Ткач Е.В. Модификаторы в строительной технологии - файл n1.doc

Ткач Е.В. Модификаторы в строительной технологии
скачать (1443.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1444kb.03.11.2012 02:08скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6

2. 2 Добавки, регулирующие схватывание и твердение бетона

и раствора
2. 2. 1 Добавки -замедлители схватывания и твердения

В последнее десятилетие бурными темпами развивается монолитное строительство. Для обеспечения монолитности возводимых конструкций желательно бетонировать их непрерывно. Однако это возможно при незначительных объемах работ и для строительства сравнительно простых конструкций. Во всех остальных случаях трудно избежать перерывов в бетонировании конструкций, и поэтому на строительных площадках вынуждены прибегать к устройству так называемых "рабочих швов".

Рабочие швы – ослабленное место, поэтому они должны устраиваться в сечениях, где стыки старого и нового бетона не могут отрицательно влиять на прочность конструкции. Их устройство связано с определенными трудностями и дополнительной затратой рабочего времени, так как для надежного сцепления нового бетона со старым необходимо тщательно обрабатывать поверхность ранее уложенного бетона. Для этого следует кромку схватившегося бетона очищать от цементной пленки, обнажать крупный заполнитель, продувая сжатым воздухом и промывая струей воды либо протирая проволочными щетками. Всего этого комплекса работ можно избежать, если вести бетонирование непрерывно или с такими перерывами, в течение которых процесс схватывания ранее уложенной смеси еще не начинается.

Одним из возможных технологических решений в таких случаях может служить введение в бетонную смесь замедлителей схватывания и твердения бетона. Такой прием должен осуществляться с учетом графика бетонных работ и подачи бетонной смеси к месту бетонирования.

Другое важное направление использования добавок-замедлителей схватывания связано с необходимостью транспортирования бетонной смеси на значительные расстояния, а также сохранения технологических свойств смесей в случае возникновения в производстве бетонных работ технологических перерывов.

В производстве сборных бетонных и железобетонных изделий добавки-замедлители схватывания применяют при изготовлении наружных стеновых панелей для вскрытия поверхностного слоя и обнажения декоративного заполнителя после ускоренного твердения.

Механизм действия добавок-замедлителей схватывания и твердения бетона заключается в торможении процессов гидратации и гидролиза клинкерных минералов, т.е. обусловливает замедленное выделение свободной извести в раствор и замедляет процессы коагуляции и сближения зерен цемента и его гидратных новообразований. Вследствие этого интенсивность схватывания затворенных водой клинкерных цементов замедляется [49].

Схватывание цементного теста может быть замедлено и в результате действия добавок, которые, не препятствуя гидратации и гидролизу клинкерных минералов, быстро связывают свободную известь, выделяющуюся из C3S. Замедление процессов схватывания вызывается также влиянием отдельных электролитов, которые, в зависимости от их содержания в цементном тесте, могут препятствовать коагуляции коллоидного раствора и гидратных новообразований.

По требованиям надежности добавки, замедляющие схватывание, должны увеличивать время потери подвижности смеси от исходного значения до 2 см в 2 раза и более (при температуре окружающего воздуха 20±2 °С).

Для добавок, замедляющих твердение бетона и раствора, критерием служит снижение прочности бетона на 30% и более в возрасте до 7 суток. При этом в проектном возрасте через 28 суток прочность бетона увеличивается, а проницаемость – снижается.

Строительная практика располагает определенным опытом по применению следующих видов добавок замедлителей схватывания и твердения бетонных и растворных смесей.

• Нитрилотриметиленфосфоновая кислота НТФ. Белый кристаллический порошок, легко растворимый в воде и нерастворимый в органических растворителях. При передозировке возможно снижение прочности бетона и раствора. Добавка эффективна для всех видов цемента, в том числе и для высокоалюминатных. Обладает пластифицирующим действием, не вызывает коррозии арматуры в железобетоне. Рекомендуемая дозировка – 0,02..0,15% массы цемента.

• РСБ-500 (ИСБ-500). Добавка-замедлитель для монолитного строительства. Растворы производства нитрилотриметиленфосфоновой кислоты. Не содержит веществ, вызывающих коррозию арматуры. Рекомендуемая дозировка – 0,02..0,15% массы цемента.

• Кормовая сахарная патока (меласса) КП. Продукт, являющийся отходом сахарной промышленности, в виде густой вязкой жидкости темно-коричневого цвета, хорошо растворимой в воде. Наблюдается замедленный набор прочности бетона и раствора в возрасте до 7 суток. Обладает пластифицирующим действием; не рекомендуется применять для сборного железобетона. Дозировка – 0,05..0,3%.

• Молочная сыворотка. Отход производства молочной промышленности, представляющий собой желтоватую жидкость, в состав которой входят молочный сахар, жир, белок. Особенно сильное замедляющее действие при введении сыворотки непосредственно в строительный раствор или бетонную смесь. Обладает пластифицирующим действием. Оптимальное количество добавки – 1,5..3% массы цемента

Добавки зарубежных производителей:

• Аддимент ВЗ 2 (Addiment VZ 2). Добавка-замедлитель с пластифицирующим действием для монолитного строительства. Не содержит веществ, вызывающих коррозию арматуры. Рекомендуемая дозировка – 0,2..0,7% массы цемента. Производитель: AddimentSika (ФРГ).

• Аддимент ВЗ б (Addiment VZ 6). Добавка – сильный замедлитель для растворов, легких и пенобетонов. Рекомендуемая дозировка – 0,2..1,7% массы цемента. Производитель: Addiment Sika (ФРГ).

• Перамин Р (Peramin R). Добавка-замедлитель в виде прозрачного раствора на основе фосфатов. Рекомендуемая дозировка – 0,2..1,0% массы цемента. Производитель: ООО "Уралпласт".

• Поззолит 100-ИксР (Pozzolith 100-XR). Добавка замедлитель с пластифицирующим действием. Жидкость от коричневого до черного цвета. Рекомендуемая дозировка – 0,2..0,3% массы цемента. Производитель: Люберецкий комбинат СМиК.

• Сементол Ретард (Cementol Retarde). Замедлитель с пластифицирующим действием для бетонных и растворных смесей, который предварительно смешивают с водой и добавляют в сухую смесь. Рекомендуемая дозировка – 0,2..0,8% массы цемента. Производитель: ТКК (Словения).

• Зика Ретард (Sika Retarder). Высоко эффективный замедлитель схватывания на основе модифицированных фосфатов. Совместим со всеми видами портландцемента, включая шлакопортландцемент. Желтовато-коричневая жидкость плотностью 1,13 кг/л. Продукт не содержит хлоридов. Рекомендуемая дозировка – 0,2..2,0% массы цемента. Производитель: Sika (Швейцария).

• Глюконат натрия. Соль натрия глюконовой кислоты, полученная из глюкозы путем ферментации. Обладает пластифицирующим и водоудерживающим действием. Мелкокристаллический порошок или гранулят от белого до коричневого цвета; полностью биоразлагаем; хорошо растворим в воде. Рекомендуемая дозировка 0,05..0,25% массы цемента. Производитель: Bang&Bonsomer концерна МАПЕИ (Италия).

Кроме указанных в качестве добавок-замедлителей схватывания бетонных смесей и твердения бетона могут быть использованы средне- и слабопластифицирующие добавки повышенной концентрации, например, ЛСТ, УПБ, а также кремнийорганическая жидкость 113-63 (бывший ФЭС 66), этилгидридсесквиоксан ПГЭН, гексаметафосфат, животный клей (костный, мездровый), крахмал, декстрин и другие.

Влияние перечисленных добавок на прочность и долговечность бетона, зависящее от кинетики формирования в их присутствии структуры цементного камня и от их участия в химических реакциях, не может быть предсказано априори. Поэтому содержание добавок в бетонах или растворах устанавливается экспериментально с одновременной проверкой прочности при сжатии в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.
2. 2. 2. Добавки – ускорители схватывания и твердения
В монолитном строительстве при бетонировании бетонных и железобетонных конструкций в ряде случаев возникает необходимость ускорить рост прочности уложенного бетона с целью сокращения сроков его выдержки перед распалубкой с последующим ускорением строительного процесса. Для этого эффективно использование электролитов – добавок– ускорителей схватывания бетонных смесей и твердения бетона.

Значительный эффект от использования добавок ускорителей имеет место и в технологии сборного бетона и железобетона. Сокращение сроков схватывания цемента и интенсификация его твердения актуальны как для бетонов нормально влажностного твердения, так и подвергаемых тепловлажностной обработке, причем не только для бетонов на плотных, но и на пористых заполнителях.

При производстве сборных конструкций в условиях полигона, когда тепловая обработка не предусматривается, добавки-ускорители твердения позволяют сократить выдержку отформованных изделий в формах и, таким образом, уменьшить требуемое количество форм, а, следовательно, и металлоемкость производства. Кроме того, сокращается производственная площадь, необходимая для выдерживания отформованных изделий.

В заводских условиях производства сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций применение добавок-ускорителей схватывания и твердения позволяет сократить время тепловлажностной обработки, что ускоряет оборачиваемость форм и тепловых агрегатов. Это способствует снижению металлоемкости производства и сокращению энергетических затрат на тепловую обработку. Благодаря введению добавок-ускорителей удается снизить расход цемента, причем дополнительное использование совместно с электролитами пластифицирующих органических добавок обеспечивает возможность снижения клинкерного вяжущего до 12..15%. Таким образом, применение добавок-ускорителей схватывания и твердения является эффективным технологическим приемом, позволяющим снизить себестоимость продукции и улучшить технико-экономические показатели деятельности предприятия [45, 46].

Другим важным направлением использования добавок ускорителей схватывания и твердения является бетонирование конструкций при отрицательной температуре. В этом случае роль добавок заключается в ускорении процессов гидратации и твердения цементного теста с целью формирования бетона с достаточной "критической" прочностью, которая могла бы обеспечить его сопротивляемость давлению замерзающей в порах воды и формирование мелкопористой структуры цементного камня и бетона. Это дает возможность замораживания бетона до температур ниже расчетной без опасности его размораживания, так как в бетоне резко сокращается количество свободной воды, а формирующаяся мелкопористая структура исключает возможность замерзания воды в порах при обычных зимних температурах.

Основным критерием эффективности добавок ускорителей схватывания бетонных и растворных смесей является ускорение процесса схватывания на 25% и более (при температуре окружающего воздуха 20±2 °С). Для добавок ускорителей твердения бетона по требованиям надежности необходимо повышение прочности бетона на 20% и более в возрасте 1 суток нормального твердения.

В настоящее время нашли применение следующие виды добавок-ускорителей схватывания и твердения бетона

• Поташ П (карбонат калия К2СО3). Продукт в виде кристаллического порошка белого цвета – соль с сильно выраженными щелочными свойствами. Наблюдается быстрое схватывание бетонной смеси, получение бетона с крупнопористой структурой. Дозировка добавки – до 5% массы цемента.

• Хлорид кальция ХК. Кристаллический порошок белого цвета в виде СаСl2 или дигидрата СаСl2 2H2О, а также водных растворов. При длительном стоянии на воздухе порошок расплывается.

• Нитрат кальция НК. Выпускается в виде кристаллов Ca(NO3)2 или тетрагидрата Ca(NO3)220. Продукт бесцветный, хорошо растворим в воде.

• Нитрит-нитрат кальция ННК. Смесь нитрита и нитрата кальция в соотношении по массе 1:1 в виде водного раствора или пасты. Не допускается смешивать с растворами ЛСТ.

• Нитрит-нитрат-хлорид кальция ННХК. Продукт, получаемый смешением нитрит-нитрата кальция с хлоридом кальция в соотношении 1:1. Водный раствор желтоватого цвета с плотностью 1,1..1,3 г/см3.

• Сульфат натрия СН. Кристаллы белого цвета с желтым оттенком в виде декагидрата Na2SO4 10Н2О или безводной соли. Трудно и ограниченно растворимые в воде.

• Нитрат натрия НН. Бесцветные кристаллы в виде NaNO3. He гигроскопичен, хорошо растворим в воде, при нагревании разлагается с выделением кислорода.

• Хлорид натрия ХН. Кристаллический порошок белого цвета, растворимый в воде. Применение в железобетоне ограничено, так как происходит интенсификация коррозии оборудования и арматуры в бетоне. Рекомендуемая дозировка – до 4% массы цемента.

• Тиосульфат натрия ТН. Отход производства хромовых соединений. Неслеживающиеся бесцветные кристаллы Na2S2O3, хорошо растворимые в воде. Рекомендуемая дозировка – 1..3% массы цемента.

• Зеленый щелок ЗЩ. Отход серийного производства, получаемый в результате регенерации щелоков после варки целлюлозы по сульфатному способу. Жидкость от светло-зеленого до темно-зеленого цвета. Используют как в качестве индивидуальной добавки, так и в комплексе с пластифицирующими (ЛСТ) и воздухововлекающими (СНВ, ГКЖ-10 и другими). Оптимальная дозировка – 0,02..011% массы цемента.

• Лигнопан Б-2. Ускоритель твердения пластифицирующего действия на основе неорганических солей для бетонов и растворов. Продукт в виде водного раствора 30%-й концентрации или порошка, легко растворимого в воде. Не содержит хлоридов, не вызывает коррозии бетона и арматуры. Дозировка – 0,6..1,5%.

• Лигнопан Б-2Т. Ускоритель твердения и пластификатор на основе неорганических солей для производства изделий на линиях безопалубочного формования. Порошок или водный раствор 30%-й концентрации. Не содержит хлоридов, не вызывает коррозии бетона и арматуры. Дозировка – 0,6..1,5%.

• Лигнопан Б-2У. Ускоритель твердения с замедлением начала схватывания на основе неорганических солей. Порошок или водный раствор 30%-й концентрации. Не содержит хлоридов, не вызывает коррозии бетона и арматуры. Дозировка – 0,8..1,5%.
Добавки зарубежных производителей:

• Аддимент БЕ 2 (Addiment BE 2). Сверхсильный ускоритель схватывания и твердения, применяемый при торкретировании бетона или ремонтных работах. Добавка в виде порошка. Рекомендуемая дозировка – 2,0..4,5% массы цемента. Производитель: Addiment Sika (ФРГ).

• Аддимент БЕ 5 (Addiment BE 5). Ускоритель схватывания и твердения, применяемый для изготовления бетонных изделий и для зимнего бетонирования. Добавка в виде порошка. Рекомендуемая дозировка – 1,0..2,1% массы цемента. Производитель: Addiment Sika (ФРГ).

• Аддимент БЕ 6 (Addiment BE 6). Жидкий ускоритель схватывания для ремонтных работах. Рекомендуемая дозировка – разбавление водой в зависимости от назначения в соотношении от 1:1 до 1:6. Производитель: Addiment Sika (ФРГ).

• Перамин A (Peramin А). Добавка-ускоритель в виде прозрачного раствора на основе тиоцианата; не содержит ионов хлора. Рекомендуемая дозировка – 0,3..0,7% массы цемента. Производитель: ООО "Уралпласт".

• Сементол Омега П (Cementol Omega P). Добавка-ускоритель для бетонных и растворных смесей. Рекомендуемая дозировка – 1,0..2,5% массы цемента. Производитель: ТКК (Словения).

• Карбонат лития. Добавка-ускоритель на основе карбоната лития. Белый тонкодисперсный порошок без запаха; используется для бетонных и растворных смесей на высокоалюминатном цементе. Производитель: фирма Bang&Bonsomer концерна МАПЕИ (Италия).

Добавки-ускорители твердения, интенсифицируя процесс гидратации цемента и оказывая положительное влияние на формирование структуры цементного камня, на основании данных позволяют:

– повысить подвижность бетонной смеси на 2..4 см или уменьшить расход воды на 2..3% для равноподвижных смесей;

– повысить прочность бетона при сжатии после ТВО на 5..10% при условии получения более подвижных смесей (без уменьшения расхода воды и цемента) и на 10..20% при условии получения равноподвижных смесей (с уменьшенным расходом воды);

– уменьшить расход цемента на 5..10% при условии получения равнопрочных бетонов (с уменьшенным расходом цемента и воды);

– повысить морозостойкость бетона на 0,5..1 марку при условии получения равно подвижных смесей или равнопрочных бетонов;

– повысить водонепроницаемость бетона на 0,5..1 марку.

2.3 Добавки, снижающие проницаемость бетона, повышающие прочность, коррозионную стойкость, морозостойкость бетона и железобетона

2. 3. 1 Добавки-регуляторы структуры и свойств бетона
Управление процессом структурообразования бетона позволяет сознательно создавать определенное состояние системы твердеющего бетона, соответствующее принятым способам обработки, выбирать целесообразные технологические приемы и достигать при этом максимального экономического эффекта производственного процесса.

В процессе твердения вяжущего образуется система, состоящая из кристаллогидратов новообразований, непрореагированных с водой зерен цемента, оставшейся жидкой фазы воды и пор. Новообразования в структуре микробетона представлены, в основном, в виде двух структур – коагуляционной и кристаллизационной.

Важным элементом структуры цементного камня, играющим большую роль в формировании физико-механических свойств бетона, являются поры. Пористость в значительной степени предопределяет экономичность применения бетона в конструкциях.

Как известно, общая пористость бетона зависит в основном от количества воды затворения, вида и расхода вяжущего, от количества вводимого порообразователя, времени перемешивания смеси и других факторов. Сам процесс твердения цемента является источником образования пор. Различают следующие группы пор микробетона: гелевые, контракционные, капиллярные, воздушные ("условно замкнутые"). Кроме перечисленных в бетоне могут создаваться и другие виды пор и пустот, которые условно можно отнести к "структурным".

Образующаяся в результате взаимодействия вяжущего с водой контракционная и гелевая пористость имеет размеры 1·10-6..10·10-6 мм для контракционных пор 15·10-8..40·10-8 мм и для гелевых пор при общем их объеме порядка 1,5..2,5%. Объем таких пор зависит от минералогического и вещественного состава цемента и его расхода. Гелевая и контракционная пористость, не оказывая существенного влияния на физико-механические свойства бетонов, может выполнять роль резервной, что способствует повышению морозостойкости бетона.

Размер "условно замкнутых" пор, образующихся в результате воздухововлечения и микрогазообразования, колеблется в достаточно широких пределах: от 1·10-3 мм до 300·10-3 мм и более. Их размеры зависят от характеристик исходных материалов и состава бетона, времени перемешивания бетонной смеси и других факторов. Такие поры могут существенно снизить среднюю плотность бетона. Вместе с тем, благодаря блокированию капилляров и образованию резервной пористости, такие микропоры способствуют повышению морозостойкости и водонепроницаемости бетона, а также его трещиностойкости, так как они являются своеобразными демпферами ("поглотителями") развивающихся микротрещин [50].

Капиллярные поры, образующиеся в процессе испарения избыточной воды, располагаются, прежде всего, в межпоровых перегородках, создавая таким образом сообщающуюся систему пор. Размер таких пор колеблется в пределах 1·10-3...1·10-4 мм, а содержание в объеме достигает 7..15%.

Капиллярные поры существенно влияют на прочность и коэффициент конструктивного качества бетона. От объема пор зависит гигроскопичность материала: при увеличении капиллярной пористости увеличивается водопоглощение и равновесная влажность, что приводит к повышению теплопроводности и снижению прочности бетона.

Таким образом, капиллярные поры, незначительно увеличивая общую пористость, оказывают негативное влияние на физико-механические свойства и показатели назначения бетона.

Одним из технологических приемов направленного структурообразования бетона является введение в его состав эффективных модифицирующих добавок.

При производстве высокопрочных бетонов, когда водоцементное отношение может ограничиваться значением В/Ц = 0,3 и менее, обязательно применение водоредуцирующих добавок, которые позволяют в значительной степени сократить водосодержащие и улучшить структуру твердеющего бетона. При этом добавки обеспечивают и технологические требования по удобоукладываемости бетонных смесей.

Для изготовления особо ответственных бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в средне- и сильноагрессивных средах, требуется получить плотную структуру и снизить проницаемость бетона. В этих случаях применяют кольматирущие (уплотняющие) добавки, способствующие удалению воздуха и кольматации пор.

В технологии бетона одним из основных вопросов, определяющих высокую прочность и высокую морозостойкость бетона, является вопрос об оптимальных параметрах "условно замкнутых" пор. Наиболее распространенным подходом для получения морозостойких бетонов является обеспечение общего содержания воздуха (газа) в бетонной смеси. Принято считать, что оптимальный объём пор, обеспечивающий высокую морозостойкость без значительной потери прочности, составляет 2...4%. Для образования мелкопористой структуры бетона, т.е. для придания бетону или раствору требуемых свойств (по морозостойкости, коррозионной стойкости), во многих случаях искусственно создаются поры и пустоты. Для этого в бетон вводят воздухововлекающие и микрогазообразующие добавки.

Для повышения защитного действия бетона по отношению к стальной арматуре изделий и конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия агрессивных хлоридных сред, в состав бетонной смеси следует вводить добавки ингибиторов коррозии стали.
2. 3. 2 Водоредуцирующие добавки
Водоредуцирующие добавки – это вещества, позволяющие получать бетонную смесь требуемой удобоукладываемости с пониженным расходом воды. По основному эффекту действия добавки разделены на водоредуцирующие I, II, III и IV групп.

Водоредуцирующие добавки I группы – это добавки, снижающие расход воды на 20% и более и повышающие марку бетона по водонепроницаемости на 4 ступени и более. Представителями этой группы добавок являются пластифицирующие добавки I группы суперпластификаторы и комплексные добавки на их основе.

Водоредуцирующие добавки II группы – это добавки, снижающие расход воды на 12..19% и повышающие марку бетона по водонепроницаемости на 2..3 ступени. К этой группе добавок относятся сильнопластифицирующие добавки и комплексные добавки на их основе.

Одновременно водоредуцирующие добавки I и II групп приводят к повышению интенсивности тепловыделения и способствуют повышению прочности, морозостойкости и коррозионной стойкости бетона.

Водоредуцирующие добавки III группы – это добавки, снижающие расход воды на 6..11% и повышающие марку бетона по водонепроницаемости на 1..2 ступени. Добавками этой группы являются средне- и слабопластифицирующие добавки и комплексные добавки на их основе.

Водоредуцирующие добавки IV группы – это добавки, снижающие расход воды на 5% и менее и повышающие марку бетона по водонепроницаемости на 1 ступень. Представителями этой группы добавок являются воздухововлекающие добавки, электролиты и комплексные добавки на их основе.

Водоредуцирующие добавки III и IV групп повышают интенсивность тепловыделения и способствуют повышению прочности и коррозионной стойкости бетона.

Благодаря водоредуцирующему действию добавок I и II групп, в цементном тесте снижается объём межзернового пространства и обеспечивается более тесный контакт между оболочками из гидратных продуктов на поверхности соседних зерен вяжущего, что способствует объединению их в более плотный и прочный конгломерат. Подобное уплотнение структуры цементного камня проявляется в резком снижении его пористости и существенным ростом прочности.

При использовании суперпластификаторов в качестве водоредуцирующих добавок большое значение имеет также эффект адсорбционного модифицирования гидратных новообразований, вызываемый добавками. Быстрая адсорбция суперпластификатора на поверхности вновь образующихся в процессе гидратации частиц твердой фазы фиксирует их размеры на ранней стадии гидратообразования, препятствуя дальнейшему росту. Таким образом, наступает стабилизация гидратов в тонкодисперсном, рентгеноаморфном состоянии, что способствует оптимизации структуры цементного камня и обеспечивает повышение плотности и прочности бетона.
2. 3. 3 Кольматирующие добавки
Кольматирующие добавки – это вещества, способствующие заполнению пор в бетоне водонерастворимыми продуктами. По требованиям надежности они должны обеспечивать повышение марки бетона по водонепроницаемости на 2 ступени и более.

Основное назначение кольматирующих (уплотняющих) добавок связано с увеличением плотности бетона и раствора, что способствует повышению их долговечности, особенно в тех случаях, когда агрессивными факторами являются органические или неорганические жидкие или газообразные среды.

В качестве кольматирующих добавок для бетонов и строительных растворов используют тонкодисперсные минеральные вещества, обладающие гидравлической активностью, а также водорастворимые добавки.

Водорастворимыми кольматирующими добавками (добавками-уплотнителями) являются водорастворимые смолы и соли алюминия, железа и кальция, характеристики которых представлены ниже.

• Диэтиленгликолевая смола ДЭГ-1. Однородная жидкость желтого цвета; плотность – 1,115 г/см3, молекулярная масса – 240..260. Содержание эпоксидных групп более 25%, гидроксильных – 4,5%. Рекомендуемая дозировка – 1,0..1,5%.

• Триэтиленгликолевая смола ТЭГ-1. Алифатическая эпоксидная смола в виде однородной жидкости желтого цвета плотностью 1,155 г/см3, молекулярная масса 300..320. Рекомендуемая дозировка – 1,0..1,5%.

• Полиаминная смола С-89. Прозрачная темная однородная жидкость с зеленоватым отливом. Концентрация смолы в водном растворе 29,45%. Устойчива к разведению водой при соотношении 1:100. Не рекомендуется использовать сланцевый цемент. Рекомендуемая дозировка – 0,6..1,5%.

• Битумная эмульсия (эмульбит) БЭ. Эмульсия 1 рода, состоящая из битума (50%), добавки ЛСТ (5%) и воды (45%). Рекомендуемая дозировка – 5..10% эмульсии от массы цемента.

• Сульфат железа СЖ. Вещество желтого цвета в виде кристаллогидрата Fe2(SO4)3·9Н2О, хорошо растворимое в воде. Дозировка добавки не должна превышать 3%.

• Хлорид железа ХЖ. Продукт состава FeCl3·6Н2О, красно-коричневого цвета, хорошо растворимый в воде, сильно гигроскопичен. Количество добавки должно быть менее 3% – для бетона неармированных конструкций, и менее 2% – для бетона армированных конструкций.

• Нитрат железа НЖ. Вещество бледно-фиолетового цвета состава Fe(NO3)3·9Н2О. Продукт хорошо растворим в воде. Дозировка не должна превышать 3%.

• Нитрат кальция НК. Выпускается в виде кристаллов Ca(NO3)2 или тетрагидрата Ca(NO3)2·АН2О. Продукт бесцветный, хорошо растворим в воде. Дозировка не должна превышать 3%.

• Сульфат алюминия СА. Бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Производится в виде гидрата Al2(SO4)3·18Н20 и в безводном виде. Кристаллогидрат легко выветривается при хранении на воздухе, дозировка не должна превышать3 %.
2. 3. 4 Воздухововлекающие добавки (для тяжелых бетонов)
Воздухововлекающие добавки по требованиям надежности должны обеспечить воздухосодержание в уплотненной бетонной смеси в пределах 2..5% (по объёму) и повышение морозостойкости бетона в 2 раза и более. Одновременно применение воздухововлекающих добавок способствует пластификации бетонной смеси и снижает её расслаиваемость, а также повышает марку бетона по водонепроницаемости.

Использование воздухововлекающих добавок повышает удельную поверхность условно замкнутых пор примерно в 2 раза по сравнению с бетонами без добавок, но дает большие колебания в отношении их суммарного объёма и размеров. Применение скоростного перемешивания бетонной смеси с воздухововлекающими добавками приводит к значительному выравниванию их размеров.

Поризация бетонных или растворных смесей происходит в процессе их приготовления в смесителях при одновременном введении с водой затворения водного раствора воздухововлекающих добавок. При этом следует учитывать, что эффективность использования этих добавок возрастает с повышением содержания в цементе трехкальциевого силиката и уменьшением трехкальциевого алюмината. Применение указанных добавок становится не эффективным, если цемент содержит менее 40% C3S и более 10% С3А.

Особенно сильное воздействие от воздухововлекающих добавок, приводящее к улучшению формочных свойств смеси и увеличению подвижности на 15..30%, наблюдается при виброуплотнении бетонных смесей.

Ориентировочная дозировка воздухововлекающих добавок в зависимости от содержания цемента в бетоне приведена в таблице 2.
Таблица 2 – Оптимальная дозировка воздухововлекающих добавок


Наименование

Количество добавки в пересчете на сухое вещество, % массы цемента, при его расходе, кг/м3

до 300

300-450

более 450

СНВ, СНВК, СДО, КТП, ОТП, ОП, С

0,005-0,015

0,01-0,02

0,015-0,035


Использование воздухововлекающих добавок наиболее эффективно в низкомарочных бетонах и растворах, когда соотношение марки цемента к марке бетона: RцRб ? 3, а марки цемента к марке раствора: Rц/Rp ?8. В этом случае исключается необходимость введения в состав бетона или раствора тонкодисперсных минеральных материалов для замещения ими части высокомарочного клинкерного цемента.

Применение воздухововлекающих добавок, также как и слабо- и среднепластифицирующих, приводит к некоторой потере прочности затвердевшего бетона и раствора, особенно при их твердении в условиях тепловлажностной обработки. Однако это негативное влияние в значительной мере может компенсироваться снижением водосодержания смеси вследствии пластифицирующего эффекта добавок, а также за счет одновременного введения добавок ускорителей и добавок, повышающих прочность бетонов и растворов при сжатии, например, водоредуцирующих.

Кроме этого, перед тепловой обработкой необходимо предусматривать предварительное выдерживание бетона 3 часа для набора начальной структурной прочности и снижения деструктивных процессов при пропаривании. Необходимость удлинения режима тепловой обработки бетона с воздухововлекающей добавкой должна быть обоснована соответствующими технико-экономическими расчетами.
2. 3. 5 Газообразующие добавки (для тяжелых бетонов)
Газообразующие добавки, также как и воздухововлекающие, способствуют получению более стабильной и мелкодисперсной структуры условно замкнутых пор, что обеспечивает повышение морозостойкости и водонепроницаемости бетона.

По требованиям надежности газообразующие добавки должны обеспечивать объём выделившегося газа в уплотненной бетонной смеси 1,5..3,5% и повышать морозостойкость бетона более чем в 2 раза. Применение газообразующих добавок положительно влияет на качество бетонной смеси и затвердевшего бетона – происходит пластификация бетонной смеси и снижается её расслаиваемость, уплотняется структура при твердении бетона в замкнутом объёме, снижается водопоглощение, повышается марка бетона по водонепроницаемости. Для поризации тяжелых бетонов и строительных растворов используются следующие газообразующие добавки [43-47].

• Полигидросилоксаны 136-41 (бывший ГКЖ-94) и 136-157М (бывший ГКЖ-94М). Полимеры этилгидросилоксана, образующиеся при гидролизе этилдихлорсилана. При использовании указанных добавок температура смеси не должна превышать 30 єС. Не допускается электропрогрев смеси. Содержание активного водорода в ГКЖ-94 – 1,3..1,42%, в ГКЖ-94М – 1,76%.

• Этилгидридсесквиоксан ПГЭН. Продукт обладает аналогичными свойствами, что и полигидросилоксаны. Прозрачная подвижная жидкость, в воде не растворима, образует эмульсию. Не рекомендуется при тепловой обработке бетона.

Механизм действия газообразующих добавок сводится к образованию в бетонных или растворных смесях равномерно распределенных замкнутых пор. Такие добавки позволяют улучшить качество бетона и раствора за счет образования до 2% газовых микропузырьков в единице объема бетона или раствора и частичной гидрофобизации внутренней поверхности пор.

Используя газообразующие добавки для получения микропористой структуры бетона или раствора (полигидросилоксаны, ПГЭН), необходимо учитывать, что эффект газообразования зависит как от количества добавок, так и от температуры бетонных или растворных смесей и содержания в них щелочи и цемента. Установлено, что такие добавки существенно замедляют твердение бетонных и растворных смесей на ранних стадиях, поэтому отформованные изделия перед тепловой обработкой необходимо выдерживать в течение не менее 4 часа при температуре t = 20..30°С или не менее 6 часов при t = 10..20єС. При этом интенсивность подъема температуры до максимального значения экзотермического прогрева не должна превышать 10єС/ч.

Оптимальная дозировка микрогазообразующих добавок, в зависимости от содержания вяжущего в бетоне, приведена в таблице 3.
Таблица 3 – Оптимальная дозировка газообразующих добавок


Наименование

Количество в пересчете на сухое вещество, % массы цемента, при его расходе, кг/м3

до 300

300..450

более 450

Полигидросилоксаны, ПГЭН

0,06..0,08

0,05..0,07

0,03..0,05


2. 3. 6 Добавки-ингибиторы коррозии стали
Добавки-ингибиторы коррозии стали – вещества обеспечивающие высокую коррозионную стойкость арматуры в агрессивных по отношению к ней средах. По требованиям надежности они должны обеспечивать значения тока пассивации стали не менее 10 mA/см2 и потенциала пассивации стали не менее минус 450 mV.

Эффективность добавок, увеличивающих защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре, определяют по изменению плотности электрического тока и (или) потенциала стали по методике в соответствии с требованиями ГОСТ 30459.

В строительном производстве разработаны и апробированы практикой следующие добавки, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре.

• Нитрит натрия НН. Кристаллический продукт белого цвета с желтоватым оттенком NaNO2 либо его водные растворы. В присутствии хлоридов доза добавки должна быть максимальной для того, чтобы предотвратить развитие активной точечной коррозии. Рекомендуемая дозировка добавки – 2..3% массы цемента.

• Нитрит-нитрат кальция ННК. Смесь нитрита Ca(NO2)2 и нитрата Ca(NO3)2 кальция в соотношении по массе 1:1 в виде водного раствора или пасты. Не допускается смешивание с растворами ЛСТ. Рекомендуемая дозировка – 2..4% массы цемента.

• Тетраборат натрия ТБН. Бесцветные кристаллы Na2B4O7·10Н2O, хорошо растворимые в воде и глицерине. Рекомендуемая дозировка – 0,2..3% массы цемента.

• Бихромат натрия БХН. Красные кристаллы Na2CrO7·2Н2О, хорошо растворимые в воде, но нерастворимые в органических растворителях. Рекомендуемая дозировка – 0,5% массы цемента.

• Бихромат калия БХК. Оранжево-красные кристаллы состава К2СгO7, хорошо растворимые в воде. Дозировка – 0,5% массы цемента.

• Катапин-ингибитор КИ-1. Прозрачная гелеобразная слегка мутная жидкость от желтого до коричневого цвета, представляющая собой солянокислый раствор катапина и уротропина. Допускается наличие осадка, растворимого при нагревании. Хорошо смешивается с водными растворами солей. Эффективность добавки увеличивается при использовании низко алюминатных цементов. Требует мягких режимов тепловой обработки бетона. Рекомендуемая дозировка 0,025..0,15% массы цемента (в расчете на сухое вещество).

Механизм действия добавок-ингибиторов коррозии стали заключается в том, что в их присутствии происходит быстрое окисление растворимого оксида двухвалентного железа с образованием на поверхности стали пассивирующих защитных пленок из гидроксида железа. Постепенно из области действия коррозии исключаются новые участки поверхности стали, и процесс коррозии прекращается. Эффективное замедление обеспечивается только при достаточном количестве добавки, отвечающем необходимому для данной системы отношению ингибитор: хлорид (сульфат).

Применение добавок-ингибиторов коррозии стали оказывает влияние на свойства бетонной смеси и бетона, что выражается в увеличении подвижности бетонной смеси, снижении диффузионной проницаемости бетона, увеличении электропроводности бетона. Введение добавок ингибиторов позволяет твердеть бетону при отрицательных температурах.

Прочность бетонов с добавкой ингибиторов коррозии стали изменяется по-разному. Для бетонов и растворов, содержащих НН, через 28 суток отмечается падение прочности на сжатие и растяжение, а бетоны, содержащие ННК, дают существенное увеличение прочности в раннем и более позднем возрасте. Нитрит натрия выщелачивается в течение двух лет, в то время как ННК, который растворим в меньшей степени, более эффективно замедляет коррозию. Ингибиторы на основе солей натрия могут увеличить защитный потенциал реакции заполнителя со щелочью, особенно если используется реакционноспособные заполнители.

Использование шлакопортландцементов и высокоалюминатных портландцементов для бетонов с добавками ингибиторами обеспечивает более высокую коррозионную стойкость стали, чем у бетонов на бездобавочных портландцементах.

3 СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ МОДИФИКАТОРОВ
Выпуск эффективных модификаторов для нужд предприятий строительной индустрии может быть организован на нефтехимических комбинатах или в системе строительных организаций, например на заводах железобетонных изделий, в цехах добавок. Способ приготовления и применения модификатора выбирают с учетом его состава, вида получаемого продукта (жидкий, порошкообразный, гранулированный и др.) и технико-экономических показателей (себестоимость, сроки хранения, транспортирование и т.д.) Эффективные гидрофобизаторы, получаемые на современных нефтехимических комбинатах и нефтеперерабатывающих заводах, как правило, в обычных условиях водонерастворимы. Для введения гидрофобизаторов в бетонные или растворные смеси их переводят в водорастворимые продукты путем:

а) осаждения гидрофобизаторов на минеральном порошке, получаемом при размоле, например известняка совместно с кубовыми остатками синтетических жирных кислот (КОСЖК);

б) омыления водонерастворимых продуктов;

в) сульфирования;

г) эмульгирования;

д) агломерирования в гранулы, брикеты, таблетки, гранулированные порошки [1, 9, 33, 51].

Практика показала эффективность и перспективность приготовления модифицирующих добавок с применением способов эмульгирования или агломерирования ингредиентов добавки в различные продукты. Это вытекает также из того, что эффективность действия в цементных системах отдельного гидрофобизатора намного ниже по сравнению с тем, когда он применяется в комплексе с другими компонентами: гидрофилизатором (ЛСТ), солями неорганических кислот (нитратом натрия) и т.д.

В связи с этим рассмотрим ряд способов приготовления многокомпонентных добавок гидрофобизирующего действия, в основе которых лежат процессы эмульгирования или агломерирования их компонентов. Способ введения модификаторов в бетонную смесь выбирают в зависимости от их агрегатного состояния и конструкции смесительного оборудования.
3. 1 Жидкие водоразбавляемые химические добавки
В МИСИ им. Куйбышева и НИИЖБ РФ разработана эффективная технология приготовления гидрофобизирующих добавок в виде водоразбавляемых (прямых) эмульсий типа "масло в воде". Для получения стабильных водных эмульсионных растворов применяют акустический диспергатор АД-8, компрессорно-вихревой гомогенизатор (КВГ), роторпо-пульсационный аппарат (РПА), механический диспергатор конструкции В.В. Назарова или гомогенизаторы других конструкций. Принципиальные схемы устройства гомогенизаторов АД-8 и РПА приведены на рисунке 1.

Основными факторами, которые обусловливают процесс эмульгирования в диспергаторе АД-8, являются ультразвуковые волны; в компрессорно-вихревом гомогенизаторе – одновременное компрессионное (давление внутри рабочей камеры насоса до 0,3 МПа), высокочастотное, импульсное, центробежно-ударное и термическое воздействие; в роторно-пульсационном аппарате давление (0,5-1 МПа) и центробежное воздействие (частота вращения ротора 1200 об/мин).

В роторно-пульсационном аппарате возникают высококачественные акустические колебания, сопровождающиеся кавитацией и другими гидродинамическими процессами. Рабочую функцию в компрессорно-вихревом гомогенизаторе выполняет шестеренчатый насос. Гомогенизация обеспечивается за счет разницы в относительных скоростях ингредиентов эмульсии и зубьев шестерен насоса. С помощью КВГ можно готовить эмульсии, в которых в качестве гидрофобизатора применяются вещества, по свойствам (температура плавления, фракционный состав и др.) сходные с соапстоками растительных масел. Эмульсии на основе гидрофобизатора из кубовых остатков жирных синтетических кислот или нефтяных битумов высоких марок желательно готовить на диспергаторах типа АД-8 или РПА. В случае работы с гидрофобизаторами КОСЖК или битумом в КВГ увеличивается вероятность получения грубодисперсных эмульсий, которые неустойчивы во времени и неэффективны в цементных системах.


а)


б)


а – акустический гомогенизатор АД-8; б – роторно-пульсационный аппарат (РПА);

1 – емкость с водой и компонентами эмульсии (добавки);
2 – центробежный насос; 3 – гидродинамический акустический излучатель, рабочим органом которого является стальная пластина (нож); 4 – мешалка; 5 – манометр; 6 – вентили;
7 – центробежный водяной насос марки 3К-6; 8 – электродвигатель

Рисунок 1 – Принципиальные схемы устройства гомогенизаторов
Исследованиями, проведенными М.И. Хигеровичем [2, 3, 5] и его последователями, показана возможность получения водоразбавляемых эмульсионных добавок гидрофобизирующего действия без применения специальных эмульгаторов, так как они уже находятся в виде лигносульфатов в одном из компонентов добавки – СДБ или ЛСТ (рисунок 2). Этот компонент выполняет несколько функций:

а) способствует стабилизации глобул (мелких частиц), которые образуются при диспергировании гидрофобизатора в 40-50%-ном водном растворе гидрофилизатора;

б) обеспечивает агрегатную устойчивость эмульсии во времени к физико-механическим воздействиям (перепады температур, транспортирование и т.п.);

в) выполняя функцию эмульгатора, СДБ или ЛСТ при условии увеличения их доли в комплексной добавке не менее 30% становится также функциональной составной частью гидрофобизирующей добавки.

Этот практический прием реализуется при изготовлении таких гидрофобизирующих добавок, как ГПД КОД-С, КОМД-С, ОМД, ГС-3 и другие.



1 – 40-50%-ный водный раствор гидрофилизятора; 2 – "масло" (в данном случае гидрофобизатор, соапсток и др.); 3 – эмульгатор (в данном случае гидрофилизатор СДБ или ЛСТ).

Рисунок 2 – Образование прямой эмульсин "масло в воде"
Во время приготовления добавок следует вести контроль рН водного раствора лигносульфонатов, уровень которого должен быть не ниже 8. На практике лигносульфонат технический (ЛСТ) может поставляться потребителю с рН 4, т.е. с повышенной кислотностью водного раствора, что может привести к получению нестабильных прямых эмульсий или они вообще не будут образовываться. В этих случаях необходимо подщелачивать водный раствор ЛСТ до рН 8. На практике в качестве щелочного компонента применяют известковое тесто.

В последнее время в качестве эмульгатора стал применяться суперпластификатор С-3; таким образом, была получена гидрофобизирующая добавка типа ГС-3.

Качество гидрофобизирующих добавок, основой которых являются прямые эмульсии, зависит от природы и вида гидрофобизатора и гидрофилизатора, способа их получения на предприятиях-поставщиках, а также от состава, способа диспергирования и режима получения эмульсий (продолжительность, температура).

При изготовлении и применении гидрофобизирующих добавок необходимо знать некоторые специфические их свойства и проявления. К примеру, добавка ГПД после приготовления может загустевать и приобретать пастообразный вид; с течением времени при испарении воды из эмульсии добавка ГПД переходит в твердое состояние. В обоих случаях необходимо пасту или глыбу растворить в теплой (25-30°С) воде до рабочей концентрации и полученной добавкой можно пользоваться. В водных растворах (эмульсиях) добавок, содержащих в своем составе СДБ или ЛСТ, после долгого хранения могут образовываться пленки в виде плесени на поверхности или осадок. Перед использованием таких добавок необходимо убрать с поверхности пленку, а осадок перемешать до получения однородной массы, затем добавку можно применять в бетоне. Причиной появления пленки являются содержащиеся в СДБ или ЛСТ в небольших количествах (не более 12%) редуцирующие вещества, которые могут вызвать брожение и образование плесени. Появление осадка указывает на то, что СДБ и ЛСТ имеют кислотную среду, поэтому перед приготовлением добавок необходимо произвести "подщелачивание" их водного раствора. Кроме того, такая операция позволит уберечь трубопроводы для транспортирования водных растворов лигносульфатов от преждевременного коррозионного разрушения.

В случае хранения и смешивания гидрофобизирующих компонентов с водными растворами солей неорганических кислот необходимо обращать внимание на их совместимость. Перед совмещением ускорителя твердения с органической частью гидрофобизирующей добавки рекомендуется приготовить водный раствор ускорителя твердения с концентрацией не более 40%. Приготовленный раствор надлежит смешивать с органической частью добавки при температуре, не превышающей 60°С, что предотвращает химическое взаимодействие ингредиентов органоминеральных добавок с выделением в окружающую среду вредных веществ, в частности оксидов азота. Кроме того, такой порядок смешения компонентов добавок исключает условия, способствующие возникновению пожаро- и взрывоопасной ситуации. Продолжительность хранения гидрофобизирующих добавок зависит от их состава и свойств Ингредиентов. Например, добавки КОМД-С и ОМД следует хранить не более 7 суток, в противном случае действие их в бетонах значительно слабее, а применение в бетоне добавки, подвергнутой замораживанию, возможно только после заключения заводской лаборатории о ее качестве, так как в практике известны случаи, когда добавка, после замораживания с последующим оттаиванием утрачивает почти полностью свои свойства. В частности, водный раствор суперпластификатора С-3 после замораживания образует труднорастворимый твердый осадок в виде глыбы, т.е. при фазовом переходе воды в лед происходит необратимый процесс расслоения добавки на органическую часть (в виде белых включений) и неорганическую (от светло-коричневого до темно-коричневого цвета), такая добавка не восстанавливает свои первоначальные свойства. Подобные добавки должны храниться в отапливаемых складских помещениях.
3. 1. 1 Технологические схемы приготовления жидких добавок
В последнее время разработан ряд принципиальных технологических схем приготовления гидрофобизируюших добавок [9, 52, 53]. В настоящем разделе приводятся схемы приготовления добавок, которые прошли широкую промышленную апробацию. Принципиальная технологическая схема приготовления гидрофобизирующих добавок ГПД и КОД-С представлена на рисунке 3. Компоненты гидрофобизирующих добавок из складских емкостей подаются насосом по системе трубопроводов в емкости в виде термобункеров 1, 2, а затем, поочередно, в смесительную термоемкость 4, где производится объемное дозирование гидрофобизатора и гидрофилизатора и готовится их водная смесь, после диспергации которой должна получиться эмульсия 40-50% концентрации в пересчете на органическое вещество. Далее полученную смесь подают в емкость диспергатора 5 и путем перекачивания насосом через диспергатор по замкнутому циклу в течение 5-7 мин готовят эмульсию. Готовую эмульсию насосом подают в емкость готовой добавки 7, из которой ее подают по трубопроводу в расходную емкость бетоносмесительного узла. Для сокращения времени приготовления водной смеси гидрофилизатора и гидрофобизатора в термоемкости 4 предусмотрен барботаж 9. Объем порции готовой эмульсии достигает 350-400 л. Оптимальные параметры процесса приготовления добавок:

а) соотношение между компонентами для ГПД – КОСЖК:СДБ – 1:1, Для КОД-С – соапсток:СДБ – 1:3 (по массе);

б) концентрация водного раствора 35-40%;

в) температура в процессе эмульгирования КОСЖК 80-90°С, соапстока – 60-70°С;

г) давление в системе диспергатора 0,5-0,6 МПа.

В случае применения КОСЖК с кислотным числом более 120 мг КОН на 1 г продукта, что бывает практически редко, может быть затруднено получение в химическом диспергаторе устойчивой эмульсии. Исключить этот нежелательный факт, как показал опыт работы установки, можно путем увеличения дозировки СДБ на 10%, т.е. при соотношении компонентов СДБ:КОСЖК в органической части комплексной добавки ОМД равным 1,1:1,0. При этом свойства бетонной смеси и отвердевшего бетона не ухудшаются.

1,2 – термобункеры для хранения гидрофобизатора (КОСЖ или соапсток) и гидрофилизатора (СДБ или ЛСТ); 3 – паровые регистры; 4 – промежуточная смесительная термоемкость с объемным указателем дозирования компонентов добавки; 5 – диспергатор типа АД-8, РПА или КВГ; 6 – вентили; 7 – емкость готовой добавки; 8 – насос с линией подачи на бсу; 9 – барботаж; 10 – емкость воды

Рисунок 3 – Принципиальная технологическая схема приготовления гидрофобизирующих добавок ГПД и КОД-С
Следует отметить, что дисперсию ГПД можно высушить при температуре не выше 90°С, далее подвергнуть помолу до получения порошка, который затаривают в полиэтиленовые мешки (при хранении порошка необходимо исключить попадание в него влаги).

В случае приготовления гидрофобизирующих добавок ОМД и КОМД-С на заводе железобетонных изделий в бетоносмесительном отделении устраивают дополнительную линию подачи соли неорганической кислоты НИХК или нитрита натрия (рисунок 4).


1 – цистерна с паровым регистром для приема ГПД или КОД-С;
2 – вентиль; 3 – насос; 4 – термобункер для хранения ГПД или КОД-С;
5 – дозатор; 6 – цистерна для приема ННХК или нитрита натрия; 7 – расходная емкость ННХК или нитрита натрии; 8 – смеситель приготовления добавки ОМД (ГПД+ПНХК) или КОМД-С (КОД-С+ нитрит натрия) рабочей концентрации; 9 – бак воды; 10 – бетоносмеситель; Т1 – линия подачи ГПД или КОД-С, обогреваемая спутником-паропроводом; Т2-Т4 – линии подачи компонентов.

Рисунок 4 – Принципиальная технологическая схема приготовления
добавок ОМД или КОМД-С

Прямая эмульсия или КОД-С, приготовленные по технологической схеме рисунок 4, из приемной цистерны 1 насосом 3 подается в термобункер 4, затем дозируется объемным дозатором 5 и сливается в смеситель 8. Соль неорганической кислоты (ННХК или нитрит натрия) в виде 30-40% водного раствора из приемной емкости 6 по трубопроводу подается в расходную емкость 7, из которой сливается отдозированными порциями в смеситель 8. В этом смесителе готовится добавка ОМД или КОМД-С в виде водного раствора рабочей (как правило, 10%) концентрации. Дозировка компонентов для добавки ОМД – 0,02-0,3% ГПД и 2-3% ННХК; для КОМД-С – 0,2-0,3 КОД-С и 1,5-2% нитрита натрия. Температура в смесителе не должна превышать 45-50°С, чтобы предотвратить разложение нитритсодержащих компонентов добавки.

При необходимости выпуска больших объемов гидрофобизирующих добавок разнообразной номенклатуры следует организовать их производство в специализированных цехах [54-58].

Разработанные технологические схемы и нормы технологического процесса, как показала практика, обеспечивают получение гидрофобизирующих добавок высокого качества в жидкой отпускной форме. Практическим результатом проведенных работ по данному блоку исследований явилось определение условий и сроков хранения ряда модификаторов таблице 4.

Теперь рассмотрим кратко схему получения на основе химического синтеза одного из эффективных модификаторов – суперпластификатора С-3 в жидкой отпускной форме. Сущность метода получения суперпластификатора С-3 заключается в непрерывном сульфировании нафталина серной кислотой с последующей конденсацией полученной нафталинсульфокислоты формальдегидом [11, 25].

Технологический процесс получения суперпластификатора С-3 включает следующие основные стадии:

1 сульфирование нафталина концентрированной серной кислотой;

2 отдувка непрореагировавшего нафталина;

3 поликонденсация нафталинсульфокислоты формалином;

4 нейтрализация продукта конденсации раствором гидроксида натрия;

5 приготовление комплексной порошкообразной добавки, включающее стадию сушки и расфасовки.
Таблица 4 – Условия и сроки хранения модификаторов в жидкой отпускной форме


Наименование добавки

Наименование показателя

Единица измерения

Величина показателя

ГПД и
КОД-С

1. Срок хранения

сут

200

2. Температура замерзания

°С

–1(2)

3. Температура применения добавки в бетоне, не ниже

°С

10

ОМД и
КОМД-С

1. Срок хранения

сут

3

2. Температура замерзания

°С

–15(20)

3. Температура применения добавки в бетоне, не ниже

°С

0

ГС-3* и
"40-03"

1. Срок хранения

сут

30

2. Температура замерзания

°С

–1(2)

3. Температура применения добавки в бетоне, не ниже

°С

10


Сульфирование нафталина проводится концентрированной серной кислотой в герметичных реакторах, снабженных перемешивающими устройствами и рубашками для обогрева. Нафталин нагревают при перемешивании до 160°С и в течение 5-6 минут приливают расчетное количество концентрированной серной кислоты (в массовом соотношении 1,3:1). Тщательно перемешивают. Процесс сульфирования прекращается, когда концентрация серной кислоты в смеси понизится до определенной величины, зависящей от температуры и количества воды, первоначально содержащейся в кислоте.

Сульфирование нафталина не может быть выражено только уравнением:
С10Н8 + H2SO4 = C10H7SO3H + H2O, (1)
следует также учитывать равновесие между серной кислотой и ее гидратами:
H2SO4 + Н2О = H2SO4·H2O, (2)

H2SO4·Н2О + Н2О = H2SO4·2H20 (3)
Кроме того, образовавшаяся нафталинсульфокислота присоединяет молекулу воды и прочно ее удерживает:
C10H7SO3H + Н20 = C10H7SO3H·Н20. (4)
Следовательно, при сульфировании нафталина вода, присутствующая в исходной реакционной смеси и образующаяся в процессе реакции (1), частично связывается по реакциям (2), (3), (4), а часть воды, остающаяся не связанной, сдвигает равновесие реакции (1) справа налево. По мере сульфирования нафталина образуется дополнительное количество воды, часть которой связывается серной кислотой и сульфокислотой, пока в конечном итоге не установится равновесие.

Отдувка нафталина производится с целью очищения нафталинсульфокислоты от непрореагировавшего нафталина. Очищение производят острым паром в колоннах.

Процесс поликонденсации проводят 40%-ным раствором формальдегида. В герметичный реактор, снабженный обратным холодильником, мешалкой и водяным (паровым) обогревом помещают необходимое количество очищенной сульфокислоты и формалина (2:1 по массе). Полученный раствор перемешивают при температуре 90-100°С в течение 3-5 часов.

После остывания раствор нейтрализуют 40%-ным раствором едкого натра. При нейтрализации в промышленности оптимальную температуру и концентрацию щелочи подбирают для каждого соединения эмпирически с целью получения стандартного продукта с максимальным выходом.

Полученный нейтрализованный раствор подвергают сушке в дисковых или распылительных сушилах и расфасовывают в бумажные клапанные мешки, либо в мягкие контейнеры.
3. 2 Агломерированные химические добавки
В настоящее время подавляющее большинство добавок в бетон производится в виде водных растворов различной концентрации, что создает ряд проблем, которые сдерживают применение добавок, особенно многокомпонентных. Так, для транспортировки и хранения водных растворов добавок требуются "чистые" железнодорожные цистерны и емкости [11, 59].

Известны случаи взаимодействия компонентов добавки КОД-С с остатками других веществ в емкостях, в частности нитритов и нитратов, сопровождающегося вспучиванием, выбросами массы и выделением отравляющих газов NO и NO2. Предельно допустимая концентрация оксидов азота в пересчете на NO2 в рабочей зоне составляет 5 мг/м3. Опасность такой ситуации возникает при показателе рН среды менее 8, при котором смешивание растворов нитрита натрия с лигносульфонатами запрещается.

Кроме того, приходится транспортировать и хранить 60-80% воды. Зимой водные растворы добавок могут смерзаться, а при оттаивании – расслаиваться, что ухудшает свойства добавок или приводит к их полной негодности. В случае применения многокомпонентных добавок необходимо создание нескольких параллельных технологических линий, в которые должны войти складирование, транспортирование исходных индивидуальных добавок, что экономически невыгодно.

По сути, сложившееся положение становится серьезным препятствием к созданию, по выражению В.Г. Батракова, "фармацевтии бетона", т.е. промышленных производств многокомпонентных добавок для бетонов и растворов.

Действительно, комплексные добавки в виде порошка являются шагом вперед в организации химической технологии бетона [5, 16, 17]. Однако неудобства их транспортирования остаются. К тому же развитая поверхность порошка может явиться причиной порчи его органической части при хранении, а это, в свою очередь, приводит к ухудшению качества комплексной добавки. За рубежом, в частности в Бельгии, предлагают превращать кубовый остаток, содержащий высшие углеводороды, кремний, галоид, в гидрофильный порошок. На высоком уровне ведутся работы по агломерированию различных добавок в гранулы и порошки фирмой "Сандоз А.Г." (Швейцария) и ее дочерними компаниями "Мастер Билдерс" (США) и "Мак" (Италия) [60].

3. 2. 1 Технологические схемы приготовления агломерированных модификаторов
Разработан ряд способов приготовления добавок в виде брикетов, гранул, таблеток или гранулированных порошков, которые получаются путем агломерации специально подобранных смесей химических веществ. Эти материалы, содержащие многокомпонентную добавку, названы мелиорантами (от лат. meliora, tio – "улучшение") [5, 9, 11, 59].

Агломерацию ингредиентов добавки (мелиоранта) можно производить одним из способов: грануляцией, пластическим формованием, горячим прессованием, перемешиванием в специальных смесителях принудительного действия и др. При этом получены также мелиоранты, в состав которых были включены зола-унос сухого отбора, тиосульфат натрия, суперпластификаторы С-3 и др. К ним, в первую очередь, следует отнести гидрофобизирующие добавки С-ЗА (суперпластификатор С-3 плюс зола-унос), С-ЗСА (суперпластификатор С-3 плюс зола-унос плюс соапсток или КОСЖК), С-ЗСТА (суперпластификатор С-3 плюс зола-унос плюс тиосульфат натрия или нитрит натрия плюс соапсток), С-ЗТА, КОД-СА, С-3 АС, которые могут быть изготовлены как в виде брикетов, так и в виде порошков таблице 5.
Таблица 5 – Составы мелиорантов в зависимости от способа агломерации


Компоненты (кг) мелиоранта, назначение в агломерате

Грануляция

Пластическое формование

Горячее прессование

1

2

3

4

5

6

Эмульсия ГПД, связка

0,27

0,27

0,30

0,30

0,30

0,30

Нитрит натрия, ускоритель твердения

-

1,00

1,50

1,50

0,75

0,75

Известняк, наполнитель (отощитель связки)

2,00

1,00

0,90

0,90







Портландцемент, ускоритель твердения, связка

.







0,05




0,05

Вода, регулятор пластичности и компонент связки


0,13

0,10

0,06

0,80

0,06

0,10



Составы мелиорантов, технологическая последовательность выполнения операций при выбранных способах агломерации, а также нормы технологического процесса определены опытным путем.

Соотношение между органическими ПАВ и солями неорганических кислот в добавках с отпускной формой в виде брикетов, гранул и порошков назначали в соответствии с их расходом в жидких комплексных гидрофобизирующих добавках.

Роль технологической связки в агломератах выполняет эмульсия ГПД (КОСЖК+СДБ), приготовленная в диспергаторах.

В качестве "носителя" органоминеральных компонентов мелиоранта и регулятора вязкости (пластичности) ГПД применяли известняк с тонкостью измельчения, соответствующей требованиям ГОСТ 16557-71 "Минеральный порошок".

Для ускорения твердения мелиорант-агломератов применяли портландцемент или шлакопортландцемент марки 400 Михайловского цементного завода.

Последовательность выполнения технологических операций в производстве мелиорантов бетона таблице 6.

Таблица 6 – Последовательность выполнения технологических операций в производстве мелиорантов бетона


Способ агломерации и технологическая последовательность операций изготовления мелиоранта

Норма технологического процесса

Грануляция

Приготовление гранулирующей жидкости: 1 кг ГПД разбавляется 0,5 л воды, при этом эмульсия становится жидкотекучей

Соотношение ГПД и воды 1:0,5 обеспечивает жидкотекучесть эмульсии

Грануляция компонента мелиоранта

Гранулятор с диаметром тарелки 1000 мм под углом 45°

Опудривание гранул мелиоранта минерал. порошком и складирование готового продукта

Опудривание цементом или известняком



1   2   3   4   5   6


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации