автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Совершенствование существующих и создание новых пластифицирующих добавок на основе ЛСТ в цементныесистемы

МПС СССР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ЛЕНИНА II ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

пм. Ф. Э. Дзсржппского

На правах рукописи

ФРОЛОВА ТАТЬЯНА ФЕДОРОВНА

УДК 691. 54:665.766.5

Совершенствование существующих и сознание новых пластифицирующих юбавок на основе ЛСТ в цементные

системы

23.05 Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва '1990

Работа выполнена в Московском институте инженеров железно дорожного транспорта им. Ф. Э. Дзержинского.

Научный руководитель — Доктор технических наук, профессор Федоров А. !Е.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Костяев П. С. доктор химических наук, профессор ТТлугин А. II.

Ведущее предприятие — Всесоюзный научно-исследовательски

институт заводской технологии железобетонных конструкций и изделий (ВНИИ железобетон).

Защита состоится « 41 » 199$ года в /У часо:

на заседании специализированного сонета Д 114.05.08 при Московс ком институте шпкенеров железнодорожного транспорта им. Ф. 3 Дзержинского по адресу: 101475, ГСП, г. Москва, А-55, ул. Образ цова, 15, а уд. 1413.

С диссертацией можно ознакомиться и бпблпотеье института.

Автореферат разослан «О У » ^^'¿¿¿^/¡Л- 1Г)Г)0 года

Отзыв на автореферат, заиерешшй печатью, просим высылать но адресу совета института.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических паук

В. И. КЛЮКИ Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одшш из основных путей научшгтехни-еского прогресса в строительстве является химизации производст-¡1 бетона, которая позволяет обеспечить снижение матерпалоемкос-и и энергоемкости его изготовления, последовательно переходить а постаику изделии пьтсокон строительной готовности, повысить ропзводнтсльность труда на 10—18%, снизить себестоимость иро-укцшг па \—Г)%.

В этоИ связи весьма актуальным становится использование 1! стопе различных химических добавок, способствующих улучшению шли ко-технпчеекпх свойств бетона, сокращению расхода цемента других материалов, формированию рациональной структуры бет'о-а, повышению качества и долговечности бетонных конструкции.

Наиболее эффективными добавками являются сунерпластиф.. -аторы, которые представляют собой высокомолекулярные оргаш:-еекпе соединения сулг.фонового типа па основе меламнпа, нафта-ипа, фенола. В настоящее время используется пять марок супер-ластифпкаторов отечественного производства: 10—03, МФ—АР, ,офен, 40—0,4, С—3. Наибольшее распространение получил, супер-ластифпкатор С—3 на основе продуктов нолпконденсацип пафта-инсульфокислоты и формальдегида, разработанный 11ИПЖП осстроя СССР совместно с ПИАПпК Минхпмпрома.

Эти добавки до настоящего времени являются дорогостоящими дефицитными.

Поэтому идет интенсивный поиск путей получения дешевых эбавок-пластпфпкаторов, по споим свойствам приближающихся к уперп.тастпфпкаторам.

В последние годы актуальность разработки новых дешевых' п едефицптиых суперпластифлкаторов связана и с расширяющимся рименеипем ВИВ н ТМЦ.

Многочисленными исследованиями, и опытом практического римепеппя была показана возможность, получения высокоэффек-тпых пластификаторов на основе мпоготопнажпого отхода целлю-эзпо-бумажпоп промышленности — технических лигпосульфона-зв (ЛСТ). Доступность и низкая себестоимость способствовали □явлению ряда предло/кении по их модифицированию с целыо почтения пластифицирующего действия. Наибольшее распростраие-

line в настоящее время получили добавки НИЛ—20, НИЛ 2 J1CTM-2, МТС—1, ЛТМ, АДСК-1, ХДСК-СЛ. Указанные мод) фицировапиые лигпосульфонаты по эффективности уступают супе, пластификаторам, ио общность строения олиго.иерных молекул ли носульфонатов и суперпластификатора С—3, близость их физик химических свойств как поверхностно-активных веществ позволяй считать задачу создания ллгносульфонатных супернластификат ров актуальной н реально осуществимой.

Цель работы — разработка новых, более эффективных хпмпче хшх добавок-пластификаторов иа основе модифицированных Л Ci Исследование строительно-технических свойств бетона с этими д бавкамп.

Научная новизна:

— доказана высокая надежность адсорбционного способа модиф

цирования ЛСТ, позволяющего получать эффективные пластиф каторы независимо от вида исходных ЛСТ;

— на основе анализа механизма адсорбционного модифицированп ЛСТ предложен новый эффективный адсорбент из отходов цемен: ных производств;

— разработан принцип комплексного использования различны методов модифицирования ЛСТ, обеспечивающий существенное и повышение их эффективности. На этой основе предложен ciioci двойного модифицирования и опытная технология получения ДоС вок с пониженным стабилизирующим и воздухововлекающнм дейс впем; показано, что полученные по предложенной технологии ;j бавкц по действующей классификации могут быть отнесены к супе пластификаторам;

— выявлены новые модифнкаторы-неногасители из числа отход производства, регулирующие воздухововлечешю в цементные сист мы п отработаны составы добавок такого типа;

— впервые для решения аналитических и нреиаратпвных задач и] разработке высокоэффективных пластификаторов лпгносульфона1 ного типа широко попользован метод ультрафильтрации. Онредо; ны пути оптимизации молскулярно-массового распределения для э фектнвпых пластификаторов лигносульфонатного типа;

— изучены особенности механизма гидратации цементного вяжу щего и исследованы фпзпко-мехашмеекпе свойства бетопов с нов ыц пластификаторами, предложенными в работе.

Практическое значение. В результате проведенных исследова-iiiii выявлена возможность замены высокомарочного портландце-,юпта в адсорбционном способе модифицирования JICT пылыо уно-:а цементных заводов, являющейся отходом производства; иредло-кены новые эффективные пеногасители (баткак, микробный жир, >тход при производстве снланхлоридов) взамен дорогого и дефицитного прошнюла Б-400. Разработан способ двойного модифицн-)оваипя существующих ЛСТ и на его основе получены высокоэффек-'пвиыс добавки лнгносульфопатного типа в цементные системы, (беспечивагощие высокий пластифицирующий эффект, морозостой-;остт. бетона, а также экономию цемента до 17,5%.

Реализация работы. Разработайте рекомендации и иредло-кенные составы прошли производственную проверку и внедрение в фоизводство железобетонных конструкций п товарного бетона на Дзержинском комбинате производственных предприятий. Составлена «Рекомендации по приготовлению пластифицирующей добавки ШЛ-21 (ТЖ) па Дзержинском комбинате производственных нред-[риятнй» (ДКПП), «Рекомендации по приготовлению и применению ¡стопных смесей с добавкой НИЛ-21 (ТЖ) па Дзержинском комби-ате производственных предприятий,'«Технологический регламент на грпготовлепне пластификатора повышенной эффективности НИЛ-20, ;1».

Экономический эффект от внедрения добавки Н1ТЛ-21 (ТЖ) на [зержппском комбинате производственных предприятий составил

ТА тыс. руб. !

Апробация работы. Осповные положения диссертации докладываясь на ежегодпых научно-технических конференциях МИИТа 987—1988 г.г., Республиканской конференции «Ресурсосберегаю-trre технологии. структура и свойства дорожных бетонов»; . Харьков, 1989 г., Зональной конфеоепипп «Теория и практика римонепия сунерпластифпкаторов в бетопе», Пенза, 1990 г.

Публикации. ГГо результатам работы опубликовано б печатных абот, получено 1 авторское свидетельство.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, тести лав, общих выводов, списка литературы, включающего 115 наимено-анпй и приложений. Работа содержит 112 страниц машинописного екста, 45 рисунков и 39 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В последние годы объем производства бетона, изготавливаемого 5.

с применением химических добавок, непрерывно возрастает. Наиболее эффективными, с точки зрения управления свойствами бетонов являются добавки-пластификаторы. Имеющие в литературе данньк свидетельствуют о том, что доля бетона, в котором пепользуюга добавки в Австралии, ФРГ и Японии составляют соответственно 80 60, 80%. Большая часть бетона, используемого в Северной Америке содержит, но крайней мере одну добавку.

Среди добавок-пластификаторов наиболее эффективными явля ютсп суиерпластнфнкаторы, которые увеличивают осадку конуса бетонной смеси от 2 — 3 см до 20 п более, обеспечивают уменыпенп количества воды на 20%. Сильный пластифицирующий эффек вызывает также применение повышенных, по сравнению с общепрп пятыми, дозировок добавок лигносульфонатов, однако при dtoi наблюдается шздухововлечечше н стабилизирующее действие н цементные системы, что приводит к енпжеппю прочности нзделш Анализ литературных данных показал, что не существует едпног мнения относительно зависимости свойств лигносульфонатов ка пластификаторов цемента от их молекулярной массьт. Поэтому дл получения пластификаторов повышенной эффективности на основ JICT необходимо детально исследовать влияние молекулярно-маеа 'вого распределения ЛС на свойства цементных систем.

В основу исследований была положена гипотеза, что для созд; пня пластификатора повышенной эффективности на основе лиги; сульфонатоп (ЛС) необходимо установить оптимальный молекуля] по-массоиый состав ЛС ir сократить объем вовлекаемого в цементнь компознцпп воздуха.

..... Установлено, что для повышения яффеьти внести пластификат*

ров па основе ЛСТ необходимо поддерживать акцепторную акти: иость их функциональных труни в пределах оптимального дпапаз' На, что достигается путем модифицирования существующих ЛС различными способами, например обработкой ЛСТ минеральны? адсорбентами, в состав которых входит СпО; в частности, высоком рочным портландцементом, в результате которого в пластнфнклто] возрастает дотюрпая активность его функциональных групп. Пре ложе и'.г и другие виды адсорбентов, например, пыль-уноса пеметг пых производств. Обработка ЛСТ минеральными адсорбента* является перспективным методом повышения эффективности пла тнфнкатороп лпгностльфоппттюго типа.

Как известно, пластификаторы па основе лигносульфонатов ' щ относительно малых дозировках увеличивают содержание возду.

5 бетоне на 1 — 3%, но имеются сведения и о более высоком воздухо-ювлеченин. Эффект дополнительного воздухововлечеиия при введе-шп водорастворимых ПАВ, к которым относятся и ЛСТ, в цементное композиции, объясняется спшкепнем поверхностного натяже-шя на границе раствора ПАВ-воздух, зависящего от концентрации >ставптпхся в растворе после адсорбции ПАВ.

Избыточно вовлеченный воздух снижает прочность бетона.' >собепно значительно в условиях ТВО, вследствие того, что паровоз-1ушпая фаза при нагревании расширяется и в результате обуслав-шпает развитие глубоких деструктивных процессов. Для подавления убыточного воздухововлечеиия в состав ЛСТ вводится небольшое голичество М—3% от массы ^хого концентрата) пеногасящих [Гептов. В НИЛ ФХММ и ТП Главмоспромстройматериалов разтза-ютаиа рецептура добавки на основе ЛСТ и пепогасителей (НИЛ-11), в качестве которых используется модификатор-антнвспенива-елт> пропттпол Б-400 в чистом виде н в виде растворов в дизельном опливе. Исследование пластифицирующей способности этой добав-;н показало высокую ее эффективность: способность к увеличению юдвпжпостн бетонной смесп с 2 до 16 см при сохранении показа-■елей прочности п морозостойкости бетона. Применение в строп-ельстве пластификатора ПИЛ-2] обуславливает необходимость гроведения исследований по замене дорогостоятцего компонента той добавки — прошшола Б-400 более дешевым н доступным ве-цеством, обладающим аналогичными свойствами, особенно из числа тходов производства, при одновременном увеличении пластнфпцп->ующего эффекта.

В исследованиях, направленных на повышение эффективности [ластификаторов па основе ЛСТ, значительное место занимает нзу-ение ЛС, модифицированных путем воздействия на их молекуляр-о-массовое распределение. Установлено, что высокомолекулярная зракция характеризуется значительным стабилизирующим дейст-нем на цементные системы, вызывающим замедление процесса вердения и, как следствие, уменьшение прочности цементных ком-озпций по сравненшо с прочностью составов с добавками других зракций. -Недостатками низкомолекулярной фракции является больная воздухововлекаюшая способность. Наиболее современными [етодами модифицирования ЛСТ, позволяющими фракционировать тп-и о с у л ь ф о н а т ъг и Достигать высокой степени чпстоты разделения,

являются мембранные методы, из которых наиболее совершеннь ультрафильтрация п обратный осмос. При выделении компоненте раствора, характеризующихся большой молекулярной массой, н; пример, лпгпосульфоиатов, ультрафильтрация является более пре; почтительной, так как представляет собой менее энергоемкий более производительный метод по сравнению с обратным осмосо? Однако оборудование и материалы, используемые в процессе уль' рафильтрацин являются сложными п дорогостоящими, что можс служить препятствием их широкого использования для разделено отхода мпоготоппажпого производства, которым является ЛСТ. связи с этим представляется целесообразным проведение работ, и; правленых на поиск других путей модифицирования существую щи ЛСТ с использованием более дешевых н доступных материалов реактивов, а также отходов производства, позволяющих получат пластификаторы цементных систем, характеризующиеся оптнмал) ным молекулярно-массовьш распределением н регулируемым возд; хововлеченнем в цементные системы.

Добавка, полученная с использованием адсорбционного способ, модифицировании ЛСТ, (Т1ИЛ-20) широко используется в стро; тельстве. По ирн ¡модифицировании ЛСТ адсорбционным способа расходуется вьтсокомарочный портлапдцсмепт (до 1,5 т на 1 т сух« го модифицированного лнгпосульфоната). Поэтому одним из осн<я •пых направлении работы явилось исследование возможности замен портландцемента минеральным адсорбентом из числа отходов проп: г.одстпа, но свойствам п составу сходного с портландцементом.

Вместе с тем, многочисленные исследования, направленные и определение новых эффективных способов повышения качеств,; лпгносульфонатных добавок в цементные системы проведены бс учета вида ЛСТ. Известно, что ЛСТ, выпускаемые ЦБК, разлита

------ются-основанпсм_варочнои кислоты и другими физико-химическим

характеристиками. С целыо оценки влияния вида ЛСТ на свойств модифицированных лпгиостльфопатов (МЛС) были исследованы видов ЛСТ различных заводов. В качестве вяжущих использовал портландцемент завода «Гигант», Воскресенского, Брянского Белгородского заводов.

■ . Оъектами исследовании были цементный раствор состава 1:3 бетон, с расходом цемента 350 кг,/м3 с исходной осадкой конуса 2— см.

И('пт>ттлптг образцов цементного раствора п бетона проводили с •пользованием стандартных методик н известных методом. Для .■следования свойств цементных композиций с пластификаторами .тл привлечен комплекс современных физико-химических методой: тфракраспая спектроскопия, рентгено-фазовьтй анализ, ртутная по-)метрнн, дпфферепцнально-тормпческпй анализ.

С целыо изучения влияния молекул»рно-массоиого распределе-1я лнгпосульфонатов на эффективность пластификатором на основе СТ использовали метод ультрафильтрацин. Состав иластпфпкато-ш контролировали с помощью гель-хроматографпческого метода галнза. Достоверность получаемых результатом оценивали мето-ши математической статистики.

Проведенные исследования влияния химического состава исходах ЛСТ па свойства модифицированных лпгносульфонатов покали высокую наде;киость и эффективность адсорбционного сгособа )Дифнцнропаш1л ЛСТ. Изучение молекулярно-массового расироде,-'пня МЛС методом гель-хроматографии показало, что 7! результате инфицирования ЛСТ по адсорбционному способу молекулярно-гссотюе распределение является одинаковым и не зависит от сос-ва исходных ЛСТ.

Этим объясняется, что все добавки, приготовленные из различ-.ix видов ЛСТ, обладали одинаково высоким пластифицирующим здествием на цементные системы, воздухововлечеште в цементно-'счаиые растворы с указанными добавками при их дозировке 0,Г>% массы цемента составляло 8,3 — 9,7%, а в бетонных смесях при ¡1 ;ке дозировке добавок — 3,7—4,4%. В присутствии указанных гастяфпкаторов наблюдался эффект замедления твердения цементах систем. Таким образом, показано, что пластифицирующее, возду-'вовлекагощее, стабилизирующее действие МЛС не зависит от ойств н состава исходных ЛСТ, а адсорбционный способ модпфици-вания ЛСТ имеет высокую повторяемость результатов мри пзме-пощихся свойствах исходного сырья.

Уменьшение прочности цементных растворов и бетонов каг; в ■ ловлях нормального твердения, так и после ТВО следует отнести счет увеличения воздухосодержания п стабилизирования тверде-[я цементных систем в раннем возрасте в присутствии МЛС.

В результате-„проведенного поиска в качестве гипотезы была гедложена возможность применения как адсорбента пыли-уноса.

цементных производств, имеющей в своем составе карбонат кальция — до 65%, двуокись кремния — до 25%, SV¿ 5% ц, повышенное по сравнению с цементом, содержание щелочей (от 7 до 10%), которые, но мнению Рамачандрана В., разлагают сахара н наиболее сильные замедлители твердения цементных систем: глюконовую и ксплоновую кислоты.

Проведенные сравнительные исследования MJIC, полученных с использованием в качестве адсорбента портландцемента и пыли-уноса цементных заводов, показали, что оба способа модифицирования JICT обеспечивают практически равную степень очистки ЛОТ от высокомолекулярной фракции: гель-хроматограммы МЛ С, полученных адсорбцией ЛСТ на портландцементе п пыли-уноса цементных производств, являются сходными.

Изучение влияния вида адсорбента на реологические свойства цементных систем с модифицированными лппшеульфонатамп пока зало, что добавка, полученная обработкой ЛСТ нылыо-уиоса цементных производств (условное наименование Ф) п НИЛ-20 при посто яннол с контрольным составом водосодержашш приводят к значительному повышению подвижности цементных композиции. В облас ти концентраций от 0,5 до 0,75 мае. % пластификатор Ф обеспечп вает увеличение подвижности растворных смесей на средпеалюмп натном портландцементе от 180 до 200 мм, т. е. на 20 мм; пластифи катор НИЛ-20 — на 14 мм. Максимальный пластифицирую щш эффект добавок Ф и НИЛ-20 в цементно-песчаном растворе па осио ве низкоалюмнпатнОго портландцемента наблюдался при содержат« их в смеси 0,6 и 0,65 мае. % соответственно. Введение пластификаторов Ф и НИЛ-20 в бетонные смеси с исходной осадкой конуса 2— 4 см приводит к получению высокоподвпжпых смесей: осадка кону са бетонной смеси, приготовленной па среднеалюмнпатном цемент! при введении пластификатора Ф в количестве 0,7 мае. % увеличивается _с_3,5 см до_22 см. В случае применения НИЛ-20 в том Ж( количестве осадка конуса бетонной смеси составляет 20 см. Аиало гичное увеличение подвижности бетонной смеси па низкоалюмппат ном портландцементе достигалось нри использовании 0,0 мае. пластификаторов Ф и НИЛ-20.

При введении добавок Ф и НИЛ-20 в бетой в дозировках от 0, до 0,4 % не наблюдается снижение прочности, а в дозировках от 0,; до 0,7% имеет место уменьшение прочности бетона как непосредст

mío поело ТВО, так тт б 28-суточттом возрасте. Уменьшение проч-ictji при сжатии бетонных образцов, нриттивлепимх на средне-,, гоминатпом портландцементе с добавкой Ф при дозировке О,;)'/» сос-вляет 8,7%, а с пластификатором ПШ1-20 — 11,8%. /Для бетопоп [алогичного состава на ипзкоплюмпнатпом цементе уменынепне ючностпых показателей через одни сутки после ТОО- составило: пластификатором Ф — 11,3%, а с ТШЛ-20 — 15,3%. Таким обрам, подтверждена выдвинутая в работе гипотеза: замена высокома-)Чпого цемента пылыо-упоса цементных производств не снижает тастифицпруещего влияния добавки модифицированного лнгпо-' /льфопата. Оптимальной дозировкой пластификатора Ф для бетон--я"| смеси на средиеалюмпнатном цементе является 0,5%, на низко-'

помипатпом цементе — 0,4%. При этом за счет разложения Сахаров СТ повышенным количеством щелочей в пылп-уноса пепользова-:' те пластификатора Ф позволяет увеличить прочность бетона r.ocju ВО на 22% или снизить расход цемента в пределах 12%. Везулъ-1ты исследовании методом гель-хроматографпн показали, что мювпои причиной высокого пластифицирующего эффекта является зганоплепне определенного , молекулярно-масеового распределения-ракциопиого состава ЛС в процессе адсорбции.

Изменение молекулярпо-массоного распределения в лпгпосулв-опатах при адсорбционном способе модифицирования ЛОТ, нрнво--тщее к повышению качества лпгпосульфонатпых пластификата-□в, послужило основой для дальнейших исследовании, направ-еппых на получение высокоэффективных пластификаторов на ос-0150 ЛОТ. Для решения этой задачи была применена мембранная" ^х'нологпя, н, в частности, метод ультрафпльтрацип. Разделение' iCT на фракции проводилось па химически стойких полнеульфона-пдньтх мембранах с диапазоном рП от 0,5. до 14, с диаметром пор

О нм. Исследования по применению фракционированных ЛОТ кат! ластифпкаторов в цементные системы проводили с ь'спользованкем-пзкомолекулярной фракции ЛОТ (НМФ), поскольку известно, что ыеокомолекулнрная фракция оказывает отрицательное влияние на вердеюшне цементные композиции.

Исследование пластифицирующего действия НМФ (пермеатов), олученных разделением 5 % водного раствора ЛСТ Копдапожского JBK на полупроницаемых мембранах УИМ-07 п УПМ-55/? (услов-

и п

йое ооозначение „гГ- п "~ч>т-п.г --ТГ соответственно) по

УПМ-67 УПМ-оаП

казало, что по возрастанию пластифицирующей способности в це ментно-песчаных растворах на среднеалюминатном н ннзкоалюми натном цементах НМФ можно расположить в ряд:

п___¿1 __Ц—

УПМ-67 УПМ-55П

ЛСТ

Это связано с изменением молекулярно-массового распределения лиг носульфонатов в результате ультрафильтрацпи ЛСТ: по данных

II

гель-хроматографического анализа в пермеате ~упм 67 С0ДеР~

жалась только НМФ, в пермеате —улМ~55П~ отмечалось 11аЛ1Ь чие НМФ — 44,2% и ВМФ — 3,5%, что и привело к увеличении:

пластифицирующей способности пермеата ущ^55П~ 110 °Рав

аению с пермеатом "уплГбТ" ' ^аспль1В К0ИУса раствора и;

основе среднеалюшшатиого цемента при введении нермеат; П

~УПМ"б7~ °Т ^ ^ мас> Увелнчпвался со до 172 мм. т.е. на 47 мм, а при использовании пермеата уЩ| п ЛСТ

это увеличение составило 65 мм-и -75 мм со о «¡с г с тпешю. Расильи конуса раствора, приготовленного на низкоалюмннатном цементе >

пермеатом — в количестве 0,6 мае % увеличивался ш

П

60,9%, в то время как применение пермеата тг^ ——: и ЛС1

УИМ-ооН

том же количестве приводило к увеличению раенлтлва конуса на 3,0% н 78,3%. Для достижения равной подвижности растворных несен при использовашш в качестве вяжущего низкоалгоминатиог% емента по сравнению с растворной смесыо на основе среднеалюми-атного цемента требуется введение исследованных пластпфнкато-ов на 0,15 — 0,2 мае. % меньше. .

И . ; ..

Применение пермеата "~ущ[ в оетонпои смеси на

изкоалюмипатном портландцементе было более эффективным, чем бетонной смеси па ероднеалюминатном портландцементе: введение

И

,оо мае. <« —УПМсУ 13 первом случае вызывало увеличение

:адки конуса бетонной смеси с 4 см до 18 см, а в бетонной смесп з ероднеалюминатном цементе такое же увеличение осадки кону-

1 наблюдалось при введении 0,8 мае. % - • Для полу-

У11М-и7

лшл равпоподвшкных бетонных смесей па указанных цементах УПМ Г)5П_ РазпПДа в дозировках пластификатора составляла :

2 мае. %. Таким образом исследуемые 1ШФ ЛСТ могут обеспечить получение высокоиодвпжных бетонных смесей.

Применение НМФ ЛСТ вызывало еппжепне прочности на изгиб на сжатие растворов в ранние сроки, а использование ЛСТ — и на

3 сутки твердения как в нормальных условиях, так п после ТВО ^зависимо от вида цемента. Прочность растворов на основе средие-номинатного портландцемента с неиодифпцированпымп ЛСТ на 3-й тш нормального твердения составляла 52% по отношению к без-

П _ и .

добавочному составу; для составов с пермеатамп УПМ-55П

_УПМ 67 °На составляла ^2,0% п 70,5 % соответственно. По 13

достшкепию образцами 28хуто1шого возраста прочность их при сжатии с добавками пермеатов становилась практически равной прочности бездобавочного состава. Для растворов, подвергшихся ТВО, выявлены аналогичные тенденции, а также дополнительное снижение прочности образцов при сжатии, вызванное добавочным воздухововлечепием в растворную смесь.

Из числа исследованных пластификаторов на основе технических лнгносульфонатов НМФ по своим свойствам значительно уступала пластификаторам, полученным по адсорбционному способу. Причиной тому являлся полпфрацпопный состав последних. Анализ ММР ЛС, в добавках, полученных по адсорбционному способу показал, что улучшение их свойств по сравнению с немодпфпцнрован-ными лигносульфонатами обусловлено установлением определенного соотношения НМФ и ВМФ ЛС. Оптимизация этого соотношения является перспективным направлением повышения качества пластификаторов па основе ЛСТ.

Поэтому в качестве гипотезы было предложено, что существует оптимальное соотношение НМФ н ВМФ, позволяющее существешк улучшить качество пластификатора. Для проверки этого положенш были искусственно приготовлены композиции с различным содержа иием Ш1Ф и ВМФ полученных методом ультраф:!льтрацип на полу проницаемой мембране УПМ-07, обеспечивающем! наиболе^е полно! разделение ЛСТ. Результаты, представленные в табл. 1, показали что оптимальным соотношением НМФ и ВМФ в эффективном плас тификаторе из числа исследованных является 7:1. Таким образом проведенные исследования дают основание полагать, что в перепек тнве дальнейшее улучшение качества МЛС должно идти по пут) мембранного разделения ЛСТ на фракции с отделением низкомоле кулярных редуцирующих веществ с последующим их смешением. 1 дальнейшим модифицированием смесей веществами из ряда пенога ептелей. В настоящей работе использовали адсорбнциошшй спосо модифицирования,~как более -достунньш-и по результатам фракцпс нирования сходной с мембранным разделением.

В качестве гипотезы была предложена возможность совмещени известных способов модифицирования ЛСТ: введения в их соста веществ из ряда пеногасителей с последующей обработкой получе! ной эмульсии минеральными адсорбентами. И дальнейшие исследс вания были посвящены получению пластификатора повышенно

[эфектпвиостн 1га основе ЛСТ с применением такой технологии.

О результате проведенных поисковых исследований был иредло-еи способ приготовления эффективной лигпосульфонатиои добав-г, заключавшийся в двойном модифицировании существующих СТ:

1) приготавливали эмульсию пропшхола Б-400 в водном раство-з ЛСТ с помотцыо роторно-пульсацпопного аппарата или гидроакустического излучателя типа «масло-вода» с размерами частиц

) мкм;

2) производили адсорбционное модифицирование эмульсии, для то смешивали эмульсию с минеральными адсорбентами, нр;:ня->1ми I! работе, и после отстоя осветленную часть использовали в ячестве пластифицирующей добавки в цементные композиции.

Новая пластифицирующая добавка (условное наименование ИЛ-2М) обеспечивала высокий пластифицирующий эффект, возду-)вовлечепне в растворные смеси на среднеалюминатном цементе при щернеанлп добавки 0,6 мае. % составляло 2,(5%, прочность раствор-ых образцов через 1 сутки после '1150 была равна нлн несколько выю составов без добавки. Бетоны с добавкой Ш1Л-2М обладали уско-цнпэд по сравнению с Ш1Л-21, кинетикой твердения в нормальных "ловиях. С использованием методов физико-химического анализа ИКС, Д'ГЛ и рентгенофазового) вмиолиены исследования продуктов щратацнн цемента, при этом яе выявлено отличия в фазовом сосга-е проваренного цементного калтя и твердевшего в нормальных ус-овпях без добавки и с пластификатором НШ1-2.М. Изучение строи-гльно-техннческнх свойств бетонов с пластификатором Ш1Л-2М оказало, что для бетона с добавкой значения кубнковон, призмен-011 прочности, прочности на растяжение при раскалывании, коэф-пцнепт прнзменпой прочности и модуль упругости соответствует аким для бездобавочного бетона во все сроки испытания; к 363 сут-ам отмечается рост кубнковон прочности примерно в 2 раза, прнз-енион — в 1,7 раза.

Испытания морозостойкости бетонов с пластификатором НИЛ-М показали, что бетоны с Ш1Л-2.М (пепогаситель прошшол Б-400) мели ту же морозостойкость, что п для бездобавочных составов, ак па нпзкоалюминатном, так и на среднеалюминатном цементах.

Но расход пронпнола Б-400,' представляющего наиболее дорого-гоящнй и дефицитпый компонент добавки ШТЛ-21 (стоимость 1 т [ропинола Б-400 ТУ 0-142300-80 — 2400 руб. за 1 т), составляет

50 г на 1 м3 бетона, поэтому важное значение приобретает подбор более дешевых и недефицптиых модификаторов. В качестве модификаторов, альтернативных пропинолу Б-400, п данной работе изучены: баткак (ОСТ 15—365—87), содержащий 30% жиров, отход производства, стоимость 400 руб. за 1 т; смешанный осадок при производстве кремшшоргаиических жидкостей 131-85, 139-104, продуктов гидролиза силапхлорпдов, являющихся пеногаснтелямн; микробный жир — вторичный продукт микробиологической промышленности. Замена прошгнола Б-400 баткаком позволяет снизить затраты на приготовление 1 м3 бетона на 0,1 руб., при одновременном расширении сырьевой базы с, использованием отходов производства. Исследование свойств бетонов на низко- и среднеалюмипатном цементе с пластификатором НИЛ-2М, содержащим в качестве пеногаси-телей баткак, микробный жир и отход при производстве силанхло рпдов (табл. 2) показало, что по пластифицирующей способности НИЛ-2М с новыми модификаторами превосходит добавку 11ИЛ-21 и пе уступает НИЛ-2М с пеногасителем прогшнол Б-400; прочность бетона с исследуемыми пластификаторами па 28 сутки естественного твердения превосходила этот показатель для бездобавочных составов и составов с пластификатором немодпфицировашшми ЛСТ, оста ваясь на уровне прочности бетона с добавкой НИЛ-21.

Таблица I

Влияние изменения молекулярио-массового распределения пластификатора на основе ЛСТ ¥ пекогаептель на прочность растворов на основе Белгородского цемента

Со -тнпше-] ние НМФ и Количество ВМФ по ма-'добаяки.% дГ"изг. % | /1 с ж %

К Р к. т. по еле ТВ О ] н. т. теле ТВО

ссе в пересчете на сух. в-во от массы цемеи са

са, мм 3 28 1 28 | 3 23 [ 24

1. — 0 115 100 100 100 100 100 100 100 100

2. 0,8:0 0,8 180 84,3 98,4 74,2 94,2 77,4 125,1 74,8 1 15,4

3. 0,7:0,1 0,8 195 105,2 120,4 86,1 105,3 110,1 119,3 111,3 137,2

4. 0,6:0,2 0,8 205 87,2 115.8 66,9 97,1 100,3 110,8 98,3 120,4

5. 0,5:0,3 0,8 205 77,4 104,1 57,7 99,4 91,3 115,6 85,2 105,3

С. 0,4:0,4 0,8 205 68,1 98,7 60,4 82,2 85,5 96,2 68,8 70,1

7. НИЛ-21 0,8 190 70,4 100,0 59,1 98,3 66,5 97, 2 09,2 98,1

Рис. I. Молекулярцо-массовое распределение в добавках ЛС, пол; ченных различными способами обогащения ннзкомалекуля ной фракции: :

1 — адсорбционная очистка от ВМФ с использованием цеме та; ■ .

2 — выделение НМФ с помощью ультрафильтрацшг, (соотн шение НМФ:ВМФ=7:1);

3 — неочищенные технические ЛС.

Составы исследованных бетонов

Таблица 2

I- ** =

<-> = <ц

О СО Я

Наименование добавки

Лотир л оба в < н

Б —

—»— Ш1Л-2М —»— ПИЛ-2М Б —»— ПИЛ-2М МЖ — » — 11ИЛ-2МОКЖ В -

—»— 11 ИЛ-2М

— »— 11ИЛ-2М Б

— »- 1ШЛ-2М ГЧТVIл ).—» — ИИЛ-2М ОК'Ж

1. —» — Ш1Л-21

2. —»— ЛСТ

0,4

0,4 0,4 0,4

0,() 0,0 0,6 о,г, 0,(1 0,0

-<1

0,47 0,4 Г> 0,46 0,40 0,46 0, Г> 2 0,Г>0 0,Г,О 0,Г)0 0,50

о, г,о

0,50

3

20 19

19

20 3

19

20

19

20 ■18 20

со

0,8 0,7 1,5

2,4

1,8 1,1 1,0

О 9

2,4 2,1 0,5 С,8

и с

~38/Г 47,0 4(5,2 45,6 48,4 35,4 40,2

37,2

3(5,4 38,3 39,1 30,7

Образцы, содержащие НИЛ-2М, в котором пеногаситель иропииол >-400 был заменен указанными веществами, демонстрировали уве-нчеипе морозостойкости в 2 и более раза — за счет формировании олее рациональной структуры цементного камня. Кроме того, «атак, микробный жир и отход при производство сштнхлоркдов обес-ечнвают гидрофобпзацшо внутренней поверхности пор цементного :амня в бетоне, что приводит к устойчивому росту морозостойкости.

Проверенные исследования свойств бетонов с пластификатором 1ИЛ-2М ,(при расходе цемента 350 кг/м3 свидетельствуют о том, что

пластификатор НИЛ-2М позволяет увеличить прочность бетона г 20-25% при уменьшении содержания воды примерно на 20%. Эк< номия цемента при применении пластификатора НИЛ-2М соста ляет 17,5% в пределах данных составов.

Технология изготовления н лргшенешш пластификатора НИЛ-2 (ТЖ), где использован в качестве исногасптеля баткак, прошли npi изводственную проверку и внедрение в производство железобето пых конструкций и товарного бетона на Дзержинском комбннач производственных предприятий. Экономический эффект от внедр1 ния пластификатора ГШЛ-21 (ТЖ) на Дзержинском КПП сост: впл 37,4 тыс. руб. Составлены «Рекомендации по прнготовленн пластифицирующей добавки НИЛ-21 (ТЖ)'' «Рекомендации по rip! готонлешпо н применению бетонных смесей с добавкой НИЛ-21 (ТЖ на Дзержинском комбинате производственных предприятий», «Технологический регламент на приготовление пластификатора п< вышенной эффективности ГШЛ-2М».

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что адсорбционный способ модифицировали ЛСТ является эффективным при применении всех исследовании видов ЛСТ, отличающихся по фнзнко-хтшческнм характернст! кам.

2. Выявлено установление оптимального молекулярно-массов* го распределения лигносульфонатов при модифицировании ЛСТ г адсорбционному способу с использованием портландцемента и ныл; уноса цементных производств.

3. Исследование, пнзкомолекулярных фракции лигносульфош тов (пермеатов) показало, что их использование в качестве пласт! фнкатовов приводит (при наличии нластифтшруютпсго действия) суигествешго-Mv воздухововлечешш и резкому снижению прочност растворов и бетонов в раннем ;возрасте.

4. Показана принципиальная возможность оптимизации сост; ва пластифицирующей добавки на основе ЛСТ путем подбора соо-ношений низкомолекулярной фракции и высокомолекулярно фракции. Установлено оптимальное содержание ннзкомолекуля] ной фракции и высокомолекулярной фракции в пластификатора лигносульфонатного типа. Разработан новый вид адсорбента (пыл: уноса цементных производств), являющихся отходом производств по эффективности не уступающий портландцементу.

2(1

5. ¡Разработан способ двойного модифицирования ЛСТ п опытная технология добавки (НИЛ-2М) с пониженным стабилизирующим и воздухововлекающим действием. Установлено, что НИЛ-2М характеризуется пластифицирующим действием на 3-5 см превышающим соответствующий показатель известных добавок модифицированных ЛС но действующей классификации может быть отне-;сиа к суперпластифцкатораи.

С. Показано, что ирпмененне предложенного пластификатор» [■ШЛ-2М позволяет увеличить прочность бетона на 20-25% при уменьшении водопотребиостп бетона до 20%. Экономия цемента в гределох изученных состапои бетона составляет 17,5%.

7. Предложены новые пеногаснтелп из числа отходов производила: баткак, микробный жир и отход при производстве снланхлори-щв, эффективно регулирующие воздухововлечение в цементные шстемы и одновременно обеспечивающие повышение морозостойкости более, чем в два раза.

8. Технология изготовления и примсиепня пластификатора 1ШЛ-1\ (ТЖ) прошли производственную проверку и внедрение на Дзер-кинском комбинате производственных предприятии. Экоиомпчес-лш эффект от его внедрения составил 37,4 тыс. руб. Составлены юрматшшые документы по технологии приготовления и прпмиие-шя предложенных пластификаторов в бетоне.

Основные положения диссертации опубликованы в следующие работах:

1. Федоров Л. Е., Фролова Т. Ф. Усовершенствование существую щнх и создание новых добавок в цементные композиции — М. Деп в ЦНИИС Госстроя СССР 28. 04. 89, № 10009.-17 с.

2. Демина О. И., Фролова Т. Ф. Дорожные бетоны с добавками мо днфицнрованных лигносульфонатов. //Ресурсосберегающие техиоло гин, структура и свойства дорожных бетонов: Тез. докл. Респ. конф. -Харьков., № 1989. -С. 163.

3. Влияние новых видов модифицированных ЛСТ па реологию бе тонных смесей /А. Е. Федоров, I'. К. Юсупов, В. 3. Карппс, Т. Ф Фролова //ИЛ Мосгор-ЦПТИ, № 89. -М., -1989. -С. 146.

4. Сунерпластификатор на основе химически модпфицироваппы: лигносульфонатов с использованием отходов промышленности IA.IL Федоров, В.. В. Сшшцын, В. Л. Ясиогородскпн, Т. Ф. Фролова^ / Межвузовск. сб. научи, тр., Ш1ИТ. -М., 1989. -Вып. 820. -Физико химические вопросы железнодорожного транстиорта. -С. 23-26.

5. Новые пластификаторы повышенной эффективности на основ ЛСТ для цементных композиций — А. Е. Федоров, Р. К. Юсушл В. В. Сшшцын, Т. Ф. Фролова //Теория и практика применения су перпластпфикаторов и бетоне: Тез. докл. Зопальи. коиф. -Пенза ПД11ТП, 1990. -С. 78.

6. Структура и морозостойкость бетонов из высоконодпшкхшх сие сей с добавками модифицированными лпгносульфонатами /А. Е. Фс доров, Р. К. Юсупов, В. С. Макаров, В. 3. Карпис, Т. Ф. Фролова Межвуз. сб. научи, тр. /ХИИТ. -Харьков., 1990. -Выи. 13. -Иптеи снфикацпя производства сборного железобетона. -С. 28-34.

7. А. С. 1548171 СССР МКИЗ С04 В 24/18 Способ приготовлен» пластифицирующей добавки /Р. К. Юсупов, В. Л. Гольдштейн, В. £ Карпис, Т. Ф Фролова (СССР) //Открытия. Изобретения. -199( -М- 9.,-С. 104.