СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИ СХВАТЫВАЮЩИХСЯ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
METHOD OF DEPOSITING HARD COATINGS BASED ON HYDRAULICALLY SETTING COATING MATERIALS

Настоящее изобретение относится к способу нанесения твердых покрытий на основе гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий, а также к получаемым таким способом твердым покрытиям.
Для нанесения твердых покрытий на основе гидравлически схватывающихся материалов, таких, например, как бетон или строительный раствор, широко используются не только механизированные способы, но и ручные способы. Свойства твердых покрытий, однако, существенно зависят от способа их нанесения и используемого при этом оборудования.
При нанесении твердых покрытий ручным способом гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий наносят на основание, например, с помощью кельмы. При нанесении же твердых покрытий механизированным способом гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий подаются по подающему напорному трубопроводу в сопло, которым гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий наносят на соответствующее основание. Механизированные способы нанесения твердых покрытий, такие, например, как сухой, соответственно мокрый, способ торкретирования, описаны в DIN 18551. При торкретировании сухим способом гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий используют в виде сухих смесей, затворяемых в сопле водой. При торкретировании мокрым способом используют водные гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий. В сопле к гидравлически схватывающимся материалам для нанесения покрытий можно и при торкретировании мокрым способом, и торкретировании сухим способом примешивать дополнительные присадки и добавки, например ускорители схватывания. После схватывания гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий получают твердые покрытия.
Прочность твердых покрытий зависит, например, от содержания воздушных пор в твердых покрытиях (их пористости), соответственно от их плотности, и коррелирует со статистическим распределением воздушных пор по диаметру (распределением воздушных пор по размерам). Прочность твердых покрытий можно повысить, нагнетая при торкретировании водные материалы для нанесения покрытий через сопло сжатым воздухом, в результате чего гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий разгоняются до высокой скорости и в конечном итоге при сильном ударе об основание отскакивают от нее. Вследствие такого отскока часть воздуха улетучивается из гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий, а гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий в результате уплотняются. Помимо этого, изменяется и распределение воздушных пор по размерам в гидравлически схватывающихся материалах для нанесения покрытий. В целом сильный удар гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий об основание с отскоком от него приводит к повышению их прочности. Количественно оценить ускорение гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий сжатым воздухом можно через коэффициент расхода воздуха, вычисляемый по следующей формуле:
коэффициент расхода воздуха = (объем сжатого воздуха/t)/(объем бетона/t).
Переменная t в приведенной выше формуле расчета коэффициента расхода воздуха означает время. Коэффициент расхода воздуха является безразмерной величиной и при нанесении покрытий механизированным способом обычно принимает значения от 144 до 240.
При нанесении гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий под действием сжатого воздуха при указанных выше коэффициентах его расхода получают твердые покрытия, пористость которых примерно на 5% ниже, чем у твердых покрытий, нанесенных ручным способом, и которые, следовательно, имеют соответственно более высокую по сравнению с ними плотность. Помимо этого, использование сжатого воздуха оказывает очень сильное влияние на распределение воздушных пор по размерам в гидравлически схватывающихся материалах для нанесения покрытий, соответственно в полученных твердых покрытиях. Так, в частности, в твердых покрытиях, нанесенных ручным способом, обычно более 40% воздушных пор имеют диаметр в пределах от 500 до 50000 нм. В твердых же покрытиях, нанесенных торкретированием при указанных выше коэффициентах расхода воздуха, на долю воздушных пор, имеющих диаметр от 500 до 50000 нм, обычно приходится значительно менее 35%.
Однако применение сжатого воздуха, подаваемого при торкретировании с указанными выше коэффициентами расхода, приводит также к тому, что значительная часть гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий вследствие сильного удара об основание вновь отваливается от него (отскок) и поэтому подлежит в качестве бесполезных отходов удалению со строительной площадки и утилизации. На долю отваливающейся от основания в результате отскока от него части материалов для нанесения покрытий обычно приходится более 20% от всего количества наносимого материала. Еще один недостаток состоит в высоких аппаратурных затратах и энергозатратах, связанных с применением сжатого воздуха при столь высоких коэффициентах его расхода.
В отличие от механизированного способа преимущество ручного способа нанесения покрытий состоит в практически полном отсутствии отходов, образующихся в результате отскока материалов для нанесения покрытий от основания, и в низких аппаратурных затратах. Однако, как уже указывалось выше, ручной способ нанесения покрытий обладает по сравнению с механизированным способом нанесения покрытий с использованием сжатого воздуха, подаваемого с указанными выше коэффициентами его расхода, тем недостатком, что ручной способ из-за слабого удара материалов для нанесения покрытий об основание позволяет получать лишь твердые покрытия, которые обладают меньшей плотностью и большей пористостью, характеризуются иным распределением воздушных пор по размерам и поэтому имеют меньшую прочность.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача разработать ручные и механизированные способы нанесения твердых покрытий на основе гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий, каковые способы позволяли бы наносить покрытия с малым отскоком материалов для нанесения покрытий от основания и тем самым с образованием лишь незначительного количества отходов и одновременно с этим позволяли бы получать твердые покрытия, которые по своим свойствам соответствуют твердым покрытиям, получаемым механизированными способами с использованием сжатого воздуха, подаваемого с коэффициентами его расхода от 144 до 240.
При создании изобретения неожиданно было установлено, что положенную в его основу задачу в основном позволяют решить гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий, содержащие один или несколько катионактивных защитных коллоидов. При нанесении покрытий из предлагаемых в изобретении гидравлически схватывающихся материалов механизированными способами с коэффициентами расхода воздуха от 10 до 100 или ручными способами получают твердые покрытия со свойствами, которыми до настоящего времени обладали лишь покрытия, наносимые механизированными способами с коэффициентами расхода воздуха от 144 до 240. Благодаря нанесению твердых покрытий предлагаемым в изобретении механизированным способом с низкими коэффициентами расхода воздуха гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий ударяются об основание лишь с небольшим усилием и тем самым лишь с исключительно малым отскоком от него, образуя в результате незначительное количество отходов.
Объектом изобретения в соответствии с этим является способ нанесения твердых покрытий с пористостью не более 16,0 об.% в пересчете на весь их объем, отличающийся тем, что на основание механизированными способами с применением сжатого воздуха, подаваемого с коэффициентом его расхода в пределах от 10 до 100, или ручными способами наносят гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий, содержащие один или несколько катионактивных защитных коллоидов.
При нанесении твердых покрытий механизированным способом коэффициент расхода воздуха предпочтительно выбирать в пределах от 10 до 50, особенно предпочтительно от 10 до 25, наиболее предпочтительно от 12 до 20. Расстояние от сопла до поверхности покрываемого основания предпочтительно должно составлять от 1,50 до 0,50 м, особенно предпочтительно от 0,80 до 1,20 м. Толщина слоя покрытия, наносимого из гидравлически схватывающихся материалов, обычно составляет от 5 до 40 см. Для нанесения твердых покрытий механизированным способом можно использовать, например, торкрет-аппараты или торкрет-роботы.
При нанесении твердых покрытий ручным способом гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий, например, кельмой наносят на основание путем набрасывания на него в соответствии с тем, как это описано, например, в DIN V 18550.
Для применения в качестве катионактивных защитных коллоидов пригодны полимеры с катионным зарядом. Подобные полимеры описаны, например, у E.W.Flick в Water-Soluble Resins - An Industrial Guide, изд-во Noyes Publications, Park Ridge, N.J., 1991. Предпочтительно использовать полимеры, содержащие катионактивные мономерные звенья, особенно предпочтительны мономерные звенья с четвертичными аммониевыми группами, сульфониевыми группами и фосфониевыми группами. Наиболее предпочтительны при этом гомо- или сополимеры одного либо нескольких катионактивных мономеров из группы, включающей диаллилдиметиламмонийхлорид (ДАДМАХ), диаллилдиэтиламмонийхлорид (ДАДЭАХ), (3-метакрилокси)пропилтриметиламмонийхлорид (МПТАХ), (3-метакрилокси)этилтриметиламмонийхлорид (МЭТАХ), (3-метакриламидо)пропилтриметиламмонийхлорид (МАПТАХ), 2-диметиламиноэтилметакрилат и 3-диметиламинопропилметакриламид (ДМАЭМА, соответственно ДМАПМА, протонированные формы при рН не более 5).
2
4
Обычно катионактивные защитные коллоиды содержат катионактивные мономерные звенья в количестве от 20 до 100 мас.%, предпочтительно от 50 до 100 мас.%, наиболее предпочтительно 100 мас.%, в пересчете на общую массу катионактивного защитного коллоида. К приемлемым неионогенным сополимеризуемым мономерам относятся виниловые эфиры карбоновых кислот с 1-15 атомами углерода, такие как винилацетат, винилпропионат, винилдодеканоат, акриламид, гидроксиэтил(мет)акрилат, гидроксипропил(мет)акрилат, метакрилаты и акрилаты спиртов с 4-13 атомами углерода, полиалкиленгликоль(мет)акрилаты с С-Салкиленовыми звеньями и с молекулярной массой от 350 до 2000 г/моль, а также N-винилпирролидон, N-винилкапролактам, акрилоксипропилтриалкокси- и метакрилоксипропилтриалкоксисиланы, винилтриалкоксисиланы и винилметилдиалкоксисиланы и/или смеси указанных неионогенных сомономеров.
Предпочтительны катионактивные защитные коллоиды с числом К (коэффициентом Фикентшера) (определяемым в соответствии со стандартом DIN 53726, 1%-ный по массе раствор в воде, 25°С, вискозиметр Уббелоде) в пределах от 10 до 250, особенно предпочтительно от 25 до 130. Отличие от стандарта DIN 53726, в котором описана методика определения вязкости ПВХ в вискозиметре Уббелоде, состоит в том, что в качестве растворителя вместо циклогексанона используют воду. Вязкость катионактивных защитных коллоидов по вискозиметру Гепплера составляет от 1 до 50 мПа·с, предпочтительно от 1 до 25 мПа·с, особенно предпочтительно до 1 до 15 мПа·с (метод определения вязкости с помощью вискозиметра Гепплера при температуре 20°С согласно стандарту DIN 53015).
Катионактивные защитные коллоиды можно получать способом, известным, например, из DE 102006007282, и, в частности, путем радикальной полимеризации в водном растворе, в смесях растворителей или в присутствии солей, в том числе и путем полимеризации с осаждением полимера, например путем полимераналогичного превращения в растворе или в смесях растворителей, например в суспензии, или, например, путем полимеризации в инвертной эмульсии.
В предпочтительном варианте гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий содержат один или несколько полимеров на основе этиленово ненасыщенных мономеров (основной полимер), а также необязательно неионогенные защитные коллоиды и/или неионогенные эмульгаторы.
К мономерам, пригодным для получения основного полимера, относятся виниловые эфиры разветвленных или неразветвленных алкилкарбоновых кислот с 1-15 атомами углерода, метакрилаты и акрилаты спиртов с 1-15 атомами углерода, винилароматические соединения, олефины, диены или винилгалогениды.

К предпочтительным виниловым эфирам относятся винилацетат, винилпропионат, винилбутират, винил-2-этилгексаноат, виниллаурат, 1-метилвинилацетат, винилпивалат и виниловые эфиры α-разветвленных монокарбоновых кислот с 9-13 атомами углерода, например продукты VeoVa9 или VeoVa10 (торговые наименования продуктов, выпускаемых фирмой Shell). Особенно предпочтителен среди указанных выше виниловых эфиров винилацетат. К числу предпочтительных метакрилатов или акрилатов относятся метилакрилат, метилметакрилат, этилакрилат, этилметакрилат, пропилакрилат, пропилметакрилат, н-бутилакрилат, н-бутилметакрилат, 2-этилгексилакрилат и норборнилакрилат. Особенно предпочтительны среди них метилакрилат, метилметакрилат, н-бутилакрилат и 2-этилгексилакрилат. В качестве примера олефинов и диенов можно назвать этилен, пропилен и 1,3-бутадиен. К приемлемым винилароматическим соединениям относятся стирол и винилтолуол. Одним из приемлемых винилгалогенидов является винилхлорид.
К пригодным для применения в качестве основного полимера гомо- и сополимерам относятся, например, гомополимеры винилацетата, сополимеры винилацетата с этиленом, сополимеры винилацетата с этиленом и одним либо несколькими другими сложными виниловыми эфирами, сополимеры винилацетата с этиленом и акрилатами, сополимеры винилацетата с этиленом и винилхлоридом, сополимеры стирола с акрилатами и сополимеры стирола с 1,3-бутадиеном.

Предпочтительно использовать гомополимеры винилацетата, сополимеры винилацетата с 1-40 мас.% этилена, сополимеры винилацетата с 1-40 мас.% этилена и 1-50 мас.% одного либо нескольких других сомономеров из группы, включающей виниловые эфиры карбоновых кислот с 1-15 атомами углерода, такие как винилпропионат, винилдодеканоат, виниловые эфиры α-разветвленных карбоновых кислот с 9-13 атомами углерода, такие как продукты VeoVa9, VeoVa10 и VeoVa11, сополимеры винилацетата с 1-40 мас.% этилена и предпочтительно с 1-60 мас.% акрилатов неразветвленных или разветвленных спиртов с 1-15 атомами углерода, прежде всего н-бутилакрилата или 2-этилгексилакрилата, и сополимеры с 30-75 мас.% винилацетата, 1-30 мас.% виниллаурата или винилового эфира α-разветвленной карбоновой кислоты с 9-13 атомами углерода, а также 1-30 мас.% акрилатов неразветвленных или разветвленных спиртов с 1-15 атомами углерода, прежде всего н-бутилакрилата или 2-этилгексилакрилата, которые дополнительно могут содержать 1-40 мас.% этилена, сополимеры винилацетата с 1-40 мас.% этилена и 1-60 мас.% винилхлорида, при этом каждый из таких полимеров дополнительно может содержать описанные выше вспомогательные мономеры в указанных количествах, а приведенные в мас.% значения, определяющие содержание того или иного компонента в составе соответствующего сополимера, в сумме в каждом случае составляют 100 мас.%.
Предпочтительно использовать также полимеры (мет)акрилатов, такие как сополимеры н-бутилакрилата или 2-этилгексилакрилата или сополимеры метилметакрилата с н-бутилакрилатом и/или 2-этилгексилакрилатом и при определенных условиях этиленом, сополимеры стирола с (мет)акрилатами, в частности с одним либо несколькими мономерами из группы, включающей метилакрилат, этилакрилат, пропилакрилат, н-бутилакрилат и 2-этилгексилакрилат, сополимеры винилацетата с (мет)акрилатами, в частности с одним либо несколькими мономерами из группы, включающей метилакрилат, этилакрилат, пропилакрилат, н-бутилакрилат, 2-этилгексилакрилат и при определенных условиях этилен, и сополимеры стирола с 1,3-бутадиеном, при этом каждый из таких полимеров дополнительно может содержать описанные выше вспомогательные мономеры в указанных количествах, а приведенные в мас.% значения, определяющие содержание того или иного компонента в составе соответствующего сополимера, в сумме в каждом случае составляют 100 мас.%.
c
c
c
Мономеры, соответственно массовое относительное содержание сомономеров, выбирают при этом с таким расчетом, чтобы температура стеклования Т полимера, как правило, находилась в интервале от -50 до +50°С, предпочтительно от -30 до +10°С. Температуру стеклования Т полимеров можно определять обычным путем методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Приближенные значения температуры стеклования Т можно также предварительно рассчитать по уравнению Фокса (Fox). В соответствии с методикой Фокса (Fox T.G., Bull. Am. Physics Soc. 1, 3, 1956, с.123) температуру стеклования можно рассчитать по следующей формуле:
с
1
c1
2
с2
n
cn
1/Т=x/T+x/Т+…+x/Т.
n
cn
c
где x обозначает массовую долю (мас.%/100) мономера n, a T обозначает выраженную в градусах Кельвина температуру стеклования гомополимера мономера n. Значения температуры стеклования Т для гомополимеров приведены в справочнике Polymer Handbook, 2-е изд., изд-во J. Wiley & Sons, New York, 1975.
Основные полимеры получают в водной среде предпочтительно методом эмульсионной полимеризации, например способом, описанным в DE 102006007282. Основные полимеры образуются при этом в виде водных дисперсий и могут традиционными методами сушки переводиться в соответствующие редиспергируемые в воде порошки.
Предпочтительно использовать смеси катионактивных защитных коллоидов и основных полимеров. Подобные смеси ниже обозначаются как катионно-стабилизированные полимеры. Способы получения катионно-стабилизированных полимеров известны, например, из DE 102006007282. Катионно-стабилизированные полимеры в виде водных дисперсий получают, например, проведением процесса полимеризации по получению основных полимеров в присутствии катионактивных защитных коллоидов. Катионно-стабилизированные полимеры в виде водных дисперсий можно также получать смешением водных дисперсий основных полимеров с катионактивными защитными коллоидами. Катионактивные защитные коллоиды можно при этом использовать в твердой или жидкой форме либо в виде водного раствора, водной эмульсии или водной дисперсии. Катионно-стабилизированные полимеры в виде водных дисперсий можно далее получать путем редиспергирования в воде катионно-стабилизированных полимеров в виде редиспергируемых в воде порошков.
Катионно-стабилизированные полимеры в виде редиспергируемых в воде порошков получают, например, путем сушки водных дисперсий основного полимера, при этом катионактивные защитные коллоиды можно добавлять до, во время или после сушки. Катионактивные защитные коллоиды при этом можно также использовать в сочетании с неионогенными защитными коллоидами или в сочетании с неионогенными эмульгаторами. К приемлемым неионогенным защитным коллоидам относятся, например, поливиниловые спирты, поливинилацетали, поливинилпирролидоны, полисахариды в водорастворимой форме, такие как крахмалы (амилоза и амилопектин), целлюлозы и их метильные, гидроксиэтильные и гидроксипропильные производные, и поли(мет)акриламид. В качестве примера пригодных для применения в указанных целях неионогенных эмульгаторов можно назвать поверхностно-активные вещества (ПАВ), такие как простые алкилполигликолевые эфиры или простые алкиларилполигликолевые эфиры с 8-40 алкиленоксидными звеньями.
Катионно-стабилизированный полимер содержит катионактивный защитный коллоид, необязательно в сочетании с неионогенным защитным коллоидом и/или неионогенным эмульгатором, в количестве, которое в общей сложности составляет от 0,1 до 20 мас.%, предпочтительно от 1 до 12 мас.%, в каждом случае в пересчете на полимерные компоненты катионно-стабилизированных полимеров. Содержание твердого вещества в катионно-стабилизированных полимерах в виде их водных дисперсий предпочтительно должно составлять от 10 до 75 мас.%, особенно предпочтительно от 40 до 60 мас.%.
Типичные рецептуры гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий содержат цемент, прежде всего портландцемент, глиноземистый цемент, трассовый цемент, шлакоцемент, магнезиальный цемент, фосфатный цемент или шлакопортландцемент в количестве от 15 до 30 мас.%. Следующим компонентом таких рецептур являются заполнители, такие как кварцевый песок, гравий, карбонатные заполнители, например карбонат кальция, тальк, легкие заполнители, полые шарики, вступающие в пуццолановую реакцию заполнители, например летучая зола, метакаолин, микрокремнезем, и резиновая крошка в количестве от 50 до 90 мас.%. Помимо этого, используют катионактивные защитные коллоиды в количестве от 0,00005 до 1,25 мас.%, предпочтительно от 0,0005 до 0,75 мас.%. При необходимости в количестве от 0,1 до 10,0 мас.%, предпочтительно от 0,2 до 3,0 мас.%, особенно предпочтительно от 0,5 до 1,5 мас.%, применяют далее основные полимеры в виде редиспергируемых в воде порошков или в виде водных дисперсий с содержанием твердого вещества преимущественно от 10 до 75 мас.%, особенно предпочтительно от 40 до 60 мас.%. Все данные о содержании того или иного компонента в мас.% в каждом случае приведены при этом в пересчете на 100 мас.% сухого вещества рецептуры. Для приготовления модифицированных полимерами гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий используют воду преимущественно в количестве от 40 до 60 мас.%, в пересчете на всю массу применяемого цемента.
Эксплуатационно-технические свойства гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий можно улучшить введением добавок. В предпочтительных вариантах в качестве таких добавок к гидравлически схватывающимся материалам для нанесения покрытий используют, например, ускорители схватывания в количестве от 0,1 до 8 мас.%, такие как соли алюминия, алюминаты, силикаты щелочных металлов, карбонаты щелочных металлов или гидроксиды щелочных металлов. Помимо этого, можно также добавлять пигменты, стабилизаторы пены, гидрофобизаторы, пластификаторы, летучую золу, дисперсную кремниевую кислоту, разжижители (регуляторы текучести), порообразующие добавки для регулирования кажущейся плотности бетона или вспомогательные средства для улучшения пригодности для перекачки.
Смешение компонентов рецептуры для приготовления гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий не требует применения никакой особой технологии смешения или никакого особого смесительного устройства и может выполняться, например, в обычном бетоносмесителе или на обычной бетоносмесительной установке, соответственно на обычном бетоносмесительном заводе. Гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий можно в виде готовых смесей доставлять на строительную площадку. Из компонентов рецептуры можно также приготавливать сухие смеси, из которых лишь на строительной площадке добавлением воды получают готовые гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий.
В качестве примера гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий можно назвать бетон, строительные растворы, например растворы для расшивки швов, клеи для приклейки плиток, саморастекающиеся составы, растворы для изготовления бесшовных полов, штукатурные растворы или шпаклевки.
Следующим объектом изобретения являются твердые покрытия с пористостью не более 16,0 об.% в пересчете на их общий объем, получаемые путем нанесения гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий на основание и отличающиеся тем, что гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий содержат один или несколько катионактивных защитных коллоидов и наносятся на основание механизированными способами с применением сжатого воздуха, подаваемого с коэффициентом его расхода в пределах от 10 до 100, или ручными способами.
Предлагаемые в изобретении твердые покрытия имеют пористость предпочтительно менее 15,5%, более предпочтительно от 5 до 15%, особенно предпочтительно от 7 до 14%, наиболее предпочтительно от 10 до 13,5%, при этом данные в % в каждом случае указаны в пересчете на общий объем твердых покрытий.
На долю воздушных пор диаметром от 500 до 50000 нм в твердых покрытиях преимущественно приходится не более 35%, особенно предпочтительно не более 25%, наиболее предпочтительно не более 15%, в каждом случае в пересчете на общее количество присутствующих в твердых покрытиях воздушных пор.
Предпочтительны также твердые покрытия, в которых на долю воздушных пор диаметром не более 500 нм преимущественно приходится не менее 60%, особенно предпочтительно не менее 70%, наиболее предпочтительно не менее 80%, в каждом случае в пересчете на общее количество присутствующих в твердых покрытиях воздушных пор.
Равным образом предпочтительны твердые покрытия, в которых максимум 35% воздушных пор имеют диаметр от 500 до 50000 нм и по меньшей мере 60% воздушных пор имеют диаметр не более 500 нм.
3
3
3
3
3
3
3
3
Твердые покрытия при их нанесении ручным способом имеют плотность предпочтительно от 2050 до 2300 кг/м, более предпочтительно от 2070 до 2200 кг/м, особенно предпочтительно от 2080 до 2150 кг/м, наиболее предпочтительно от 2090 до 2150 кг/м. Твердые же покрытия при их нанесении механизированным способом имеют плотность предпочтительно от 2130 до 2400 кг/м, более предпочтительно от 2150 до 2400 кг/м, особенно предпочтительно от 2160 до 2300 кг/м, наиболее предпочтительно от 2170 до 2300 кг/м.
Предлагаемые в изобретении твердые покрытия благодаря своей низкой пористости, распределению в них воздушных пор по размерам и своей высокой плотности обладают высокой прочностью на сжатие.
Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах, которые не ограничивают его объем.
Нанесение твердых покрытий
Пример 1: Нанесение твердых покрытий ручным способом
Все компоненты указанной ниже в примере 2 рецептуры загружают в 100-литровый бетоносмеситель (смеситель принудительного действия Zyklos Z 75) и в течение 2 мин перемешивают в нем до однородности. После 8-минутной выдержки смесь вновь перемешивают в течение 1 мин, в ходе чего смешивают с продуктом поликонденсации меламинсульфоната с формальдегидом. Полученным таким путем гидравлически схватывающимся материалом для нанесения покрытия в соответствии со стандартом DIN 196 вручную кельмой заполняют опалубку (с размерами по длине, высоте и ширине 70×40×70 см). После 28-дневной выдержки при 23°С и 50%-ной влажности воздуха застывший материал извлекают из опалубки и подвергают соответствующим испытаниям для исследования эксплуатационно-технических свойств.
Пример 2: Нанесение твердых покрытий механизированным способом
Сначала воду, песок, гравий и портландцемент СЕМ I 42,5 в указанных ниже в описании рецептуры количествах загружают в 100-литровый бетоносмеситель (смеситель принудительного действия Zyklos Z 75) и в течение 2 мин перемешивают в нем до однородности. После 8-минутной выдержки смесь вновь перемешивают в течение 1 мин, в ходе чего смешивают с продуктом поликонденсации меламинсульфоната с формальдегидом, получая таким путем влажную бетонную смесь.
Помимо этого, в смеситель Ultratorax при нормальных условиях согласно стандарту DIN 50014 загружают водную дисперсию катионно-стабилизированного полимера и при перемешивании смешивают с водной дисперсией сульфата алюминия. После перемешивания в течение последующих 5,0 мин получают соответствующую добавку.
3
Указанную добавку в процессе торкретирования мокрым способом примешивают в сопле (сопло типа NW 50 фирмы Маусо) к влажной бетонной смеси. Получаемый гидравлически схватывающийся материал заливают с применением сжатого воздуха, подаваемого с коэффициентом расхода 18,4 и с расходом 108 м/ч, в опалубку (с размерами по длине, высоте и ширине 70×40×70 см). Расстояние от сопла до основания составляет при этом 80 см. После 28-дневной выдержки при 23°С и 50%-ной влажности воздуха застывший материал извлекают из опалубки и подвергают соответствующим испытаниям для исследования эксплуатационно-технических свойств.
Состав гидравлически схватывающегося материала для нанесения покрытия, кг:
песок (диаметр зерен до 4,0 мм)
962
гравий (диаметр зерен от 4,0 до 8,0 мм)
643
портландцемент СЕМ I 42,5
450
продукт поликонденсации меламинсульфоната с формальдегидом (разжижитель) (Sika Addiment FM/F, торговое наименование продукта, выпускаемого фирмой Sika)
0,23
вода
136
водная дисперсия сульфата алюминия (содержание твердого вещества 50%)
45
водная дисперсия катионно-стабилизированного полимера (содержание твердого вещества 50%), представляющего собой сополимер винилацета и этилена с температурой Т<sub>c</sub> -5°С, содержащий в пересчете на свою массу 10 мас.% хлорида политриметиламмонийпропилметакриламида
45
Сравнительный пример 1 (СП 1)
В отличие от примера 1 влажную бетонную смесь затворяют 156 кг воды и не добавляют водную дисперсию катионно-стабилизированного полимера.
Сравнительный пример 2 (СП 2)
c
В отличие от примера 1 влажную бетонную смесь затворяют 146 кг воды и вместо водной дисперсии катионно-стабилизированного полимера используют 45 кг водной дисперсии стабилизированного поливиниловым спиртом сополимера винилацетата и этилена с содержанием твердого вещества 50 мас.% и с температурой Т -7°С.
Сравнительный пример 3 (СП 3)
3
В отличие от примера 2 влажную бетонную смесь затворяют 156 кг воды и не добавляют водную дисперсию катионно-стабилизированного полимера. В процессе торкретирования мокрым способом сжатый воздух подают с расходом 1080 м/ч и с коэффициентом расхода 175.
Сравнительный пример 4 (СП 4)
c
3
В отличие от примера 2 влажную бетонную смесь затворяют 146 кг воды и вместо водной дисперсии катионно-стабилизированного полимера используют 45 кг водной дисперсии стабилизированного поливиниловым спиртом сополимера винилацетата и этилена с содержанием твердого вещества 50 мас.% и с температурой Т -7°С. В процессе торкретирования мокрым способом сжатый воздух подают с расходом 1080 м/ч и с коэффициентом расхода 180.
Сравнительный пример 5 (СП 5)
3
В отличие от примера 2 в процессе торкретирования мокрым способом сжатый воздух подают с расходом 1080 м/ч и с коэффициентом расхода 186.
Сравнительный пример 6 (СП 6)
В отличие от примера 2 влажную бетонную смесь затворяют 156 кг воды и не добавляют водную дисперсию катионно-стабилизированного полимера.
Сравнительный пример 7 (СП 7)
c
В отличие от примера 2 влажную бетонную смесь затворяют 146 кг воды и вместо водной дисперсии катионно-стабилизированного полимера используют 45 кг водной дисперсии стабилизированного поливиниловым спиртом сополимера винилацетата и этилена с содержанием твердого вещества 50 мас.% и с температурой Т -7°С.
Таблица 1
Сводные данные о технологических параметрах, используемых в примерах и сравнительных примерах
Способ нанесения покрытия
Расход сжатого воздуха [м<sup>3</sup>/ч]
Коэффициент расхода воздуха
Пример 1
ручной
-
0
СП 1
ручной
-
0
СП 2
ручной
-
0
СП 3
механизированный
1080
175
СП 4
механизированный
1080
180
СП 5
механизированный
1080
186
СП 6
механизированный
108
17,7
СП 7
механизированный
108
17,9
Пример 2
механизированный
108
18,4
Определение пористости твердых покрытий
Пористость твердых покрытий (затвердевших материалов) из примеров и сравнительных примеров определяют в соответствии со стандартом DIN 66133. Полученные результаты приведены ниже в таблице 2.
Определение плотности твердых покрытий
Плотность твердых покрытий (затвердевших материалов), полученных в примерах, а также сравнительных примерах, определяют в соответствии со стандартом DIN EN 196. Полученные результаты приведены ниже в таблице 2.
Определение прочности твердых покрытий на сжатие
2
Из твердых покрытий (затвердевших материалов), полученных в примерах, а также сравнительных примерах, вырезают по цилиндрическому керну с площадью основания 2000 мм и с высотой 100 мм и в соответствии со стандартом DIN EN 196 их испытывают на прочность на сжатие. Полученные результаты приведены ниже в таблице 2.
Определение отскока
Описанные в примере 2 и в сравнительных примерах 3, 4 и 5 гидравлически схватывающиеся материалы для нанесения покрытий мокрым способом торкретирования с использованием сжатого воздуха при его подаче с соответствующими указанными в таблице 1 значениями расхода и коэффициента расхода наносят на вертикальное бетонное основание. Расстояние от сопла до основания составляет при этом 80 см. Отвалившееся от основания количество каждого из гидравлически схватывающихся материалов для нанесения покрытий определяют взвешиванием и делят на количество торкретированного на основание гидравлически схватывающегося материала для нанесения покрытия. Полученные результаты приведены ниже в таблице 2.
Из приведенных в таблице 2 данных следует, что при применении предлагаемого в изобретении способа почти не образуются отходы материалов для нанесения покрытий из-за отскока от основания (таблица 2, пример 2). При применении же сжатого воздуха, подаваемого с высокими коэффициентами его расхода, из-за отскока от основания образуется значительное количество отходов, подлежащих утилизации (таблица 2, сравнительные примеры 3-5).
Таблица 2
Пористость [%]
Плотность [кг/м<sup>3</sup>]
Прочность на сжатие [Н/мм<sup>2</sup>]
Количество отходов из-за отскока [%]
Пример 1
13,1
2104
41,6
-
СП 1
16,7
1942
26,5
-
СП 2
17,9
2030
38,0
-
СП 3
12,2
2177
49,0
18,1
СП 4
11,1
2223
54,3
14,5
СП 5
12,0
2181
55,6
15,3
СП 6
16,1
2042
32,6
2,6
СП 7
17,4
2115
43,2
1,6
Пример 2
12,5
2175
49,3
1,5
Из приведенных в таблице 2 данных следует далее, что при применении предлагаемого в изобретении механизированного способа получают твердые покрытия с пористостью, плотностью, соответственно прочностью на сжатие (таблица 2, пример 2), которые до настоящего времени были достижимы лишь при нанесении покрытий из не соответствующих изобретению материалов с применением сжатого воздуха, подаваемого с высокими коэффициентами его расхода (таблица 2, сравнительные примеры 3-5). Из сравнения пористости твердого покрытия из примера 2, его плотности, соответственно его прочности на сжатие с соответствующими показателями твердого покрытия из сравнительного примера 6, соответственно 7, со всей очевидностью вытекает, что при нанесении покрытий из не соответствующих изобретению материалов механизированным способом с низкими коэффициентами расхода воздуха невозможно получение твердых покрытий с высокой прочностью на сжатие, высокой плотностью, соответственно малой пористостью. При использовании предлагаемого в изобретении ручного способа (таблица 2, пример 1) также получают твердое покрытие с гораздо более высокой прочностью на сжатие, соответственно более высокой плотностью и с меньшей пористостью, чем при нанесении покрытий из не соответствующих изобретению материалов ручным способом (таблица 2, сравнительные примеры 1 и 2).
Определение распределения воздушных пор по размерам в твердых покрытиях
Распределение воздушных пор по размерам в твердых покрытиях определяют в соответствии со стандартом DIN 66133 путем ртутной порометрии. Полученные результаты приведены ниже в таблице 3.
Таблица 3
Распределение воздушных пор по размерам
Содержание воздушных пор G [%] в зависимости от их диаметра d [нм]
G(d<500)
G(500≤d≤50000)
G(d>50000)
Пример 1
80,3
13,9
5,8
СП 1
53,5
39,2
7,3
СП 2
46,8
46,2
7,0
СП 3
88,9
5,8
5,3
СП 4
86,0
8,5
5,5
СП 5
81,6
10,9
7,5
Пример 2
83,3
9,8
6,9
Из приведенных в таблице 3 данных следует, что распределение воздушных пор по размерам в предлагаемых в изобретении твердых покрытиях всегда схоже вне зависимости от способа их нанесения. Так, в частности, нанесение покрытий из гидравлически схватывающихся материалов ручным способом (пример 1) или механизированным способом с высоким коэффициентом расхода воздуха (сравнительный пример 5) либо с низким коэффициентом расхода воздуха (пример 2) всегда приводит к параллельным распределениям воздушных пор по размерам. Предлагаемые в изобретении твердые покрытия характеризуются распределением воздушных пор по размерам (примеры 1 и 2), которое до настоящего времени было достижимо при нанесении покрытий из не соответствующих изобретению гидравлически схватывающихся материалов лишь с высокими коэффициентами расхода воздуха (сравнительные примеры 3 и 4). При нанесении же покрытий из не соответствующих изобретению гидравлически схватывающихся материалов ручным способом, т.е. способом с коэффициентом расхода воздуха, равным нулю, получают твердые покрытия с исключительно высокой долей в них воздушных пор размером от 500 до 50000 нм (сравнительные примеры 1 и 2).