Модифицированные композиционные материалы на основе силиката натрия

Современные области применения жидких стекол в промышленности и строительстве обширны. Они охватывают машиностроение (связующие для литейных формовочных смесей и противопригарных красок), целлюлозно-бумажную промышленность (пропитка бумажной массы, склеивание), производство жароупорных материалов (растворы и бетоны), кислотоупорных материалов, катализаторов, цеолитов, силикагеля, белой сажи, синтетических моющих средств, производство электросварочных материалов (штучных сварочных электродов и керамических флюсов), силикатных лакокрасочных материалов, приготовление инъекционных составов для укрепления грунтов при строительстве, в частности, способом силикатизации, причем важность последней задачи не требует пояснений, особенно учитывая катастрофическое положение в центре Москвы (ул. Малая Дмитровка) и в районах, прилегающих к Москва реке, а также в Санкт-Петербурге (Кировско-Выборгская линия метрополитена) и в других городах.

Силикатизация грунтов — наиболее распространенный способ химического закрепления, применяемый в городе Москва. Однако используемые в настоящее время способы силикатизации имеют ряд недостатков, в частности, обеспечивают закрепление лишь на время проведения строительных или ремонтных работ, а из-за трудноучитываемых параметров агрессивного воздействия на грунты внешней среды (мороз плюс соли для борьбы с гололедом, подземные водные потоки и др.), а также технологических факторовзначения прочности закрепляемых грунтов не только сравнительно низки, но и подвержены сильным колебаниям (анизотропности) из-за неравномерности распределения связующего (силиката натрия) в объеме закрепляемого грунта.

Целью настоящей диссертации явилось установление факторов, влияющих на процесс отверждения углекислым газом композитов на основе силиката натрия для управления этим процессом и получения высокоэффективных композиционных материалов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Выявление наиболее значимых факторов, влияющих на скорость процесса отверждения силиката натрия в высоконаполненных композициях и на формирование полимерной матрицы, структура которой должна была бы обеспечивать высокие прочностные свойства композитов.

2. Изучение влияния выявленных факторов на прочность композитов для установления оптимального соотношения исходных компонентов.

3. Осуществление на основе найденных закономерностей эффективной технологии применения разработанного оптимального состава полимерной матрицы.

4. Оценка некоторых свойств композиций на основе разработанной полимерной матрицы в различных условиях эксплуатации.

Проведенные исследования показали значительный эффект от природы применяемых модификаторов — органических солей и модификатора ФОЩ на пространственную ориентацию силоксановых цепей формирующейся полимерной матрицы на основе силиката натрия.

В рамках регрессионного анализа проведено подробное исследование влияния содержания NaOH и фурилового спирта в составе разработанного модификатора на прочность композитов на основе силиката натрия и Si02. Получена статистически эффективная математическая модель, на основании которой установлены оптимальные соотношения исследованных факторов.

Проведена оценка некоторых свойств композиционных материалов на основе разработанной полимерной матрицы и Si02 и ZrSi04 — наполнителей и установлена их перспективность для широкого применения в промышленности.

По результатам проведенных исследований РХТУ им. Д. И. Менделеева разработаны составы и химическая технология закрепления грунтов способом газовой силикатизации.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

6. выводы.

1. Исследовано влияние натриевых и калиевых солей органических и неорганических кислот и других модификаторов жидкого стекла на прочностные показатели композитов на его основе. Установлена статистически эффективная взаимосвязь между параметром, характеризующим свободный объем водных растворов солей-модификаторов и прочностью исследованных композитов. Наибольшую эффективность при модифицировании жидкостекольных связующих показал продукт ФОЩ.

2. В рамках регрессионного анализа проведено подробное исследование влияния соотношения NaOH и фурилового спирта в ФОЩ на прочность композитов на основе жидкого стекла и Si02 Получена статистически эффективная математическая модель, на основании которой установлено оптимальное соотношение компонентов и количество ФОЩ в жидком стекле, позволяющее увеличить прочность композитов не менее чем в 15 раз.

3. Проведенные методами ПМР-спектроскопии исследования реакции образования модификатора ФОЩ — продукта обработки фурфурилового спирта твердым гидроксидом натрия, показали, что в ходе протекающей реакции не происходит изменений в фурановом цикле, а, возможно, наблюдается образование ассоциатов с участием молекул спирта, щелочи и алкоголя га натрия.

4. Показана высокая эффективность модификатора ФОЩ, который позволил понизить количество жидкостекольного связующего в исследованных композитах с 6 до Змасс. ч. на ЮОмасс.ч. песка без потерь в прочности, тем самым уменьшить анизотропию свойств закрепленных грунтов при проведении газовой силикатизации на основе модифицированного жидкого стекла. Проведена оценка некоторых свойств композитов на основе модифицированной полимерной матрицы с наполнителями Si02 и ZrSiC>4.

5. Показано, что применение дополнительной операции термозакалки композитов дает резкий прирост прочности композитов, а с добавлением активных наполнителей, например циркона (ZrSi04j, прочностные показатели будут еще выше. Установлена перспективность их широкого практического использования.

6. Установлено, что при введении в гипсовое связующее 1масс.% ЖС, модифицированного ФОЩ, прочность композитов на основе указанного связующего повышается более чем в 2 раза.

7. По результатам проведенных исследований разработаны составы и химическая технология закрепления грунтов способом газовой силикатизации, которые могут быть реализованы на стандартном оборудовании, позволяя добиться изотропности значений прочности в различных частях грунтового массива и обеспечивая долговременное закрепление в условиях эксплуатации. Разработаны составы, химическая технология и техническия документация для проведения ремонтных работ в городе Москве.