Полимерная композиция для покрытия металлических и бетонных поверхностей и способ формирования покрытия

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при устройстве однослойного полимерного покрытия проезжей части мостового полотна металлических и железобетонных мостов, и конкретно к полимерной композиции для получения покрытия и способу формирования покрытия с ее использованием. Композиция содержит тиокол жидкий (полисульфидный олигомер), диоксид марганца, дибутилфталат, дифенилгуанидин, смолу инден-кумароновую, нефтеполимерную смолу, бихромат натрия, олигоэфиракрилат, олеиновую кислоту, цемент, текстильный корд, технический углерод, гранитную и резиновую крошку, ацетон и толуол. Композиция является двухупаковочной, и перед нанесением две части ее (компонент А и компонент Б) смешивают и формируют с ее использованием покрытие, при этом на подготовленную поверхность сначала наносят адгезивный слой мастики на основе полихлоропренового каучука или герметизирующую композицию на основе тиокола - полисульфидного олигомера, а затем вышеописанную полимерную композицию и покрытие утверждают при положительной температуре окружающего воздуха. Полученное покрытие обладает повышенными гидроизоляционными свойствами, стойкостью к истиранию и долговечностью. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано, в частности, в области мостостроения при устройстве однослойного полимерного покрытия проезжей части мостового полотна металлических и железобетонных мостов (в том числе виадуков, путепроводов, эстакад) взамен многослойной одежды ездового полотна с асфальтобетонным покрытием. Изобретение включает также производство и использование полимерной композиции «Полимаст».

Известно, что покрытие толщиной 12-15 мм выполняет все функции многослойной одежды ездового полотна с асфальтобетонным покрытием общей толщиной 115-120 мм, предусмотренные действующими в настоящее время нормативными документами и:

- защищает от коррозии металлическую и железобетонную плиты пролетных строений, обладая высокими гидроизоляционными свойствами и адгезией к поверхности металла и бетона;

- обеспечивает безопасность движения транспортных средств благодаря высоким эксплуатационным свойствам и долговечности.

Известна, в частности, конструкция дорожной одежды на автодорожных мостах с металлической ортотропной плитой проезжей части, включающая грунтовку для антикоррозионной защиты новообразованной поверхности, защитно-сцепляющий эпоксидно-гудронный слой PIKOLTAR.SS с втопленным в него щебнем кубовидной формы и два слоя асфальтобетона (Я.Д.Лившиц, Д.Ю.Виноградский, Ю.Д.Руденко. Автодорожные мосты (проезжая часть) - Киев: Будiвельник - 1980. с.23-27. Регламент на проведение опытных работ по устройству защитно-сцепляющего слоя на ортотропной плите совмещенного моста через реку Амур у г.Хабаровска - Хабаровск: Дальмостострой, 1998. - 21 с.).

Однако такая конструкция дорожной одежды не обеспечивает надежного сцепления асфальтобетонного покрытия с защитно-сцепляющим слоем, кроме того, при укладке горячей асфальтобетонной смеси часть щебня, обеспечивающего адгезию PIKOLTAR.SS с асфальтобетонным покрытием, разрушается с полной потерей контакта со слоем PIKOLTAR.SS. Недостаточная эластичность эпоксидно-гудронного слоя PIKOLTAR.SS не компенсирует напряжения, возникающие в дорожной одежде при совместной работе материалов с разными коэффициентами линейного расширения асфальтобетона и ортотропной плиты, что ухудшает сдвигоустойчивость и трещиностойкость покрытия.

Известен способ приготовления композиций для покрытия спортивных площадок, включающий смешение нагретого битума, волокнистого наполнителя, полимерного компонента, резиновой крошки (SU 1350147, 1987). В качестве волокнистого наполнителя используют стекловолокно, обработанное олигоэфиракрилатом, которое смешивают с битумом, а в полученную смесь вводят дополнительно минеральный порошок, перемешанный с 46,5-53,0% резиновой крошки от общей его массы. Смесь выдерживают при 140-160°С в течение 4,5-5,5 ч, охлаждают, а затем дополнительно вводят песок, смешанный с оставшейся резиновой крошкой и производят окончательное перемешивание композиции состава, мас.%: битум 1,9-3,1, стекловолокно 9,4-10,8, олигоэфиракрилат 7,0-10,0, резиновая крошка 36,-39,7, минеральный порошок 8,6-14,0, песок 28,0-30,8.

Композиция, полученная известным способом, обладает недостаточными деформационными свойствами, эластичностью в большом диапазоне температурных изменений, адгезиозными и когезиозными свойствами.

Известны различные герметизирующие и гидроизоляционные композиции на основе жидкого тиокола - полисульфидного олигомера, широко используемые в различных отраслях промышленности, в том числе в строительстве, при защите различных поверхностей (бетон, металл) от коррозии, для обеспечения повышенной износостойкости, для гидроизоляции.

Так, например, из RU 2283334, 10.09.2006 известна герметизирующая и гидроизолирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, гидрофобизированный мел, пластификатор, диоксид марганца и ускоритель, причем в качестве полисульфидного олигомера она содержит жидкие тиоколы со среднечисленной молекулярной массой 1700-5500 и вязкостью при 25°С - 7,5-50 Па·с. В качестве ускорителя она содержит меркаптобензидазолят цинка и дополнительно растворитель, представляющий собой смесь толуола и ацетона в соотношении 60:40 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Указанный полисульфидный олигомер	100
Диоксид марганца	9-15
Мел гидрофобизированный	90-150
Пластификатор	30-60
Указанный растворитель	1-6
Меркаптобензимидазолят цинка	0,2-0,6

Из RU 2064955, 1996, известна герметизирующая композиция, включающая полисульфидный олигомер, диоксид титана, гидрофобизированный мел, аэросил, полиэтиленгликольадипинат, диоксид марганца, стеариновую кислоту, дифенилгуанидин и пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полисульфидный олигомер	100
диоксид титана	79-81
гидрофобизированный мел	16-18
аэросил	4,3-4,6
полиэтиленгликольадипинат	0,7-1,4
диоксид марганца	8,8-14,8
стеариновая кислота	0,9-1,5
дифенилгуанидин	2,7-4,5
Смесь диоксановых спиртов
и их высококипящих эфиров	9,5-12,5

Эти известные композиции используются как заливочные и обладают недостаточной прочностью при растяжении и относительным удлинением, высоким водопоглощением, а также необходимостью ступенчатого режима вулканизации (2 стадии).

Из RU 2047703, 10.11.1995, известен способ соединения строительных конструкций и сооружений, включающий последовательное нанесение на сопрягаемые поверхности строительных конструкций и сооружений композиций на основе тиокола и композиций на основе цемента с расширением не более 0,3%, выдерживание получаемой сопрягаемой строительной конструкции в течение времени, достаточного для вулканизации тиоколсодержащего состава и твердения цемента, наносят композицию на основе тиокола слоем толщиной 0,1-2,0 мм следующего состава, мас.ч.: тиокол жидкий 80-120, технический углерод 20-45, окись-закись кобальта 6,5-10,0, α и β изомеры аминопропилтриэксисилена (HN₂(СН₃)₃Si(ОС₂Н₅)₃ 5,5-7,5, дифенилгуанидин 0,05-0,15, сшивающий агент 2,6-4,1, олигоэфиракрилат 0,3-0,4, каменноугольная смола 34,5-51,75, а композиция на основе цемента включает, мас.ч.: цемент 42-44, строительный песок 42-44, активатор схватывания цемента 1-2, вода 15-17.

Однако данная композиция и сам способ не предназначены для антикоррозионного и гидроизоляционного покрытия, а используются при получении монолитногибких сопряженных конструкций и сооружений.

Из RU 2179986, 27.02.2002, известна битумно-полимерная композиция, используемая для производства кровельных и гидроизоляционных материалов, которые могут быть использованы при гидроизоляции строительных конструкций и герметизации швов в автодорожном строительстве. Эта композиция содержит битум, полисульфидный олимер (тиокол), диоксид марганца (отвердитель), пластификатор (дибутилфталат), наполнитель, ускоритель вулканизации (дифенилгуанидин). По технической сущности данная композиция является наиболее близкой к заявленной полимерной композиции. Однако на ее основе получают толстослойные покрытия для заделки широких и глубоких швов дорожных покрытий.

Из RU 2181131, 2001, известна композиция для гидроизоляционного покрытия и способ устройства гидроизоляции плит пролетного строения моста, включающий очистку плит, нанесение мастики и укладку на них рулонного гидроизоляционного материала. При этом очистку плит осуществляют механическим путем, в качестве мастики используют клеящую полимерную мастику на основе полихлоропренового каучука, которую наносят на поверхность плит и полотнищ рулонного гидроизоляционного материала толщиной 0,6-0,9 мм, выдерживают в течение 3-4 мин, затем полотнища прижимают к плитам для приклеивания, причем полотнища рулонного гидроизоляционного материала, имеющие толщину 1,7-2,3 мм и ширину 0.8-1,2 м, укладывают с нахлестом в 60-100 мм. Рулонный гидроизоляционный материал выполнен из смеси, содержащей, мас.ч.:

Бутилкаучук	20-100
Этиленпропиленовый каучук	5-100
Регенерат бутиловый	0-50
Тиурам	0,2-1,5
Каптакс	0,2-1,5
Оксид цинка	0,5-15,0
Стеариновая кислота	0,3-5,0
Модифицированный
защитный воск МЗВ-218	0,2-3,0
Диафен ФП	0,1-1,5
Хинол ЭД	0,2-3,0
Масло ПН-6ш	0,5-10,0
Хлорпарафин	3,0-15,0
Техуглерод	15,0-75,0
Каолин	10,0-50,0

После укладки рулонного гидроизоляционного материала через 2-2,5 суток на его поверхность наносят один или более слоев праймера на основе битума и изопренового каучука, причем первый слой выдерживают 2-6 часов, а последний - до полного отвердения.

Задачей настоящего изобретения является разработка состава полимерной композиции для устройства однослойного покрытия металлической или бетонной поверхности, в частности мостового полотна, выполняющего одновременно функции гидроизоляции и рабочего покрытия с высокими эксплуатационными свойствами.

Цель разработки - снизить постоянные нагрузки от веса мостового полотна на пролетные строения, увеличить сроки службы покрытия и, как следствие, обеспечить долговечность сооружения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что композиция для полимерного покрытия металлических и бетонных поверхностей, включающая тиокол жидкий, диоксид марганца, дибутилфталат, дифенилгуанидин и наполнитель, дополнительно содержит смолу инден-кумароновую, нефтеполимерную смолу, бихромат натрия, олигоэфиракрилат, олеиновую кислоту, цемент, органические растворители - ацетон и толуол, текстильный корд и воду, а в качестве наполнителя она содержит технический углерод, гранитную и резиновую крошку при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Тиокол жидкий	100-500
Смола инден-кумароновая	15-50
Смола нефтеполимерная	5-30
Дибутилфталат	10-40
Технический углерод	20-100
Текстильный корд	10-30
Цемент	10-30
Гранитная крошка	50-150
Резиновая крошка	30-70
Ацетон технический	15-50
Толуол нефтяной	15-60
Олеиновая кислота	0,5-5,0
Вода	1,5-10,0
Бихромат натрия	2,5-15
Олигоэфиракрилат	5-15
Диоксид марганца	5-25
Дифенилгуанидин	0,5-2,5

Поставленная техническая задача достигается также и способом формирования полимерного покрытия, включающего подготовку поверхности, последовательное нанесение адгезионного подслоя из полимерной композиции и лицевого рабочего слоя из полимерной композиции и отвердение покрытия, при этом для формирования адгезионного подслоя используют полимерную мастику на основе полихлоропренового каучука или герметизирующую композицию на основе тиокола - полисульфидного олигомера, лицевой слой покрытия формируют на основе полимерной композиции по п.1, приготовленной непосредственно на месте использования, а отвердение покрытия осуществляют при положительной температуре окружающей среды.

В композиции для получения полимерного тонкослойного покрытия металлических или бетонных поверхностей, например мостового полотна, используют инден-кумароновые смолы различных марок, различные нефтеполимерные смолы, например нефтеполимерную смолу СПП, различные марки цементов, например цемент М-500, различные олигоэфиракрилаты. Заявленная в качестве изобретения композиция для получения полимерного тонкослойного покрытия является двухупаковочной и состоит из двух частей: компонента А и компонента Б, которые хранятся в раздельных емкостях и смешиваются непосредственно перед нанесением ее на поверхность, то есть перед использованием. Полученной композиции присвоено условное наименование композиция «Полимаст».

Компонент А композиции получают смешением в расчетном количестве по вышеперечисленной рецептуре растворителей - толуола нефтяного и ацетона технического, смол - инден-кумароновой и нефтеполимерной, дибутилфталата, жидкого тиокола, технического углерода, текстильного корда, гранитной крошки, резиновой крошки (дробленая резина) и цемента до получения однородной массы.

Компонент Б композиции получают смешением в расчетном количестве по вышеперечисленной рецептуре дибутилфталата, олеиновой кислоты, диоксида марганца, дифенилгуанидина, бихромата натрия, резиновой и гранитной крошки (дробленого гранита).

Компоненты А и Б композиции «Полимаст» поставляются на объект в ведрах. Соотношение компонентов закладывается производителем на стадии производства. Ведро с компонентом А имеет дополнительный объем, который, как правило, используется для добавления в него компонента Б и для их тщательного смешения миксером. Такой подход к подбору тары и ее фиксированного заполнения позволил отказаться от проведения работ по взвешиванию компонентов на объекте укладки композиции «Полимаст». Смешение компонентов А и Б позволяет получить 25 кг композиции «Полимаст», которой можно покрыть 1,8 м² поверхности при толщине покрытия 10 мм или 1,5 м² при толщине 12 мм.

В таблице 1 приведены составы конкретного материала.

В таблице 2 приведены сравнительные технические характеристики покрытия «Полимаст» и соответствующие значения нормативных требований к полимерному покрытию и асфальтобетону.

Оптимальное сочетание ингредиентов в композиции «Полимаст» позволяет получать полимерное покрытие, обладающее низким водопоглощением, высокой стойкостью к тепловому старению, морозостойкостью, повышенной стойкостью к действию агрессивных сред и надежными гидроизолирующими свойствами металлических и железобетонных плит.

Другим изобретением заявленной группы является способ формирования полимерного тонкослойного покрытия металлических или бетонных поверхностей. Для осуществления заявленного способа получения покрытия используют в качестве адгезионного подслоя различные клеящие мастики на основе полихлоропренового каучука или различные герметизирующие композиции на основе тиокола - полисульфидного олигомера, так называемые тиоколовые герметики. В частности, в способе по изобретению используют клеящие мастики (на основе полихлоропренового каучука) типа «Поликров» (мастики полимерные строительные для кровли и гидроизоляции). Клеящая полимерная мастика включает в себя полихлоропреновый каучук, растворитель, вулканизирующую группу и различные технологические добавки.

В качестве адгезионного подслоя в способе используют различные тиоколовые герметики,

Заявленная полимерная композиция может быть нанесена с заданной толщиной как на чистую, подготовленную поверхность плиты мостового полотна, так и на грунтованную при заводском изготовлении конструкций.

В соответствии с заявленным в качестве изобретения способом покрытие формируют следующим образом. Поверхности плит, как бетонные, так и металлические, незагрунтованные на заводе, очищают механизированными металлическими щетками. Поверхности ортотропных плит, загрунтованные на заводе, щетками не обрабатывают. При необходимости поверхности обезжиривают. Далее на поверхность наносят адгезионный слой полимерной клеящей мастики на основе полихлоропренового каучука или жидкого герметика на основе тиокола, который является также основой в композиции «Полимаст», наносимой далее на адгезионный подслой заданной необходимой толщины покрытия маячковыми рейками, с выравниванием поверхности гладилками (виброрейками). Отвердение (полимеризация) покрытия происходит при различной температуре и влажности окружающего воздуха. Длительность вулканизации композиции «Полимаст», в течение которой достигаются оптимальные физико-механические свойства покрытия, составляет 7-10 суток.

Технические характеристики применяемых мастики и герметика приведены в таблице 3.

Расход мастики 0,5 кг на 1 м², толщина покрытия 100±20 мкм. Сушат покрытие в течение 24 часов. Расход герметика 0,7 кг/м², толщина покрытия 0,5 мм. Время полимеризации - 24 часа.

Герметик кроме адгезионно-демпферной функции переходного слоя между металлом и рабочим полимерным покрытием может применяться в качестве высокоэластичного с хорошей адгезией к различным материалам герметика для устройства как продольных, так и поперечных деформационных швов на проезжей части мостов, эстакад и путепроводов, а также для гидроизоляции труднодоступных мест и устранения дефектов мостовых конструкций.

Заполимеризовавшееся покрытие композиции «Полимаст», имея сбалансированный состав ингредиентов и их оптимальное соотношение, обладает уникальным комплексом свойств. Наличие в основной полимерной цепи полисульфидного олигомера-тиокола химически связанной серы придает покрытию высокие упругоэластичные свойства и устойчивость к действию различных нефтепродуктов, растворов солей, кислот и оснований. Покрытие обладает повышенной твердостью, сопротивлением раздиру, прочностью сцепления с металлом, бетоном, а также устойчивостью к воздействию ультрафиолета, озона и радиации.

Способность химически модифицированного тиокола адгезионно удерживать в своем объеме дробленые гранит и отходы резиновых изделий в виде мелкодисперсной крошки обеспечила нормативные значения свойств покрытия по износостойкости и коэффициенту сцепления с колесами автотранспорта.

Покрытия на основе композиции «Полимаст» отвердевают (полимеризуются) без нагрева и практически без усадки. Срок эксплуатации в температурном интервале от -60 до +120°С составляет до 20 лет.

Таким образом, как следует из приведенных данных таблицы 2, полимерное покрытие, получаемое заявленной группой изобретений на основе разработанного нового состава материала - полимерной композиции «Полимаст» - практически однослойное.

Покрытие «Полимаст» - водостойкое, водонепроницаемое, химически стойкое (растворы солей, кислот, щелочей, бензины, масла), морозостойкое, в том числе стойкое к знакопеременным температурам (от +120 до -60°С), достаточно эластичное, чтобы сохранять сплошность и прочность при деформациях настильного листа ортотропной плиты (см. таблицу 2). Эти свойства покрытия удовлетворяют требованиям к гидроизоляции мостового полотна.

Покрытие «Полимаст» обладает также высокими эксплуатационными свойствами:

- показатель износа (истираемости) на порядок выше соответствующего показателя для асфальтобетона;

- усталостная долговечность при динамическом изгибе выше соответствующего значения асфальтобетона, предназначенного для затрудненных условий движения по дорогам 1 категории;

- коэффициент сцепления колеса с покрытием соответствует нормативному;

- долговечность - стойкость к комплексному воздействию климатических факторов, в том числе к ультрафиолетовому излучению в условиях промышленной атмосферы умеренного и холодного (северного исполнения) климатов составляет не менее 10 лет. При этом полностью сохраняются защитные антикоррозионные свойства покрытия по отношению к стали.

Таким образом, однослойное покрытие на основе полимерной композиции «Полимаст» обладает как свойствами гидроизоляции для мостового полотна, так и эксплуатационными свойствами верхнего рабочего слоя. Применение полимерного тонкослойного покрытия позволяет снизить в 5-7 раз постоянные нагрузки от веса мостового полотна на пролетное строение и, как следствие, сократить расход металла на 7-10%.

Срок службы полимерного покрытия в 3-4 раза выше по сравнению с традиционным асфальтобетонным покрытием, что позволяет увеличить межремонтный период покрытия мостового полотна и обеспечить долговечность всего мостового сооружения.

Примеры состава композиции «Полимаст» Таблица 1
Наименование ингредиентов	Содержание, мас.ч.
1 вариант	2 вариант	3 вариант
Тиокол жидкий	100	500	300
Смола инден-кумароновая	15	50	35
Смола нефтеполимерная	5	30	15
Дибутилфталат	10	40	25
Технический углерод (сажа)	20	100	60
Текстильный корд	10	30	20
Цемент М-500	10	30	20
Гранитная крошка	50	150	100
Резиновая крошка	30	70	50
Ацетон технический	15	50	30
Толуол нефтяной	15	60	35
Олеиновая кислота	0,5	5	2,5
Вода	1,5	10	6
Бихромат натрия	2,5	15	8
Олигоэфиракрилат	5	15	7
Диоксид марганца	5	25	15
Дифенилгуанидин	0,5	2,5	1,5

Технические характеристики используемых адгезионных мастик Таблица 3
№№ п/п	Наименование показателей	Значение показателя
Мастика «Поликров M-140S»	Герметик «Гермополимас»
1.	Внешний вид	однородная масса молочного цвета	однородная вязка масса черного цвета
2.	Условная вязкость, С, не менее	50	тиксотропная масса
3.	Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее	20	80
4.	Объемный вес (для расчета расхода), г/см3	0,935	1,25-1,35
5.	Время сушки слоя толщиной 100±20 мкм, ч	24
6,	Время полимеризации слоя толщиной 0,5-1,0 мм для нанесения основного слоя, час.	-	24
7.	Жизнеспособность герметика после смешения компонента 1 и компонента 2, ч	-	от 2 до 10
8.	Прочность при разрыве, МПа (кгс/см2), не менее	1,0(10)	0,7 (7)
9.	Относительное удлинение, %	300-350	180-220
10.	Прочность сцепления при отрыве от стали, МПа (кгс/см2), не менее	1,0(10)	0,8 (8,0)
11.	Прочность сцепления при отрыве от стали, покрытой грунтом «Поликров M-140S», МПа (кгс/см2), не менее	-	0,75 (7,5)
12.	Прочность сцепления при отрыве от бетона, МПа (кгс/см2), не менее	0,5 (5,0)	0,7(7,0)
13.	Водопоглощение за 24 час, %, не более	0,42	0,40
14.	Прочность сцепления с покрытием «Полимаст», МПа (кгс/см2), не менее	0,7(7,0)	0,85 (8,5)
15.	Температурный интервал нанесения, °С	от -20 до+35	от+7 до+40
16.	Влажность воздуха, %, не более	75	80
17.	Интервал температур эксплуатации, °С	от-60 до+120	от -60 до+120
18.	Химстойкость	Не регламентируется, т.к. мастика находится под защитой покрытия «Полимаст»	Устойчив в кислых щелочных, солевых растворах и нефтепродуктах
19.	Срок службы, лет	>10	>10

1. Композиция для полимерного покрытия металлических и бетонных поверхностей, включающая тиокол жидкий, диоксид марганца, дибутилфталат, дифенилгуанидин и наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит инден-кумароновую смолу, нефтеполимерную смолу, олигоэфиракрилат, олеиновую кислоту, бихромат натрия, органические растворители - ацетон и толуол, текстильный корд, цемент и воду, а в качестве наполнителя она содержит технический углерод, резиновую крошку и гранитную крошку при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Тиокол жидкий	100-500
Смола инден-кумароновая	15-50
Смола нефтеполимерная	5-30
Дибутилфталат	10-40
Технический углерод	20-100
Текстильный корд	10-30
Цемент	10-30
Гранитная крошка	5-150
Резиновая крошка	30-70
Ацетон	15-50
Толуол	15-60
Олеиновая кислота	0,5-5,0
Вода	1,5-10,0
Бихромат натрия	2,5-15
Олигоэфиракрилат	5-15
Диоксид марганца	5-25
Дифенилгуанидин	0,5-2,5

2. Способ формирования полимерного покрытия, включающий подготовку поверхности, нанесение адгезионного подслоя из полимерной композиции и лицевого рабочего слоя из полимерной композиции и отвердение покрытия, отличающийся тем, что для формирования адгезионного подслоя используют полимерную мастику на основе полихлорпренового каучука или герметизирующую композицию на основе тиокола - полисульфидного олигомера, лицевой слой покрытия формируют на основе полимерной композиции по п.1, приготовленной непосредственно на месте использования, а отвердение покрытия осуществляют при положительной температуре окружающего воздуха.