1. Сингенетические смолы. Основные отвердители. Состав и свойства.

Это высокомолекулярные соединения полимеризационного или конденсационного типа. Наиболее важные характеристики, указывающие на его пригодность для обработки грунтов: растворимость или диспергируемость в воде при введении в грунт или приготовлении инъекционных растворов, нерастворимость в воде и несмачиваемость после отвердения, способность к активному взаимодействию с минеральными поверхностями и сохранению прочных связей в системе грунт-вода-полимер, способность к адсорбции по отношению к глинистым минералам с образованием в дальнейшем хемосорбционных соединений, способность самопроизвольно растекаться по поверхности влажного грунта, сопротивляемость фих и хим воздействиям и биологическому разрушению, возможность применения полимера в небольших количествах или при значительном разведении, недифицитность и рентабельность.

Мочевиноформальдегидные (карбамидные), резорцинформальдегидные, фенолформальдегидные (фенольные), фурфуроланилиновые (ФАС), эпоксидные, кремнийорганические, лигносульфоновые и др.

Карбамидные или мочевиноформальдегидные смолы – производные мочевины. Они представляют собой продукты конденсации формальдегида (СН₂О) с мочевиной (карбамидом CO(NH₂)₂) и ее производными – тиомочевинной, меламином и др. В зависимости от условий конденсации (температуры, рН) получают либо растворимые плавкие продукты, либо нерастворимые неплавкие соединения. В качестве первичных продуктов при взаимодействии мочевины с формальдегидом в щелочных средах выделается диметилмочевина и монометилмочевина.

Карбамидные смолы – мутная сиропообразная жидкость, однородная. Содержание сухого вещества в ней составляет 50%, реакция среды – нейтральная. В присутствии кислот, кислых солей и кислых эфиров способны отверждаться на холоде, причем при этом поглощается вода и грунт обезвоживается. Введение HCl pH уменьшается до 2, что приводит к увеличению вязкости системы во времени, отверждению смолы и выделению побочных продуктов реакции – хлористого аммония, воды, формальдегида.

Для получения времени гелеобразования, равным 3-4 часам при концентрации смолы 48%, количество отвердителя (соляной кислоты) должно составлять 12-14%, а при концентрации смолы 36% - 8-10% от общего объема смеси.

Наряду с соляной кислотой в качестве отвердителя можно использовать щавелевую, что является более рентабельным и надежным при укреплении карбонатных грунтов.

Резорцинформальдегидные смолы характеризуются универсальностью действия и обеспечивают достаточно высокую прочность при небольшой добавке реагента. Смола образуется в результате сложных процессов взаимодействия резорцина (C₆H₄(OH)₂) и формальдегида. Смола способна к быстрой поликонденсации как при нормальной, так и при пониженной температуре в щелочной, нейтральной и кислых средах. Резорцин мало токсичен, хорошо растворяется в воде и хар-ся повышенной химич активностью. Смола способна связывать воду в количестве, превышающем массу реагентсмолообразователей в 2-2.5 раз. Для отверждения смолы можно использовать как щелочные, так и кислые реагенты – известь, силикат натрия, сульфат аммония, соляную кислоту и контакт Петрова, представляющий собой смесь сульфокислот, образующихся при обработке керосинового дистиллята серной кислотой или серным ангидридом. Количество отвердителя обычно составляет 1-2% от массы грунта. Соотношение резорцина к формальдегиду 1:1 или 1:2. Добавка составляет 5-7% от массы сухого грунта.

Фенольные смолы – продукт реакции фенола или карболовой кислоты (C₆H₅OH) и формалина. Преимущественно для связных грунтов. Водятся в количестве не менее 5% от веса грунта. В зависимости от соотношения фенола и формальдегида применяют кислые и щелочные катализаторы.

Наиболее изученные в отношении получения дорожно-строительного материала на основе грунтов – фурфуроланилиновая смола (ФАС). Продукт поликонденсации фурфурола (C₄H₃OCHO) и анилина (C₆H₅NH₂), способных вступать во взаимодействие при обычной температуре. Процесс поликонденсации происходит довольно быстро в слабокислой среде. Для получения смолы достаточно смешать компоненты в заданном соотношении (от 1:1.5 до 1:2.3) по весу. В грунт фурфурол и анилин вводятся в виде смеси составляющих, либо раздельно. Раздельное введение вследствие малой вязкости компонентов и способности к самораспределению по влажной поверхности зерен грунта облегчает их равномерное распределение их в массе грунта по мере перемешивания смеси. Первым следует разливать анилин.

Эпоксидные смолы – продукт поликонденсации веществ, содержащий эпоксигруппы, с веществами, имеющими подвижные атомы водорода (фенолы, спирты, амины). В рез-те взаимодействия с отвердителями линейные эпоксидные полимеры приобретают трехмерную структуру, полимеризуясь без побочных продуктов. Эпоксидные смолы имеют цвет от желтого до бронзового, консистенцию от вязкого до твердого в-ва, хорошо растворяются в органических растворителях. В качестве отвердителей на холоде применяют этилендиамин, гексаметилдиамин, диэтилентриамин, полиэтиленполиамин и другие полиамины, добавляемые к смоле в кол-ве 5-10%. Отвержденные эпоксидные смолы хар-ся высокой адгезией к различным материалам, механической прочностью и химич стойкостью. Способны совмещаться с другими смолами и минеральными наполнителями.

Лигносульфоновые смолы образуются в результате взаимодействия лигносульфонатов с сильными окислителями. Лигносульфонаты кальция составляют основную часть сульфидно-спиртовой барды (ССБ) – побочного продукта целлюлозно-бумажной промышленности. Хаар-ся высокой реакционной и адгезионной способностью. В результате окислительно-восстановительных реакций между лигносульфонатами и окислителями происходит полимеризация с образованием нерастворимого пространственного полимера, выделяющегося в виде смолообразного продукта. Существует несколько способов перевода этого вещества в водонерастворимое состояние. Первый – обработка бардяного концентрата соединениями хрома. Однако при этом выделяется ядовитый шестивалентный хром, поэтому этот метод опасен. Введение в смесь других реагентов сокращает выделение хрома, но полностью не нейтрализует его. Второй способ – обработка концентрата перекисью водорода в присутствии красной кровяной соли. При реакции лигносульфонов с перекисью формируются комплексные соединения. Окисление лигносульфонового комплекса и восстановление ККС приводит к образованию сложного органо-минерального соединения. В результате образуется водонерастворимый гель, время гелеобразования которого зависит от кол-ва ККС и перекиси.