СОВРЕММЕННАЯ  УНИВЕРСАЛЬНАЯ  ДОБАВКА  ЖККА

Капленко  Ольга  Александровна

канд.  техн.  наук,  доцент  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова,  Северо-Кавказского  филиала,  РФ,  г.  Минеральные  Воды

E-mail: 

MODERN  UNIVERSAL  ADDITION  ZHKKA

Kaplenko  Olga

candidate  of  Technical  Sciences,  docent,  North-Caucasian  Branch  of  Belgorod  State  Technological  University  VG  Shukhov,  Russia  Mineral  Waters

АННОТАЦИЯ

В  статье  изучена  возможность  получения  комплексной  многофункциональной  добавки  и  ее  влияния  на  свойства  и  структуру  бетонов.

ABSTRACT

The  article  explored  the  possibility  of  obtaining  an  integrated  multi-functional  additive  and  its  effect  on  the  properties  and  structure  of  the  concrete.

Ключевые  слова:  воздухововлекающая  добавка;  пластифицирующий  эффект;  морозостойкость;  цемент.

Keywords:  air-entraining  agents;  plasticizing  effect;  frost-resistance;  cement.

В  современной  технологии  дорожных  бетонов  предусматривается  применение  воздухововлекающих  добавок  —  поверхностно-активных  веществ,  повышающих  значительно  его  морозостойкость  и  срок  службы  покрытий  автомобильных  дорог  и  аэродромов.

Для  повышения  физико-механических  и  технологических  свойств  бетонов  прочности,  морозостойкости,  ускорения  твердения  в  бетоны  вводят  также  комплексные  добавки  пластифицирующие  и  воздухововлекающие  СДБ+СНВ,  СДБ+СПД,  ВРП+С;  пластифицирующие-воздухововлекающие  и  воздухововлекающие  добавки  —  ПАЩ-1+СНВ,  ПАЩ-1+СПД,  ПАЩ-1+С,  ПАЩ-1+ОП;  пластифицирующие-воздухововлекающие  добавки  и  ускорители  твердения  —  ПАЩ-1+ТНФ,  ТКЖ-11+НК,  ТКЖ-10+НК,  НЧК+СН,  КЧНР+СН,  ПАЩ-1+НК,;  воздухововлекающие  добавки  и  ускорители  твердения  —  СНВ+СН;  СНВ+ННХК,  СНВ+НК,  СПД+СН,  СПД+ННХК;  пластифицирующих,  воздухововлекающих  и  ускорителей  твердения  —  СДВ+СНВ+СН,  СДБ+СНВ+НК,  СДБ+СПД+СН,  СДБ+СПД+НК,  СДБ+НЧК+СН;  пластифицирующие,  пластифицирующие-воздухововлекаю-щие  добавки  и  ускорители  твердения  —  СДБ+КЧНР+СН.

В  зависимости  от  состояния  добавки  ПАВ  в  водном  растворе  условно  различают  на  истинно  растворимые  (молекулярно-диспергированые  истинные  растворы)  и  коллоидные  растворы  [2,  с.  5].

Различают  анионные,  катионные  и  неионогенные  ПАВ.

Анионные  ПАВ  содержат  в  молекуле  одну  или  несколько  молекулярных  групп,  при  диссоциации  в  водном  растворе  образуют  длинноцепочные  анионы  -COOH,  -OSO₂OH,  -SO₃H.  Гидрофобная  часть  молекулы  обычно  представлена  непредельными  или  предельными  алифатическими  цепями  или  алкилароматическими  радикалами.  Поверхностная  активность  начинает  проявляться  при  длине  углеродной  гидрофобной  цепи  С  8  и  с  увеличением  длины  цепи  активность  продолжает  увеличиваться  вплоть  до  полной  потери  растворимости  ПАВ  в  воде  (обычно  при  достижении  числа  углеродных  атомов  С  в  цепи  равном  18)  [3,  с.  66].

Катионоактивные  ПАВ  в  водном  растворе  диссоциируют  с  образованием  поверхностно-активного  катиона  с  длинной  гидрофобной  цепью  и  аниона  —  обычно  галогенида.  Преобладающими  среди  катионных  ПАВ  являются  азотсодержащие  соединения:  амины  и  их  соли,  четвертичные  аммониевые  соединения  с  различными  функциональными  группами  и  др.  [5,  с.  65].

Неионогенные  ПАВ  не  диссоциируют  в  воде.  Их  растворимость  в  воде  обусловлена  наличием  в  молекулах  гидрофильных  эфирных  и  гидроксильных  групп,  чаще  всего  полиэтиленгликолевой  цепи.  При  растворении,  в  следствие  возникновения  водородной  связи  между  кислородными  атомами  полиэтиленгликолевого  остатка  и  молекулами  воды,  образуются  гидраты.  Получение  неионогенных  ПАВ  основано  на  реакции  присоединения  этиленоксида  к  жирным  кислотам,  спиртам,  алкилфенолам  и  др.  [7,  с.  10].

Поскольку  на  поверхности  минералов  цемента  и  заполнителей  имеются  как  отрицательные,  так  и  положительные  заряды  [6,  с.  18],  то  естественно,  что  эффективность  поверхностно-активных  добавок  будет  зависеть  от  наличия  в  их  составе  положительно  и  отрицательно  заряженных  ионов  или  функциональных  групп.

С  этой  целью  в  ФГБОУ  ВПО  СКФ  БГТУ  им.  В.Г.  Шухова  была  изучена  возможность  получения  комплексной  многофункциональной  добавки  на  основе  высшей  жирной  кислоты,  карбамида  и  хлористого  аммония  [1,  с.  99], 

Изучалось  получение  воздухововлекающей  и  пластифицирующей  добавки  путем  проведения  реакции  синтеза  высших  жирных  кислот  (ВЖК)  с  карбамидом  и  хлористым  аммонием  [4,  с.  4].  На  модельных  системах  карбамид-хлористый  аммоний  —  карбоновая  кислота  (ВЖК)  изучалась  кинетика  реакции.  Свойства  индивидуальных  исходных  веществ  соответствовали  требованиям  ГОСТ.  Реакция  проводилась  в  термостатированной  четырехгорлой  колбе,  снабженной  мешалкой  с  ртутным  затвором,  термометром,  ловушкой  Дина  и  Старка  с  холодильником  и  пробоотборным  устройством.  В  колбу  подавался  азот.  Опыты  проходили  в  интервале  температур  40—90  ºС  с  точностью  поддержания  температуры  ±1  ºС.  Отбирались  пробы  для  определения  кислотного  числа.  Ход  реакции  между  сырьевыми  компонентами,  взятыми  в  эквимолярных  количествах,  в  интервале  40—  90ºС  некоторое  время  характеризуется  прямыми  линиями,  т.е.  описывается  уравнением  1-го  порядка,  затем  скорость  суммарной  реакции  уменьшается.  Константы  (К)  (по  кислоте)  при  40,  65  и  90  ºС  соответственно  равны  3,1·10^-5,  7,8·  10^-5  и  18,0·  10^-5  с^-1,  т.е.  с  повышением  температуры  на  10ºС  скорость  увеличивается  в  2,4  раза  (рисунок  1).

Рисунок  1.  Кинетика  реакции  между  карбамидом,  хлористым  аммонием  и  ВЖК  при  различных  температурах:  1  —  плюс  40  ºС;  2  —  плюс  65  ºС;  3  —  плюс  90  ºС

Энергия  активации  (Е)  равна  29,0  ккал/моль.  При  65  ºС  и  90  ºС  реакция  объединения  практически  завершалась  за  3,2  ч.  Продукты,  полученные  при  65—90  ºС,  представляют  собой  смесь  уреидов  разной  степени  ацилирования.  При  65  ºС  изучалась  кинетика  реакции  между  карбамидом  разных  марок,  хлористым  аммонием  и  ВЖК  С18  (таблица  1).  Скорость  реакции  с  карбамидом  марки  «Б»  несколько  больше,  чем  с  маркой  «А».  Различие  видно  вначале  и  сглаживается  к  концу  процесса.  За  4—5  ч.  реакций  превращение  реагентов  происходит  на  95—96  %.

Таблица  1. 

Изменение  содержания  связанной  ВЖК  от  времени  реакции  с  карбамидом  разных  марок  и  хлористым  аммонием  (температура  65  ºС)

Качество  продуктов  зависит  от  соотношения  ВЖК,  карбамида  и  хлористого  аммония  и  естественно  свойств  реагентов.  Из  карбамида,  хлористого  аммония  и  ВЖК  можно  получить  разработанную  добавку  на  установке  непрерывного  действия  (рисунок  2).

ВЖК  из  обогреваемой  емкости  насосом  Н-1,  а  50  %  водный  раствор  карбамида  и  хлористого  аммония  —  насосом  Н-2  из  емкости  2  подается  в  змеевиковый  реактор  3,  помещенный  в  песчаную  баню  с  электрообогревом.  Парожидкостная  смесь  продуктов  реакции  направляется  в  отпарную  колонну  4.  С  верха  колонны  пары  воды,  сконденсировавшись,  попадают  в  отстойник  5.  С  низа  колонны  присадка  выводится  в  емкость  6.  Температура  процесса  65—80  ºС,  объемная  скорость  1,0—1,5  л/мин.

Рисунок  2.  Принципиальная  схема  установки  получения  эмульгаторов:  1  —  емкость  ВЖК;  2  —  емкость  водного  раствора  карбамида  и  хлористого  аммония;  3  —  реактор;  4  —  отпарная  колонна;  5  —  отстойник;  6  —  емкость  готового  продукта;  Н-1,  Н-2  —  насосы

Таблица  2.

Физико-химические  свойства  продуктов,  полученные  из  карбамида  марки  А,  хлористого  аммония  и  ВЖК  (при  соответствии  ВЖК:карбамид:хлористый  аммоний=1:1:0,2  и  0,2:3:0,6)

Эффективность  разработанного  продукта  определялась  по  ГОСТ  30459-2003,  а  также  по  подвижности  цементного  теста  и  температуре  растрескивания  образца  цементного  камня  толщиной  5  мм,  расположенной  на  рифленой  пластине  из  инвара,  коэффициент  линейного  расширения  которого  близок  к  0.  Расплыв  конуса  исходного  цементного  теста  при  В/Ц  =  0,32,  равен  140  мм.

Как  следует  из  таблицы  2  продукт,  полученный  при  соотношении  ВЖК:карбамид:хлористый  аммоний=1:1:0.2  обладает  воздухововлекающим  эффектом  и  в  некоторой  степени  является  пластификатором,  а  при  соотношении  компонентов  соответственно  0.2:3:0.6  воздухововлекающий  эффект  ослабевает,  а  пластифицирующий  возрастает.

Таблица  3.

Подвижность  цементного  теста  в  зависимость  от  состава  добавки  ЖККА

Добавка  ЖККА  является  поверхностно-активным  веществом  и  по  основному  действию  на  бетонные  смеси  и  бетоны  (регулирование  пористости)  относится  к  воздухововлекающим  и  пластифицирующим  добавкам.  Применение  добавки  ЖККА  в  дорожном  бетоне  обеспечивает  создание  системы  условно-замкнутых  пор  в  его  структуре  и,  тем  самым,  —  необходимой  морозостойкости  и,  кроме  того,  пластифицирует  бетонные  смеси  и  повышает  их  стойкость  против  расслоения.

Применение  добавки  ЖККА  расширит  номенклатуру  воздухововлекающих  добавок  и  снизит  стоимость  приготовления  бетонных  смесей,  используемых  в  дорожном  и  аэродромном  строительстве,  а  так  же  значительно  повысить  морозостойкость  и  трещиностойкость  бетонов.

Список  литературы:

1.Комарова  Н.Д.  Управление  структурообразованием  бетонов  с  помощью  химических  добавок  (модификаторов):Наука,  экология  и  педагогика  в  технологическом  университете:  сб.  научн.  докл.  №  2  научн.-  практ.  конф.  молодых  ученых,  аспирантов  и  студентов  //Минеральные  Воды:  издательство  СКФ  БГТУ  им.  В.Г.Шухова  2006.  —  С.  97—106.

2.Сахибгареев  P.P.  Структура  и  свойства  бетона  c  добавками  анионных  и  неионогенных  поверхностно-активных  веществ:  Автореф.  дис.  канд.  техн.  наук.  Л.:  Стройиздат,  1989.  —  24  c.

3.Сватовская  Л.Б.  и  др.  Управление  трещиностойкостью  тонкослойных  композиционных  покрытий  на  цементной  основе  //  Цемент  и  его  применение.  —  2005.  —  №  5.  —  С.  66—67.

4.Середа  О.А.  Дорожные  цементобетоны  на  некондиционных  заполнителях  Северного  Кавказа:  Автореф.  дис.  канд.  техн.  наук.  Белгород.  БГТУ  им.  В.Г.  Шухова,  2009.  —  24  с.

5.Трошкина  Е.А.  Управление  структурой  и  долговечностью  бетона  с  помощью  пластифицирующих  добавок  //  Технологии  бетонов.  —  2008.  —  №  2.  —  С.  66—67.

6.Тейлор  X.  Химия  цемента  М.:  Мир,  1996.  —  560  c.

7.Ушеров-Маршак  А.В.  Добавки  в  бетон:  прогресс  и  проблемы  //  Строительные  материалы.  —  2006.  —  №  10.  —  С.  8—12.