UA34475C2 - Глиновмісна суміш, спосіб формування гелю з використанням глиновмісної суміші, засіб гідроізоляції резервуарів, засіб ізоляції звалищ - Google Patents

Abstract

Винахід належить до суміші, що містить глину на основі порошкоподібного або подрібненого смектиту та може утворювати вологостійкий гель. Він може використовуватись для водостійкої ізоляції резервуарів, гребель та інших об'єктів, які піддаються шкідливому впливу води.

Description

Изобретение относится к смеси, содержащей глину на основе порошкообразного или измель- ченного смектита, способной образовьвать влагостойкий гель, и может использоваться для водос- тойкой изоляции подверженньїх вредному воздействию водь! резервуаров, плотин и других обьек- тов, или заполнения углублений и трещин в их стенах, изоляции складов отходов (свалок), покрьітия подземньїх складов отходов перед рекультивацией их поверхности, нанесения защитного слоя на сооружения, подверженньюе воздействию кисльїх жидких сред, образования виброзащитного и гид- роизолирующего слоя в основаниях железньїх или автомобильньх дорог и других сооружений, пов- реждаемьїх вибрацией.

Сухие глиносодержащие смеси с добавками водорастворимьїх полимеров типа полиакриламида или сополимера метилакрилатметакриламида уже известнь! (1). Однако глина служит в них только наполни- телем, а сами зти смеси используют как почвеннье структурообразователи.

Позтому для нужд гидроизоляции, например оснований водохранилищ и свалок твердьх отходов, или виброизоляции оснований дорог общеизвестно применение толстьх (до 1 м и болеє) слоев глинистьх минералов. На водохранилищах зто средство вполне оправдьіваєт себя и существенно снижаєт фильтра- ционньсе потери водь.

Однако такое средство изоляции оказьввается неустойчивьмм к действию текучей, например дожде- вой, водь и бьістро смьіваєется с поверхности свалок или со дна проточньїх резервуаров.

Соответственно, в (2| била предложена глиносодержащая смесь в виде влагостойкого геля. Термин "влагостойкий" здесь и далее означаєт, что гель устойчив к зрозионному воздействию любой жидкости, поступающей из окружающей средьї, в частности, дождя, водь! из природньїх источников, промьішленньх и бьітовьх стоков.

Твердая часть известной глиносодержащей способной к образованию влагостойкого геля смеси вк- лючает порошкообразньйй или измельченньій смектит и/или содержащую смектит природную породу и во- дорастворимьй полимер в количестве 1-1095 мас.

Смектитьї имеют трехслойную структуру и в водной среде способнь! образовьвать с водораство- римьми полимерами устойчивье влагостойкие комплексь!ї, которье, несмотря на ограниченную способ- ность к обратимьм водообменньім процессам водопоглощения и водоотдачи, с трудом отдают воду в при- легающие породь и в то же время настолько структурировань, что с трудом же поддаются размьву.

Однако обводненнье глиносодержащие смеси в виде готовьїх товарньїх гелей из-за трудности сме- шивания вязкой неоднородной массь! весьма трудоеємки в изготовлении и применений и не обеспечивают стабильность качества продукта, которьїй тем менее пригоден для длительного хранения, чем больше в нем грубодисперсньх частиц и чем ниже суммарная концентрация твердьх веществ.

Позтому в основу изобретения положена задача путем усовершенствования качественного и ко- личественного состава создать такую глино-содержащую смесь, которая бьіла бьї существенно более ста- бильной, менее трудоємкой в изготовлений и применений, пригодна для нанесения на обширнье поверх- ности простейшим способом и могла бьї служить основой различньїх средств гидро- и/или виброизоляции протяженньїх инженерньїх сооружений и свалок отходов.

Поставленная задача решена тем, что глиносодержащая смесь, включающая порошкообразньй или измельченньій смектит и/или содержащую смектит природную породу и водорастворимьй полимер в ко- личестве 1-1095 мас. и способная к образованию влагостойкого геля, согласно изобретению представляет собой сухой порошкообразньй материал и содержит дополнительно от 0,8 до 6,095 мас. твердого порош- кообразного активатора, при зтом все массовье проценть! дань! на массу смектита, присутствующего в неактивном состоянии.

Такая сухая смесь может бьїть изготовлена простьїім дозированием и перемешиванием компонентов и в отсутствие водьі! пригодна для практически неограниченного хранения, а при введений в контакт с во- дой, в частности при нанесений на произвольную по площади поверхность, самопроизвольно, т.е. при ми- нимуме трудозатрат, превращаєется во влагостойкий гель.

Желательно, чтобь! смесь в расчете на ее общую массу дополнительно содержала 20,5, предпочти- тельно 1-50 и найболее предпочтительно 1-9595 мас. по меньшей мере одного твердого инертного напол- нителя со средним размером частиц 20,05, а предпочтительно 0,1-8,0 мм.

И "чистую", и наполненную смесь можно применять для гидроизоляции нанесением на поверхности или введением в отверстия. Первая желательна на небольших площадях и/или в тонких гидроизолирую- щих слоях, а вторая - на больших площадях и/или в относительно толстьїх слоях, например, для изоляции свалок.

Как водорастворимьй полимер предпочтителен коммерчески доступньій полиакриламид, а в качест- ве твердьїх инертньїх наполнителей можно применять песок, силикатьії, измельченную породу или минера- льі, измельченную обожженную керамику или их смесь, а предпочтительно - измельченнье отходь! строий- тельного производства.

Поставленная задача решена также тем, что способ формирования геля непосредственно на обра- батьіваемой поверхности с использованием глиносодержащей смеси, согласно изобретению предусматри- вает нанесение глиносодержащей смеси любого указанного состава потоком добавляемой к ней текучей средьі. Тем самьм достигаєтся дополнительная зкономия затрачиваємьх на гидроизоляцию средств, ко- торая будет тем более заметна, чем больше изолируемая площадь и/или толще слой нанесенного влагос- тойкого геля.

Поставленная задача решена еще и тем, что согласно изобретению предложено применение указан- ной сухой глиносодержащей смеси как средства:

а) гидроизоляции резервуаров, плотин и других подверженньїх разрушающему воздействию водь! об- ьектов, или б) изоляции свалок.

Именно при гидроизоляции таких крупньїх обьектов или укрьїтии свалок может бьіть, соответственно, получен максимальньїйй зкономический и/или зкологический зффект.

Далее сущность изобретения поясняется описанием в общем виде способов приготовления и практи- ческого применения сухой глиносодержащей смеси и конкретньми примерами осуществления изобре- тательского замьсла, которне не ограничивают обьем изобретения.

Способ изготовления сухой глиносодержащей смеси согласно изобретению в общем виде предусматри- ваєт вьібор компонентов, их дозирование, механическое смешивание и гомогенизацию.

Смектитом могут служить: монтмориллонит, бейделлит, гекторит, нонтронит, сапонит, иллит, алле- вардит, их смеси, или содержащие их природнье породь! (например бентонит), или искусственньюе смеси силикатов (в частности І АРОМІТ как продукт фирмь! І ароге Со., Великобритания). Такой смектит не акти- вен, ибо находящиеся в узлах кристаллической решетки ионьі натрия и, возможно, лития составляют не более 3095 от суммь! способньїх к замещению катионов. Так, монтмориллонит, содержащий ионь! Ма и Са в соотношении 1:3, нуждаеєтся в активаторе для раскрьтия структурь! решетки.

В сухой смеси согласно изобретению активатор содержится в твердом порошкообразном состояний как компонент, не встроенньй в структуру решетки смектита. Активатором может служить любая водораст- воримая соль Ма или Її, анион которой образуеєет нерастворимьїйй осадок со щелочноземельньми металла- ми, например: карбонат, фосфать!ї и полифосфать! натрия, карбонат или фосфат лития и их смеси, причем карбонат натрия найболее предпочтителен.

Полимерньм компонентом сухой смеси согласно изобретению может бьїть любой способньй реа- гировать со смектитом водорастворимьй полимер, например полимерь! с функциональньми группами -

СООН, -СОО Ме" (Ме" - одновалентньй катион металла), -СОМН», -«ОН и/или -С-0-С- и, в частности: по- лиакриламид со степенью гидролиза «4095, полиметакриламид. сополимерь! акриламида или винилового спирта и акриловой кислоть!, полизтиленоксид, их смеси и привитье полимерь! типа модифицированной акриламидом целлюлозь! - с молекулярной массой обьічно «15х109, предпочтительно 4х102-10х106. Один из предпочтительньїх полимеров - полиакриламид.

Сухая смесь согласно изобретению содержит также один или несколько вьішеуказанньїх твердьх инертньїх наполнителей. Измельченньсе отходь твердьїх минеральньмх веществ: бетона, кирпича, кафеля и керамики - составляют особьй класс наполнителей, получаемьїх из отходов строительного производства.

Тип и количество смектита, полимеров, активаторов и инертньїх наполнителей и размер их частиц и распределение зтих частиц по размерам можно изменять в широких пределах. Позтому глиносодержа- щую смесь согласно изобретению можно легко приспособить для удовлетворения весьма разнообраз- ньїх требований потребителей.

Компоненть! можно вводить в любом порядке и гомогенизировать смесь позтапно. Так, вначале мож- но смешать смектит, полимер и активатор, а затем при необходимости ввести наполнитель предпочтитель- но в количестве 1-50 мч. на 1 часть исходной смеси.

Готовую сухую смесь в отсутствие влаги можно хранить практически неограниченно долго.

Такую смесь обьічньіми средствами наносят на вьиібранную горизонтальную или наклонную поверх- ность или в полость (трещину) подлежащего гидро- и/или виброизоляции сооружения, например на осно- вание резервуара или на откос насьіпной плотиньії. Смачивание смеси дождевой или грунтовой водой или иньіїми водньіми средами типа бьтовьїх и промьішленньїх стоков вьізьївает медленное самопроизвольное образование влагостойкого водонепроницаємого геля.

Зтот физико-химический процесс начинается бьістрьиім поглощением водьі, контактирующей с по- верхностью слоя смеси, смектитом и полимером как найболее гигроскопичньімми компонентами. Набухание смектита и растворение полимера создают условия для проникновения активирующих катионов в структу- ру решетки смектита с образованием в ней активньх зон, в которьхх смектит и полимер реагируют с обра- зованием водонерастворимьх комплексов. Поскольку реакция сначала проходит только на поверхности, можно применять активатор в меньших, а иногда в гораздо меньших количествах, чем зто нужно для пол- ной активации всего смектита в смеси. Такого относительно малого количества активатора достаточно для начала реакции, которая затем протекает спонтанно. Зто также повьішаєт стабильность структурь! обра- зующегося геля, поскольку никакие случайнье непрочно связаннье и потому взаймозаменяемьсе ионь! не вьізьівают дефектов решетки.

По мере диффузии водьі или жидких водосодержащих сред в нижележащие слои сухой глиносодер- жащей смеси (при том, что скорость диффузии зависит от составов зтой смеси и диффундирующей жидкой средь, структурьї образующегося геля и некоторьїх других факторов) процесс гелеобразования может зах- ватить всю массу глиносодержащей смеси. Однако нередко даже тонкого приповерхностного слоя геля бь- ваєет достаточно для обеспечения полной влагостойкости.

Для ускорения нанесения смесь можно подавать в потоке газа, а для ускорения гелеобразования слой смеси можно формировать ее с подачей в зону укладки потока водьі. В последнем случає сухая смесь всту- пает в контакт с необходимой для реакции водой на строго определенной стадии образования потока с вь- сокой турбулентностью. При такой технологии может бьіть сформирован зластичньй слой с превосходной ад- гезией. При необходимости такой слой можно комбинировать с одним или несколькими слоями бетона.

Пример 1.

Из 73 кг порошка бентонита месторождения Ібвієптеге|е (Венгрия), содержащего 7495 мас. смектита, 40 кг порошка бентонита месторождения Майд-Коїди (Венгрия), содержащего 4295 мас. смектита, 4,5 кг по-

рошкообразного карбоната натрия и 7,6 кг твердого полиакриламида гомогенизацией на пилотной установ- ке-смесителе приготовили сухую глиносодержащую смесь. 1,7 кг зтой смеси гомогенизировали с 8,5 кг инертного наполнителя в виде сухого песка с размером частиц 0,8-4,0 мм.

Сухой песок с диаметром частиц 2-8 мм засьшпали в длинную открьїтую с обоих концов утоньшенную в нижней части стеклянную трубку с внутренним диаметром 10 мм. Песок засьшпали слоем вьішеописанной сухой смеси вьісотой 4 см. Поверх сухой смеси налили воду слоем в 1 м и всю структуру подвергли вь- держке.

Песок внизу трубки оставался сухим даже через два месяца.

Пример 2.

Из 0,8 кг порошкообразного гекторита кальция, 0,5 кг порошкообразного активированного бентонита из месторождения в Баварии (содержащего 395 мас. свободного карбоната натрия и 8095 мас. монтморил- лонита натрия), 0,1 кг порошкообразного сополимера акриламида с акриловой кислотой (степень гидро- лиза - 230905), 5 кг мелкого песка (размер частиц 0,2-1,0 мм), 4 кг крупного песка (размер частиц 1-3 мм) и 4,5 кг молотого базальта (размер частиц 0,5-8,0 мм) смешиванием в течение 10 минут в лабораторном сме- сителе для порошков приготовили глиносодержащую смесь.

На дно стеклянного сосуда с донньім отверстием уложили слой сухой земли, и на нее - слой сухой смеси указаного состава вьісотой 5 см. Затем сухую смесь залили слоем зкстракта водного раствора бь- товьїх отходов вьісотой 20 см и оставили для вьідержки. Земля через З недели оставалась абсолютно су- хой.

Пример 3.

Из порошков 0,1 кг бентонита, содержащего 8795 мас. смектита натрия, из месторождения Вайоминг (США). 0,4 кгбентонита, содержащего 75905 мас. смектита кальция, из месторождения Милос (Греция), 0,04 кг карбоната натрия, 0,002 кг триполифосфата натрия, 0,008 кг полиакриламида со степенью гидролиза 1095 и 0,004 кг полизтиленгликоля молекулярной массой 5х102, гомогенизированньїх в лабораторном сме- сителе для порошков получили смесь. 0,15 кг песка (размер частиц 0,1-3,0 мм). 0,25 кг молотого базальта (размер частиц 0,5-4,0 мм) и 0,3 кг дробленьїх отходов обожженной керамики (размер частиц 0,1-500 мм) гомогенизировали, а затем зти инертнье наполнители смешали с 0,3 кг указанной сухой глиносодержащей смеси.

В стеклянную трубку диаметром 5 см последовательно снизу вверх уложили слои: 10 см сухого пес- ка, 4 см наполненной глиносодержащей смеси, 5 см сухого песка, 4 см сухой земли и сверху налили 30 см водного раствора, содержащего по массе 195 хлорида кальция, 0,590 хлорида натрия, 0,195 сульфата же- леза (Ії) и 0,195 змулгированного газолина и оставили для вьідержки.

Через З недели песок в низшем слое бьіл абсолютно сухим.

Пример 4.

Приготовили смесь 800 кг сухого гравия 0,2-8 мм, 20 кг бентонита класса Бі из месторождения в Гер- маний, содержащего 7890 смектита натрия и 495 свободного карионата натрия. 40 кг порошкообразного бентонита класса ОМ 100 из месторождения Май в Венгрии, содержащего 4595 смектита кальция, 30 кг бен- тонита кальция, полученного от фирмь! Егогіоей Со. в Германии и содержащего 7595 смектита кальция, 1,2 кг порошкообразного карбоната натрия, 0,7 кг порошкообразного тринатрийфосфата. З кг порошкообразно- го полиакриламида и 0,5 кг частично гидролизованного порошкообразного полиакриламида со степенью гидролиза - 2095. Зти исходнье материаль загрузили в промьішленную бетономешалку и гомогенизирова- ли в течение 15 минут.

Сухую смесь воздушньім потоком из торкрет-пушки под давлением 6 бар нанесли на две бетонньх поверхности: одну вертикальную, а другую - с уклоном 1:3 - таким образом, что при подаче потока на бе- тонную поверхность по гибкому трубопроводу непрерьівно подавали воду в количестве 25905 в расчете на массу сухой смеси.

При зтом на обейих бетонньїх поверхностях сформировался идеально ровньій слой геля с хорошей адгезией.

Пример 5.

В открьїтую с обоих концов и утоньшенную и заглушенную ватой в нижней части стеклянную трубку с внутренним диаметром 3 см и вьісотой 40 см поместили слой сухого песка вьісотой З см с размером частиц не более 2 мм и слой сухой смеси по примеру 1, которьій несколько уплотнили с поверхности и покрьіли текстильньім материалом неплотного переплетения. мл водного раствора серной кислоть (рН 2,4) налили в стеклянную трубку и весь набор вьідержа- ли в течение недели, после чего рН указанного раствора возрос до 7,8. Зтот слабощелочной водньй раст- вор удалили и заполнили стеклянную трубку свежим водньім раствором серной кислоть с рН 2,4. После 4- кратного повторения цикла рН водного слоя все еще повьішался до 6,8.

Таким образом, наряду с превосходньіми водоизолирующими свойствами гель, образованньй из сухой смеси согласно изобретению под действием влаги, имеет и другие достоинства. Водньсе растворь! с вьІСокКой кислотностью в контакте с сухой смесью становятся нейтральньіми или иногда даже слабощелочньми. Так, водньїй раствор кислоть с рН 1,5 в контакте с сухой смесью инициирует образование геля и одновременно нейтрализуется с увеличением рН жидкости над гелем до 7-8. Зтот зффект проявляєется даже после несколь- ких циклов замень! жидкости над гелем свежими порциями кислого раствора. Буферньсе свойства геля из су- хой смеси согласно изобретению в особенности полезнь с точки зрения защить! окружающей средь и замед- ления коррозии. Гель обладает превосходной устойчивостью к температурньіїм воздействиям. Его структура и изолирующие свойства не меняются в диапазоне температур от -22"С до ї60"С.

Позтому глиносодержащую смесь согласно изобретению можно использовать даже в зкстремальньїх климатических условиях.

Тираж 50 екз.

Відкрите акціонерне товариство «Патент»

Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3-72 -89 (03122)2-57- 03