Способ гидрофобизации строительных материалов нанодисперсной серой

(51) 04 28/36 (2010.01) 04 41/45 (2010.01) 04 41/50 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Пропитку малопрочного щебня из известнякаракушечника осуществляют в естественных условиях, при которых сера в составе полисульфида кальция проникает в поры известняка-ракушечника. При естественной сушке пропитанного материала молекулы полисульфида легко распадаются с выделением элементной серы. В порах известнякаракушечника адсорбируется гидрофобный, хорошо удерживаемый слой ультрадисперсной серы,обеспечивающий существенное улучшение эксплуатационных характеристик (водопоглощение,морозостойкость,механическую прочность,химическую стойкость). Преимуществом предлагаемого способа гидрофобизации щебня является замена дорогих органических и неорганических полимеров неорганическим минералом, который не подвержен деструкции и обеспечивает упрочнение и долговечную защиту материала от агрессивных сред при эксплуатации.(72) Карабалин Узакбай Сулейменович Сериков Фуад Тулеушевич Лызлов Олег Александрович Якупова Эльмира Нударовна Бачилова Надежда Васильевна Макишев Эрнар Айдаргазиевич Елеукулова Анэль Дархановна Ибраева Айжан Сериковна(73) Акционерное общество Казахский институт нефти и газа(54) СПОСОБ ГИДРОФОБИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НАНОДИСПЕРСНОЙ СЕРОЙ(57) Изобретение относится к области производства дорожно-строительных материалов, в частности, к гидрофобизации методом объемной пропитки водным раствором полисульфида кальция малопрочного щебня из известняка-ракушечника для применения его в дорожных и бетонных конструкциях. Изобретение относится к области производства дорожно-строительных материалов, в частности, к получению гидрофобизированного щебня из отходов природного малопрочного известнякаракушечника и может быть использовано в производстве дорожно-строительных конструкций. Известен способ обработки мрамора и известняка водными растворами сульфата меди концентрации 0,2-1,22 моль-ионов/л в течение 0,25-5 ч и гексоцианоферрата калия концентрации 0,05-0,61 моль/л в течение 0,25-4 ч. Пропитка устойчива к действию воды, тепла, солнечной радиации,механическому истиранию (патент РФ 668916,Тюпина М. Ф., Карев В. Н., Чумаченко С. В., УДК 667. 64 (088.8. Недостатки этого способа заключаются в отсутствии упрочняющего эффекта, высоком водопоглощении (до 8) и низкой морозостойкости,что не обеспечивает увеличение долговечности пропитанных материалов. Известен способ пропитки пористого строительного материала мономерами винилового ряда. Материалы из природного туфа пропитывают метилметакрилатом с последующей полимеризацией путем воздействия гаммаизлучения. Содержание полимера составляет 15(патент РФ 916499, Райчук Ф.З., Манвелян М. Г.,Блинов Г. А., УДК 666, 972. 52 (088.8. Недостатками этого изобретения являются использование дорогостоящих полимеров и необходимость радиационного отверждения при незначительном улучшении эксплуатационных свойств. Известен способ обработки пористых строительных материалов с целью повышения прочности и снижения водопоглощения,включающий сушку и покрытие поверхности прозрачной полимерной композицией из высокомолекулярного каучука и вулканизации, на поверхность наносят олигобутадиен-диметакрилат,а вулканизацию проводят при 120-150 С в течение 0,5-1,5 ч (патент РФ 990744, Горлов Ю. П.,Меркин А. П., Вительс Л. Э., Межиковский С. М.,опубл. 25.01.83. Бюл.3). Недостатки этого способа заключаются в использовании дорогих и дефицитных полимерных материалов, слабого упрочняющего эффекта,токсичности готовых изделий,высоком водопоглощении материала после пропитки (45 вес.). Задачей настоящего изобретения является разработка способа гидрофобизации щебня из отходов природного малопрочного известнякаракушечника методом пропитки водным раствором полисульфида кальция с целью повышения гидрофобности и прочности для использования в качестве дорожно-строительного материала. Пропитка предназначена для повышения водонепроницаемости пористых известняковракушечников путем заполнения их пор водоустойчивым и плотным материалом. В качестве пропиточного материала использован раствор полисульфида кальция. Достоинством предлагаемого изобретения является удешевление процесса гидрофобизации за счет использования полисульфида кальция продукта взаимодействия отхода добычи и очистки нефти - обожженной извести и серы. В результате процесса пропитки щебня полисульфидом кальция, а именно заполнения его естественных пустот раствором полисульфида кальция,происходит снижение водопоглощения, повышение прочности и морозостойкости. Сущность изобретении производят дробление известняка-ракушечника, рассеивают его на фракции в соответствии с требованиями нормативных документов (ГОСТ 25607-9 Смеси щебеночно-гравийные для покрытий и оснований автомобильных дорог),сушат и затем осуществляют его пропитку, при которой происходит объемное заполнение естественных пустот ракушечника раствором полисульфида кальция, затем высушивают щебень естественным или термическим способом. Предварительная сушка щебня обеспечивает проникновение раствора полисульфида кальция в порово-капиллярную структуру ракушечника под действием капиллярных сил и позволяет осуществить максимальное объемное заполнение щебня полисульфидом. Далее в процессе высыхания из раствора полисульфида выпадает элементная сера, которая образует на поверхности пор водоотталкивающий слой, препятствующий проникновению влаги. Сера является единственным неорганическим веществом, которое обладает гидрофобностью и не подвержено деструкции в отличие от полимерных пропиток. Основное преимущество данного способа по сравнению с пропиткой материалов полимерами заключается в том, что полисульфид является недорогим продуктом по сравнению с органическими полимерными мономерами. Пропитка полисульфидом кальция обеспечивает существенное улучшение эксплуатационных свойств без термообработки, тогда как пропитка полимерами требует еще и полимеризации(термическим, радиационным или химическим способом) после пропитки. Применение данного способа пропитки существенно улучшает физико-механические свойства исходного ракушечника, придавая ему повышенную надежность и долговечность даже в сложных условиях эксплуатации. Установлено, что достаточно пропитать только поверхностную часть толщиной 10-15 мм, чтобы материал приобрел высокую стойкость против физически или химически агрессивной среды. Пропитка раствором проводится в открытых ваннах. Такая пропитка при атмосферном давлении наиболее проста, раствор проникает в поры камня только под действием капиллярных сил. При этом сочетаются два физико-химических процесса двухмерная миграция наиболее поверхностно-активных компонентов пропитывающего раствора и течение его по порам камня под действием капиллярных сил. В комплект пропиточной установки входят камера нагрева или сушильная камера, реактор для подготовки раствора полисульфида,пропиточная ванна и камера охлаждения. Продолжительность пропитки колеблется в зависимости от пористости и первоначальной влажности пропитываемых образцов, плотности пропитывающей жидкости, разности внутреннего и внешнего давлений. Этапы процесса пропитки 1. Сушка щебня из известняка-ракушечника в сушильной камере 2. Высушенный щебень погружают в пропиточную ванну с раствором полисульфида, в которой его выдерживают в течение 60-90 минут при естественной температуре 3. Пропитанный щебень выгружают и высушивают на воздухе. Пример 1 Берется щебень известняка-ракушечника,рассеивается по фракциям,высушивается естественным или термическим способом, затем помещается в сетчатый сосуд, который погружается в ванну с раствором полисульфида кальция на 60-90 минут, вынимается из раствора и высушивается естественным способом. В естественные пустоты камня под действием капиллярных сил и гидрофильности поверхности порового пространства известняка-ракушечника проникает раствор полисульфида кальция, удерживаемый после извлечения из раствора капиллярными и адгезионными силами. Глубина пропитки варьируется длительностью пребывания изделия в растворе. При непродолжительном пропитывании,наполняются крупные поры и пустоты, а в микропоры плотных структур известняка раствор проникает на незначительную глубину, при длительной пропитке достигается полное объемное заполнение пор полисульфидом кальция. Известняк-ракушечник не взаимодействует с полисульфидом, поэтому при его разложении выделяемая ультродисперсная сера оседает плотным слоем на поверхности пор и материал приобретает плотную структуру. Пример 2. Отличается от Примера 1 тем, что после пропитки щебень высушивается термическим способом при температуре 110-120 С. При этом достигается существенное повышение значений физико-механических характеристик. Преимущества предлагаемого способа, по сравнению с прототипом, заключаются в том, что обеспечивается многотоннажная утилизация серы,снижается себестоимость строительного щебня за счет применения отходов производств,обеспечивается значительное увеличение прочности и плотности за счет объемного замоноличивания естественных пустот известняка-ракушечника,повышается морозостойкость,водои солестойкость,существенно снижается водопоглощение. Таблица Физико-механические показатели щебня приведены в таблице Значения показателей образцов щебня после (до) пропитки раствором полисульфида кальция Образец фр. до 20 мм. естественная сушка Предел прочности, Мпа при сжатии в водонасыщенном состоянии пропитки, отличающийся тем, что пропитка порового пространства осуществляется водным раствором полисульфида кальция. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ объемной гидрофобизации щебня из малопрочного известняка-ракушечника методом