ЖИДКОСТЕКОЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
WATER-GLASS COMPOSITION

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к составам полимерсиликатных смесей, предназначенных для изготовления светопрозрачных конструкций и элементов (для обустройства подземных переходов, складов, помещений общественных зданий и др.), работающих в условиях химически агрессивных сред, а также светопрозрачных элементов технологического оборудования, баковой аппаратуры (технологических ванн, баков, кислотохранилищ, отстойников), и может быть использовано на предприятиях строительной, химической, металлургической, нефтехимической, энергетической индустрии.
Известна жидкостекольная композиция а.с. СССР №697445, МКИ С04В 28/26, опубликованная в 1979 году, при следующем соотношении компонентов, мас.%: жидкое стекло 14,81-14,92; кремнефтористый натрий 2,22-2,24; кварцевый наполнитель 40,77-41,05; добавка 0,74-1,42; кварцевый песок остальное. В качестве добавки используют кубовые остатки фурилового спирта.
Однако как недостатки аналога следует отметить сложность процесса за счет длительной термообработки изделий (12 часов при t=120°C), невысокую прочность.
7
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прочности на сжатие) является жидкостекольная композиция, патент РФ №223597, МПК С04В 28/26, опубликованный в 2004 году, включающая компоненты, мас.%: жидкое стекло 14,0-16,0; кремнефтористый натрий 1,4-1,6; кварцевый наполнитель 22,5-24,5; акриламид 0,2-0,8; кварцевый песок 57,1-61,9.
Однако как недостатки прототипа следует отметить меньшую прочность на растяжение при изгибе, что особенно важно для конструкций и элементов, работающих на изгиб, и для баковой аппаратуры, а также отсутствие светопрозрачности материалов.
Задачей является повышение прочности на растяжение при изгибе и обеспечение светопрозрачности материала.
Поставленная задача решается тем, что жидкостекольная композиция включает жидкое стекло, кремнефтористый натрий, наполнитель - молотый стеклобой и дополнительно фуриловый спирт, дробленый песок из стеклобоя, полипропиленовое волокно - фибру, наноструктурный углеродный комплекс, мас.%:
Жидкое стекло натриевое 14,5-15,5
Кремнефтористый натрий 2,0-2,2
Фуриловый спирт 0,4-0,5
Наполнитель из молотого стеклобоя 17,5-18,5
Полипропиленовое волокно - фибра 0,2-0,4
Наноструктурный углеродный комплекс 0,01-0,03
Дробленый песок из стеклобоя 63,87-66,39
Влияние компонентов жидкостекольной композиции на технический эффект заключается в следующем:
3
2
1. Для улучшения процесса структурообразования жидкостекольной матрицы, повышения прочностных и деформативных свойств в состав жидкостекольных композитов вводится наноструктурный углеродный комплекс, представляющий углеродную смесь высокой реакционной способности (УСВР). Наноструктуры химически инертны, устойчивы к агрессивным средам, экологически чисты. Насыпная плотность наноструктурного углеродного комлекса - 0,01-0,001 г/см. Содержание углерода не менее 99,4%. Удельная поверхность 2000 м/г. Процент возврата присоединенного вещества - до 98%, рабочая температура от -60 до +3000°С.
Введенный в состав композитов до 0,03 от массы композита наноструктурный углеродный комплекс армирует его матрицу, превращая его в композиционный материал и повышая его прочность. Эффект повышения прочности возникает не только за счет непосредственного армирования, которое действительно по размерам ничтожно, но и за счет направленного регулирования процессов коагуляции и уплотнения структуры матрицы. Наноструктуры ведут себя в композите как «зародыши» коагуляционных процессов, и, поскольку они имеют не точечную, а протяженную форму, коагулянты образуются вытянутые, армирующие. Образование вытянутых коагулянтов приводит к потере жидкостекольным композитом эластичности, увеличению жесткости, прочности и уменьшению деформативной способности.
2. Введение небольших количеств дисперсно-армирующего компонента - полимерного волокна - фибры (длина волокна - 3 мм, диаметр - 18 мкм), имеющего гофрированную структуру, способствует формированию более прочной структуры композита, повышению предела прочности на сжатие и растяжение при изгибе.
уд
2
3. С целью уменьшения расхода жидкого стекла, снижения усадки жидкостекольных композитов наполнитель получают измельчением стеклянного боя промышленного тарного стекла и строительного стекла до удельной поверхности S=300 м/кг.
4. Мелкий заполнитель крупностью до 5 мм получали измельчением стеклянного боя промышленного тарного стекла и строительного стекла. Применение мелкого заполнителя - песка из стеклобоя позволяет получить прочный светопрозрачный жидкостекольный композит с достаточно высокой характеристикой по светопроницаемости.
2
2
5. Снизить усадку жидкостекольных композитов можно также за счет введения добавок фурилового спирта. Этот полимер, обволакивая частицы геля кремниевой кислоты, образующегося при твердении жидкого стекла, содержании воды 50-70% (ГОСТ 13078-81*). Состав щелочных силикатов выражается формулой NaO·mSiO, где m - модуль жидкого стекла. У натриевого стекла он 2,5-3.
В таблице 1 приведены составы количественного соотношения ингредиентов меньше нижнего предела, больше верхнего и среднее значение количественного соотношения ингредиентов, при котором достигнут тот технический результат, который поставлен в задаче, в таблице 2 показаны предлагаемые составы, в таблице 3 приведены составы прототипа, в таблице 4 сведены свойства предлагаемых составов и прототипа.
Способ получения жидкостекольной композиции происходит в две стадии. На первой стадии в течение 1-1,5 мин в смесителе-активаторе готовят жидкую активированная смесь, содержащую жидкое стекло, кремнефтористый натрий, фуриловый спирт, наполнитель, полимерное волокно, наноструктурный углеродный комплекс.
Под активацией смеси понимается дополнительная диспергация, гомогенизация составляющих материалов в смесителе-активаторе, представляющем собой корпус, внутри которого со скоростью 6-8 м/с вращается ротор. При вращении ротора материалы приходят в вихревое хаотическое движение, в процессе которого происходит активация смеси.
На второй стадии активированная смесь из активатора-смесителя по наклонному трубопроводу поступает в работающий бетоносмеситель принудительного действия, в который одновременно поступает весь мелкий заполнитель из стеклобоя. Общий цикл приготовления смеси составляет до 4 мин.
Полученную смесь укладывают в формы с последующим уплотнением на виброплощадке со стандартной частотой и амплитудой. Отформованные изделия после выдержки в нормальных условиях в течение суток подвергают тепловой обработке при температуре 65-70°С.
По результатам исследований установлено, что введение в состав жидкостекольных композитов дисперсно-армирующего компонента увеличивает предел прочности при сжатии и особенно на растяжение при изгибе.
Таким образом, техническое решение позволило на 30-40% увеличить прочность жидкостекольной матрицы.
Таблица 1
Компоненты
Составы, мас.%
1
2
3
Жидкое стекло натриевое (плотность 1550 кг/м<sup>3</sup>, модуль жидкого стекла - 2,5-3)
13
15
14,0
Кремнефтористый натрий
1,9
2,3
2,1
Фуриловый спирт
0,3
0,55
0,45
Наполнитель из молотого стеклобоя (S<sub>уд</sub>=300 м<sup>2</sup>/кг)
17,0
19,0
18,0
Полипропиленовое волокно - фибра (длина волокна 3 мм, диаметр - 18 мкн)
0,1
0,5
0,3
Наноструктурный углеродный комплекс
0,005
0,04
0,02
Дробленый песок из стеклобоя (крупностью до 5 мм)
65,5
64
65,13
Таблица 2
Компоненты
Составы, мас.%
1
2
3
Жидкое стекло натриевое (плотность 1550 кг/м<sup>3</sup>, модуль жидкого стекла - 2,5-3)
13,5
14,0
14,5
Кремнефтористый натрий
2,0
2,1
2,2
Фуриловый спирт
0,4
0,45
0,5
Наполнитель из молотого стеклобоя (S<sub>уд</sub>=300 м<sup>2</sup>/кг)
17,5
18,0
18,5
Полипропиленовое волокно - фибры (длина волокна 3 мм, диаметр - 18 мкн)
0,2
0,3
0,4
Наноструктурный углеродный комплекс
0,01
0,02
0,03
Дробленый песок из стеклобоя (крупностью до 5 мм)
66,39
65,13
63,87
Таблица 3
Компоненты
Составы прототипа, мас.%
1
2
3
Жидкое стекло натриевое
14
15
16
Кремнефтористый натрий
1,4
1,5
1,6
Кварцевый наполнитель (S<sub>уд</sub>=500 м<sup>2</sup>/кг)
22,5
23,5
24,5
Акриламид
0,2
0,5
0,8
Кварцевый песок (0,65-2,5 мм)
61,9
59,5
57,1
Таблица 4
Свойства
Известная (прототип)
Предлагаемые
составы прототипа
составы
1
2
3
1
2
3
Прочность на сжатие, МПа
47,56
50,0
45,17
60,2
64,6
65,1
Прочность на растяжение, на изгиб, МПа
17,9
18,07
16,7
20,6
21,4
22,5
Светопрозрачность, %
-
-
-
34
32
29
Таким образом, предлагаемый состав жидкостекольной композиции позволяет повысить прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе в 1,25 раза и обеспечить светопрозрачность материала продукции.