью и представляют собой хемосорбиро-ванный полимолекулярный слой.

К модифицирующим добавкам, улучшающим физико -химические свойства полимер-силикатных составов (плотность, усадку, непроницаемость), относятся такие полимерные добавки, которые не изменяют качественно процессы твердения по отношению к процессам твердения силикатных систем без добавок полимеров; однако, количественная характеристика отдельных этапов процесса превращения силикагеля значительно изменяется, не влияя на скорость образования геля в полимерсиликат-ной системе. Полимерная добавка, обволакивая частицы геля, препятствует их сближению - агрегации. Поскольку полимерная добавка препятствует сближению частиц геля, то сжатие системы и, следовательно, выделение воды из геля ограничивается и усадка композиции значительно уменьшается.

Одной из таких эффективных модифицирующих полимерных добавок могут служить полиизоцианаты, положительная роль которых представлена в разработках [3, 18 -20]. Полиизоцианаты (эфиры изо-циановой кислоты), имеющие в

составе одну или несколько изоцианатных групп -N=0=0, соединенную с органическим радикалом, обволакивают частицы кремнегеля сорбционно, так как изоцианаты имеют концевые полярные группы. Азот и кислород N00 - группы несут отрицательный заряд и обладают электронодонорными свойствами, а углерод характеризуется существенным дефицитом электронной плотности. Наиболее типичны для изоцианатов реакции нуклеофильного присоединения с участием кислород- и азотсодержащих веществ (в том числе и полимерных соединений, содержащих соответствующие концевые группы), например:

Я - N = 0 = О + Я 0H ^

Я - N - 0 = О,

I I

Я' 0H ;

Я - N = 0 = О +H - 0H ^

Я - N - 0 = О.

I I

H 0H .

Данная способность изоцианатов связывать свободную воду системы выводит их в ряд наиболее эффективных модифицирующих полимерных добавок, так как кроме предотвращения усадочных процессов за счет:

- связывания свободной воды и сохранения ее в системе без испарения в начальный период твердения, они способствуют гидрофобизации системы:

- радикалы этих полярных добавок с концевыми группами ОН- и СНО- ориентируются наружу.

Такая ориентация изоцианатов вызывает эффект гидрофо-бизации системы и увеличивает плотность композиции.

При анионной полимеризации изоцианатов под действием воды образуется полиуретановая разветвленная структура с общей формулой [21]:

N - 0

I I I

Я О

которая, заполняя поры и капилляры, уменьшает их размеры.

Поры приобретают округлую форму, устраняются микротрещины в зоне контакта вяжущего с заполнителем. Полимерная добавка частично или полностью заполняет поры и соединяющие их капилляры или выстилает тонким слоем внутреннюю поверхность, уменьшая их диаметр.

Структурирующее и коль-матирующее действие полимерной добавки приводит к формированию в полимерсиликатах системы пор и капилляров практически непроницаемой для электролита. Введение изоцианатов повышает водостойкость полимерсиликатных материа-

лов, поскольку известно [22], что малая водостойкость таких материалов обусловливается наличием большого количества гидроксильных групп, которые связываются изоцианатами при их полимеризации. Повышается также устойчивость к растворам щелочей, поскольку полиуретановые соединения являются щелочестойкими [23].

Таким образом, механизм уплотнения полимерсиликатов при введении изоцианатов можно рассматривать как результат нескольких процессов: диспергирования жидкого стекла, защитного действия кремнегеля от чрезмерного обжатия, гид-рофобизации и полимеризации.

Описанный механизм уплотнения полимерсиликатов не раскрывает многих физико -химических процессов, происходящих на границе раздела фаз. Однако, даже такое упрощенное объяснение позволяет ответить на вопрос, каким образом модифицирующая полимерная изоцианатная добавка в жидкостекольной композиции обеспечивает их практическую непроницаемость для воды и водных растворов.

На первом этапе исследований с целью изучения влияния составляющих и оптимизации

полимерсиликатного состава для повышения химической стойкости, водостойкости, непроницаемости, прочностных

свойств были отобраны следующие основные и модифицирующие (структурирующие, уплотняющие, пластифицирующие) компоненты.

Применялись:

• в качестве вяжущего для

приготовления полимерсили-

катных составов жидкое стекло натриевое (ГОСТ 13078-81) плотностью 1,38 - 1,42 г/см3 с силикатным модулем 2,6;

• в качестве отвердителя гексафторсиликат натрия технический КФН (ТУ 113-08-58786) с содержанием основного продукта не менее 93%. Влажность отвердителя 1%. Тонкость помола (ГОСТ 3102-76) соответствует проходу через сито № 008 - 100%;

• тонкомолотый наполнитель представляет собой кислотоупорный порошок эффузивных вулканических пород (андезит, диабаз и др.) по ТУ 6-10101-81. Кислотостойкость не менее 97-98% по ГОСТ 473.181. Влажность наполнителя не более 1%. Тонкость помола соответствует проходу через сито № 0315 более 90%.

• в качестве мелкого заполнителя применяли песок строительный (ГОСТ 8736-96) отмытый с содержанием пылевидных, илистых и глинистых частей не более 1%. Зерновой состав находился в пределах

0,15-2,5 мм и соответствовал требованиям ГОСТ 10268-80. Отсутствие в заполнителе примесей известняка, доломита, металлических включений проверяли пробой раствора соляной кислоты. Кислотостойкость песка не менее 96%;

• в качестве гидрофобизи-рующей, модифицирующей добавки, повышающей жизнеспособность смеси применяли ме-тилсиликонат натрия (15% -ный водно - спиртовой раствор, ГКЖ -11 (ТУ 6-02-696-76);

• в качестве уплотняющей

щелочестойкой полимерной добавки применяли влагоотверждаемые изоцианаты - полиизоцианат полиур БТ, марки Б (ТУ 2224-152-04691277-96) с массовой долей изоцианатных групп 31,1%;

• в качестве пластифицирующей добавки, увеличивающей подвижность полимерси-ликатной смеси применяли суперпластификатор - разжижи-тель С-3 (ТУ 6-14-625-80).

Оптимизация полимерсиликат-ных составов

При подборе количественного содержания составляющих компонентов и оптимального соотношения между ними мы исходили из условий наименьшего расхода жидкого стекла, соблюдения хорошей удобоук-ладываемости, повышения жизнеспособности.

С одной стороны, мы учитывали имеющиеся в литературе [16, 23 -28] сведения об отрицательном влиянии полимерных добавок на жизнеспособность полимерсиликатов, средняя продолжительность которой составляет около 45 минут, что значительно меньше по сравнению с портландцементными составами. Допустимое уменьшение гексафтросиликата натрия приводит к увеличению жизнеспособности не более, чем на 10 - 15 минут. Начавший схватываться полимерсиликат-ный состав к работе непригоден.

С другой стороны [16, 29], известно, что при малой жизнеспособности смеси связующее представляет собой не гель, а твердый коллоидный раствор кремнезема в высохшем жидком стекле из-за того, что количество непрореагировавшего жидкого стекла возрастает. В технологии растворов силикатов известно, что при введении реагентов в систему не удается полностью избежать локальных явлений, связанных с высокой скоростью реакций по сравнению со скоростью гомогениза-

ции. При этом осаждение кремнезема на поверхностях твердой фазы гексафтор-силиката натрия является первой стадией, и тогда взаимодействие реагентов в течение длительного времени ограничивается узкой зоной контакта фаз. Образование студенистых осадков малорастворимых гидрооксидов металлов происходит еще более легко и также способствует созданию мембраны на границах смешиваемых фаз.

Ввиду сложности процесса взаимодействия жидких стекол с компонентами полимерсили-катных составов, качество защитного покрытия в очень сильной степени зависит от частных тонкостей технологии (скорости и продолжительности перемешивания), а не только концентрации и соотношения реагентов, температуры, влажности и т. д. Авторами [30, 31] установлена взаимосвязь между оптимальностью дозировки структурообразующих добавок и пластификаторов, с одной стороны, и скоростью и продолжительностью перемешивания, с другой, на физико - химические и технологические характеристики бетонных смесей. В частности, установлено, что при высокой скорости перемешивания, через 15 минут после начала перемешивания в автобетоносмесителе, бетонные смеси становятся практически однородными. Газосодержание достигает максимальной величины через 30 минут и при дальнейшем перемешивании (вплоть до 1,5 ч) оно остается на постоянном уровне, обеспечивая высокую морозостойкость конструкциям. Это положение является чрезвычайно

важным для наших исследований, так как величина “газосо-держания” складывается из

двух составляющих: количества выделившегося газа (водорода) и воздуха, всегда вовлекаемого в бетонную смесь при ее перемешивании. С увеличением плотности смеси объем вовлеченного воздуха несколько снижается, однако подвижность композиции достаточно велика за счет оптимального количества пластификатора. Таким обра-

зом, можно увеличивать содержание кремнийорганической гидрофобизирующей модифицирующей добавки, удлиняющей жизнеспособность смеси (а значит, продолжительность взаимодействия реагентов) без превышения критического уровня газосодержания, и тем самым формировать высокомодульные малогидратированные гидросиликатные связки, обладающие кислото- и щелоче-стойкостью, за счет стехиометрического взаимодействия гек-сафторсиликата натрия с силикатом натрия, диспергированным полиизоцианатами.

Поэтому мы осуществляли подбор и изучали влияние каждой добавки на физико - химические свойства композиций, скорость перемешивания которых в процессе приготовления, значительно превышали традиционно установленные [24 -28]. При этом особое внимание было обращено на продолжитель-

ность схватывания (жизнеспособность) растворимых смесей, определяемую временем (в минутах), прошедшем с момента приготовления растворной смеси, до момента, когда она не поддавалась свободному распределению на горизонтальной поверхности (начало затвердевания).

В качестве контрольных составов были изготовлены составы 1, 2 и 3.

Состав №1: силикатный

раствор традиционно используемого состава [32] (табл.1)

Продолжительность его схватывания известна и составляет 5 час, продолжительность полного отвердевания соответственно - 8 час. Режим приготовления по [32]: растворную смесь следует готовить механизированным способом в растворомешалках. Сначала в растворомешалку загружают требуемое количество силиката натрия, а затем смесь наполнителя и гексафторсиликата натрия, в качестве отвердителя при непрерывном перемешивании. В случае отсутствия готовой смеси сухих составляющих последовательно добавляют наполнитель и отвердитель. Возможен также обратный порядок загрузки. Скорость вращения рабочего органа промышленной растворомешалки 30 -32 об/мин. Продолжительность перемешивания составляет 2 -3 мин.

Состав №2: полимерсили-

Таблица 1

компонент силикат натрия, р =1,40 отверди- тель, КФН андезито- вая мука песок

количество, масс. ч. 100 15 130 140

Таблица 2

компонент силикат натрия, р=1,40 г/см3 отверди- тель, КФН полимер- ная добавка, ПИЦ гидро фобизи рующая добавка, ГКЖ-11 пласти фици- рующая добавка, С-3 андези товая мука песок

количество, масс. ч. 19,0 2,8 5,7 0,01-0,2 0,01-0,2 23,4 49,0

катный раствор с добавлением полиизоцианатов по составу, разработанному НИИЖБ Госстроя СССР и включенным в нормативно - техническую документацию [28] (табл.2):

Режим приготовления состава по [28] аналогичен режиму приготовления состава №1 с ограничениями по продолжительности перемешивания: общая продолжительность перемешивания не должна превышать 130 с, с учетом выгрузки не более 3 мин; продолжительность перемешивания силиката натрия с добавками - 10 с, с наполнителями - 30-60 с, с отвер-дителем - 30 с.

Состав №3: в качестве

третьего контрольного состава была приготовлена растворная смесь по рецептуре состава №2, однако режим приготовления был изменен. Продолжительность технологической операции перемешивания и скорость перемешивания компонентов были увеличены так, что общая продолжительность перемешивания составила 15 мин при скорости вращения перемешивающего устройства смесителя не менее 600 об/мин. При этом порядок загрузки компонентов соответствовал порядку загрузки компонентов состава №1. Продолжительность перемешивания силиката натрия с модифицирующими добавками 2 минуты, с наполнителями - 3 мин, с отвердителем -10 мин.

Натриевое жидкое стекло требуемой плотности было приготовлено путем разведения промышленного стекла плотностью 1,54-1,55 г/см3 водой с модифицирующими добавками, введенными заранее в воду в расчетном количестве. Количе-

ство воды для достижения рабочей плотности 1,38 г/см3 определялось по формуле:

Рг¥1 = р2'¥2, где р1 - исходная плотность жидкого стекла, г/см3,

¥1 - количество жидкого стекла с плотностью р1, л,

р2 - требуемая плотность жидкого стекла, г/см3,

¥2 - расчетное количество жидкого стекла с плотностью Р2., л.

Количество воды, необходимое для разведения промышленного жидкого стекла, определяется разностью между объемами разведенного и промышленного жидкого стекла:

¥воды = ¥2 - ¥1,

учитывая, что

¥1 = ¥2'р2/р1,

получаем

¥воды = ¥2 - (¥2р2/Рр =

= ¥2 [1 - (Р2/Р1)]. Высушенные сухие компоненты - песок, андезитовую муку, гексафторсиликат натрия и пластификатор тщательно смешивались. Отдельно смешивалось разведенное жидкое стекло с полиизоцианатом и гидрофо-бизирующей жидкостью ГКЖ-

11 (метилсиликонат натрия).

Затем в приготовленную сухую смесь при перемешивании был введен силикат натрия с модифицирующими добавками. После перемешивания жидкостекольной композиции смесь была залита в металлические разъемные формы, покрытые тонким слоем смазочного материала, для изготовления образцов в виде кубиков размером (70,7х70,7х70,7) мм. Также дополнительно приготовили образцы в виде лепешек диаметром ~ 75 мм различной толщи-

ны.

Приготовленные в соответствии с ГОСТ 5802-86 [33] образцы отверждались в формах в течение 24 час. После суточной выдержки извлеПчернондыолежиизтфелоьрнмость схватывания образцы были выдержаны для набора прочности в течение 10 суток в воздушно -сухих условиях при комнатной температуре и относительной влажности воздуха не более 75%.

Продолжительность схватывания составов контролировалась на образцах, изготовленных в виде лепешек. По внешнему виду этих образцов также оценивалось появление высо-лов, трещин и других недопустимых дефектов.

В результате данного предварительного эксперимента,

проведенного с целью получения исходных данных для

дальнейшей оптимизации состава и технологических параметров, было подтверждено соответствие полученных данных нормативным значениям [28, 34] по продолжительности схватывания, отверждения и основным физико - химическим свойствам (табл. 3):

Из табл. 2 видно, что увеличение скорости и продолжительности перемешивания привело к улучшению всех контрольных параметров. Однако, жизнеспособность состава оставалась неудовлетворительно малой.

Анализ процесса затвердевания состава № 3 показал, что нормативное количество метил-силиконата натрия, который выполняет функции гидрофоби-зирующей, воздухововлекаю-

щей, увеличивающей жизнеспособность добавки, недостаточно для достижения такой продол-

Таблица 3

параметры состав жизне способ ность время отвер дева- ния наличие высолов наличие трещин поры щелоче стой кость водо стой кость предел прочности на сжатие

№ 1 5 ч 8 ч нет есть есть разруш разруш соотв.

№ 2 40 мин 4 ч есть незнач. незнач. разруш 0,8 соотв.

№ 3 60 мин 4 ч незнач. нет нет 2 часа 1,0 соотв.

Таблица 4

Общее оптимальное соотношение всех компонентов оптимизированного полимерсиликатного раствора __________________________________________№ 4 (масс. ч.):__________________________________________

жидкое стекло р =1,4 отвердитель, КФН полимерная добавка, ПИЦ гидрофоби зирующая жидкость, ГКЖ-11 пластифи катор, С-3 андези товая мука песок

1 0,15 0,3 0,03 0,03 1,25 2,25

жительности схватывания, которая обеспечивала бы нормальный режим работы на строительной площадке, то есть была бы не менее 2-х часов.

Поэтому целью второго этапа эксперимента было изучение возможности достижения оптимальной жизнеспособности за счет увеличения содержания метилсиликоната натрия без снижения прочностных свойств затвердевшего раствора. Выполнение этого условия является принципиальным, поскольку замедляющая процесс схватывания добавка является одновременно воздухововлекающей. Сверхнормативное воздуховов-лечение, размеры и количество воздушных пузырьков оказывает отрицательное влияние на поровую структуру и плотность раствора, а, следовательно, на его прочность, морозостойкость, проницаемость и другие качества.

Изучение полимерсиликат-ного раствора состава № 3 с различным содержанием метил-силиконата натрия показало, что максимальная жизнеспособность 2 часа достигается с содержания этой воздухововлекающей добавки от 3% к массе приготовленного жидкого стекла. С увеличением количества более 3% жизнеспособность практически не увеличивалась,

однако структура затвердевшего раствора становилась недопустимо поризованной из-за растущего воздухововлечения. Кроме того, поры соединялись в сквозные каналы, а это сразу делало состав несоответствующим требованию водонепроницаемости.

Учитывая [8], что пластифицирующие добавки весьма незначительно снижая вязкость незаполненного жидкого стекла, в то же время значительно увеличивают подвижность растворной смеси, представлялось перспективным оценить влияние увеличения количества пластифицирующей добавки - пластификатора С-3 на структуру (порообразование и плотность) состава № 3. В результате эксперимента установлено, что увеличение этой добавки от 3 до 5 % (к массе приготовленного жидкого стекла) значительно снизило воздухововлечение (порообразование) смеси. Это может быть объяснено тем, что происходит сильное разжижение растворной смеси и выход воздуха облегчается. Проведенными исследованиями установлено, что при одновременном увеличении содержания воздухововлекающей (ГКЖ -11) и пластифицирующей добавок в количествах по 3% каждого к массе приготовленного жидкого

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

стекла жизнеспособность состава № 3 увеличилась до ~ 2,5 час. Время окончания твердения раствора не изменилось и по-прежнему соответствовало 4 час.

При оценке внешнего вида и поверхности скола образцов с помощью микроскопа МБС-7 при увеличении 30х трещин, крупных пор, соединительных каналов, а также высолов не обнаружено.

Дальнейшими испытаниями физико -химических свойств снижения прочности и стойкости полимерсиликатного раствора оптимизированного состава № 4 при проведении контрольных измерений выявлено не было.

В результате исследования жизнеспособности оптимизированного состава № 4 ( с содержанием ГКЖ-11 и С-3 по 3% к массе приготовленного жидкого стекла) были установлены характерные особенности не только одновременного влияния компонентов с проявлением синергического эффекта, но в большей степени- соотношения между ними, а также специальных технологических приемов приготовления растворной смеси на увеличение подвижности и удобоукладываемости (~ на 15%) и одновременно (почти в 2,5 раза) жизнеспособности.

1. Субботкин М. И. Кислотоупорные бетоны и растворы. / М. И. Субботкин, Ю. С. Курицына. - М.: Стройиздат, 1967. - 136 с.

2. Авт. св. 184690 СССР.

3. Авт. св. 403644 СССР.

4. Авт. св. 444753 СССР.

5. Авт. св. 435204 СССР.

6. Авт. св. 435205 СССР.

7. Аверичева Г. А. Повышение коррозионной стойкости железобетонных сооружений промышленных предприятий Кузбасского региона. / Г. А. Аверичева, Т. Г. Черкасова. // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов.: Сб. научн. ст. Международн. научно -практич. конф. - Новокузнецк, СибГИУ, 2002. - С. 317 -319.

8. ПатуроевВ. В. Полимербетоны. / В. В. Патуроев. - М.: Стройиздат, 1987. - 288 с.

9. Нянюшкин Ю. И. Композиции на основе растворимых силикатов с коррозионной стойкостью к щелочной агрессии. / Ю. И. Нянюшкин. // Противокоррозионная защита в химической промышленности.: Сб. научн. тр. / ВНИИК. - М.: НИИТЭХИМ, 1981. - С. 111 -117.

10. Зарубин Д. П. О химическом и фазовом составе кислотостойкого цемента и его коррозионной стойкости. / Д. П. Зарубин, А. М. Зякин, Ю. И. Нянюшкин. // Противокоррозионная защита в химической промышленности.: Сб. научн. тр. / ВНИИК. - М.: НИИТЭХИМ, 1981. - С. 125 -131.

11. Матвеев М. А. Зависимость прочности кислотоупорных замазок, растворов и бетонов от природы и кремнеземистого модуля щелочных силикатов. / М. А. Матвеев, Ю. С. Курицына. // Журнал ВХО им. Менделеева. - 1964. - Т.9. - №6. - С. 699.

12. Авт. св. 589230 СССР.

13. Авт. св. 451675 СССР.

14. Авт. св. 545610 СССР.

15. Авт. св. 583986 СССР.

16. Нянюшкин Ю. И. Химически стойкие силикатополимерные композиции “КОРИАФ”. / Ю. И. Нянюшкин, А. В. Белов, Т. В. Карпова. // Противокоррозионная защита. Обз. информ. Сер.: Лаки и краски. / ВНИИК. - М.: НИИТЭХИМ, 1991. - Вып.2. - 26 с.

17. Цыпкина О. Я. Гидроизоляция и антикоррозионная защита железобетонных конструкций и сооружений. / О. Я. Цыпкина. - Киев: Будивальник, 1977. - 80 с.

18. Авт. св. 744019 СССР.

19. Авт. св. 887548 СССР.

20. Авт. св. 1208059 СССР.

21. Горбатенко В. И. Изоцианаты. Методы синтеза и физико - химические свойства алкил-, арил- и гетерилизоцианатов. Справочник. / В. И. Горбатенко, Е. З. Журавлев, Л. И. Самарай. - Киев: Наукова думка, 1987. - 446 с.

22. Анацкий Ф. И. Изучение влияния некоторых видов добавок - модификаторов в составе жидкостекольных композиций на эксплуатационные и технологические свойства материала. / Ф. И. Анацкий, З. Т. Рождественская. // Противокоррозионная защита в химической промышленности.: Сб. научн. тр. / ВНИИК. - М.: НИИТЭХИМ, 1987. - С. 64 -75.

23. Кудинова В. Д. Полимерсиликатные мастики, растворы и бетоны в технике антикоррозионных работ. / В. Д. Кудинова, В. Д. Соломахин, И. Е. Путляев. // Экспресс. инф. Сер.: Организация и обеспечение ремонтных работ в химической промышленности. - М.: НИИТЭХИМ, 1976. - №3. - 16 с.

24. Руководство по изготовлению и применению химически стойких полимеррастворов, полимербетонов и полимерсиликатов. - М.: Стройиздат, 1976. - 24 с.

25. Рекомендации по восстановлению и изготовлению конструкций с применением силикатополи-мербетонов. / Методические рекомендации и нормативные материалы по защите металлов от коррозии. // ВНИИК. - Черкассы: НИИТЭХИМ, 1979. - 32 с.

26. Инструкция по применению и механизированной технологии нанесения силикатополимеррас-творных противокоррозионных покрытий. / ВНИИК. - Черкассы: НИИТЭХИМ, 1981. - 44 с.

27. Инструкция по технологии изготовления изделий и конструктивных элементов из бетона и композиций на основе жидкого стекла с добавкой полимеров. / ВНИИК. - Черкассы: НИИТЭХИМ, 1982. -32 с.

28. Рекомендации по изготовлению и применению изделий и конструкций из полимерсиликатного бетона. / НИИЖБ Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - 42 с.

29. Козырин Н. А. Защита от коррозии силикатами. / Н. А. Козырин, В. А. Тимонин. - М.: Металлургия, 1985. - 104с.

30. Фаликман В. Р. Новое поколение суперпластификаторов. / В. Р. Фаликман, А. Я. Вайнер, Н. Ф. Башлыков. // Бетон и железобетон. - 2000. - №5. - С. 5 -7.

31. Силина Е. С. Свойства бетонных смесей с модификатором бетона МБ - 01. / Е. С. Силина, Н. Ф. Жигулев, С. Т. Борыгин. // Бетон и железобетон. - 2000. - №1. - С. 3 -6.

32. ВСН 214 -82. Сборник инструкций по защите от коррозии. / Утв. зам. министра монтажн. и спец. работ СССР Л. Д. Солоденниковым 30 июня 1982 г. - М.: ЦБНТИ ММСС СССР, 1984. - 140 с.

33. ГОСТ 5802 86. Растворы строительные. Методы испытаний. - М.: Издательство стандартов, 1987.

34. СП 82 -101 -98. Приготовление и применение растворов строительных. / Свод правил по проектированию и строительству. / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1999. - 34 с.