книги из ГПНТБ / Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов

серная кислота. Только при увеличенном количестве фурфурола (соотношение К Б Ж : Ф—4 : 1) и содержании щавелевой кислоты, равном 10%, можно за 2 ч получить твердую смолу. Смеси с меньшим количеством фурфурола (КБЖ : Ф —4 : 0,5) твердеют медленнее — за 24 ч.

При исследовании процессов взаимодействия лигносульфонатов с мочевиной и формалином весовое содержание сульфитноспиртовой барды и суммы формалина и мочевины принимали в пределам от 10 до 90%- Количество концентрата определяли из расчета на ЮО-нроцентный раствор. В опытах попользовали 50нроцеитный бардяной концентрат и сухой порошок концентрата.

На процессы смолообразования оказывают влияние вид и ко­ личество катализатора, а также соотношения между формалином и мочевиной. При соотношении формалина и мочевины 3:7 водоустойчивая смола образуется при добавлении 40—50% сульфит­ но-спиртовой барды. Увеличение дозировки формалина до 43— 50% (Ф : іМ—4,3 : 5,7 и 5:5) приводит к образованию водоустой­ чивой смолы с повышенным содержанием сульфитно-спиртовой барды, доходящим до 60—70%. При внесении формалина более 60% (Ф: М —6:4) и любом содержании сульфитно-спиртовой бар­ ды смолообразования не происходит.

Результаты эксперимента графически изображены на рис. 21, где кривые 1, 2 и 3 относятся к смесям, содержащим 30, 60 и 80% формалина при продолжительности реакции 5 ч. Кривые 1', 2', 3' соответствуют 24-часовому твердению смолы соответственно для тех же составов. Из приведенных данных видно, что для получе­ ния смолы, содержащей 60—70% лигносульфонатов, необходимо иметь соотношение формалина и мочевины 1 :4.

Образование лигносульфонатформальдегидной смолы протека­ ет в присутствии катализаторов. Для этой цели можно использо­ вать соли, кислоты и другие реагенты. В опытах применяли: сер­ нокислое окисное железо, соляную и щавелевую кислоты, хлорис­ тый аммоний и другие вещества. Зависимость скорости смолооб­ разования от вида отвердителя приведена на рис. 22.

Скорость процесса образования смолы можно регулировать не только различными катализаторами, но и изменением дозировок отвердителя.

На рис. 03 кривые 1, 2, 3 и 4 характеризуют смеси, содержа­

1 и 2% недостаточно для получения твердой смолы, содержащей

80% в течение суток (кривые 3 и 3').

Если увеличить дозировку катализатора до .10%, то за 5 ч об­ разуется смола, содержащая до 80% сульфитно-спиртовой ба’рды. Таким образом, оптимальное количество катализатора для быстротвердеющих смесей находится в пределах между 5—10% обще­ го веса смолы.

90

Лучшие результаты были 'Получены при добавлении к смесям сернокислого окисного железа. Б этом случае образуются водоустойчивые смолы, которые после 48-часового пребывания в воде и длительного высыхания на воздухе не покрываются трещинами.

Исследования показали, что вода, вносимая с бардяным ЗО-ироцентаьш концентратом и формалином, тормозит процесс смолообразования и ухудшает качество образующихся смол. По­ этому часть работ была выполнена с концентратом сульфитноспиртоівой барды в виде сухого порошка. При этом оказалось, что

Содержание Р,М и CCS, %

і

Рис. 23. Скорость смолообразования в зависимости от количества отвер­ дителя Fe2(S0.1)3. Отношение между формалином и мочевиной 1 : .1:

•91

количество концентрата барды в смоле можно увеличить до 60—

ным железом) 6—7% от веса смолы.

Далее работы проводились с карбамидными смолами промыш­ ленного производства: МФ-17, М-70, М49-62. Оказалось, что лигносульіфонаткарбамидные смолы (ЛКС) холодного отверждения могут образовываться при смешении концентрата сульфитно-спир­ товой .барды непосредственно с карбамидными смолами. Реакция поликонденсации протекает в присутствии катализаторов.

Соотношение между сульфитно-спиртовой бардой и карбамид­ ными смолами изменялось в пределах от 10 до 90%. В качестве катализаторов использовались щавелевая и фосфорная кислоты, аммонийные соли, соли трехвалентного железа и другие соедине­ ния.- Смесь со всеми исследуемыми карбамидными смолами твер­ деет в течение 3—б ч при добавлении 1—2 % щавелевой кислоты. При этом образуется водоустойчивая смола, содержащая до 70— 80% сульфитно-спиртовой барды.

Образование ЛКС в присутствии хлористого аммония '(1—2%) происходит более медленно, и твердые смолы образуются через 24 ч. Повышение дозировки хлористого аммония не ускоряет про­ цесса. Реакция лигносульфонатов с карбамидной смолой марки М-19-Ѳ2 продолжается еще более длительное время — около 48 ч.

Азотнокислый и (фосфорнокислый аммоний (1—2%) действуют примерно так же, как и хлористый аммоний, и отверждают смеси в течение суток. Реакция с сернокислым аммонием затягивается до двух суток. Хорошие результаты по отверждению липносульфонаткар бамидных смол были получены при использовании хлор­ ного и сернокислого окишого железа. В этом случае смолы отли­ чаются наименьшей хрупкостью и не покрываются трещинами при их длительном хранении на воздухе.

Смеси с карбамидными смолами марок М-70 и М-19-62 твер­ деют при добавках 1% сернокислого окисного железа в течение 24—48 ч. Образование смолы в присутствии хлорного железа про­ текает еще более интенсивно, чем с сернокислым железом, поэто­ му для обеспечения процессов смолообразования его требуется меньшіе. Из различных карбамидных смол наилучшие результаты были у смол М-19-62.

Опыты показали, что все характерные грунты, обработанные бардяным концентратом, формалином, мочевиной и отвердителя­ ми (хлорным и сернокислым окисным железом), становятся во­ достойкими и не разрушаются при длительном пребывании в во­ де. Оптимальное количество отвердителя составляет 0,5—.-1% от веса грунта (при расчете на кристаллогидраты). Реакции смоло­ образования в грунтах идут лучше всего при соотношении фор­ малина и мочевины, равном 1 : 1.

Для песчаных грунтов количество концентрата барды, кото­ рое можно вводить в грунт без нарушения процесса смолообразо­ вания, колеблется в пределах 10—80% от веса смолы (рис. 24).

92

Рис. 24. Прочность песка, укреплен­ ного лигносульфонатформальдегидной смолой в зависимости от соотно­ шения между соб, формалином и мо­ чевиной. Количество смолы— 10% от веса грунта, Ф : М=і1 : 1, отвердитель Fe2 (S0 4 h в количестве 1% от веса

грунта

Порядок внесения компонентов в обработанный грунт .может быть различным (раздельным или групповым). Однако нельзя заранее приготовлять смеси формалина и мочевины с отвердите­ лей, так как в этом случае смолообразование может произойти до внесения смеси в грунт.

Лигносулыфонатформальдегидмочевиниая смола может приме­ няться для обработки грунтов различного зернового состава: пес­ ков, супесей, суглинков, тяжелых суглинков. Однако с увеличе­ нием количества глинистых частиц прочность укрепленного грун­ та уменьшается. Так, например, при равном количестве добавок прочность укрепленного тяжелого пылеватого суглинка (грунт № 26) оказывается в 2—3 раза меньше прочности укрепленной супеси (грунт № 27).

Для пылеватыіх грунтов (№ 26 и № 102) показатели прочно­ сти в водонасыщенном состоянии сравнимы с прочностью грунтов, обработанных концентратом сульфитно-спиртовой барды с бихроматом калия.

■Прочность супеси (грунт № 27) с лигносульфонатформіальдегидмочевйеной смолой значительно превышает прочность образ­ цов с биіхіроматом калия.

Таким образом, были получены данные о наилучшей рецептуре липносулыфонатформальдегидных смол и .выявлены общие ус­ ловия ик рационального использования. Однако эти же работы показали, что добавки ссб в количестве 40% от веса карбамидной смолы несколько увеличивают прочность укрепленных песков, су-' песей и суглинков при сжатии, но не так существенно, как этого можно было ожидать.

При укреплении глин и тяжелых суглинков наблюдается даже некоторое снижение прочности.

Замена части карбамидной смолы сульфитно-спиртовой бар­ дой успеха не дала. Все образцы показали прочность значительно ниже, чем в случае использования равного количества смолы.

93

В табл. 22 показаны результаты испытания образцов из пес­ чано-суглинистых смесей при изгибе и сжатии. Для наиболее полного выявления влияния ссб на карбамидные смолы испыта­ ния стандартных балочек производилось после их одночасовой термообработки при температуре 80° С.

Из табл. 22 видно, что при замене части смолы ссб наблю­ дается снижение прочности укрепленных материалов при сжатии

Следовательно, добавки ссб способны повысить упругие свойства укрепленных грунтов. Что же касается снижения абсолютных зна­

в полученные результаты. Так же как и в случае использования смол заводского изготовления, при использовании смол из моно­ меров с увеличением количества ссб прочность снижалась. На­ пример, если прочность песка, укрепленного 6 % смолы из моно­

прочность соответственно оказалась равной 30 и 50 кГ/см2, т. е.

исследования на ИКС-14. С этой целью были приготовлены об­ разцы с различным содержанием ссб (от 10 до 50%) и карбамид­ ной смолы М-19-62 (от 90 до 50%). В качестве отвердителей взя­ ты сульфат (окись) и хлорид железа и щавелевая кислота.

На рис. 25, а показаны ИК-спектры ссб в области призмы LiF. Очевидно, что полосы поглощения в интервале 3500—3700 см~1 можно отнести к валентным колебаниям гидроксильной группы. Полосы поглощения сульфогруіппы— SO2OH хорошо видны на ИК-спектре ссб в области призмы NaCl (рис. 25,6).

94

350.0 слг1) валентных колебаний гидроксильных групп. На рис.25,г полоса поглощения чистой смолы М.-Й9-62 (в области NaCl) в отвержденном состоянии при 833 слг1 связана, очевидно, с нали­ чием третичного' азота =-N. Это говорит о том, что при отверж­ дении карбамидной смолы образуется сетчатая структура.

В ИіК-спектрах смеси (ссб+М -19-62) обнаружены полосы по­ глощения сульфогруппы малой интенсивности, вторичных амино­

вовать о сокращении числа свободных гидроксильных групп за счет образования водородных связей между гидроксильными группами соб, атомами азота и гидроксильным« группами М-19-62.

ИК-спектры позволяют сделать вывод о том, что при получе­ нии композиций на основе ссб и карбамидных смол между их макромолекулами образуются водородные связи. Ссб понижает хрупкость карбамидных смол и повышает их пластичность. Рент-

9 5

геноструктурный анализ показал, что отвержденные композиции имеют аморфный характер.

‘При опытно-производственных работах 10-процентный раствор концентрата ссб разливали на дороге с гравийным покрытием на ширину 4—і5 м. На секции № 4 расход раствора КБЖ принимали равным 3 л/м2, на секции № 2 —ß л/м2.

Раствор бардяного концентрата на секции № 1 разливали автотудронатором за три прохода при норме розлива за один про­

выбрана из расчета предотвращения стекания барды с проезжей части дорог). Специального уплотнения покрытия не производи-

.лось. Сразу же после обработки покрытие приобрело темно-ко­ ричневую окраску. На следующий день покрытие высохло и имело хорошую связность.

Проверка глубины проникания раствора барды показала, что в местах, где покрытие имело малую плотность, материал покры­ тия полностью пропитался раствором и на поверхности образо­ валась прочная корка толщиной 5—7 мм. Там, где покрытие было плотным,, барда проникла на глубину 1,0—2,5 мм.

На опытных секциях покрытие не пылило примерно 15 суток. Затем во время дождей наблюдалось интенсивное вымывание барды из материала покрытия. Связность материала уменьши­ лась, что при сухой погоде привело к значительному пылеобразованию.

На остальном участке протяженностью 200 н грунтовое покры­ тие со слоем ныли толщиной около 3 см сначала обрабатывали хлористым калыци&м по норме 1 кг/м2, а затем трижды раствором КБЖ при общей норме 3,5 л/м2 (применяли раствор 20-процент­ ной концентрации). Совместное использование СаСЬ и КБЖ име­ ло целью уменьшить износ покрытия из грунта, обработанного КБЖ. Лигиосульфонаты, как известно, придают грунтам повы­ шенную жесткость, а добавкой СаСЬ предполагалось уменьшить ее, учитывая также, что толстый слой пыли плохо смачивается раствором КБЖ, а предварительная обработка его хлористым кальцием может способствовать более легкому смачиванию пыли.

Наблюдения показали, что совместное использование хлорис­ того кальция и сульфитно-спиртовой барды эффективнее, чем при­ менение СаСЬ и КБЖ в отдельности. Покрытие на этой секции под движением хорошо уплотнилось и было более устойчиво к износу, чем покрытие на секции, обработанной только КБЖ-

Опытно-производственные работы с использованием концен­ трата соб совместно с добавками формалина, сернокислого окисного железа и хромата натрия позволяют сделать предварителъ-^ ный вывод о том, что такие сложные композиции наиболее целесо­

выполненные экспериментальные работы нельзя считать завер­

.-96

шенными. Дальнейшее экспериментирование может привести к нахождению более эффективных отвердителей и соотношений между реагентами.

§ 14. РЕКОМЕНДАЦИИ іПО ОБЕСПЫЛИВАНИЮ

Сульфитно-спиртовая барда (ссб), ее концентраты, а также сульфитно-целлюлозные щелоки (сцщ) могут применяться для обеспыливания дорог и аэродромов с грунтовыми и каменными неусовершенствованными покрытиями. Относительным недостат­ ком этих веществ является малая водоустойчивость и быстрая их вымываемость из покрытия во время дождей. Обработанный ма­ териал в сухом состоянии приобретает значительную прочность и связность, но отличается жесткостью и отсутствием эластичности, В связи с указанным покрытия, обработанные сульфитно-спирто­ вой бардой, концентратами ссб и сульфитно-целлюлозными ще­ локами, не допускают выравнивания профилированием.

іКонщентраты ссб и сцщ следует применять для обработки покрытий, имеющих высокую плотность и ровную поверхность. Участки дорог и аэродромов с недоуплотненным покрытием при наличии рыхлого материала или толстого слоя пыли после обра­ ботки их указанными выше веществами быстро разрушаются и пылеобразование возобновляется. Наибольший эффект при мини­ мальных затратах ссб и оцщ достигается при обеспыливании до­ рог путем поверхностной обработки и пропитки покрытия.

При обеспыливании дорог сцщ и ссб дополнительно могут рас­ пределяться гигроскопические соли из расчета 0,5—1,0 кг/м2. Об­ разующийся при комплексном использовании солей, сцщ и ссб или концентратов ссб поверхностный коврик обладает повышен­ ной эластичностью и способностью к самозакатке под воздейст­ вием автомобильного движения.

Сульфитно-спиртовая барда и растворы ее концентратов раз­ ливают поливо-моечными машинами или машинами, оборудован­ ными распределительным устройством.

Норма расхода сцщ и саб и ориентировочная продолжитель­ ность обеспыливающего действия приводятся в табл. 23. Пример­ ные технологические схемы обеспыливания автомобильных дорог ссб приведены в таібл. 24 и 25.

9 8

Продолжение табл. 25

км

Глава 6 ОБЕСПЫЛИВАНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИМИ СМОЛАМИ

§ 15. ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ

Среди различных синтетических смол, пригодных для обеспы­ ливания автомобильных дорог и аэродромов с грунтовыми и не­ усовершенствованными покрытиями, особый интерес представля­ ют смолы холодного отверждения, активно взаимодействующие с пылеватыми частицами и образующие высокопрочный и износо­ устойчивый защитный слой. Для борьбы с пыльностью дорог и аэродромов, особенно в районах с жарким климатом и относи­ тельно низкой влажностью воздуха, могут применяться фурфуроланилиновые, .карбамидные, акриловые, фенольные и другие смолы промышленного производства, а также смолы, образуемые из мо­ номеров на месте выполнения работ.

’Смолы представляют собой совокупность макромолекул (оли­ гомеров) линейного строения, переходящих при отверждении в смолы пространственного строения или линейного строения с бо­ лее высоким молекулярным весом. Они характеризуются различ­ ными физическими и химическими свойствами: степенью полиме­ ризации (іполнікондшсации), наличием функциональных групп (тип и .количество на единицу длины макромолекул), обусловли­ вающих реакционную способность смол при взаимодействии с частицами пыли, адгезионную и когезионную способность макро­ молекул, определяющих в конечном итоге эксплуатационные свой­ ства покрытий.

Практически синтетические смолы при обеспыливании покры­ тий могут применяться путем укрепления верхнего слоя его пере­ мешиванием материалов покрытия с добавками или путем про­ питок.