ПОВЫШЕНИЕ ВОДОСОЛЕСТОЙКОСТИ ПОЛИМЕРСИЛИКАТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ —

Одним из наиболее эффективных путей подъема урожайности в Нечерноземной зоне РСФСР, республиках Средней Азии, Казахстане и других районах страны — уменьшение засоленности орошаемых земель.

В комплексе мелиоративных мероприятий по рассолению земель, как показывает отечественный и зарубежный опыт, ведущее место занимает строительство закрытых коллекторно-дренажных систем.

Почвогрунты и грунтовые воды некоторых районов страны, например Средней Азии, характеризуются высокой минерализацией с преобладанием сульфатных солей: содержание ионов S042- достигает 28 000 мг/л. В связи с этим к материалам для строительства гидромелиоративных систем предъявляются повышенные требования но прочности и водосолестойкости.

Результаты обследования многих сооружений, эксплуатируемых в минерализованных средах, свидетельствуют о том, что за короткий срок бетон на сульфатостойком портландцементе практически полностью разрушается. Наиболее предпочтительны в таких условиях кислотостойкие бетоны на основе жидкого стекла. Но и они без специального модифицирования также подвергаются коррозии, хотя и в меньшей степени, чем бетоны на сульфатостойком портландцементе.

Анализ показал, что низкий коэффициент водостойкости (0,6) в данном случае в жидкостекольных композициях обусловливается главным образом их высокой пористостью (10—20%) и связанной с ней проницаемостью. Образцы из силикатных бетонов в виде усеченных конусов высотой 3 см становятся проницаемыми в течение 3—4 ч при избыточном давлении в 0,1—0,2 МПа. Высокая пористость силикатных систем объясняется тем, что жидкое стекло содержит 60—70% воды, часть которой при твердении материала связывается, а часть остается в свободном состоянии и, выделяясь, приводит к образованию микро- и макропор в материале. Вода выделяется также и в процессе обезвоживания кремиегеля (в процессе синерезиса). Пористость материала связана и с повышенной крупностью частиц жидкого стекла (2000—3000 А)

В литературе отмечается, что уплотнения жидкостекольных композиций и улучшения их свойств можно достичь введением в состав таких композиций полимерных добавок фуранового ряда, содержащих гидроксильные или карбонильные группы, которые, обволакивая частицы геля, препятствуют их сближению (агрегации), благодаря чему ограничивается выдавливание воды. Полярные группы полимерной добавки ориентируются в сторону кремиегеля, а гидрофобные радикалы этих добавок — наружу и гидрофобизируют систему. Основным же фактором уплотнения является диспергирование частиц жидкого стекла в результате воздействия на них полимерных добавок.

Модифицирование композиций на основе жидкого стекла фурановыми соединениями позволило повысить их плотность и стойкость в воде. Это послужило предпосылкой глубоких разработок и исследований полимерсиликатов с целью применения их для гидромелиоративного строительства в условиях действия сильно минерализованных сред. Работу проводила лаборатория новых строительных материалов САНИИРИ совместно с лабораторией полимербетонов ПИИЖБа.

При исследованиях полимерсликатов в качестве связующего использовали натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,8 и плотностью 1,4—1,42, и качестве инициатора твердения-—технический кремнефтористый натрий, наполнителем и заполнителем служил кварцевый песок Алмалыкского карьера, уплотняющей добавкой — кубовые остатки фурилового спирта — отходы при гидрировании фурфурола в фуриловый спирт.

При введении в состав, жидкостекольной композиции 5—7% кубовых остатков фурилового спирта и совместном введении кубовых остатков фурилового спирта с 5% полиэфирной смолы ПН-1 от массы жидкого стекла получили полимерсиликатные растворы повышенных плотности, прочности и водосолестойкости.

Анализ литературных источников и лабораторные исследования показали, что существенное влияние на водосолестонкость композиций на основе жидкого стекла оказывают режимы твердения их до погружения в агрессивные среды.

Для определения режима твердения готовили образцы, модифицированные кубовыми остатками фурилового спирта и полиэфирной смолой ПН-1. Часть приготовленных образцов хранили в нормальных условиях при температуре 20°С в течение 30 сут, после чего их испытывали на водосолестойкость. Другую часть образцов после суточной выдержки в тех же условиях подвергали термической обработке при температурах 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160°С в течение 24 ч. При этом температуру поднимали постепенно в течение 2 ч, выдерживали образцы при заданной температуре, затем естественным путем охлаждали.

Расчетные значения коэффициентов (3 проверены вычислением значений Кх/ из уравнения (2). Полученные расчетные данные показали хорошую сходимость с экспериментальными данными (см. рис. 1).

На рис. 2 показаны зависимости коэффициента р и Rмакс от температуры.

По коэффициенту р можно определить прочность при сжатии Rx[ полимерсиликатов от 40 до 120°С в любой промежуток времени, зная R0. Значения р и Рмакс находят по рис. 2.

Образцы естественного хранения в 30- суточном возрасте имеют меньшие прочностные показатели, чем образцы, прогретые при 120°С. Однако коэффициенты водосолестойкости этих образцов выше, чем у термообработанных. В связи с этим прогревать полимерцемеитныё растворы необходимо в таких средах, которые способствовали бы кольматации дефектов материала, образующихся в процессе термообработки, например в серной кислоте. Последняя, взаимодействуя с иепрореагировавшнм щелочным силикатом, образует кремнегель Si (ОН). Он поры и капилляры материала, препятствуя прониканию воды в его внутренние слон. Кроме того, кислота способствует более полной полимеризации кубовых остатков фурнлового спирта

Значения прочности и стойкости полимерсиликатных растворов, модифицированных кубовыми остатками фурилового спирта, в зависимости от вида термообработки приведены в таблице.

Термическую обработку всех видов проводили после суточной выдержки раствора в нормальных условиях по режиму; подъем температуры до 95—100°С — 2 ч; выдержка при этой температуре 5 ч, естественное охлаждение — 2 ч. Минерализованная вода для опытов соответствовала- воде в наиболее сильно засоленных землях Голодной и Каршинской степей.

Так как серная кислота токсична и работа с ней требует соблюдения мер предосторожности, то термическую обработку полимерсиликатных растворов можно вести в расплавах коллоидных солей многовалентных металлов при t— 120°С В качестве такой соли можно взять хлорное железо. В этом случае уплотнение жидкостекольной композиции происходит в результате взаимодействия FeCl3 со свободной щелочью с образованием гидроокиси железа. Механизм уплотнения материала аналогичен таковому при термообработке его в серной кислоте. Прогрев композиции в расплаве коллоидной соли многовалентного металла позволил получить образцы с не меньшей, а для некоторых составов с большей прочностью на сжатие, чем прочность образцов, прогретых сухим теплоносителем. При этом коэффициент водосолестойкости образцов повышался до 0,94—0,99.