Лако-красочные материалы — производство

По кинетике твердения двухкомпонентной системы связу­ющее — отвердитель можно сделать лишь предварительное сужде­ние о характере твердения и конечных свойствах смеси с наполни­телем. Присутствие наполнителя и пенообразователя часто оказы­вает существенное влияние на скорость и характер физико-хими­ческого взаимодействия связующего и отвердителя. Поэтому окончательный вывод о возможности использования того или иного реагента в качестве отвердителя для конкретного связу­ющего можно сделать только в процессе разработки составов ЖСС с определением оптимального содержания каждого компонента в отдельности.

При разработке смеси необходимо задаться определенными количественными характеристиками ее прочностных и технологи­ческих свойств с учетом того, что ЖСС и технология их примене­ния предназначены в первую очередь для условий единичного и мелкосерийного производства.

По производственным данным, предел прочности смесей при сжатии для стержней и форм средней сложности при изготовлении средних и крупных отливок перед заливкой металлом должен быть не ниже 6—7 кгс/см2; задалживаемость оснастки, т. е. время затвердевания смеси до раскрытия ящика или извлечения модели из форм, не должны превышать 40—60 мин.

Исследования и производственная практика показывают, что стержни можно вынимать из ящика при прочности не менее 1,3— 1,5 кгс/см2, а модель из форм — при прочности не ниже 0,8— 1,0 кгс/см2.

Минимально допускаемая живучесть смеси (условно характе­ризуемая устойчивостью пены), необходимая для разливки смеси в ящики или формы, установки каркасов и др., по нашему мнению, составляет 2—3 мин.

С учетом всех этих условий можно задаться следующими проч­ностными характеристиками жидких самотвердеющих смесей. Предел прочности при сжатии после 1 ч твердения — не менее 1,5—2,0 кгс/см2, предел прочности смесей к моменту заливки стержней и форм металлом — не менее 6 кгс/см2. Так как заливка стержней и форм металлом осуществляется примущественко на следующий день, то прочность, равную 6 кгс/см2, смесь должна набирать не позже чем через сутки. Цементные смеси более при­менимы для немеханизированного изготовления форм, где проч­ность смесей может быть меньше, или для получения относительно крупных стержней, допускающих более продолжительную выдержку в стержневых ящиках. Поэтому для цементных смесей можно ограничиться величиной прочности через 1 ч твердения 10—1,5 кгс/см2.

Вполне понятно, что в данном случае даны лишь минимально допустимые показатели прочности, без ограничения верхнего предела. Вместе с тем для смесей па неорганических связующих, таких, как жидкое стекло, верхний предел прочности требует уточнения, так как чрезмерная прочность смеси ухудшает вы­бивку стержней и их податливость. По указанным соображениям максимальную прочность ЖСС на жидком стекле следует ограни­чить 12—13 кгс/см2.

Так как на некоторых заводах заливка стержней и форм метал­лом производится в день их изготовления, примерно через 6—7 ч, применительно к эгим условиям основные составы ЖСС должны предусматривать возможность более быстрого нарастания проч­ности.

ЖСС с жидким стеклом

ЖСС с жидким стеклом можно получить с несколькими разно­видностями отвердителей: материалами, содержащими двухкаль — циевый силикат,—феррохромовый шлаком, нефелиновым шламом, другими металлургическими шлаками; кремнефтористоводород­ной кислотой.

Исходные материалы и их характеристики

Наполнители. Для приготовления ЖСС рекомендуются квар­цевые пески класса 1К и 2К групп 016, 02, 0315 и 04. Большин­ство заводов в составах ЖСС применяют песок марки 02. Содер­жащаяся в песке глина ухудшает текучесть смесей и требует повышенного расхода жидкой композиции. Поэтому предельно допустимым содержанием глинистой составляющей в песке следует считать 2%.

Жидкие смеси могут быть приготовлены не только на основе кварцевого песка, но и на других огнеупорных материалах: хромо­магнезите, оливине, цирконовом песке и др. При этом важно, чтобы применяемый огнеупорный наполнитель по гранулометрии приближался к кварцевому песку.

Феррохромовый шлак. Минералогический состав шлака при­водился в гл. 4.

Для получения жидких смесей с необходимыми прочностными и технологическими свойствами феррохромовый шлак должен
удовлетворять следующим требованиям: содержание СаО — не менее 48%; влажность шлака — не более 1,5%; удельная поверх­ность — не ниже 1800—2000 см2/г; шлак не должен содержать посторонних примесей — корольков металла, кусков неразложив — шегося шлака и др.; на заводе — поставщике или потребителе шлак должен быть просеян через сито с размером ячейки не >0,5 мм. Активность шлака определяется методом, описанным в гл. 2. Транспортировка н хранение шлака должны исключать возможность его увлажнения. Для целей литейного производства феррохромовый шлак поставляется Челябинским электрометал­лургическим комбинатом и Серовским ферросплавным заводом.

Нефелиновый шлам. Содержание СаО в нефелиновом шламе — не менее 53%. Поставляется он Пикалевским глиноземным заво­дом тонкоразмолотым с величиной удельной поверхности 7500— 8500 см2/г. Требования к влажности, транспортировке и хранению шлама такие же, как и требования к шлаку.

Жидкое стекло. Из имеющихся сортов жидкого стекла (содо­вого, сульфатно-содового и сульфатного) рекомендуется при­менять содовое. Модуль стекла должен находиться в пределах 2,6—2,9, плотность 1,46—1,52 г/см3.

Пенообразователи. Для перевода смесей в жидкое состояние применяют ДС-РАС или контакт Петрова в сочетании с мылонаф­том или в самостоятельном виде. Физико-химические характери­стики каждого из этих ПАВ приведены соответственно в табл. 31—33.

Контакт Петрова имеет кислую реакцию и при приготовлении смесей на жидком стекле его необходимо нейтрализовать. Если же контакт Петрова предварительно подвергается обезмасливанию, его можно вводить в смесь без нейтрализации.

При отработке рецептуры ЖСС целесообразно вначале опре­делить количество пенообразователя, необходимого для придания смеси хорошей подвижности при общей влажности 4,5—5,0%, после чего проверить влияние на прочность и скорость твердения

Показатели

Таблица 31. Физико-химическая характеристика ДС-РАС

Характеристика

Цвет

Реакция среды

Содержание масла, %, не более Содержание солей сульфокислот, %, не менее

Содержание сульфата натрия, %, не более

Плотность при 20° С, г/см3 Температура застывания, °С

От желтого до коричневого Нейтральная нли слабощелочная 1

45

5

1,12—1,15 -15-=—20

Таблица 32. Физико-химическая характеристика контакта Петрова Характеристика Контакт Петрова Контакт Петрова Газойлевый Керосиновый Внешний вид Маловязкая жид­ Маловязкая жид­ Кость от коричневого Кость от темно-жел­ До черного цвета Того до коричневого Цвета Содержание сульфокислот, %, 50 55 Не менее Отношение содержания суль­ 3 15 Фокислот к содержанию масла, Не менее Отношение содержания сульфо­ 20 50 Кислот к содержанию серной Кислоты, не менее

Основных компонентов — связующего и отвердителя, а затем уточнить их содержание в составе смеси.

Суммарное содержание в смеси жидкого стекла, воды и пено­образователя определяет расход жидкой композиции данной плотности.

В табл. 34 приведены данные, позволяющие определить со­держание в смеси исходного жидкого стекла (р = 1,48 г/см3) и ее влажность в зависимости от расхода и плотности жидкой компо­зиции.

Таблица 33. Физико-химическая характеристика мылонафта Характеристика Показатели 1-го сорта 2-го сорта Внешний вид Содержание нефтяных сульфокислот, %, не менее Содержание неомыляемых веществ в расчете на органическую часть, %, не более Кислотное число в мг на 1 г нефтя­ных кислот, не менее Содержание минеральных солей, %, не более В том числе содержание хлори­дов, %, не более Мазеобразное ве­щество от соло­менно-желтого до светло-коричнево­го цвета 43 9 220 4 2 Мазеобразное ве­щество от соло­менно-желтого до черного цвета 43 13 210 4 2 ———-

Таблица 34. Количество жидкого стекла (Ж. ст, %) в смеси и ее Влажность (№■’, %) при различных плотности и расходе жидкой композиции Плоти ость Расход жидкой Композиции. % Жидкой 7.5 8,0 8,5 9,0 Г/см’ Ж. ст. W Ж. ст. W Ж. ст. W Ж- ст. W 1,36 5,78 4,41 6,16 4,70 6,55 5,09 6,92 5,30 1,34 5,57 4,49 5,94 4,80 6,30 5,20 6,67 5,43 1,32 5,30 4,65 5.65 4,86 6,00 5,27 6,36 5,58 1,30 5,00 4,80 5,41 5,07 5,74 5,40 6,09 5,71 1,28 4,73 5,02 5,06 6,35 5,41 5,68 5,74 6,03

ЖСС с феррохромовым шлаком и нефелиновым шламом

Для получения жидкой смеси с феррохромовым шлаком с хоро­шей текучестью в ее состав необходимо ввести 0,1—0,12% ДС-РАС или 0,5% нейтрализованного контакта Петрова в самостоятельном виде или в сочетании с 0,05—0,1% мылонафта.

На рис. 71 приведены данные по влиянию содержания шлака в смеси на ее прочность при постоянном количестве жидкого

Шлак Жидкое стекло А) 6) Рис. 71. Влияние количества феррохромового шлака в смеси (а) и количества жидкого стекла в смеси со шлаком (б) на их прочность через 1; 4 и 24 ч

Стекла, равного 6% (о) и влияние количества жидкого стекла при постоянном содержании шлака, равном 5% (б). Пенообразова­тель — 0,5% контакта Петрова газойлевого (нейтрализованного) и 0,05% мылонафта.

При замене в смесях комбинированного пенообразователя на 0,1—0,12% ДАС-РАС прочность смесей снижается примерно на 15—20% вследствие повышения устойчивости пены.

Таблица 35. Составы и свойства ЖСС на жидком стекле С феррохромовый шлаком и нефелиновым шламом Компоненты Содержание компонентов, мае. ч. Кварцевый песок 95—97 97 Феррохромовый шлак, 5уд = 2000-г — — г-2500 см2/г 3—5 — Нефелиновый шлам, Sw — 7000-ь -4-8000 см2/г — 3 Жидкое стекло, М = 2,6-J-2,8, р = = 1,48-М,50 г/см3 6—7 3,5—4,5 Вода 1,5—2,0 1,5—2,0 Пе нообр а зов ате л ь: Контакт Петрова Мылонафт 0.5 0—0,15 — 0,5 0—0,15 — ДС-РАС Свойств Прочность при сжатии, кгс/см2, через: 1 ч А смесей 2,5- 0,1—0,15 -5,5 2,0- 0,1—0,15 -3,5 3 ч 5,0—8,5 5,0—6,5 24 ч 8,0—13,0 7,0—12,5 Газопроницаемость через: 1 ч 200—250 70—80 200—250 70—80 24 ч 400—500 300—500 400—500 400—500 Устойчивость пены, мин 3—20 3—5

С учетом приведенных на рис. 71, о и б данных, для получения ЖСС с необходимыми прочностными и технологическими свой­ствами в смесь следует вводить 3—5% феррохромового шлака и 6—7% жидкого стекла.

Отличительной особенностью ЖСС с нефелиновым шламом является большая дисперсность шлама и его высокая активность. Поэтому рецептуры смесей с нефелиновым шламом требуют уточ­нения. На рис. 72 показано влияние жидкого стекла при 3% шлама на прочностные свойства смеси (а) и влияние количества шлама на те же свойства при 4% жидкого стекла [11] (б). Пенообра­зователь —0,5% контакта Петрова (нейтрализованный) и 0,05% мылонафта.

Из приведенных данных видно, что содержание нефелинового шлама в смеси можно ограничить 3%, а количество жидкого стекла 3,5—4,5%. Преимущества этой смеси по сравнению со смесью на феррохромовом шлаке — низкое содержание жидкого стекла, что резко улучшает выбивку смесей из отливок. Недоста­ток смеси — ограниченная живучесть (устойчивость пены не более 3—5 мин), в то время как в жидких смесях с феррохромовым шла­ком это свойство можно регулировать в большом диапазоне, изменяя, например, соотношение между контактом Петрова и мылонафтом.

Составы и свойства ЖСС на жидком стекле с феррохромовым шлаком и нефелиновым шламом приведены в табл. 35.

Рис. 72. Влияние жидкого стекла в смеси со шламом {а) и нефелинового шлама (б) на их прочность через 1; 3 и 24 ч

J <■ 5 е % г /Нидкое стекло

J « S % Шлам 6)

А)

ЖСС с кремнефтористоводородной кислотой

В табл. 36 приведены составы и свойства ЖСС с кремнефто­ристоводородной кислотой при различном соотношении между связующим и отвердителем, изменявшемся в пределах от 2 : 1 до 1 : 1 по объему или от 2,75 : 1 до 1,38 : 1 по массе.

Для приготовления жидкой смеси применяли керосиновый контакт Петрова, так как ДС-РАС в составе этих смесей дает очень высокую устойчивость пены.

Кислоту можно вводить в смесь как отдельно от жидкого стекла (сначала вводят кислоту, затем остальные жидкие компо­ненты), так и непосредственно в жидкое стекло перед приготовле­нием смеси.

К числу важных преимуществ этих смесей следует отнести простоту приготовления, отсутствие порошкообразных отверди-

Таблица 36. Составы и свойства ЖСС с кремнефтористоводородной кислотой Компоненты Содержание компонентов на 100 мае. ч. кварцевого песка в смесях _ 1 2 3 4 5 6 7 Жидкое стекло, р= 1,46, г/см3, М = 2,7 6,8 5,85 5,85 5,1 6,8 6,0 * 4 * Кислота H2SiFe, 8%-ный рас­твор 2,5 2,12 2,12 3,7 2,5 2,62 2,62 Контакт Петрова (керосино­вый нейтрализованный) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,05 0,3 0,1 Жидкое стекло Отношение———————- Кислота 2,75 2,75 2,75 1,38 2,75 2,3 1,53 Свойства смесей Предельное напряжение сдвига, дин/см[12] 860 900 820 1000 950 1000 1300 Предел прочности при сжа­тии, кгс/см2, через: 1 ч 3 ч 24 ч 0,6 4,0 13,0 0,6 3,4 16,0 0,6 2,5 11,0 1,6 4,4 6,2 1,3 3,8 11,5 2.7 4.8 9,0 2,3 4,6 6,3 Устойчивость пены, мин 20 25 30 3 25 5 6

* Жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3.

Твердения и прочности эти смеси не уступают смесям на жидком стекле с феррохромовым шлаком.

При отсутствии материалов, богатых двухкальциевым силика­том, таких, как феррохромовый шлак, для отверждения смесей можно применять и некоторые виды цементов. Как уже известно, с высокомодульным стеклом портландцемент реагирует мгновенно. Нами было показано [Пат. 1283301 (Англия)], что снижая мо­дуль жидкого стекла и применяя обычный портландцемент вместо феррохромового шлака, можно получить ЖСС с необходимыми живучестью, скоростью твердения и прочностью.

В ряде зарубежных работ [92, 96, 101 1 описана возможность использования для самопроизвольного затвердевания жидких смесей с жидким стеклом нескольких разновидностей цемента: обычного, низкотемпературного, сульфатостойкого и др. Лучшим из них оказался сульфатостойкий цемент. При пониженном мо­дуле жидкого стекла с этим цементом можно получить достаточно технологичные с удовлетворительными прочностными характери­стиками ЖСС.

Из патентных публикаций известны и другие материалы, предлагаемые для самозатвердевания ЖСС с жидким стеклом: ферросилиций, фторосиликаты, титанаты, вольфраматы натрия и калия, различные силикаты и пр.

ЖСС с лигносульфонатами СДБ

Для приготовления жидких смесей с алюминатными отверди — телями можно пользоваться СДБ с разными основаниями. Тем не менее предпочтение должно быть отдано Краснокамской СДБ с Са — Na основаниями, так как присутствие в лигносульфонатах аммиачных оснований при твердении смесей приводит к выделению аммиака, имеющего неприятный запах.

Состав оснований лигносульфонатов СДБ, выпускаемых не­которыми целлюлозно-бумажными комбинатами следующий:

Са—NH4 Са—Na

Балахнинский Краснокамский Соликамский. Слокский. .

. Са—Na—NH, Са—Na

■4

Выбирать оптимальную концентрацию и плотность растворов СДБ нужно с учетом их вязкости. На рис. 73 приведена зависи­мость вязкости растворов Краснокамской СДБ от содержания сухих веществ. При 34—37% сухих веществ происходит резкое повышение вязкости растворов. Эту концентрацию следует счи­тать предельно допустимой. Она соответствует плотности раство­ров, равной 1,17—1,20 г/см3.

Смеси с алюминатным спеком. Из-за высокой вязкости рас­твора связующего для перевода смеси в жидкое состояние коли­чество ДС-РАС следует увеличить до 0,55—0,65%. Хорошие технологические свойства смеси можно получить, пользуясь

Спеком определенной гранулометрии с размером частиц 0,3— 1,0 мм. При более мелком спеке активность его слишком велика. Содержание спека в смеси может изменяться от 2,5 до 5,0%, количество СДБ плотностью 1,17—1,20 г/см3 — от 6,0 до 8,0%. Прочность таких смесей через 1 ч — 1,0—4,5 кгс/см2, через 24 ч — 3,5—7,0 кгс/см2. Несмотря на достаточно хорошие прочностные показатели, ЖСС с СДБ и спеком твердеет неравномерно по объ­ему — сердцевина стержней сырая и имеет пониженную проч­ность. Этот недостаток можно устранить с помощью добавки в смесь 1—2% портландцемента, связывающего воду и обеспечи­вающего однородное твердение в объеме смеси. Скорость тверде­ния смесей можно регулировать в пределах от 10 до 40 мин.

Рис. 73. Зависимость вязкости СДБ от содержания в ней сухих веществ

Основное влияние на свойства смеси оказывает плотность жидкой композиции. Увеличение плотности раствора связующего на каждые 0,02 г/см3 повышает пре — — дельное напряжение сдвига на 300 дин/см2 (ухудшает текучесть), снижает живучесть на 3 мин, но по­вышает прочностные характеристики через 1,3 и 24 ч на 1,5 кгс/см2. Газо­проницаемость смесей после 6—7 ч свыше 100, а спустя сутки — 150—• 200. Она вполне достаточна для за­ливки стержней и форм без тепловой сушки.

На рис. 74 приведена построенная И. В. Коренблюмом [13] с применением метода планирования экспериментов номограмма для определения проч­ности ЖСС на СДБ и спеке через 1 ч в зависимости от состава смеси. Но­мограммой пользуются следующим образом. Например, необходимо опре­делить прочность через 1 ч твердения смеси следующего состава (мае. ч.): 95,2 песка, 3,3 спека, 1,5 цемента, 7 СДБ, 0,65 ДС-РАС. Транспарант (показан на рис. 74 в виде треуголь­ника) накладывается на номограмму таким образом, чтобы одна его сторона проходила через точку пересечения линий с пометками: «спек — 3,3» и «цемент— 1,5». Вторая сторона ориентируется горизонтально с помощью серии параллельных линий и проходит через точку пересечения линий с пометками СДБ — 7 и ДС-РАС — 0,65. С линией, имеющей пометку плотность СДБ—1,18, третья сторона пересекается в точке, через которую проходит линия с отметкой «прочность
через 1 ч — 3». Таким образом, смесь приведенного выше состава имеет через 1 ч прочность 3 кгс/см2.

Аналогичные номограммы построены для определения проч­ности через 3 и 24 ч, текучести и живучести смеси. Прочности смесей через сутки не превышают 6,5 кгс/см2. Они могут быть повышены за счет добавки в смесь мочевины (до 1,5%).

Недостаток ЖСС на СДБ и спеке — низкая водостойкость, проявляющаяся в разупрочнении смеси при воздействии на нее влаги или паров воды, выделяющихся при заливке форм метал­лом, что может привести к деформации смеси или образованию дефектов при изготовлении отливок с толщиной стенок больше 20—25 мм. При тепловой подсушке форм и стержней в течение

Рис. 74. Номограмма для определения прочности (через 1 ч) ЖСС на СДБ и спеке в зависимости от состава смеси

Смеси с трехкальциевым алюминатом. В табл. 37 приведены некоторые составы и свойства ЖСС с СДБ и синтезированным С3А. Из таблицы видно, что путем изменения содержания в смеси отдельных компонентов можно в широком диапазоне регулиро­вать свойствами смеси с чистым С, А.

Таблица 37. Составы и свойства ЖСС на основе СДБ и С3А № Состав, мае. ч. Устой­чивость Предел прочности при сжатии, кгс/см1, через Смеси Пе­сок С, А СДБ Вода ДС-РАС Пены, мин 1 ч 3 ч 24 ч 1 2 3 95 95 96 5 5 4 5,5 7,5 5,5 1,85 2,5 1,9 0,35 0,17 0,40 24 2 40 12 32 6 >13 >32 7,3 >13 >32 8,9

Состав (мае. ч.) ЖСС с синтезированным нами отвердителем (см. гл. 4), содержащим 47% С3А: 92,5 кварцевого песка К02, 7,5 синтезированного отвердителя, 5,0 СДБ (р = 1,27 г/см3), 3,0 воды, 0,3 ДС-РАС. Предел прочности смеси при сжатии (кгс/см2) через 1 ч составляет 4,5, через 3 ч — 8,7, через 24 ч — 12,4.

Газопроницаемость смеси через 1 ч равна 100—120, через 24 ч — 200—250.

Снижая плотность СДБ до 1,105—1,107 г/см3, можно при­готовить (благодаря хорошим пенообразующим свойствам раз­бавленных растворов СДБ) жидкую смесь с синтезированным отвердителем и без дополнительного введения ПАВ.

ЖСС с синтетическими смолами

6cm>K2C/CMZ %}МиН

На рис. 75 представлена зависимость прочности и продолжи­тельности твердения смесей со смолой МФФ от содержания ката­лизатора — ортофосфорной кислоты. Лучшие прочностные характеристики имеют смеси с 0,5—0,7% ортофосфорной кислоты при 2,7—3,0% смолы. Из пено­образователей можно применять ДС-РАС в количестве 0,06—0,08% или контакт Петрова—0,5—0,6%. Так как послед­ний представляет собой смесь сульфо — кислот, для мочевиноформальдегидных смол он может служить одновременно и катализатором твердения и пено-

Рис. 75. Влияние содержания Н3Р04 (45%-ный раствор) на прочность и продолжительность твердения смеси:

2, 3 — прочность при сжатии через 1; 3 и 24 ч; 4 — продолжительность твердения

Образователем. В частности, при содержании в смеси 3,0—3,5% смолы УКС и 0,3—0,4% контакта Петрова (без добавки ортофос­форной кислоты) предел прочности при сжатии через 1 ч состав­
ляет 2,5—3,5, через 3 ч равен 3,5—4,5 и через 24 ч 12—13 кгс/см2; устойчивость пены 3 мин.

Отличительной особенностью жидких смесей со смолами яв­ляются низкие устойчивость пены и живучесть смесей (2—5 мин), что объясняется присутствием в их составе кислотных катализа­торов и фурилового спирта (в смоле КФ-Ю), являющихся силь­ными пеногасителями.

Устойчивость пены и живучесть этих смесей можно увеличить некоторым повышением содержания ДС-РАС или применением, наряду с ДС-РАС, стабилизаторов пены, например сульфоната. По нашим данным, жидкие смеси с удовлетворительными техно­логическими свойствами можно получить при содержании фури­лового спирта в смоле до 20%. Фуриловый спирт повышает проч­ность смеси и ее термостойкость, но как уже упоминалось, резко снижает устойчивость пены.

Для увеличения живучести, замедления твердения и повыше­ния прочности смеси на более поздних стадиях твердения можно применять комбинированный пенообразователь — смесь орто — фосфорной кислоты (45%-ный раствор) и хлорного железа (30%-ный раствор) в различном соотношении, вводя их в смесь в том же количестве (0,6%).

Представляет интерес разработанная в ПНР [98] технология изготовления стержней из ЖСС с синтетическими смолами, так называемый «Синфло-процесс». Процесс совмещает преимуще­ства ЖСС и смесей на фурановых смолах. В состав смеси входит синтетическая смола ZLB60, катализатор Н3Р04 и ПАВ. Общее содержание в смеси жидких компонентов не превышает 4%. Проч­ность смеси при сжатии через 1 ч составляет 2—3, через 3 ч 3—6, через 24 ч — 10—20 кгс/см2. Приготовляют смесь в смесителях специальной конструкции, предусматривающих подачу воздуха в смесь при перемешивании. Процесс «Синфло» внедрен на пред­приятиях ПНР. Имеется опыт изготовления стальных отливок со стенками толщиной до 150 мм.

В Англии фирмой The White Sea and Baltic Co. Ltd. запатенто­ван способ «Супин-фло» [Пат. 1373647 (Англия)], который пред­ставляет собой разновидность процесса «Синфло». Жидкая смесь содержит 1—5% смоляного связующего, 0,5—2,5% отвердителя, менее 2,5% воды, 0,1—0,5% пенообразующей добавки и 0,05— 0,5% силана от массы смолы. Смоляное связующее является про­дуктом поликонденсации формальдегида совместно с фуриловым спиртом, фенолом или мочевиной. Применяются известные отвер­дители — серная кислота, смесь фосфорной кислоты и п-толуол — сульфокислоты.

Смесь приготоапяют [102] в специальном смесителе с массой замеса 265 кг. Сухой песок сначала смешивают с катализатором, ожижающим песок (содержание катализатора 2,5%). Затем вводят жидкое связующее в количестве 2%. Общая продолжи­тельность приготовления смеси 2,5—3 мин.

К преимуществам смеси относят высокую прочность после за­твердевания, хорошую выбиваемость и возможность ее полной регенерации. Продолжительность твердения смеси в стержневом ящике 45—90 мин.

Жидкие цементные смеси

Б о*, кгс/см’

Содержание портландцемента в составах ЖСС может быть в пределах 10—15%. Верхний предел — максимально допустимый из технологических соображений, так как повышенное количе­ство цемента в смеси снижает ее огнеупорность, ухудшает теку­честь, для восстановления которой приходится чрезмерно увели­чивать влажность смеси. Нижний предел по содержанию цемента может быть снижен лишь в случае применения специального цемента с более высокой вяжущей способностью или в случае введения в смесь компонентов, не только ускоряющих твердение

Рис. 76. Зависимость прочности цементных смесей от состава комплексной добавки:

1 — 1% карбоната, 0,3% алюмината;

2 — 1,5% карбоната, 1,2% алюмината;

3 — 2% карбоната, 1,5% алюмината

О J 6 9 12 15 18 21

Портландцемента, но и участвующих вместе с ним в формировании прочности. Примеры таких смесей будут приведены ниже.

На рис. 76 показан характер твердения жидких цементных смесей, содержащих 10% портландцемента марки 500 и различное количество предложенного нами совместно с В. Г. Кузнецовым комплексного ускорителя твердения. Видно, что чем выше со­держание в смеси карбоната щелочного металла, тем больше можно ввести алюмината и тем в большей степени представляется воз­можным интенсифицировать процесс твердения.

На скорость твердения сильное влияние оказывает удельная поверхность портландцемента (табл. 38). Увеличение удельной поверхности цемента в 1,8 раза вызывает повышение прочности смеси в 1,5 раза при той же рецептуре.

1G1

Можно рекомендовать следующий состав ЖСС (в мае. ч.) с портландцементом и комплексным ускорителем твердения: 90 кварцевого песка, 10 портландцемента марки 400 или 500, 7—вводы, 1—2 карбоната, 0,7—1,5 алюмината, 0,1 пенообразова­теля ДС-РАС.

Физико-механические свойства смеси: предельное напряжение сдвига 1100—1900 дин/см2, устойчивость пены 5—20 мин, про­должительность твердения смеси в оснастке 50—60 мин, предел прочности при сжатии (кгс/см2): через 1 ч — 1,2—3,0, через 3 ч — 2,0—4,5, через 24 ч — 8—16.

Таблица 38. Влияние удельной поверхности портландцемента на прочность смесей Удельная поверхность портландцемента, см’/г Устойчивость пены, мин Предел прочности при сжатии, кгс/см1, через I ч 3 ч 24 ч 2500 4500 20 7 2,0 3,0 2,5 4,5 9,5 14,0

Следует отметить, что приведенные выше свойства смесей удается получить на портландцементах немногих заводов. Для приготовления ЖСС лучшими являются портландцементы Подоль­ского, Белгородского, Косогорского, Горнозаводского и Рустав — ского заводов, дающих близкие показатели по скорости твердения и прочности смесей.

Из строительной практики известно, что цементный клинкер твердеет гораздо быстрее готового цемента, так как в последний обычно вводят различные инертные наполнители и замедлители схватывания. Тем не менее получить на клинкере технологичные жидкие смеси ранее не удавалось. Применяя карбонат, оказываю­щий благоприятное влияние не только на твердение, но и на текучесть, на цементном клинкере можно получить ЖСС, удовлет­воряющие основным технологическим требованиям. При этом могут быть использованы клинкеры различных заводов при размоле их до удельной поверхности 2500—3500 см2/г.

Из других составов жидких цементных смесей, разработанных в СССР и за рубежом, можно назвать следующие.

П. П. Бергом, С. И. Плиссом и др. предложена ЖСС с глино­земистым цементом и ускорителями твердения [А. с. 257708 (СССР)]. Смесь содержит (%): 96—85 кварцевого песка; 4—15 глиноземистого цемента; 1—4 СДБ; 0,5—2 связующего КВС; 0,1—2 ускорителя твердения; 1—5 воды. В качестве ускорителей твердения применяют сульфаты или хлориды железа, натрия, калия, кальция. СДБ и КВС используют как поверхностно-актив­ные добавки, улучшающие выбиваемость смесей. В зависимости от состава твердение смеси в оснастке составляет 25—120 мин.

В Щецинском политехническом институте (ПНР) разработаны ЖСС с портландцементом и синтетическим активатором твердения К1 [79]. Активатор К1 представляет собой специально перерабо­танный побочный продукт, получаемый при производстве огне­упоров с удельной поверхностью —3500 см2/г, содержащий на­триевые соли. Активатор проявляет свое действие при определен­ной величине рН смеси, которая регулируется добавками NaOH. Состав смеси (%): 100 песка; 8 цемента; 1,5—2,0 активатора Ю; 0,2—0,4 NaOH; 0,2—0,3 детергента (ПАВ); 10—12 воды. За счет применения активатора продолжительность твердения смеси в оснастке сокращается до 30—40 мин.

Жидкую цементную смесь, разработанную в экспериментальном металлургическом центре S. P.A. (Италия) [89] приготовляют на глиноземистом цементе с ускорителем твердения хлористым литием. Ориентировочное содержание основных компонентов смеси (%): 8 цемента; б воды; 0,018 LiCl; 0,05 ПАВ. Роль добавки, изменяющей рН смеси и регулирующей скорость твердения, вы­полняет хлористый литий. Через 30" мин после приготовления смесь имеет прочность при сжатии 1—1,5 кгс/см2. ПАВ состоит из смеси анионактивного и неионогенного вещества.

В зарубежных патентах этой фирмы (S. P.A.) предусмотрено введение в смесь также CaS04 в количестве 5—35% от массы глиноземистого цемента или до 4% фенолрезорциновой смолы. В последнем случае содержание цемента может быть снижено. Введение двух последних добавок значительно повышает началь­ные и конечные прочности.

В японских патентных публикациях предлагаются многочис­ленные ускорители твердения жидких цементных смесей, например меласса с ацетатом марганца [Пат. 23061 (Япония)]; хлористый кальций, патока и алюминат натрия [Пат. 31490 (Япония) ]; патока и лигнин [Пат. 47-30810 (Япония)]; жидкое стекло, NaHC03 и MgF2 [Пат. 47-31212 (Япония)] и др.

В заключение уместно отметить, что практически все приведен­ные в настоящей главе составы ЖСС можно применять так же, как обычные пластичные или сыпучие самотвердеющие смеси. Для этого из составов ЖСС достаточно исключить поверхностно — активное вещество и, в случае необходимости, подвергнуть смесь небольшой корректировке. В подтверждение сказанного доста­точно сослаться на широкое распространение в настоящее время на заводах СССР и других стран нежидких, обычных пластичных самотвердеющих смесей с жидким стеклом и двухкальциевым силикатом.