Гранулированная гидрофобно-пластифицирующая добавка на основе отходов промышленности
Внедрение энергоресурсосберегающих технологий модифицированных строительных материалов и изделий. Расмотрение применение добавок как одного из путей улучшения качества и повышения технико-экономической эффективности цементных строительных материалов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.05.2018 |
| Размер файла | 111,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Гранулированная гидрофобно-пластифицирующая добавка на основе отходов промышленности
М.О. Иманов, к.т.н, проф, зав. кафедрой ДАиПМ
Е.К. Иманов, ассистент
Карагандинский государственный технический университет, кафедра СМиТ
Ключевые слова: добавки, отходы промышленности, гидрофобно-пластифицирующий, гидрофобизация, соапсток, кислая смолка, зола-унос, эмульсия, гранулированная добавка.
В настоящее время в Казахстане применение эффективных модификаторов сдерживается в связи с их дефицитностью, дороговизной (от 1000 до 3000 долларов США за 1 т и более, так как почти все эффективные модификаторы привозятся из-за рубежа) и отсутствием в республике их производства [1].
Строительная химия в Казахстане не развита, несмотря на то, что в республике имеются не только высококвалифицированные кадры, но и богатейшая сырьевая база, например, вторичные продукты нефтехимической, химической, масложировой, коксохимической и других отраслей промышленности [2].
Каждый случай использования добавок в технологии цементных материалов имеет как общие, так и специфические особенности. Современные эффективные химические модификаторы, как правило, состоят из двух, трех и более компонентов. Достаточно массовое применение в технологии бетонов получили многокомпонентные добавки:
- гидрофобно-пластифицирующие типа ГПД, КОД-С и др. (разработчики Г.И. Горчаков, М.И. Хигерович, А.Л. Томашпольский, А.Б. Есиркепов и др.;
- органо-минеральные типа ОМД, КОМД-С, МОД (разрабочики В.Б. Ратинов, В.И. Соловьев, А.Л. Томашпольский, А.Б. Есиркепов;
- суперпластификаторы типа С-3, «40-03» (разработчики В.Г. Батраков, Ю.М. Баженов, Р.Б. Ергешев и др.
Разработаны модификаторы нового поколения типа МБ-10-01, гипермода, СМФ и др. (разработчики В.Г. Батраков, С.С. Каприелов, В.И. Соловьев, Р.Б. Ергешев, А.А. Кулибаев и др.
Из числа многих известных технических ПАВ (поверхностно-активные вещества) особое место занимают добавки гидрофобно-пластифицирующего типа. Такие добавки, пластифицируя бетонные и растворные смеси различного свойства, повышают их удобоукладываемость и дают возможность сократить удельный расход цемента. Вместе с тем эти добавки, гидрофобизируя цементные материалы, значительно улучшают их свойства в отношении действия воды, агрессивных сред и замораживания, способствуя тем самым повышению долговечности конструкций 3. В качестве компонентов таких добавок используются ингредиенты, получаемые из продуктов и отходов нефтехимического синтеза, масложировой и целлюлозно-бумажной промышленности. Они не дефицитны, дешевы и не вызывают интоксикации организма человека 4, кроме того, одновременно решается проблема утилизации этих отходов.
Гидрофобно-пластифицирующие модификаторы представляют собой водоразбавимые дисперсии, получаемые диспергацией гидрофобизирующего ингредиента в водном растворе гидрофилизатора. Эти дисперсии хорошо совмещаются с другими ингредиентами комплексных модификаторов.
В проведенных исследованиях в качестве компонентов гидрофобно-пластифицирующей добавки использовали соапсток растительных масел и кислую смолку ректификации сырого бензола и золу-унос, соапсток-отход масложировой промышленности, получаемый при рафинации (нейтрализации растворами щелочей) жиров и масел - продуктов переработки подсолнечника, хлопка, льна и сои.
Соапсток - отход масложировой промышленности, получаемый при рафинации масел.
Он в основном состоит из натриевых солей (60-70%), триглицеридов (30-40%), преимущественно насыщенных жирных кислот. Известно, что эффективность соапстоков в цементных системах зависит от жирнокислотного баланса триглицеридов в соапстоках, а также от степени неопределенности и средней молекулярной массы.
Жирнокислотный баланс триглицеридов по данным ВНИИЖ приведен в таблице 1.
Таблица 1 Жирнокислотный баланс триглицеридов соапстоков (по данным МФ ВНИИЖ), %
|
Жирная кислота |
Соапсток |
||||
|
Льняной |
Подсолнечный |
соевый |
Хлопковый |
||
|
Миристиновая, C14:0 |
- |
- |
0,2 |
0,6 |
|
|
Пальмитиновая, C16:0 |
6,6 |
7,5 |
12,1 |
23,6 |
|
|
Стеориновая, C18:0 |
4,1 |
4,9 |
4,3 |
0,9 |
|
|
Арахиновая, C20:0 |
- |
1,0 |
- |
1,7 |
|
|
Олеиновая, C18:1 |
16,7 |
18,9 |
23,9 |
16,7 |
|
|
Линолевая, C18:2 |
20,2 |
67,7 |
52,9 |
56,1 |
|
|
Линолиновая C18:3 |
53,4 |
- |
6,6 |
- |
|
|
Средняя молекулярная масса |
281,6 |
279,54 |
277,5 |
274,94 |
|
Суммарное содержаниенепредельных соединений, % |
90,3 |
86,6 |
83,4 |
72,8 |
При работе с соапстоками следует обращать внимание на величину их непредельности. Из таблицы 1 видно, что соапстоки по степени непредельности и по величине средней молекулярной массы располагаются в ряд (в порядке убывания): льняной-подсолнечный-соевый-хлопковый.
Кислая смолка - побочный продукт переработки каменноугольной смолы, отход коксохимического производства, выбрасываемый в отвал или сжигаемый как выгорающий компонент шихты при производстве чугуна. Кислая смолка представляет собой черную массу, вязкую при нормальной температуре, с запахом бензола, ее плотность - 1.22-1.33 г/см3, кислотность - 6,4-24,2 %, зольность - 0,06-0,11 %, вязкость С10/60 - 7-11 секунд.
Кислая смолка ректификации сырого бензола содержит в своем составе алкиларилсульфокислоты, продукты сульфирования тиофена и остатки серной кислоты.
При смешивании кислой смолки и соапстока растительных масел происходит нейтрализация остатков серной кислоты, алкиларилсульфокислот щелочным компонентом соапстока. В результате нейтрализации образуются натриевые соли алкиларилсульфокислот, являющиеся эффективным поверхностно-активными веществами и сульфат натрия - ускоритель твердения бетона [5].
Для перевода кислой смолки в нейтральное состояние применяли соапсток растительных масел Карагандинского маргаринового завода.
Кислая смолка является отходом коксахимпроизводства и образуется в результате взаимодействия сырого бензола с серной кислотой для его очистки. Кислая смолка ректификации сырого бензола содержит в своем составе алкиларисульфокислоту, продукты сульфирования тиофена и остатки серной кислоты.
Следует отметить, что на АООТ «Испат Кармет» имеется кислая смолка ректификации коксохимического производства, которая, по данным ученых Алматинского НИИстромпроекта (К.К. Куатбаев, К.А. Нурбатуров, В.Р. Сердюк и др.), является ценным химическим продуктом, в частности для получения высокоэффективных поверхностно-активных веществ (ПАВ), применяемых в технологии автоклавных силикатных материалов.
При использовании кислой смолки в качестве пластификатора в бетонах ее предварительно обрабатывают едким натром 6 или карбонатом натрия 7, а при нейтрализации остатков серной кислоты и алкиларисульфокислот кислую смолку обрабатывали с соапстоком растительных масел.
В качестве трегера органоминеральных ингредиентов комплексного модификатора применялась зола-унос. Зола-унос - побочный продукт, образующийся при сжигании углей ГРЭС-1 города Караганды, следующего химического состава, %: SiO2 - 57,97; Al2O3 - 3,78; CaO - 0.74; Fe2O3 - 3,78; MgO - 0,6; SO3 - 0,167; ппп - 7,71.
Подробная характеристика зол-ТЭЦ приведена в научно-исследовательских работах профессора С.Ж. Сайбулатова и академика А.А. Кулибаева.
Применяемые золы по удельной активности Аэфф (радиационному фону) удовлетворяют требованиям критериев ГОСТ 3D108-94, т.е. Аэфф<370 Бк/кг, что позволяет их использовать в строительстве.
Удельная поверхность и плотность золы ТЭЦ соответственно составляла 2840 см2/г и 765 кг/м3.
В результате такой обработки получалась гидрофобно-пластифицирующая добавка в виде эмульсии 50-70%-й концентрации, хорошо разбавляемой водой. Также получали гидрофобно-пластифицирующую добавку в виде гранулированного порошка, для этого полученную эмульсию смешивали с золой ТЭС, которую подвергли дополнительному измельчению с помощью струйно-роторной установки (Россия, ТОО «Столица», Приложение А) до тонкости порядка 40 мкм. Далее полученный тонкодисперсный зольный наполнитель смешивался с обычной (не измельченной) золой в соотношениях (тонкий порошок : зола ) 1:1, 1:3 и 3:1. Полученные смеси наполнителя использовались для изготовления гранулированного модификатора. Результаты опытов представлены в виде рисунков 1.
Рисунок 1 - Влияние содержания тонкодисперсного наполнителя на качественные характеристики гранулированного модификатора
№1 - шкала однородности совмещения ингредиентов - 1:1, №1А
№2 - то же, продолжительность образования гранул - 1:3, №2А
№3 - то же время роспуска гранулы - 3:1, №3А
Обобщая результаты этих опытов (рисунок 1) можно прийти к выводу, что оптимальным соотношением - тонкий порошок: зола является 1:3 совмещения (перемешивания) компонентов модификатора с целью получения однородной смеси ингредиентов модификаторов.
Приготовленная таким образом добавка использовалась для получения гидрофобно-пластифицированного цемента (ГПЦ).
При этом ГПЦ получали в результате домолы портландцемента М400 АО «Карагандацемент» с гранулированной гидрофобно-пластифицирующей добавкой в лабораторной шаровой мельнице.
Дозировка добавки составляла 1% массы вяжущего, время помола 1 час. Результаты испытания ГПЦ приведены в таблице.
Эффект гидрофобизации определяли по ГОСТ-10178-85 методом нанесения капли на пробу цемента.
Из данных таблицы видно, что гранулированная добавка интенсифицирует помол цемента, а получаемый ГПЦ обладает как гидрофобными, так и пластифицирующими свойствами. Кроме того, полученный ГПЦ существенно улучшает отношение затвердевших цементных материалов к влиянию воды, агрессивных сред и замораживанию, являясь материалом более высокой качественной категории, чем классический гидрофобный цемент.
Таблица 2 Основные свойства ГПЦ
|
Вид цемента |
Насыпная плотность, кг/м3 |
Тонкость помола, % остаток на сите 008 |
Нормальная густота цементного теста |
Гидро-фобность, мин |
(В/Ц)/РКмм |
Прочность, МПа |
||
|
Rизг |
Rсж |
|||||||
|
Портланд-цемент М400 |
1150 |
4,0 |
28,0 |
-- |
0,44/110 |
5,5 |
39,5 |
|
|
ГПЦ |
980 |
2,0 |
27,0 |
30,0 |
0,44/135 |
5,6 |
40,5 |
|
|
ГПЦ |
980 |
2,0 |
27,0 |
30,0 |
0,42/110 |
5,75 |
41,5 |
Рисунок 2 - Технологическая схема приготовления гранулированных
комплексных модификаторов
1 - бункер водного раствора комплексного модификатора; 2 - то же плюс триэтаноламин; 3 - то же золы ТЭС (трегер); 4 - то же тонкодисперсного резинового порошка (демфирующий компонент); 5 - то же воды; 6 - гранулятор-смеситель; 7 - пост сушки гранулированного порошка; 8 - тарировочная
Объективным доказательством того, что эмульсия соапстока в водном растворе кислой смолки ректификации (модификатор КМФ-С) относится по своему химическому составу к эффективным ПАВ, являются полученные ИК-спектры (рисунок 2).
Анализ ИК-спектра показывает, что при нейтрализации кислой смолки щелочными ингредиентами, образуется натриевая соль этой кислоты, что согласуется с результатами работ, в которых, как известно, в качестве щелочного компонента применялся едкий натр.
Рисунок 3- ИК-спектр кислой смолки ректификации сырого бензола
Практика показывает, что применение модификаторов позволяет решить проблему получения бетонов заданных свойств с широким спектром условий эксплуатации, в том числе на засоленных грунтах в присутствии влаги. Однако модификаторы такого класса в Казахстане не производятся, имеют высокую стоимость и не всегда экономически выгодны для использования. Данное обстоятельство требует развития строительной химии в Казахстане. Реализация этого проекта возможна благодаря наличию богатейшей сырьевой базы, в частности продуктов нефтехимической, химической, масложировой и других отраслей промышленности.
Хорошая однородность распределения ингредиентов в дисперсной среде позволяет получить быстрее (порядка на 1-2 мин в сравнении с модификаторами без «тонкой золы») гранулированные добавки. Улучшились и показатели применения гранулированной добавки: время роспуска сократилось до 1 мин; хорошее однородное распределение модификатора в объеме готовой бетонной смеси.
Комплексными исследованиями установлено, что применение гидрофобизирующих модификаторов позволяет получить бетонные смеси с уменьшенным показателем водоотделения на 35-40 % в сравнении с бетоном без добавок и на 15-20 % - в сравнении с бетоном с суперпластификатором типа С-3; бетоны получаются высокой прочности (М300, М400 и более; для высокопрочных бетонов предпочтение следует отдать КМФ-М), высокой морозостойкости, коррозионной стойкости. Коэффициенты морозостойкости модифицированных бетонов составляют от 0,88 до 0,92 после 300 циклов испытаний, тогда как контрольные образцы Кмрз ? 0,75 достигли при 200 циклах.
строительный добавка цементный энергоресурсосберегающий
Список литературы
1. Перспективы химизации в строительстве / Под науч. ред. А.А. Кулибаева // Сб. научн. тр. ЗАО «НИИстромпроект». - Алматы, 2006. - С. 160.
2. Кулибаев А.А. О проблемах в строительной химии // Кабарлары= Вестник. - Бишкек, 2006. - Вып. 1. - С. 81-84.
3. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М.: Стройиздат, 1979.
4. Соловьев В.И. Бетоны с гидрофобизирующими добавками. Алматы: Наука, 1990.
5. Патент РК № 10319 на изобретение «Комплексная добавка к цементу и способ ее приготовления» / Копбаев Е.Ш., Соловьев В.И., Иманов М.О., Укшебаев М.Т., Мамбеков Б.Б., Есимханов С.Р., Хон С.И. Казпатент, 04.2001, 3 с.
6. А.с. № 643456 БИ. № 3, 1979.
7. А.с. № 814936 БИ. № 11, 1981.
Аннотация
УДК 666.342.666.9.015 ИМАНОВ М.О., ИМАНОВ Е.К. Гранулированная гидрофобно-пластифицирующая добавка на основе отходов промышленности
Для закрепления достигнутых темпов подъема строительства и реализации индустриальной политики на предприятиях строительного комплекса внедряются новые энергоресурсосберегающие технологии модифицированных строительных материалов и изделий. В статье расматривается один из путей улучшения качества и повышения технико-экономической эффективности цементных строительных материалов. Путем решения этой проблемы является применение добавок. К таким добавкам можно отнести поверхностно-активных веществ (ПАВ) из отходов промышленности. Это отходы нефтехимического синтеза, масложировой и целлюлозно-бумажной промышленности. В проведенных исследованиях добавки из отходов промышленности способны выгодно изменять ряд технологических эксплуатационных свойств как цементов, так и растворов, и бетонов. Одновреммно решается вопрос вторичного использования отходов промышленного производства.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Анализ отрасли строительных материалов в Республике Казахстан. Специализация предприятий, номенклатура изделий и их назначение. Технологический процесс изготовления бетонных и железобетонных конструкций, клееного бруса и клееных деревянных конструкций.
курсовая работа [387,9 K], добавлен 15.10.2014Теплопроводность материала. Теплоизоляция строительных конструкций. Изучение влияния влажности на свойства древесины. Возникновение коробления при механической обработке сухих пиломатериалов. Изготовление отделочных материалов на основе полимеров.
контрольная работа [156,0 K], добавлен 16.03.2015Перспективы развития ремонтных служб на предприятиях строительных материалов от финансового состояния и качества работы организаций. Значение технологии восстановления деталей для долговечности машины. Проведение капитального ремонта сушильного барабана.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 17.01.2011Механические свойства строительных материалов: твердость материалов, методы ее определения, суть шкалы Мооса. Деформативные свойства материалов. Характеристика чугуна как конструкционного материала. Анализ способов химико-термической обработки стали.
контрольная работа [972,6 K], добавлен 29.03.2012История развития ООО "УРСА Серпухов". Общая характеристика предприятия как одного из самых известных брендов строительных материалов. Ассортимент продукции, технологическая схема производства. Требования, предъявляемые к сырью, контроль качества.
отчет по практике [579,7 K], добавлен 09.08.2015Применение гидроизоляционных и рулонных кровельных материалов для защиты строительных конструкций, зданий и сооружений от агрессивных сред. Характеристика сырьевых материалов и расчет потребности в них на годовую программу цеха. Свойства линокрома.
контрольная работа [69,7 K], добавлен 18.03.2015Расчет процесса грохочения, который используется при переработке строительных материалов. Обзор конструкции грохотов. Основы вероятностной теории процесса грохочения, его основные показатели. Технологические и конструктивные параметры оборудования.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 02.03.2011Описание оборудования ОАО "Минский завод строительных материалов". Организация проведения планового обслуживания и ремонта, порядок проведения, механизации разборочно-сборочных и монтажных работ. Структура и функционирование ремонтно-механического цеха.
отчет по практике [3,0 M], добавлен 23.01.2014Классификационные признаки золы и шлаков для последующей технологии переработки. Опыт утилизации золы в европейских странах. Проблемы индустрии строительных материалов России по нерудным материалам и использованию золы-уноса, шлаков. Ведущие компании РФ.
статья [966,8 K], добавлен 17.07.2013Постоянное обновление ассортимента и существенное улучшение качества швейных изделий как основная задача швейной промышленности. Выбор материалов верха, подкладочных, прокладочных, скрепляющих материалов и фурнитуры для женского демисезонного пальто.
курсовая работа [42,1 K], добавлен 05.12.2013
