Особенности действия на гипсовые растворы замедлителя твердения на основе неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином

Полная исследовательская публикация ___________ Бердник И.В., Краснов С.А. и Будникова Ю.Г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

122 ____________ http://butlerov.com/ ______________ ©--Butlerov Communications. 2017. Vol.49. No.1. P.115-120.

г. Казань. Республика Татарстан. Россия. __________ ©--Бутлеровские сообщения. 2017. Т.49. №1. ________ 115

Лаборатория электрохимического синтеза

Особенности действия на гипсовые растворы замедлителя твердения на основе неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином

Бердник Ирина Витальевна

В виду того, что перед журналом стоит задача вхождения в базу данных Scopus и Web of Science, то мы должны приводить структуру статей в соответствие с их требованиями. Одним из таких требований является наличие 250 слов в тексте аннотации. В этой связи просим Вас переписать аннотацию и перевести исправленный вариант на английский язык.

Количество слов в аннотации можно узнать в MS Word 2003 выделив текст, войти в информационной панели в Сервис и затем в Статистику. В MS Word 2007, выделяют весь текст аннотации и на нижней информационной панели нажимают на секцию “Число слов”, в возникшем статистическом окошке смотрят численное значение.

Наиболее часто используемые замедлители твердения гипса обладают серьезным отри-цательным побочным эффектом - они снижают прочность гипса. Для повышения прочности существуют другие дополнительные добавки: определенные неорганические соли, полимеры, цемент и прочие. Однако их введение также часто может иметь негативные последствия, такие как эффекты ускоренного твердения, изменение цвета, усадка, растрескивание при хранении и потеря механической прочности при увлажнении.

Представлялось целесообразным создать композицию добавки, которая не имела бы вредных побочных эффектов, таких как изменение цвета, ухудшение внешнего вида, снижение прочности, снижение водостойкости.

Ранее исследовано влияние различных композиций 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты на твердение и прочность гипсовых и известково-гипсовых растворов, показана их эффективность [1, 2]. На основании полученных результатов оптимизирован состав замедлителя твердения и создана композиция добавки неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином формулы I, в форме 50%-ного водного раствора (Стоймод Г1), что наиболее удобно при практическом использовании.

Данная работа посвящена исследованию влияния добавки неполной соли 1-оксиэти-лиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином - Стоймод Г1 на твердение гипса различных марок и известково-гипсовых растворов, исследованию прочности и водостойкости полученных материалов и сравнению действия синтезированной добавки с действием других известных добавок.

Экспериментальная часть

Получение соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином проводили при комнатной температуре путем добавления 1 массовой части триэтаноламина к водному раствору 2 массовых частей 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты и выдерживания реакционной массы при перемешивании в течение 3-х часов для завершения процесса.

Приготовление гипсовых образцов и испытания проводили согласно государственным стандартам по методике описанной ранее [2]. Для определения сроков схватывания использовали стандартное коническое кольцо и прибор Вика. Временем начала схватывания считали количество минут, истекших с момента затворения до момента, когда свободно опущенная игла первый раз не доходит до дна. Гипс считали затвердевшим при погружении иглы на 1-3 мм или менее.

Образцы гипса для физико-механических испытаний готовили в стандартных формах [3]. Прочность на растяжение при изгибе определяли по п.6 [4]. Прочность на сжатие определяли после измерения растяжения по п.5 [4]. Водопоглощение определяли по п.9 [4] выдерживанием в воде при комнатной температуре в течение 4 часов.

Оборудование: Прибор Вика для определения сроков схватывания - ОГЦ-1, Стол формовочный (встряхивающий) - ФС-11. Форма для образцов ФСБ-22, ФСБ-23 (число гнезд 3, размер 160Ч40Ч40). Машина разрывная для определения предела прочности на изгиб ИР-5040-15. Пресс для определения предела прочности при сжатии ИП-500. Прибор Сутгарта: Цилиндр из нержавеющего металла с полированной внутренней поверхностью (внутренний диаметр - 50 мм, внешний диаметр - 60 мм, высота 100 мм) для определения стандартной консистенции гипсового теста.

Принятые сокращения: ТПФ - триполифосфат натрия, КОДФ - калиевая соль оксиэтилиденди-фосфоновой кислоты, ВК - винная кислота, ЛК - лимонная кислота, НТФ - нитрилотрифосфоновая кислота, ОЭДФ - оксиэтилидендифосфоновая кислота.

Результаты и их обсуждение

1. Влияние добавки неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином на скорость твердения гипса

Влияние добавки на сроки твердения различных видов гипса представлены в табл. 1. Данные табл. 1 показывают, что эффект замедления твердения начинает заметно проявляться при концентрации замедлителя 0.1% от массы вяжущего. При этой дозировке сроки схватывания увеличиваются в два раза. При большей дозировке добавки степень замедления процесса твердения гипса зависит от дозировки добавки и вида гипсового связующего. Она возрастает по мере роста концентрации замедлителя до 0.2% и еще больше при концентрации 0.4%. Это касается как строительного гипса низких марок, Г4 и Г6, представляющих собой ?-модификацию полугидрата сульфата кальция, так и гипса Г-16, являющегося -модификацией полугидрата сульфата кальция. Также это касается гипсово-известковых смесей. На быстротвер-деющие гипсовые вяжущие добавка действует слабее, чем на твердеющие со средними скоростями и медленнотвердеющие, особенно при более высоких концентрациях добавки. Замедляющее действие низких концентраций добавки на гипсово-известковые смеси выражено наиболее сильно. Гипотеза о механизме действия добавок такого типа, связанном с образованием комплексов с ионами кальция связующего, рассматривалась в ранее опубликованной работе [2].

Она заключается в том, что основной действующий компонент добавки - 1-гидрокси-этилиден-1,1-дифосфоновая кислота, образуя водорастворимые комплексы с ионом кальция связующего, тормозит образование кристаллических зародышей дигидрата сульфата кальция и их дальнейший рост. Табл. 1 позволяет осуществить ориентировочный подбор дозировки добавки соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином для получения тре-буемой степени замедления. При использовании в условиях производства желательно проводить предварительный лабораторный подбор дози-ровки для достижения требуемой степени замед-ления.

Табл. 1. Влияние добавки неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином на сроки схватывания различных видов гипса

2. Влияние добавки неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином на пределы прочности гипса при сжатии и изгибе

Исследовано действие добавки соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином на гипс средне- и быстро-твердеющих марок Г6, Г5, Г4 а также гипс марки Г16, в том числе и в различных темпера-турных условиях твердения. Это исследование представляет особенный интерес так как обна-руживает неожиданные свойства добавки: если обычно органические замедлители снижают прочность гипса, то замедлитель стоймод Г1 в концентрации почти до 0.2% не снижает проч-ности и даже несколько ее увеличивает, что демонстрируют данные табл. 2.

Табл. 2. Влияние добавки неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином на прочность гипса в зависимости от условий твердения.

Выявлен нелинейный характер зависимости прочности гипса на сжатие и изгиб от количества добавки с максимумом, приходящимся на относительно низкие дозировки 0.05-0.15% (рисунок), с сохранением прочности до 0.2% и снижением прочности при больших дозировках для всех видов гипса. кислота гипс сульфат кальций

Что касается температурных воздействий, то гораздо более прочный гипс получается в условиях твердения при более высоких температурах, например 26 оС, чем при низких температурах - 14 оС, что соответствует известным из литературы закономерностям [3].

Рисунок. Зависимость прочности гипса от концентрации добавки соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином (ряд 1 - прочность к изгибу, ряд 2 - прочность на сжатие, твердение при 14 оС)

Табл. 2 включает кроме данных прочности значения плотности полученных гипсов. Материалам с наибольшей прочностью приблизительно соответствует и большая плотность, что свидетельствует о несколько меньшей пористости гипсов с небольшими добавками Строймод Г1.

3. Сравнение действия добавки соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином с действием других известных добавок

С целью сравнения влияния добавки соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином состава 4:1 на скорость твердения, прочность и прочие свойства гипса проведен ряд экспериментов, в которых для замедления твердения гипса использованы и другие замедлители: винная кислота, триполифосфат натрия, Plast Retard. Таблица включает несколько серий экспериментов, проведенных в разное время и в разных условиях. Поэтому корректные сравнения проведены лишь в пределах каждой серии. Результаты представлены в табл. 3.

Табл. 3. Сравнительный анализ действия замедлителей твердения на гипс марки Г5

При сравнимой степени замедления, в первой серии экспериментов триполифосфат понизил прочность строительного гипса Г4 после 28 суток в 3 раза. Самый эффективный замедлитель - Plast Retard PE. Он так же эффективен, как триполифосфат в концентрации на порядок меньше, но снизил прочность гипса вдвое. Добавка ОДФК оказалась слабым замедлителем, и всего на 50% замедлила твердение, приведя к понижению прочности приблизительно на 40% при вдвое большей, чем Plast Retard PE концентрации. Полная калиевая соль КОДФК оказалась более эффективной, но снизила прочность гипса более чем в 2 раза. Добавка Строймод Г-1 замедлила твердение слабее, чем КОДФК, но дала возможность сохранить прочность.

Вторая серия экспериментов табл. 3 показывает, что добавка неполной соли 1-окси-этилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином по эффективности воздействия на твердение гипса в низких концентрациях 0.1% сопоставима с винной кислотой, хотя уступает лимонной кислоте и ее калиевой соли, а также нитрилотрифосфонофой кислоте. Однако по способности сохранять прочность ее можно сравнить лишь с НТФ.

4. Исследование влияния добавки неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином на влагопоглощение гипса

Как показывает опыт, уровень влагопоглощения гипса под действием добавки соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином в исследуемом интервале концентраций добавки меняется незначительно. В некоторых случаях есть соответствие более низкого влагопоглощения, характерного для более прочных образцов с более высокой плотностью. При более высоких дозировках добавки, когда наблюдается падение прочности и уменьшение плотности, степень водопоглощения растет. Можно предполагать, что с одной стороны, в оптимальных концентрациях добавка обеспечивает формирование более плотной кристаллической упаковки, которая имеет меньше пор и медленнее впитывает воду, а с другой, сама же добавка повышает степень гидрофильности. Эффекты противоположно направлены и уравновешиваются, пока концентрация добавки сравнительно невелика. По сравнению с добавкой соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином, добавки кислот ВК и ЛК, в меньшей степени КЛК, снижают степень влагопоглощения гипса, Результаты иллюстрируются в табл. 2 и 3.

Выводы

Добавка неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином является замедлителем твердения гипса и известково-гипсовых растворов. Она замедляет твердение гипса и гипсовых растворов, не снижая их прочности и незначительно изменяя водопоглощение, в дозировке до 0.2% от массы гипса. По эффективности замедления сопоставима с винной кислотой. В дозировке 0.1-0.15% добавка 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином увеличивает прочность гипса.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке ГНО «Инвестиционно-венчурного фонда РТ» по договору целевого финансирования № 18/12 от 12 декабря 2008 года «Новые высокоэффективные регуляторы твердения строительных смесей» (2009-2010 г.г.), а также "Инновационно-произ-водственного технопарка "Идея" по Государственному контракту № 6207р/8552 от 7 июля 2008 года “Разработка новых высокоэффективных регуляторов твердения строительных смесей”.

Литература

[1] Патент РФ №2432333. Магдеев И.М., Будникова Ю.Г., Левин Я.А., Краснов С.А., Бердник И.В., Синяшин О.Г.; Добавка для замедления схватывания гипса. С04B 11/00, C04B 22/06, C04B 22/08, C04B 103/14. 27.10.2011.

[2] Бердник И.В., Краснов С.А., Магдеев И.М. Влияние замедлителей твердения на основе 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты НА свойства гипсовых вяжущих. Бутлеровские сообщения. 2013. Т.34. №6. С.76-82. ROI: jbc-01/13-34-6-76; I.V. Berdnik, S.A. Krasnov, and I.M. Magdeev. Influence of retarders on the base of 1-hidroksyethilidene-1,1-diphosphonium acids on gypsum plasters properties. Butlerov Communications. 2013. Vol.34. No.6. P.76-82. ROI: jbc-01/13-34-6-76

[3] Булычев Г.Г. Смешанные гипсы. М. 1952. 256с.

[4] ГОСТ 23789-79 (стандарт СЭВ 826-77 в части методов испытаний) Вяжущие гипсовые. Методы иcпытаний. М.: Изд-во Стандартов. 9с.

[5] ГОСТ 24211-2003. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. М.: Изд-во Стандартов. 8с.

[6] ГОСТ 30459-2003. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности. М.: Изд-во Стандартов. 21с.

Аннотация

Исследовано влияние добавки неполной соли 1-оксиэтилиден-1,1-дифосфоновой кислоты с триэтаноламином на сроки твердения и свойства гипса различных марок. Обнаружено, что дозировка добавки существенно определяет степень замедления процесса твердения, которая в зависимости от вида гипса может достигать кратности 75. Установлено, что добавка в дозировке до 0.1% от массы гипса увеличивает его прочность, что может быть связано с формированием под действием добавки относительно плотной и однородной мелкокристаллической структуры дигидрата сульфата кальция. Показано, что добавка оказывает слабое воздействие на степень водопоглощения гипса. Добавка может быть использована в качестве мягкого регулятора твердения гипса и гипсовых растворов без побочных эффектов снижения прочности в дозировке до 0.2% от массы гипса.

Ключевые слова: 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновая кислота, триэтаноламин, гипс, замедлитель схватывания и твердения гипсовых вяжущих.

Размещено на Allbest.ru