Описывается проницаемый для жидкости материал. Проницаемый для жидкости материал является подходящим для использования в качестве брусчатки, кирпича, керамической плитки, решетки для ввода ливневых вод и тому подобного, не ограничиваясь только этим. Проницаемый для жидкости материал, описанный в данном изобретении, является легким и обладает высокими характеристическими значениями предела прочности при разрыве и предела прочности при изгибе. Описанный проницаемый для жидкости материал делает возможным свободное течение жидкости через конструкцию, не оказывающее влияние на целостность конструкции из композитного материала, и отфильтровывает частицы загрязнений от жидкости тогда, когда она проходит через конструкцию.

 

(57) Реферат / Формула:
проницаемый для жидкости материал. Проницаемый для жидкости материал является подходящим для использования в качестве брусчатки, кирпича, керамической плитки, решетки для ввода ливневых вод и тому подобного, не ограничиваясь только этим. Проницаемый для жидкости материал, описанный в данном изобретении, является легким и обладает высокими характеристическими значениями предела прочности при разрыве и предела прочности при изгибе. Описанный проницаемый для жидкости материал делает возможным свободное течение жидкости через конструкцию, не оказывающее влияние на целостность конструкции из композитного материала, и отфильтровывает частицы загрязнений от жидкости тогда, когда она проходит через конструкцию.

 

---

2420-140519ЕА/082 ПРОНИЦАЕМЫЙ ДЛЯ ЖИДКОСТИ КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к легкому, проницаемому для жидкости композитному материалу, подходящему для использования в качестве брусчатки, кирпича, керамической плитки, решетки для ввода ливневых вод и тому подобного, не ограничиваясь только этим. В частности, изобретение относится к отверждаемой композиции, предназначенной для изготовления проницаемого для жидкости композитного материала, обладающего высокими характеристическими значениями предела прочности при разрыве и предела прочности при изгибе. Проницаемый для жидкости материал, описанный в данном изобретении, делает возможным свободное течение жидкости через конструкцию, не оказывающее влияние на целостность конструкции из композитного материала, проницаемого для жидкости материала, и отфильтровывает частицы загрязнений от жидкости тогда, когда она проходит через конструкцию. Данное изобретение также относится к способу изготовления проницаемого для жидкости композитного материала.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время покрытия для поверхностей дорог, подъездных путей, пешеходных дорожек и внутренних двориков наносят при использовании широкого ассортимента материалов, сформованных в виде керамических камней для мощения и тому подобного. Обычно такое мощение и такие керамические камни для мощения изготавливают из композиций, таких как образованные из минеральных вяжущих материалов, которые включают смешанные пески, стойкие к воздействию УФ-излучения природные оксиды, необязательно природные камни и сухой цемент для связывания композитного материала воедино. В альтернативном варианте композиции могли бы состоять из глин, смешанных с некоторыми или со всеми из вышеупомянутых материалов и обожженных при высоких температурах для получения керамической плитки или брусчатки. Однако, данным традиционным материалам свойственны некоторые недостатки.
Ключевой недостаток таких материалов на основе бетона и обожженной глины заключается в непроницаемости для жидкостей, в частности, воды. Поверхности с нанесенным покрытием из керамического камня для мощения или брусчатки обычно организуют таким образом, чтобы вода на поверхности отводилась бы в дренажной точке и, образуя поток, направлялась бы в отверстия для выпуска ливневых вод и водстоки ливнеотводов, перенося вместе с собой все виды загрязнителей и инородных материалов, собираемых с непроницаемых поверхностей. При выпуске данные загрязнители загрязняют данные водотоки ливнеотводов, делая их непригодными в качестве ресурса для городского водоснабжения и неспособными поддерживать существование обычных гидробионтов.
Кроме того, непроницаемые мостовые, оснащенные системами отвода ливневых вод, предотвращают возвращение ливневых вод в подземные водоносные горизонты, которые представляют собой природные точки сбора ливневых вод, что в результате приводит к понижению уровней подземных вод в подземных водоносных горизонтах и увеличению минерализации подземных вод. Это делает подземные водоносные горизонты непригодными в качестве источника городского водоснабжения.
В дополнение к этому, в случае наличия недостаточного водоотвода, например, дождевой воды или промывной воды, вода собирается или образует лужи на поверхности. Такое образование луж зачастую в результате приводит к возникновению опасных ситуаций, в том числе аквапланированию для транспортных средств на тармакадамах и дорогах, а также получению различных телесных повреждений, которые обуславливаются несчастными случаями, возникающими на скользких поверхностях, например, у входов в общественные здания, в местах парковки автомобилей и тому подобном.
Кроме того, традиционная брусчатка на основе бетона и обожженной глины демонстрирует хрупкое разрушение, обусловленное природой элементов композиций, и зачастую она внезапно разламывается при повышенных весовых нагрузках, которые могут иметь место при использовании транспортных средств.
Изобретение в случае его использования в городской среде вместо подобных непроницаемых композитных материалов позволяет отфильтровывать загрязнители , от стоков ливневых вод, таким образом, обеспечивая уменьшение загрязнения водотоков ливнеотводов, и делает возможным возвращение ливневых вод в традиционные подземные водоносные горизонты в результате протекания через мостовую, тем самым, позволяя уменьшить исчерпание и минерализацию важных источников городского водоснабжения.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с этим, цель изобретения заключается в предложении прочного, гибкого, воспринимающего нагрузки композитного материала, который делает возможными свободное проникновение воды через него и, таким образом, устранение или ослабление значения одной или нескольких проблем предшествующего уровня техники или предложение подходящей для использования коммерческой альтернативы.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается отверждаемая композиция, предназначенная для изготовления проницаемого для жидкости композитного материала, содержащая:
- частицы дисперсного материала; и
- вяжущее средство, включающее: связующее;
волокно, присутствующее в количестве, доходящем вплоть до 25 масс.%; и
от 20 до 60 масс.% низкомолекулярного растворителя, который отгоняется или испаряется во время отверждения композиции при оставлении пустот в отвержденной композиции.
В соответствии со вторым аспектом, настоящее изобретение предлагает отверждаемую композицию, предназначенную для изготовления проницаемого для жидкости композитного материала, содержащую:
- частицы дисперсного материала; и
- вяжущее средство, включающее:
от 25 до 50 массовых процентов акрилового полимера на основе метакрилата;
волокно, присутствующее в количестве, доходящем вплоть до 25 масс.%;
от 10 до 35 масс.% гомополимера изоцианата и соответствующей изоцианатной полимеризующейся добавки для получения сшитого полимера с упомянутым акриловым полимером; и
от 20 до 60 масс.% низкомолекулярного растворителя, который отгоняется или испаряется во время отверждения композиции при оставлении пустот в отвержденной композиции.
Дисперсный материал можно независимо выбирать из различных заполнителей на основе камней или керамики. Предпочтительно, дисперсным материалом является базальт.
Подходящие акриловые полимеры на основе метакрилатов можно выбирать из этилакрилатных, этилметакрилатных, метакрилатных сополимеров, метилметакрилового, бутилметакрилового и метилметакрилатного сополимера, предпочтительно,
метилизоцианатный гомополимер:метилизоцианат. Предпочтительно, гомополимер изоцианата и соответствующий изоцианат представляет собой гомополимер HDI:HDI, и присутствует в количестве в диапазоне от 10 до 50 масс.%. Предпочтительно, комбинация гомополимера изоцианата и соответствующей изоцианатной полимеризующейся добавки присутствует в количестве, находящемся в диапазоне от 20 до 4 0%, а, говоря более конкретно, равном приблизительно 25% от вяжущего средства.
Предпочтительно, полимеризующейся добавкой является HDI, и она присутствует в количестве в диапазоне приблизительно от 0,02 до 0,005% от вяжущего средства.
Различные низкомолекулярные растворители можно выбирать из Ci-C6 сложных эфиров, включающих трет-бутилацетат,
н-бутилацетат, углеводородных растворителей, которые включают бензол, толуол, диметилбензол и их изомерные формы, этилбензол, циклогексан, кумол, нафталин, антрацен, бифенил, циклотерпены, терфенил, или Ci-Cs кетонов. Предпочтительно, вязким растворителем является бутилацетат, и он присутствует в количестве в диапазоне от 0 до 6С%, а предпочтительно, от 20%
до 50%. Говоря более конкретно, бутилацетат присутствует в количестве, приблизительно равном 37% от вяжущего средства. На вязкость смеси оказывают влияние переменные, такие как температура и относительная влажность, и количество низкомолекулярного растворителя регулируют в соответствии с преобладающим окружением.
В подходящем случае вязкость вяжущего средства необходимо регулировать таким образом, чтобы вяжущая смесь была бы достаточно вязкой для того, чтобы обеспечить ее сцепление с поверхностью частиц дисперсного материала тогда, когда на частицы дисперсного материала будет нанесено покрытие, образованное из вяжущего материала.
Для облегчения создания максимальной области пустот в пределах отвержденного композитного материала присутствует также и низкомолекулярный растворитель. По мере того, как композит будет отверждаться, вязкий растворитель будет отгоняться, таким образом, обеспечивая уменьшение объема вяжущего материала в пределах отвержденного композитного материала и доведение до максимума области пустот в пределах композита.
В соответствии со вторым аспектом изобретения, предлагается способ изготовления проницаемого для жидкости композитного материала, включающий стадии:
1. прессование отверждаемой композиции первого аспекта; и
2. отверждение упомянутой композиции при температуре, приблизительно на 10°С превышающей температуру стеклования сшитого полимера, присутствующего в вяжущей смеси, и последующее уменьшение упомянутой температуры.
Предпочтительно, способ включает стадию нанесения предварительного покрытия на частицы дисперсного материала при использовании вяжущего средства с отрегулированной вязкостью.
Более предпочтительно, способ дополнительно включает стадию нанесения покрытия на частицы дисперсного материала с отвержденным нанесенным предварительным покрытием при использовании вяжущего средства.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предлагается готовое изделие, изготовленное в соответствии со способом второго аспекта.
Предпочтительно, упомянутое готовое изделие выбирают из керамического камня для мощения, керамической плитки, кирпича, напольного или настенного покрытия, подпорной стены и крышки водоприемного колодца (водоприемной решетки). В одном варианте реализации готовым изделием являются керамический камень для мощения и тому подобное. В альтернативном варианте реализации готовым изделием является крышка водоприемного колодца для фильтрования водосбора ливневых вод перед выпуском в водотоки ливнеотводов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для того, чтобы настоящее изобретение можно было бы легче понять и внедрить в практическую плоскость, только в порядке примера будут описаны предпочтительные варианты реализации изобретения и предшествующего уровня техники со ссылкой на прилагаемые чертежи, в числе которых:
На фигуре 1 представлен вид сверху на проницаемый для жидкости композитный материал, демонстрирующий частицы дисперсного материала, сцепленные с использованием вяжущего материала, содержащего волокно, заключенное в полимер, и полости, которые были созданы между частицами дисперсного материала.
Фигура 2 представляет собой вид в перспективе для крышки заглубленного водоприемного колодца для ливневых вод, соответствующей предпочтительному варианту реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
ПРИМЕРЫ
ПРИМЕР 1: Композиция вяжущего средства
Процентные величины выражены через массовые проценты, как и все процентные величины в настоящем изобретении, если только не будет однозначно указано иное.
Часть 1
Метакриловый сополимер, характеризующийся числом
гидроксильных функциональных групп, приблизительно равным 150 КОН/г, (33,75%) добавляют к н-бутилакрилату (33,75%). Данную смесь после этого добавляют к смешанным компонентам из части 2.
Часть 2
В отдельной емкости объединяют нижеследующее: н-бутилацетат (9%), 1,6-гексаметилендиизоцианатный гомополимер (гомополимер HDI) (приблизительно 13,5%),
гексаметилендиизоцианат (0,005%).
Часть 3
Стекловолокно (10%) с размером волокна 3 мм примешивают к смеси из части 1 и части 2.
В данной композиции вяжущего средства можно сделать замещения различных реагентов. Например, акриловые полимеры на основе метакрилатов используют в качестве сшивающих полиолов. Такие акриловые полимеры пригодны для использования, поскольку они являются твердыми и густо разветвленными, обеспечивая получение чрезвычайно прочного и долговечного материала, не получаемого при использовании традиционных полиуретанов. В дополнение к этому, в отличие от поликарбонатов и сложных полиэфиров данные полимеры обладают требуемыми характеристиками стойкости к воздействию УФ-излучения. Подходящие акриловые полимеры на основе метакрилатов можно выбирать из сополимеров разветвленных метакрилатов, этилакрилата, метакрилата, метилметакрилового, бутилметакрилового и метилметакрилатного сополимера.
Специалист в соответствующей области техники, кроме того, должен понимать, что в то время, как предпочтительный вариант реализации описывает метакрилатный сополимер, характеризующийся числом гидроксильных функциональных групп, равным 150 КОН/г, гидроксильное число может быть отрегулировано для прохождения реакции с диизоцианатом, так что чем больше будет гидроксильное число, тем большим будет количество изоцианатов, которое потребуется в реакции. В соответствии с этим, может быть использован метакрилатный сополимер, характеризующийся гидроксильными числами в диапазоне от 15 до 250 КОН/г.
Изобретатель обнаружил то, что при использовании таких сополимеров, армированных волокнами, получающееся в результате вяжущее средство будет являться исключительно жестким, демонстрируя очень высокие уровни характеристик предела прочности при растяжении и ударопрочности по Шору.
Смесь из части 1 и смесь из части 2 объединяют в емкости, а объединенные смеси тщательно перемешивают. Волокно добавляют, как только смесь будет тщательно перемешана.
Пример 2: Дисперсные материалы
В проницаемом для жидкости композитном материале может быть использован широкий ассортимент дисперсных материалов или заполнителей, включающий различные типы горных пород и керамику. Подходящие типы горных пород включают кислотные магматические гранитные горные породы, и их можно выбирать из гранита, адамеллита, гранодиорита, гранофира, риолита и риодацита.
Также подходящими являются и типы промежуточных магматических горных пород, и их можно выбирать из диорита, порфира и трахита. Типы основных магматических горных пород могут быть выбраны из базальтовых горных пород, включающих базальт, долерит и лимбургит. Кроме того, подходящими являются типы метаморфических горных пород, и их можно выбирать из роговика, кварцита, сланца, филлита, гнейса и диабаза. В подходящем случае также можно воспользоваться типами осадочных горных пород, таких как речной гравий. В еще более подходящем случае дисперсным материалом является базальт.
Несмотря на то, что частицы дисперсного материала могут иметь правильную или неправильную форму, материал предпочтительно будет иметь удлиненную форму для того, чтобы обеспечить получение повышенной площади поверхности, на которой вяжущее средство может образовать покрытие, и повышенной площади поверхности контакта между частицами дисперсного материала. В дополнение к ранее перечисленным материалам, которые в подходящем случае используют в качестве дисперсного материала, подходящий дисперсный материал также может включать осколки или куски разбитых гончарных изделий и/или керамики, в
том числе нижеследующего, но не ограничиваясь только им: диоксид кремния и карбиды титана, силикаты и оксиды алюминия и стекло. Также могут быть использованы и изготовленные твердые материалы, такие как обожженная глина или отвержденные минеральные вяжущие соединения. Размер частиц дисперсного материала находится в диапазоне от 1 мм до 50 мм, и его можно отрегулировать для приведения в соответствие с назначением, которое предполагается для композитного материала. Например, мелкий дисперсный материал заполнителя с размерами частиц в диапазоне от 1 мм до 5 мм является подходящим для использования при формовании, например, нескользких субстратов для плавательных бассейнов и нескользких мощеных покрытий для поверхностей, по которым люди ходят босиком. Материалы крупных заполнителей со средним размером частиц в диапазоне от 10 до 20 мм являются наиболее подходящими для использования в сферах применения для фильтрования ливневых вод и промышленных сферах применения, таких как обшивка звукопоглощающими панелями, тармакадам, покрытия для поверхностей дорог и мостов, пешеходные дорожки и входы в здания, где требуется наличие нескользких поверхностей, например, больницы и школы и тому подобное. Материалам, имеющим размеры частиц, большие, чем 20 мм, свойственны ценная сфера применения в виде самодренирующихся подпорных стен и сферы применения при фильтровании ливневых вод и сточных вод.
Степень проницаемости композитного материала определяют размер и форма частиц дисперсного материала. Округленные среды, имеющие средний размер 14 мм, характеризуются большей проницаемостью в сопоставлении с заполнителем в виде сред с частицами удлиненной формы и размерами в диапазоне от 5 мм до 10 мм. Обычно дисперсный материал с частицами неправильной формы и размерами в диапазоне от 10 мм до 15 мм характеризуется проницаемостью, равной 30 литрам в секунду на один квадратный метр композитного материала при толщине 50 мм.
Специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что размер, форма и предел прочности при сжатии для частиц дисперсного материала будут определять
характеристики прочности, пористости, фильтрации и звукопоглощения для проницаемого для жидкости композитного материала.
ПРИМЕР 3: Способ изготовления проницаемых для жидкости композитных материалов
Проницаемый для жидкости композитный материал изготавливают в соответствии со следующим далее способом с использованием вяжущего средства и дисперсных материалов из примеров 1 и 2, соответственно.
Выбранный дисперсный материал промывают для удаления с поверхности частиц дисперсного материала всего инородного материала. Данная предпочтительная стадия промывания включает погружение материала в воду и воздействие на него вибрации или взбалтывания для отделения нежелательного инородного материала. После удаления всего инородного материала с поверхности частиц дисперсного материала избыточную воду удаляют с поверхности частиц дисперсного материала в результате дренажа. После этого дисперсный материал высушивают во вращающейся сушилке до тех пор, пока уровень содержания влаги в нем не становится меньшим 0,014%. Высушенный дисперсный материал охлаждают до температуры, меньшей 30 градусов по Цельсию.
На частицы охлажденного сухого дисперсного материала после этого наносят предварительное покр> ытие в результате помещения материала во вращающуюся сушилку, содержащую отмеренное количество вяжущего средства, которое характеризуется вязкостью, доведенной до приблизительно 130 сПз. Этого добиваются в результате добавления к вяжущему материалу подходящего низкомолекулярного растворителя, характеризующегося хорошей летучестью, такого как Ci-C6 сложные эфиры, например, трет-бутилацетат и н-бутилацетат. Перемешивание частиц дисперсного материала и связующего для нанесения предварительного покрытия проводят до тех пор, пока на поверхность частиц дисперсного материала не будет нанесено однородное покрытие. Данная стадия нанесения предварительного покрытия обеспечивает получение однородного механического сцепления между частицами дисперсного материала и вяжущим
материалом. Поскольку дисперсный материал в общем случае является пористым, и поскольку в ходе отверждения вяжущий материал претерпевает значительную усадку, формирование однородного механического сцепления: между частицами дисперсного материала и вяжущим материалом должно достигаться в рамках предварительного процесса. В выгодном случае данное нанесение предварительного покрытия также приводит к герметизации поверхности частиц дисперсного материала и обеспечивает непрохождение повторного абсорбирования влаги дисперсным материалом. После нанесения предварительного покрытия и до тех пор, пока предварительное покрытие не станет сухим, дисперсный материал периодически встряхивают для предотвращения сцепления друг с другом частиц с нанесенным предварительным покрытием. Приблизительное соотношение между количествами вяжущего средства, характеризующегося вязкостью 150 сПз, и дисперсного материала для способа нанесения предварительного покрытия представляет собой отношение 200 мл к 11 кг дисперсного материала, если размер частиц находится в диапазоне от 10 мм до 15 мм.
При достижении достаточной сухости композитный материал оставляют в покое, как минимум, на 48 часов для того, чтобы сделать возможным отверждение вяжущего материала нанесенного предварительного покрытия.
После этого композитный материал снова перемешивают с вяжущим средством, вязкость которого не отрегулировали в результате добавления дополнительных низкомолекулярных растворителей, при использовании приблизительного соотношения между количествами вяжущего средства и дисперсного материала в виде отношения 440 мл вяжущего средства к 11 кг дисперсного материала, если размер частиц будет находиться в диапазоне от 10 мм до 15 мм.
Несмотря на то, что данный Е,ариант реализации описывает соотношение между количествами вяжущего средства и дисперсного материала с размерами частиц в диапазоне от 10 до 15 мм в виде отношения, равного приблизительно 440 мл:11 кг, специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что данное
соотношение будет варьироваться в соответствии с площадью поверхности частиц используемого дисперсного материала. Например, соотношение между количествами вяжущего средства и дисперсного материала (с размером частиц 2 мм) представляет собой отношение, равное приблизительно 480 мл:11 кг.
Неотвержденный композитный материал переносят в замкнутое пространство, такое как форма или область, ограниченная формами, и подвергают воздействию вибрации до тех пор, пока он не будет равномерно распределен по всему замкнутому пространству. Данный процесс вибрации также способствует обтеканию вяжущего материала зокруг частиц дисперсного материала по всей предварительно сформованной массе. Включение плотных волокон делает возможными свободное обтекание связующего вокруг частиц дисперсного материала, но при этом и его скопление в местах соединения между частицами дисперсного материала. В выгодном случае это делает возможными накопление волокон в точках контакта между частицами дисперсного материала и впоследствии формирование наибольшей из возможных области соединения в точках контакта между частицами дисперсного материала.
В случае предназначения композитного материала для изготовления брусчатки и керамической плитки его после этого прессуют в две стадии. Первичная стадия заключается в приложении равномерного давления сверху вниз к граням массы до тех пор, пока не будет достигнута максимальная площадь поверхности контакта между частицами материала на границах замкнутого пространства без раздробления частиц дисперсного материала или вытеснения вяжущего средства из промежутков между частицами дисперсного материала.
Вторичную стадию прессования проводят в результате приложения равномерного давления по всей поверхности массы материала. Прессование проводят до тех пор, пока не будет достигнут максимальный контакт в пределах совокупной массы композитного материала, опять-таки без раздробления частиц дисперсного материала или вытеснения вяжущего средства из точек контакта между частицами материала.
Необходимо понимать то, что способ изготовления брусчатки и керамической плитки требует проведения двух стадий прессования, поскольку конечный продукт имеет б безопорных сторон, и иногда с ним манипулируют в суровых условиях до того, как его разместят по месту для использования.
Однако если композитный материал отливают по месту для изготовления дорог, путей, подпорных стен и тому подобного, где, по меньшей мере, одна из поверхностей является опорной, например, нижняя поверхность, и продукт не будут перемещать из точки изготовления, то тогда проводят (только) одну стадию прессования по всей верхней поверхности.
Обычно это осуществляют в виде одновременной стадии вибрации/прессования при использовании плоской вибрационной плиты, протаскиваемой по поверхности при одновременном приложении определенного давления в направлении сверху вниз.
В случае предназначения композитного материала для изготовления брусчатки и керамической плитки его "отверждают" в результате медленного увеличения температуры в сушильном шкафу до приблизительно 80°С в течение нескольких минут, предпочтительно, в течение периода времени в диапазоне от 10 до 30 минут. Данный температурный диапазон превышает температуру
стеклования, равную 70°С для сшитого полимера, описанного в данном примере. Специалист в соответствующей области должен понимать то, что температура отверждения является характеристической для фактического сшитого полимера, который был получен, и должен понимать влияние включений волокна и растворителя в полимер на температуру стеклования. После этого перед удалением из сушильного шкафа температуру уменьшают до уровня, приблизительно на 10°С меньшего температуры стеклования, например, 7 0°С. Сразу после удаления из сушильного шкафа композитный материал охлаждают в сухих условиях до температуры, меньшей приблизительно 30°С. Охлаждения можно добиться в результате продувания воздуха через поверхность массы при помощи вентилятора. В отличие от обычно используемых материалов на основе бетона и обожженной глины проницаемый для
жидкости композитный материал настоящего изобретения во время отверждения не подвергается усадке и сохраняет желательные размеры и массу.
В случае отливания композитного материала по месту материал отверждают под действием тепла, поступающего от источника, подвешенного над отливаемым материалом, увеличивая температуру материала до температуры, превышающей температуру стеклования.
Несмотря на отсутствие желания быть связанным какой-либо конкретной теорией, изобретатель настоящего изобретения полагает, что неожиданно высокая прочность отвержденного проницаемого для жидкости композитного материала после формования обуславливается данными процессами:
1. механическое сцепление, сформированное между дисперсным материалом и вяжущим средством в ходе процесса нанесения предварительного покрытия,
2. армирование вяжущего материала в результате включения в вяжущую смесь плотного волокна,
3. формирование наибольшей площади поверхности контакта между частицами дисперсного материала во время фаз прессования,
4. обеспечение наибольшего из возможных накопления отвержденного связующего в областях соединения между частицами дисперсного материала под действием фазы вибрации и фазы прессования.
Специалисту в соответствующей области техники ясно, что вышеупомянутую композицию можно варьировать, обеспечивая соответствие различным технологическим условиям, таким как температура и влажность, которые могут оказывать влияние на растворимости в смесях.
Преимущественно, проницаемый для жидкости композитный материал является существенно более легким в сопоставлении с традиционными композитными материалами. Например, квадратный метр бетонной брусчатки с толщиной 50 мм весит приблизительно 115 кг, в то время как квадратный метр проницаемого для жидкости композитного материала с толщиной 50 мм весит приблизительно 66 кг. Меньшая масса обуславливается областью
пустот в пределах проницаемой массы. Преимущества данного легкого материала заключаются в легкости, транспортируемости и перерабатываемости и меньшем описании конструкции в случае использования выше уровня грунта, такого как в случае подпорных стен, звуконепроницаемых перегородок и тому подобного.
ПРИМЕР 4: Результаты проведенных испытаний
Проницаемость для жидкости
Проницаемый для жидкости композитный материал обладает уникальными и выгодными физическими свойствами в сопоставлении с традиционными бетонными или другими композитными материалами. В существенной степени настоящее изобретение предлагает высокопористый и проницаемый для жидкости композитный материал, который делает возможным свободное протекание воды сквозь композитный материал. Обычно расход воды составляет 30 литров в секунду на площади поверхности в 1 квадратный метр при толщине 50 мм в случае конструкции, изготовленной из заполнителя в виде дисперсного материала с размером частиц в диапазоне от 10 мм до 15 мм.
В примере сферы применения, использующей проницаемый для жидкости композитный материал, получали и подвергали испытанию на пористость три типа брусчатки. Брусчатку изолировали, используя фартук из алюминия вокруг граней брусчатки. Фартук выступал на 50 мм выше верхней поверхности брусчатки. После этого верхнюю поверхность брусчатки заливали водой при максимальном расходе, доходящем вплоть до 1,6 литра в секунду на площади открытой поверхности 370x370 мм. Пористость брусчатки превышала величину, соответствующую данному расходу, о чем свидетельствовало отсутствие "затопления" или образования луж на поверхности брусчатки.
Проницаемый для жидкости композитный материал делает возможной величину дренажа сквозь брусчатку, большую той, что можно было бы получить при количестве дождевых осадков 700 мм/час или 700 л/м2/час. Данная пористость значительно превышает то, что требуется для любой интенсивности дождевых осадков в течение периода времени продолжительностью 5 минут, приведенной в стандарте AS3500.3.2-1998.
Характеристики пластичности, предела прочности при растяжении и
легкости
Проницаемый для жидкости композитный материал демонстрирует пластическое разрушение в обстоятельствах либо сжатия, либо растяжения без неюбходимости в армировании. Продукты на основе бетона и обожженной глины в отсутствие стальной арматуры демонстрируют хрупкое разрушение. То есть, в момент разрушения материал разламывается немедленно и разрушается полностью. Бетон в присутствии стальной арматуры все еще демонстрирует хрупкое разрушение, но стальная арматура придает конструкции характеристики пластичности. В противоположность этому, отвержденный композитный материал в момент разрушения не разламывается немедленно и не разрушается, а вместо этого он начинает разрушаться и все еще будет сохранять многие из своих характеристик. Разрушение представляет собой разрыв, а не хрупкое разрушение. Обычно секция 350 ммхЮО ммхЮО мм, изготовленная из заполнителя в виде дисперсного материала с размерами частиц в диапазоне от 10 мм до 15 мм и имеющая опоры на 25 мм от каждого края, характеризуется максимальной нагрузкой 6050 Н перед разрушением.
Кроме того, в выгодном случае проницаемый для жидкости композитный материал демонстрирует высокий предел прочности при растяжении в конструкции с наружным волокном, то есть, в отличие от обычных бетона или обожженной глины конструкция является гибкой и демонстрирует существенную величину предела прочности при изгибе. Предел прочности при изгибе желателен, поскольку он придает конструкции способность выдерживать более значительные нагрузки. Обычно секция 350 ммхЮО ммхЮО мм, изготовленная из дисперсного материала с размерами частиц в диапазоне от 10 мм до 15 мм и имеющая опоры на 25 мм от каждого края, характеризуется значением прогиба от разрыва 0,98 мм, модулем упругости 174 0 МПа и разрушающим напряжением при разрыве 1,83 МПа.
Проницаемый для жидкости композитный материал является легким, весящим меньше, чем существующие подобные композитные
материалы. Обычно бетонная брусчатка и тому подобное весят приблизительно 110 кг на один квадратный метр при толщине 50 мм, в то время как проницаемый для жидкости композитный материал, будучи изготовленным из сред, характеризующихся относительной плотностью 2,8, весит 66 кг на один квадратный метр при толщине 50 мм.
Несмотря на то, что изобретатель предполагает широкую сферу применения проницаемого для жидкости композитного материала в виде брусчатки и керамической плитки, также предусматриваются и другие сферы применения при наличии желательных свойств, описанных выше;.
Крышки колодцев отвода ливневых вод
В выгодном случае проницаемый для жидкости композитный материал демонстрирует высокий уровень целостности конструкции, и поэтому его можно использовать как в опорном, так и в безопорном вариантах для многих инженерных сфер применения, таких как дорожное полотно, подпорные стены и решетки и колодцы для ввода ливневых вод.
В альтернативном варианте реализации настоящее изобретение предлагает средство отфильтровывания загрязнителей от стоков ливневых вод тогда, когда вода проходит с мощеных поверхностей в систему отвода ливневых вод.
В настоящее время колодцы отвода ливневых вод сосуществуют вместе с мощеными поверхностями, такими как дорожное полотно и станции парковки автомобилей. Вода собирается на мощеных поверхностях во время выпадения дождевых осадков и перетекает в наинизшую точку на мощеной поверхности. Предполагается, что водные стоки с мощеных поверхностей будут отводиться до образования луж, предотвращая затопление. Водные стоки отводятся в различных точках на мощеной поверхности и направляются через систему подземных труб на участки отвода, где воду выпускают в водотоки. Водные стоки переносятся с мощеных поверхностей в систему подземных труб через колодцы отвода ливневых вод. Обычно они характеризуются коробчатой конструкцией, обычно из бетона, и их устанавливают по ходу потока водных стоков ниже уровня мощеной поверхности. Водные
стоки, перетекающие в направлении точек, расположенных на мощеных поверхностях на малой высоте, спадают в коробки отвода.
Коробки отвода имеют два типа вводов - заглубленные и боковые вводы. Заглубленный ввод находится на том же самом уровне, что и мостовая, и его предохраняют металлическими решетками, достаточно прочными для выдерживания массы транспортного средства и имеющими отверстия, достаточно большие для требуемого водосбора. Однако, данные металлические решетки, как было показано, небезопасны для пешеходного и велосипедного движения. В дополнение к этому, у них отсутствуют средства фильтрации загрязнителей, то есть существующие металлические водоприемные решетки не отфильтровывают загрязнителей от ливневых вод, когда они поступают в колодцы отвода.
Отверстия боковых вводов представляют собой вертикальные отверстия, обычно организованные в боковой поверхности дренажных канав, и они не имеют крышек. Защитные решетки или крышки для фильтрации загрязнителей в случае отверстий боковых вводов не существуют. По мере того, как стоки ливневых вод будут перемещаться по мощеным поверхностям, большие загрязнители, например, сигаретные окурки, пластиковые пакеты, бумага и опавшая листва, будут скапливаться и образовывать отложения в колодцах отвода.
Изобретатель предполагает, что проницаемый для жидкости композитный материал может быть использован для отфильтровывания загрязнителей от ливневых вод перед их поступлением в систему отвода благодаря наличию крышки для ливневых вод в точках ввода в коробку отвода. Вариант реализации типичной крышки для ливневых вод продемонстрирован на фигуре 1. Крышка 10 включает проницаемый для жидкости композитный материал 12, заключенный в стальную раму 14. Размеры могут варьироваться в соответствии с типом, размером и формой отверстия ввода в колодец отвода ливневых вод, например, вне зависимости от того, будет ли отверстие относиться к заглубленному типу или типу перемычки (боковой ввод), в соответствии с типом дорожного движения, которое обычно пересекает колодец отвода, в случае наличия дорожного движения,
и требованиями к водосбору в колодце отвода.
В выгодном случае использование проницаемого для жидкости композитного материала, таким образом, делает возможным отвод и дренаж дождевых и ливневых вод через поверхность. Крупные загрязнители, такие как пластиковые пакеты и бутылки, опавшая листва, сигаретные окурки и тому подобное, остаются на поверхности, а некоторые микрозагрязнители, такие как твердые вещества, содержащие углеводороды, тяжелые металлы и монооксид углерода, захватываются в пределах проницаемой массы композитного материала. Поэтому системы отвода поступающей воды включают предварительное отфильтровывание перед подачей в отводы, что обеспечивает достижение очевидных преимуществ для окружающей среды.
Сферы применения при звукопоглощении
Изобретатель, кроме того, предполагает то, что проницаемый для жидкости композитный материал может найти себе применение в качестве эффективного звукопоглощающего материала. Если звуковая энергия будет направлена на проницаемый для жидкости композитный материал, то тогда часть будет отклоняться гранями неровной поверхности композита, а часть будет попадать в пустоты и поглощаться в пределах композитного материала. Обычно композитный материал с толщиной 50 мм, образованный частицами дисперсного материала неправильной формы и с размерами в диапазоне от 10 мм до 15 мм, обеспечивает существенное звукопоглощение, например, в диапазоне от 25 дб до 4 0 дб.
Эффективность в качестве звукопоглощающего композитного материала определяют размер и форма сред и процентная доля пустот в пределах проницаемой массы. Неправильная форма сред и повышенная процентная доля пустот в пределах массы приводит к увеличению эффективности звукопоглощения. Предполагается то, что композитный материал будет находить себе применение в больших служебных помещениях, таких как комплексы с крытыми плавательными бассейнами, аудитории, в придорожных звукопоглощающих панелях и в разделительных стенках между служебными и жилыми помещениями, расположенными с повышенной плотностью. Специалист в соответствующей области должен
понимать то, что настоящее изобретение не ограничивается вариантами реализации, подробно описанными в настоящем документе, и что может быть предусмотрен широкий ассортимент других вариантов реализации, которые, тем не менее, будут соответствовать широкому толкованию объема и сущности изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Отверждаемая композиция, предназначенная для изготовления проницаемого для жидкости композитного материала, содержащая:
- частицы дисперсного материала; и
- вяжущее средство, включающее: связующее;
волокно, присутствующее в количестве, доходящем вплоть до 25 масс.%; и
от 20 до 60 масс.% низкомолекулярного растворителя, который отгоняется или испаряется во время отверждения композиции при оставлении пустот в отвержденной композиции.
2. Отверждаемая композиция, предназначенная для изготовления проницаемого для жидкости композитного материала, содержащая:
- частицы дисперсного материала; и
- вяжущее средство, включающее:
от 25 до 50 массовых процентов акрилового полимера на основе метакрилата;
волокно, присутствующее в количестве, доходящем вплоть до 25 масс.%;
от 10 до 35 масс.% гомополимера изоцианата и соответствующей изоцианатной полимеризующейся добавки для получения сшитого полимера с упомянутым акриловым полимером; и
от 20 до 60 масс.% низкомолекулярного растворителя, который отгоняется или испаряется во время отверждения композиции при оставлении пустот в отвержденной композиции.
3. Отверждаемая композиция по п.1 или п. 2, где низкомолекулярный растворитель присутствует в количестве в диапазоне от 20 до 50 масс.%.
4. Отверждаемая композиция по п.1 или п. 2, где низкомолекулярный растворитель выбирают из Ci-C6 сложных эфиров, углеводородных растворителей или Ci-C6 кетонов.
5. Отверждаемая композиция по п. 4, где Ci-C6 сложные эфиры выбирают из трет-бутилацетата или н-бутилацетата, углеводородные растворители выбирают из бензола, толуола,
диметилбензола, этилбензола, циклогексана, кумола, нафталина, антрацена, бифенила, циклотерпенов и терфенила.
6. Отверждаемая композиция по п.1 или п. 2, где дисперсным материалом являются заполнитель на основе камней или заполнитель на основе керамики.
7. Отверждаемая композиция по п. 2, где акриловый полимер на основе метакрилата выбирают из этилакрилатных, этилметакрилатных, метакрилатных сополимеров, метилметакрилового, бутилметакрилового и метилметакрилатного сополимера.
8. Отверждаемая композиция по п.7, где акриловым полимером является метилметакрилатный сополимер, и он присутствует в количестве в диапазоне от 25 до 40 масс.% от вяжущего средства.
9. Отверждаемая композиция по п. 8, где метилметакрилатный сополимер присутствует в количестве, приблизительно равном 3 0 масс.% от связующего.
10. Отверждаемая композиция по п.1 или п. 2, где волокно выбирают из стекловолокна, арамидного волокна, углеродного волокна или натурального волокна.
11. Отверждаемая композиция по п.10, где волокном является стекловолокно, обладающее длиной в диапазоне от 0,5 мм до б мм.
12. Отверждаемая композиция по п. 10 или п.11, где стекловолокно присутствует в количестве, приблизительно равном 9% от связующего.
13. Отверждаемая композиция по п. 2, где гомополимер изоцианата и соответствующей изоцианатной полимеризующей добавки выбирают из комбинаций гексаметилендиизоцианатный гомополимер : гексаметилендиизоцианат, метилендифенилдиизоцианатный гомополимер :
метилендифенилдиизоцианат, толуилендиизоцианатный гомополимер : толуилендиизоцианат, гомополимер полимерного метилендифенилдиизоцианата : полимерный
метилендифенилдиизоцианат, нафталиндиизоцианатный гомополимер : нафталиндиизоцианат, метилизоцианатный гомополимер : метилизоцианат.
14. Отверждаемая композиция по п. 2, где комбинация
гомополимера изоцианата и соответствующей изоцианатной полимеризующей добавки присутствует в количестве в диапазоне от 10 до 50 масс.% от связующего.
15. Отверждаемая композиция по п.14, где комбинация гомополимера изоцианата и соответствующей изоцианатной полимеризующей добавки присутствует в количестве, приблизительно равном 25 масс.% от связующего.
16. Способ изготовления проницаемого для жидкости композитного материала, включающий стадии получения отверждаемой композиции по любому одному из предшествующих пунктов, прессования отверждаемой композиции и отверждения композиции при температуре, приблизительно на 10°С превышающей температуру стеклования связующего, и после этого уменьшения температуры.
17. Способ по п.16, где способ включает стадию нанесения предварительного покрытия на частицы дисперсного материала при использовании вяжущего средства с отрегулированной вязкостью.
18. Способ по п.17, дополнительно включающий нанесение покрытия на частицы дисперсного материала с отвержденным нанесенным предварительным покрытием при использовании вяжущего средства.
19. Проницаемый для жидкости композитный материал, изготовленный из композиции по любому одному из п.п. от 1 до 15.
По доверенности
1/2
140519
Фиг.1
Вяжущий материал с материала включением плотных волокон
2/2