Способ обработки строительных материалов полисульфидными растворами

СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОЛИСУЛЬФИДНЫМИ РАСТВОРАМИ Изобретение относится к способу обработки основных строительных материалов: бетона,газобетона, кирпича, шифера и др. водными растворами полисульфидов кальция и калия,с добавками спиртов и ПАВ. Изобретение может быть использовано в строительстве для увеличения водостойкости и долговечности изделий неорганических пористых строительных материалов: бетона, газобетона, кирпича, известняка, гипса, а также конструкций на их основе,эксплуатирующихся в условиях атмосферных воздействий и грунтовых вод. Пропиточный состав содержит полисульфиды кальция и калия, одноатомные спирты нормального или изостроения,ПАВ и воду, при следующем содержании компонентов, мас.%: x(CaS4)+(1-x)(K2S3) - 20-40,спирты - 2-5, ПАВ - 0,1-0,5, вода - остальное, где x - массовая доля содержания полисульфида кальция в смеси полисульфидов, которая изменяется в диапазоне от 0,1 до 0,9. В качестве ПАВ используют сульфанол или неонол. Обработку осуществляют при атмосферном давлении и температуре 20-50C путем нанесения кистью, распылением и погружением образцов с расходом пропиточного состава в количестве 1,0-2,5 кг/м 2 или путем погружения образцов под разрежением в пределах 0,1-0,2 атм. при температуре 30-50C в течение 0,5-1 ч с расходом пропиточного состава в количестве 1-3 кг/м 2. Технический результат: создание долговечного, устойчивого при хранении и эффективного состава для обработки строительных материалов. Массалимов Исмаил Александрович,Янахметов Ринат Рафисович, Чуйкин Александр Евгеньевич, Хусаинов Азат Наилевич, Мустафин Ахат Газизьянович (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: МАССАЛИМОВ ИСМАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ (RU) Изобретение относится к способу обработки основных строительных материалов: бетона, газобетона, кирпича, шифера и др. серосодержащими композициями на основе водных растворов полисульфидов кальция и калия и их смесей, с добавками спиртов и поверхностно-активных веществ (ПАВ), позволяющими осуществлять глубокую пропитку строительных материалов при комнатных и повышенных температурах, при атмосферном и пониженном давлении, которая приводит к образованию в порах строительных материалов гидрофобного минерального покрытия, состоящего из высокодисперсных частиц серы. Изобретение может быть использовано в строительстве для улучшения качества и долговечности изделий неорганических пористых строительных материалов: бетона, газобетона, кирпича, известняка,гипса, а также конструкций на их основе, эксплуатирующихся в условиях атмосферных воздействий. Известно, что одним из способов увеличения стойкости бетона и других пористых материалов является уменьшение его пористости. В качестве приемов, повышающих плотность, применяются методы обработки упрочняющей фазой, например, жидкими маловязкими мономерами, такими как стирол, метакрилат и другими полимеризующимися составами, позволяющими получить бетонополимеры [Покровский Н.С. Пропиточная гидроизоляция бетона. - М.: Энергия. 1964, - 112 с.]. Однако применению этих мономеров в качестве пропиточного состава и широкому их распространению в производствах бетонных и железобетонных изделий в значительной мере мешают их высокая стоимость, сложность технологии пропитки. В качестве способа обработки бетона, существенно улучшающего его эксплуатационные характеристики, используется пропитка расплавом серы [Патуроев В.В., Волгушев А.Н. Основные характеристики бетонов, пропитанных серой. - М.: ЦИНИС Госстрой СССР. - 1976 - 15 с.]. В результате пропитки расплавом серы существенно увеличиваются плотность и механические характеристики бетона, повышается водостойкость, морозоустойчивость и химическая стойкость. Однако применение расплава серы означает использование относительно высоких температур (130-150C) и увеличение энергетических затрат. Кроме того, разогрев изделий до таких температур может вызвать напряжения в материале и привести к снижению прочности. Необходимо отметить чувствительность процесса к флуктуациям температурного режима, так как сера является жидкотекучей лишь в определенном интервале температур. Высокая вязкость расплава серы не позволяет осуществлять эффективную обработку при атмосферном давлении и требует предварительного вакуумирования изделий в герметичной ванне, что также существенно ограничивает широкое распространение метода. Известен способ обработки шифера серосодержащим раствором в целях его гидрофобизации [патент РФ 2243191, кл. С 04 В 41/50, опубл. 27.12.2004]. Способ гидрофобизации шифера включает обработку его водным раствором полисульфида натрия, приготовленного из предварительно измельченной в дезинтеграторе серы и водного раствора гидроокиси натрия кипячением до полного растворения с последующим введением полиспирта в качестве стабилизатора, охлаждением до комнатной температуры и фильтрованием, а обработку изделий из шифера осуществляют погружением и выдерживанием в течение 1-24 ч. Достигается повышение водостойкости изделий из шифера. Коэффициент водопоглощения при обработке шифера полисульфидом натрия снижается до значений, меньших 0,5%. В то же время обработка других строительных материалов полисульфидом натрия не приводит к существенному снижению коэффициента водопоглощения, а при обработке им бетона приводит к разрушению последнего. Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является известный способ обработки строительных материалов [патент РФ 2416589, кл. С 04 В 41/45, опубл. 20.04.2011] составом, содержащим полисульфид кальция и воду, который дополнительно включает одноатомные спирты при следующем содержании, мас.%: полисульфид кальция 15-20, одноатомные спирты нормального или изостроения 0,02-0,05, вода - остальное. Обработку образцов осуществляют при атмосферном давлении и комнатной температуре путем пропитки, погружением, распылением или нанесением кистью в количестве 2-2,5 кг/м 2 в течение 1-5 ч. Способ является универсальным и годится для обработки всех известных строительных неорганических материалов (бетон, газобетон, кирпич керамический и силикатный, гипс, асбестоцемент и др.). При этом этот способ обеспечивает повышение прочности, морозо- и химической стойкости строительных материалов, существенное снижение их водопоглощения, позволяет наносить на конструкции и изделия так же, как и обычные лакокрасочные материалы(кистью, валиком, пульверизатором, окунанием). Известное изобретение решает техническую задачу упрощения способа обработки строительных материалов, снижения энергоемкости и повышения эффективности обработки. Однако у известного способа обработки имеются недостатки. Растворы на основе полисульфида кальция при длительном хранении разрушаются, поэтому их необходимо хранить в герметичной емкости и под тонким слоем масла или керосина. Кроме того, варьирование концентрации раствора на основе полисульфида кальция в пределах 15-20 мас.% не дает заметного улучшения коэффициента водопоглощения. Имеются также недостатки способа при обработке малоразмерных изделий - кирпичей, тротуарной плитки, бордюров и др. При обычном нанесении кистью на поверхность изделий или окунанием при атмосферном давлении состав проникает на глубину около 1 см. В отдельных случаях этого недостаточно, так как для увеличения срока службы строительных материалов необходимо увеличить глубину проникновения защитного раствора в строительные изделия более 1 см. Целью предлагаемого изобретения является создание более устойчивого и эффективного пропиточного состава для обработки строительных материалов. Цель достигается в предлагаемом способе обработки строительных материалов путем пропитки составом, содержащим полисульфид кальция, одноатомные спирты нормального или изостроения и воду,отличающемся тем, что использует состав, дополнительно включающий полисульфид калия и ПАВ, при следующем содержании компонентов, мас.%: где x - массовая доля содержания полисульфида кальция в смеси полисульфидов, которая изменяется в диапазоне от 0,1 до 0,9; а обработку осуществляют при атмосферном давлении и температуре 2050C путем нанесения кистью, распылением и погружением образцов с расходом пропиточного состава в количестве 1,0-2,5 кг/м 2. По второму варианту обработку образцов осуществляют путем пропитки составом, содержащим полисульфид кальция, одноатомные спирты нормального или изостроения и воду, отличающимся тем,что используют состав, дополнительно включающий полисульфид калия и ПАВ, при следующем содержании компонентов, мас.% где x - массовая доля содержания полисульфида кальция в смеси полисульфидов, которая изменяется в диапазоне от 0,1 до 0,9; а обработку осуществляют в течение 0,5-1 ч путем погружения образцов под разрежением в пределах 0,1-0,2 атм. при температуре 30-50C с расходом пропиточного состава в количестве 1-3 кг/м 2. В качестве ПАВ используют сульфанол или неонол. Применение смеси полисульфидов, а также расширение способов применения пропиточного состава позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики строительных материалов. Предлагается в качестве пропиточного состава использовать смесь полисульфида кальция и полисульфида калия, спиртов и ПАВ. Водный раствор полисульфида калия является устойчивым даже при длительном хранении в широком диапазоне концентраций, вплоть до 45 мас.% (плотностей раствора 1,45 г/см 3). Введение полисульфида калия в водный раствор полисульфида кальция приводит к существенному увеличению устойчивости смеси полисульфидов кальция и калия. Более того введение полисульфида калия обеспечивает увеличение содержания серы в растворе смеси полисульфидов кальция и калия, эффективность его применения. Увеличение эффективности процесса пропитки строительных материалов достигается также обработкой малоразмерных изделий (кирпичей, тротуарной плитки, бордюров, труб и др.) путем погружения образцов под разрежением в пределах 0,1-0,2 атм. при температуре пропиточного состава 30-50C, что позволяет увеличить глубину проникновения состава в материал. Увеличение глубины проникновения строительных материалов достигается также обработкой изделий пропиточным составом, нагретым до 30-50C. При повышенных температурах вязкость полисульфидных растворов уменьшается, и они проникают на большую глубину, тем самым обеспечивается более низкие значения коэффициента водопоглощения образцов. Кроме того, обработанные нагретыми растворами изделия быстрее высыхают, что позволяет также увеличивать производительность процесса за счет уменьшения продолжительности обработки. Таким образом, в предлагаемом изобретении техническая задача повышения эффективности обработки строительных материалов решается путем использования состава, состоящего из смеси водных растворов полисульфидов кальция и калия, а также применения обработки под разрежением при повышенных температурах. При проведении экспериментальных исследований эффективности предлагаемого состава в качестве вяжущих использовали портландцементы: ПЦ 500-ДО и ПЦ 400-Д 20 производства АО "Сода" (г. Стерлитамак), удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178-85. В качестве заполнителей для цементных бетонов и растворов использовали щебень (ГОСТ 8267-93), гравий (ГОСТ 8268-93), песок речной кварцевый (ГОСТ 8736-93). Вода затворения для бетонов и вяжущих смесей соответствовала требованиям ГОСТ 23732-79. Эксперименты по пропитке образцов цементного камня при водоцементном отношении (В/Ц), равном 0,3, и цементно-песчаного раствора состава 1:3 при В/Ц = 0,5 были проведены на образцах - кубиках размером 222 см 3. Пропитывались и испытывались образцы, твердевшие в нормальных условиях в течение 23 суток. В качестве образцов газобетона использовался автоклавный газобетон класса В 35, в форме кубов размером 101010 см 3. Образцами шифера служили плоские квадраты размером 1010 см 2. Пропитка материалов проводилась распылением, нанесением кистью, а также погружением и выдержкой испытуемых образцов при атмосферном давлении и комнатной температуре, проводились также, как и в случае близкого аналога - в течение 1-5 ч. На основании полученных результатов установлен оптимальный расход предлагаемого состава, равный 1,0-2,5 кг/м 2. Пропитка материалов погружением в условиях пониженного до 0,2 от атмосферного давления и при температуре 30-50C проводилась в течение 30 мин. На основании данных испытаний определен расход пропиточного состава в количестве 1-3 кг/м 2, обеспечивающий эффективную защиту материалов. Результаты испытаний эффективности обработки образцов предлагаемым составом представлены в табл. 1-3. Таблица 1. Зависимость коэффициента водопоглощения бетона от соотношения содержания полисульфидов кальция и калия в пропиточном составе Таблица 2. Зависимость коэффициента водопоглощения бетона от содержания ПАВ в пропиточном составе (15% CaS4 + 20% K2S3) Таблица 3. Зависимость коэффициента водопоглощения бетона от содержания спирта в пропиточном составе (15% CaS4 + 20% K2S3) Таблица 4. Зависимость коэффициента водопоглощения керамического и силикатного кирпича и газобетона, пропитанных составом, содержащим полисульфиды кальция и калия, ПАВ и спирты Таблица 5. Зависимость коэффициента водопоглощения для образцов бетона, кирпича, автоклавного газобетона и гипса, обработанных в различных условиях составом, содержащим 15% CaS4 + 20% K2S3 Выбор диапазона величины "x" в пределах от 0,1 до 0,9 означает, что в формульной единице возможны практически любые содержания полисульфида калия, начиная с 0,1 (или начиная с 2 или 4 мас.%) в смеси полисульфидов. При этом полисульфид калия начинает действовать в качестве стабилизатора смеси при длительном хранении. Значение "x" более 0,9 означает превышение содержания полисульфида калия выше 36 мас.%, при данном содержании указанного компонента в смеси полисульфидов снижается эффективность обработки, а также имеет место удорожание состава (см. табл. 1-5). Использование содержания полисульфидов менее 20 мас.% снижает эффективность обработки из-за уменьшения содержания серы, а увеличение содержания полисульфидов свыше 40 мас.% приводит к выпадению части полисульфидов в осадок. Введение ПАВ в пропиточный состав в количестве менее 0,1 мас.% не снижает поверхностное натяжение раствора и не оказывает положительного воздействия, а увеличение содержания ПАВ выше 0,5 мас.% не приводит к дальнейшему повышению проникающей способности состава. Содержание спиртов в пропиточном составе менее 2 мас.% не приводит к заметному снижению поверхностного натяжения раствора и не оказывает положительного воздействия, а увеличение содержания спиртов выше 5 мас.% не приводит к росту проникающей способности состава, а также повышает стоимость раствора (см. табл. 1-5). При обработке при атмосферном давлении путем нанесения кистью, распылением и погружением образцов оптимальной температурой пропиточного состава является 20-50C. При температурах в указанном интервале понижается вязкость раствора, и он глубже проникает вглубь строительных материалов. Увеличение же температуры обработки свыше 50C приводит к слишком быстрому высыханию раствора на стадии высушивания изделий и ухудшению свойств пропитанных образцов строительных материалов. При обработке образцов путем погружения под вакуумом оптимальными условиями процесса являются продолжительность 0,5-1 ч, величина разрежения в пределах 0,1-0,2 атм., температура 30-50C. Выбор диапазона величины температуры основан на том, что при 30C и выше начинается снижении вязкости состава, что позволяет увеличить глубину проникновения состава и соответственно повышение водостойкости обработанного образца. Увеличение температуры свыше 50C хотя и приводит к дальнейшему снижению вязкости, но при сушке состав слишком быстро испаряется, что снижает защитные свойства состава. При использовании разрежения снижение атмосферного давления ниже 0.1 атм. не обеспечивает требуемой величины коэффициента водопоглощения. Использование разрежения более 0,2 атм. затрудняет проникновение состава вглубь образцов. При использовании разрежения 0,1-0,2 атм. достаточно обработки образцов в течение 0,5-1 ч. Увеличение продолжительности обработки свыше 1 ч не приводит к заметному улучшению водоотталкивающих характеристик пропитанных образцов. Таким образом, выбранные диапазоны показателей содержания компонентов пропиточного состава и условий обработки им строительных материалов оптимальны, обеспечивают максимальную эффективность пропиточного состава и технический эффект, тем самым достигается цель изобретения. Предлагаемое изобретение может быть использовано в целях улучшения эксплуатационных характеристик бетонных и железобетонных изделий, а также других (газобетон, кирпич, шифер, плиты мощения) строительных материалов. Способ обработки позволяет проведение ремонтно-восстановительных работ в полевых условиях, эффективен для долговременной защиты сооружений от грунтовых вод, а также для увеличения срока службы конструкций, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки строительных материалов путем пропитки составом, содержащим полисульфид кальция, одноатомные спирты нормального или изостроения и воду, отличающийся тем, что используют состав, дополнительно включающий полисульфид калия и ПАВ, при следующем содержании компонентов, мас.%: где x - массовая доля содержания полисульфида кальция в смеси полисульфидов, которая изменяется в диапазоне от 0,1 до 0,9; а обработку осуществляют при атмосферном давлении и температуре 2050C путем нанесения кистью, распылением и погружением образцов с расходом пропиточного состава в количестве 1,0-2,5 кг/м 2. 2. Способ обработки строительных материалов путем пропитки составом, содержащим полисульфид кальция, одноатомные спирты нормального или изостроения и воду, отличающийся тем, что использует состав, дополнительно включающий полисульфид калия и ПАВ, при следующем содержании компонентов, мас.%: где x - массовая доля содержания полисульфида кальция в смеси полисульфидов, которая изменяется в диапазоне от 0,1 до 0,9; а обработку осуществляют в течение 0,5-1 ч путем погружения образцов под разрежением в пределах 0,1-0,2 атм при температуре 30-50C с расходом пропиточного состава в количестве 1-3 кг/м 2. 3. Способ обработки строительных материалов по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве ПАВ используют сульфанол или неонол.