Механизм действия пластификаторов. Пептизация цемента


Пептизатор для синтеза магнитоактивной жидкости на водной основе

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Лигносульфонаты, подвергнутые нитрованию концентрированной азотной кислотой, применяют в качестве пептизатора для синтеза магнитоактивной жидкости на водной основе. Изобретение позволяет расширить круг веществ, которые могут быть использованы в качестве пептизатора, и повысить полноту использования растительной биомассы. 1 табл., 66 пр.

 

Изобретение относится к реагентам, предназначенным для синтеза магнитной жидкости, и касается пептизаторов, предназначенных для формирования магнитной жидкости.

Магнитные жидкости обладают уникальным сочетанием текучести и способностью взаимодействовать с магнитным полем. Их свойства определяются совокупностью характеристик, входящих в нее компонентов (твердой магнитной фазы, дисперсионной среды и стабилизатора), варьируя которые можно в широких пределах изменять физико-химические параметры магнитной жидкости в зависимости от условий их применения. Эффективность применения магнитной жидкости определяется намагниченностью насыщения и устойчивостью к действию гравитационных сил и магнитных полей. Магнитные жидкости при использовании в скоростных уплотнениях и подшипниковых узлах должны обладать низкой вязкостью и испаряемостью в сочетании с высокой термостойкостью, при использовании в качестве магнитных чернил - наоборот, высокой испаряемостью. Магнитные жидкости, предназначенные для использования в биологии и медицине, должны быть нетоксичны и устойчивы при контакте с живыми клетками и тканями организма.

Для получения мелкодисперсных магнитоактивных материалов разработано большое число различных методов, которые можно разделить на два типа.

В методах синтеза первого типа частицы магнитоактивных соединений коллоидных размеров образуются благодаря конденсации отдельных молекул. На размер образующихся частиц влияют условия, при которых происходит объединение отдельных молекул в частицы, поэтому для получения коллоидных частиц магнитных материалов используют различные варианты метода.

Одним из вариантов метода конденсации является реакция химической конденсации высоко дисперсного магнетита [Elmore W.C. Ferromagnetic colloid for studying magnetic structure // Phys. Rev. - 1938. - Vol. 54, N 4. - P. 309.; Elmore W.C. The magnetization of ferromagnetic colloid // Phys. Rev. - 1938. - Vol. 54, N 12. - P. 1092-1095]:

2 FeCl3 + FeCl2 + 8 NaOH → Fe3O4 ↓ + 8 NaCl + 4 h3O.

10%-ные растворы FeCl2⋅4h3O и FeCl3⋅6h3O смешивают при 70°С и при постоянном перемешивании к ним добавляют избыток 10%-ного раствора NaOH. Для ограничения роста частиц использовалось интенсивное перемешивание растворов. Для получения магнетита требуемого состава соотношение солей Fe3+/Fe2+ должно быть 2 к 1.

Существуют способы получения магнитных жидкостей и рентгеноконтрастных средств на основе органических соединений. В качестве магнитного компонента использован магнетит, осажденный из смеси солей железа (II) и железа (III) 25%-ным раствором аммония гидроксида [А.с. 568598 СССР, МКл2 С02G 49/08. Способ получения феррожидкости / Бибик Е.Г., Лавров Н.С., Грибанов Н.М., Котомина Т.М., Варенцова Т.А. // Бюл. - 1977. - №30.; А.с. 861321 СССР, МКл3 С01G 49/08. Способ получения феррожидкости / Бибик Е.Г., Грибанов Н.М., Бузунов О.В., Гермашев В.Г. // 1981. - Бюл. - №33.; А.с. 966015 СССР, МКл3 С01G 49/08. Способ получения феррожидкости / Бибик Е.Г., Бузунов О.В., Грибанов Н.М., Гермашев В.Г // Бюл. - 1982. - №38.; А.с. 978860 СССР, МКл3 А61К 33/26. Рентгеноконтрастное вещество / Цыб А.Ф, Амосов И.С, Бибик Е.Е., Грибанов Н.М, Никитина Р.Г., Рожинский М.М., Кугельмас М.К., Шаназаров К.С., Слюсаренко И.С., Граник Е.Н. // Бюл. - 1982. - №45].

Способ синтеза магнетитной магнитной жидкости на водной основе был разработан Нилом [Pat. 4089779 USA, Int. Cl. С02В 1/20. Clarification process / Neal J.A. - 1978.; Pat. 4110208 USA, Int. Cl. С02В 1/20. Clarification process / Neal J.A. - 1978]. Для стабилизации частиц магнетита со средним размером около 10 нм, полученных химической конденсацией, применяли побочный продукт бисульфитной обработки древесины - лигносульфонат натрия.

Методы второго типа синтеза магнитных жидкостей включают в себя различные способы диспергирования крупных частиц магнитоактивных материалов. Первые магнитные жидкости были получены С. Пейпеллом [Pat. 3215572 USA, USA Cl. 149 - 2. Low viskosity magnetic fluid obtaned by the colloidal suspension of magnetic particles / Papell S.S. 1965]. путем мокрого механического измельчения частиц магнетита в шаровых мельницах в течение 1000 ч.

Р. Кайзер усовершенствовал описанный процесс и получил магнитные жидкости на водной основе, органических соединениях (в том числе ароматических углеводородах) и эфирах [Kaiser R., Miskolczy G. Magnetic properties of stable dispersions of subdomain magnetite particle // J. Appl. Phys. - 1970. - Vol. 41, N 3. - P. 1064-1072; Pat. 3700595 USA, Int. Cl. H01F 1/10. Ferrofluid composition / Kaiser R. - 1972].

Кроме механического диспергирования крупных частиц до магнитоактивного материала с образованием частиц коллоидных размеров может быть использовано химическое диспергирование - пептизация, под которой понимается расщепление агрегатов, возникших при коагуляции дисперсных систем, под действием жидкой среды или специальных веществ - пептизаторов. Пептизация применяется в технике при получении высокодисперсных суспензий глин и других веществ.

Предлагается в качестве пептизатора при синтезе магнитной жидкости использовать лигносульфонаты, подвергнутые нитрованию.

Известны различные направления использования нитролигносульфонатов:

1) В производстве бумаги [Чудаков М.И., Русина Н.А., Кирпичева Л.М., Миронова Ю.Я. Модификация лигносульфонатов путем нитрования и использование их при производстве бумаги // ИВУЗ Лесной журнал. - 1977. - №6. - С. 125-127];

2) В строительном производстве для ускорения процессов твердения портландцемента [Топильский Т.В. Влияние нитролигносульфонатов на процессы твердения портланд-цемента // Журнал прикл. химии. - 1981. - т. 54, №1. - С. 7-14];

3) Для обессмоливания сульфитной целлюлозы [Чудаков М.И. и др. Обессмоливание сульфитной целлюлозы растворами нитрованных лигносульфоновых кислот // Бум. пром-сть. - 1973. - №6. - С. 5-6];

4) Для воздействия на вегетацию сорняков и сеянцев ели [Марич С.Н. и др. Оценка воздействия модифицированных лигносульфонатов на вегетацию сорняков и сеянцев ели в лесных питомниках // ИВУЗ Лесной журнал. - 2015. - №3. - С. 59-68];

5) Для производства буровых растворов [Zhang J. at al. Preparation of nitration-oxidation lignosulfonate and the performance in drilling fluid // Petroleum Science and Technology. - 2014. - Vol. 32, Iss. 14. - P. 1661-1668];

6) При решении экологических проблем металлургичесского производства [Пугин К.Г. Разработка противофильтрационного экрана для полигона захоронения отходов металлургии. - Материалы 1-й Международной науч.-практ. конф. "Современные энерго- и ресурсосберегающие технологии. Проблемы и перспективы". - 2009. - Одесса].

Задачей изобретения является расширение круга веществ, которые могут быть использованы в качестве пептизаторов, и более полное использование растительной биомассы.

Для оценки возможности применения нитрованных лигносульфонатов в качестве пептизатора был выполнен эксперимент, в котором доказано пептизирующее действие лигносульфонатов нитрованных в различных условиях.

Нитрование технических лигносульфонатов (ЛСТ) проводили следующим образом. К заданному объему раствора ЛСТ добавляли необходимый объем раствора концентрированной азотной кислоты и выдерживали реакционную смесь в течение 15…60 мин.

Для конденсации магнитоактивного соединения к заданному объему раствора нитрованных ЛСТ добавляли заданный объем раствора сульфата железа (II) и заданный объем раствора щелочного реагента. В этих условиях происходит первоначальное выделение крупнодисперсных частиц, которые постепенно седиментируют. На дне реактора образуется плотный окрашенный осадок, который с течением времени пептизируется. При этом образуется магнитная жидкость, магнитную активность которой измеряли на весах Гуи через заданные промежутки времени.

Пример 1. К 4 мл раствора ЛСТ (концентрация 18,6 мг/мл) добавляли 1 мл концентрированной азотной кислоты (концентрация 63,6%). Продолжительность нитрования составила 60 мин. После завершения нитрования объем реакционной смеси доводили до 100 мл дистиллированной водой. Для конденсации магнитоактивного соединения к 10 мл раствора нитрованных ЛСТ добавляли 2 мл раствора сульфата железа (II) (концентрация 5,56 мг Fe (II)/мл) и 2 мл 2 М раствора гидроксида натрия. В этих условиях происходит первоначальное выделение крупнодисперсных частиц, которые постепенно осаждаются. На дне реактора образуется плотный окрашенный осадок, который с течением времени пептизируется. При этом образуется магнитная жидкость (МЖ), магнитную активность которой измеряли на весах Гуи через 15 мин проведения конденсации. Величина магнитной активности (МА) составила 61,4 мг.

Пример 2. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 79,6 мг.

Пример 3. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 85,4 мг.

Пример 4. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 87,9 мг.

Пример 5. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Расход концентрированной азотной кислоты составил 0,8 мл. Продукт реакции представляет собой компактный твердый осадок (КО). Величина магнитной активности (МА) составила 47,5 мг.

Пример 6. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 5. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 84,3 мг.

Пример 7. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 5. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 102,9 мг.

Пример 8. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 5. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 114,3 мг.

Пример 9. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 5. Расход концентрированной азотной кислоты составил 1,2 мл. Продукт реакции представляет собой компактный твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 29,2 мг.

Пример 10. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 9. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 57,0 мг.

Пример 11. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 9. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 74,1 мг.

Пример 12. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 9. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 78,8 мг.

Пример 13. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Расход раствора сульфата железа (II) составил 1,75 мл. Величина магнитной активности (МА) составила 38,1 мг.

Пример 14. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 13. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 48,0 мг.

Пример 15. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 13. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 51,9 мг.

Пример 16. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 13. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 52,1 мг.

Пример 17. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 13. Расход раствора сульфата железа (II) составил 2,25 мл. Продукт реакции представляет собой компактный твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 43,8 мг.

Пример 18. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 17. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 75,0 мг.

Пример 19. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 17. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 97,3 мг.

Пример 20. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 17. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 113,4 мг.

Пример 21. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Расход 2 М раствора гидроксида натрия составил 2,5 мл. Величина магнитной активности (МА) составила 71,0 мг.

Пример 22. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 21. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 97,2 мг.

Пример 23. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 21. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 104,1 мг.

Пример 24. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 21. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 109,0 мг.

Пример 25. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Продолжительность нитрования составила 15 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 62,3 мг.

Пример 26. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 25. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 88,6 мг.

Пример 27. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 25. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 95,9 мг.

Пример 28. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 25. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 109,8 мг.

Пример 29. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Вместо 2 мл 2 М раствора гидроксида натрия использовали 2 мл концентрированного водного раствора аммиака. Продукт реакции представляет собой твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 32,9 мг.

Пример 30. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 29. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Продукт реакции представляет собой твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 57,8 мг.

Пример 31. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 29. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Продукт реакции представляет собой твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 79,6 мг.

Пример 32. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 29. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Продукт реакции представляет собой твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 100,7 мг.

Пример 33. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Температура, при которой проводили конденсацию, равна 45°С. Величина магнитной активности (МА) составила 112,4 мг.

Пример 34. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 33. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 122,6 мг.

Пример 35. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 33. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 127,6 мг.

Пример 36. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 33. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 129,9 мг.

Пример 37. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Конденсацию проводили в течение 5 мин на неодимовом магните (сила сцепления 200 кг). Продукт реакции представляет собой компактный твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 67,4 мг.

Пример 38. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 37. Продолжительность конденсации составила 15 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 120,4 мг.

Пример 39. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 37. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 145,7 мг.

Пример 40. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 37. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 157,4 мг.

Пример 41. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 37. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Величина магнитной активности (МА) составила 166,4 мг.

Пример 42. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Для конденсации магнитоактивного соединения брали 8 мл раствора нитрованных ЛСТ. Продукт реакции представляет собой компактный твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 56,7 мг.

Пример 43. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 42. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Продукт реакции представляет собой компактный твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 98,1 мг.

Пример 44. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 42. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Продукт реакции представляет собой компактный твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 136,3 мг.

Пример 45. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 42. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 163,2 мг.

Пример 46. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 42. Для конденсации магнитоактивного соединения брали 12 мл раствора нитрованных ЛСТ. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 54,4 мг.

Пример 47. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 46. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 82,7 мг.

Пример 48. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 46. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 91,4 мг.

Пример 49. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 46. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 94,4 мг.

Пример 50. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Конденсацию магнитоактивного соединения проводили на кипящей водяной бане в течение 1 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Измерение магнитной активности проводили через 5 мин после завершения конденсации магнитоактивного соединения на кипящей водяной бане. Величина магнитной активности (МА) составила 113,8 мг.

Пример 51. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 50. Измерение магнитной активности проводили через 15 мин после завершения конденсации магнитоактивного соединения на кипящей водяной бане. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 82,7 мг.

Пример 52. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 50. Измерение магнитной активности проводили через 30 мин после завершения конденсации магнитоактивного соединения на кипящей водяной бане. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 131,3 мг.

Пример 53. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 50. Измерение магнитной активности проводили через 45 мин после завершения конденсации магнитоактивного соединения на кипящей водяной бане. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 94,4 мг.

Пример 54. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 50. Измерение магнитной активности проводили через 60 мин после завершения конденсации магнитоактивного соединения на кипящей водяной бане. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 134,6 мг.

Пример 55. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Расход концентрированной азотной кислоты составил 0,6 мл. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 35,5 мг.

Пример 56. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 55. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 63,7 мг.

Пример 57. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 55. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 74,7 мг.

Пример 58. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 55. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 78,1 мг.

Пример 59. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Расход 2 М раствора гидроксида натрия составил 1,5 мл. Продукт реакции представляет собой компактный твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 40,6 мг.

Пример 60. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 59. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 75,0 мг.

Пример 61. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 59. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 102,3 мг.

Пример 62. Нитрование ЛСТ и конденсацию МА проводили в условиях примера 59. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Продукт реакции представляет собой магнитную жидкость. Величина магнитной активности (МА) составила 118,8 мг.

Пример 63. Конденсацию МА проводили в условиях примера 1. Для этого 4 мл раствора ЛСТ (концентрация 18,6 мг/мл) разбавляли до 100 мл дистиллированной водой. Для конденсации магнитоактивного соединения использовали 10 мл разбавленного раствора ЛСТ. Продукт реакции представляет собой твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 8,2 мг.

Пример 64. Конденсацию МА проводили в условиях примера 63. Продолжительность конденсации составила 30 мин. Продукт реакции представляет собой твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 12,8 мг.

Пример 65. Конденсацию МА проводили в условиях примера 63. Продолжительность конденсации составила 45 мин. Продукт реакции представляет собой твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 16,6 мг.

Пример 66. Конденсацию МА проводили в условиях примера 63. Продолжительность конденсации составила 60 мин. Продукт реакции представляет собой твердый осадок. Величина магнитной активности (МА) составила 19,1 мг.

Полученные результаты сведены в таблице. Из приведенных примеров видно, что нитрованные ЛСТ являются эффективным пептизатором при синтезе магнитной жидкости и позволяют более полно использовать растительную биомассу.

Применение лигносульфонатов, подвергнутых нитрованию концентрированной азотной кислотой, в качестве пептизатора для синтеза магнитоактивной жидкости на водной основе.

www.findpatent.ru

Механизм действия пластификаторов

Суперпластификаторы и сильнопластифицирующие добавки, открытые в 30-е годы прошлого столетия, заняли особое место в модификации бетонных и растворных смесей. Являясь разжижителями и высокоэффективными пластификаторами бетонных и растворных смесей, они позволяют при прочих равных условиях в несколько раз повысить подвижность таковых против исходной, не вызывая при этом снижения прочности бетона или раствора при сжатии. Пластифицирующий эффект определяется также изменением воды сольватных оболочек частиц новообразований цемента. При адсорбции ПАВ на поверхности твердой фазы количество воды сольватных оболочек уменьшается, а количество свободной воды возрастает. Это ведет к улучшению реологических характеристик смеси, но несколько замедляет процессы структурообразования и твердения цемента. По своей природе суперпластификаторы разделяют на четыре группы:

I — сульфированные меламиноформальдегидные смолы, II - продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, III — модифицированные (очищенные и практически не содержащие сахаров) лигносульфонаты, IV — добавки на основе поликарбоксилатов и некоторые другие (табл. 1).

Наряду с отечественными добавками в таблицу включены и суперпластификаторы зарубежного производства, широко представленные на строительном рынке и успешно применяемые как для бетонов, так и для сухих строительных смесей. Таблица 1. Классификация суперпластификаторов

 

год открытия группа тип снижение водосодержания % наименование
1960 1 сульфомеламинформальдегид MSF 15-30 НИЛ-10, 10-03, Мелмент, Конпласт, Зикамент-ФФ
1932 2 сульфонафталинфор-мальдегид NSF 5-15 ЛСТМ, ХДСК-1, Пластимент БВ40
1939 3 модифицированные лигносульфонаты LS 15-25 С-3, 40-03, Дофен, Майти, Кормикс, Кризо Флюид
1993 4 поликарбоксилат РА 20-30 Мелфлюкс 1641Ф
1997 -- эфир поликарбоксила новый РАЕ 25-40 Зика Вискокрит-20ШЕ
1997 -- сополимер акриловый САЕ 25-40 Флюкс 1

Суперпластификаторы представляют собой анионактивные органические вещества коллоидного размера с большим количеством полярных групп в цепи. Эффективность суперпластификаторов зависит от структуры, наличия и вида функционально активных групп, их расположения в молекулах, длины и формы цепей, молекулярной массы, Добавки-разжижители, находясь в адсорбированном на зернах цемента и новообразованиях состоянии, создают «стерический» эффект отталкивания. Этот эффект, обусловленный формами цепей и характером зарядов на поверхности зерен цемента и гидратов, является причиной длительного сохранения жизнеспособности бетонных и растворных смесей. Такое механическое действие суперпластификаторов в 3...4 раза повышает подвижность бетонной смеси. Действие суперпластификаторов ограничивается 2...3 ч с момента их введения и после первоначального замедления процессов гидратации и образования коагуляционной структуры наступает ускорение твердения бетона. Это объясняется тем, что адсорбционный слой добавки на поверхности зерен цемента проницаем для воды, а дефлокулирующее действие ПАВ увеличивает поверхность контакта цемента и воды, что приводит к увеличению числа гидратных новообразований. Суперпластификаторы вводят в бетонные смеси в виде водных растворов рабочей или повышенной концентрации из расчета содержания добавки в пределах 0,7..1,5 % массы цемента. При этом доза суперпластификатора должна быть выше для высокоалюминатных цементов. Интенсивность уменьшения подвижности бетонной смеси во времени также зависит от алюминатности цемента. Суперпластификаторы, в основном, являются синтетическими полимерными веществами, поэтому очень дороги, и их использование в бетонных и растворных смесях должно быть технически и экономически обосновано. Но несмотря на повышенную стоимость, бетоны, модифицированные такими ПАВ, эффективны, так как экономия цемента в них может достигать 50 кг/м3 и более. Кроме того, применение суперпластификаторов дает возможность использовать литые бетонные смеси, что приводит к снижению трудозатрат и улучшению условий труда на производстве.

Среднепластифицирующие добавки — это вещества гидрофильного типа, к которым относятся такие широко применяемые органические продукты, как лигносульфонаты, некоторые эфиры и другие вещества, каждая молекула которых содержит значительное число функциональных групп разной полярности, перемежающихся с неполярными радикалами. При адсорбировании на частицы цемента не все полярные группы таких ПАВ обращены в сторону твердой фазы, некоторые наименее «фильные» из них, как и неполярные органические радикалы, обращены наружу. Такое адсорбционное покрытие влияет, прежде всего, на исходную фазу — зерна цемента. Хотя сама пленка может быть моно- или бимолекулярной (в зависимости от дозировки пластификатора), но за счет дальнодействующих вандерваальсовых сил она удерживает вблизи себя достаточно толстый слой воды. По этой причине между твердыми частицами создается гидродинамическая смазка, обеспечивающая снижение коэффициента внутреннего трения. Вместе с этим, благодаря физической адсорбции в устьях микрощелей и микротрещин клинкерной части цемента, происходит сглаживание шероховатостей микрорельефа зерен, что также способствует пластификации бетонной смеси. Весьма важной особенностью гидрофильных ПАВ является их пептизирующее (диспергирующее) действие. Пептизация заключается в разделении агрегатов на первичные частицы под влиянием раздвигающего действия активной поверхности цементных частиц в процессе гидратации и гидролиза, что в свою очередь ускоряет взаимодействие цемента с водой и уменьшает количество не прореагировавшего клинкерного материала. Модифицирующее действие ПАВ приводит к замедлению роста зародышей кристалликов новообразований в результате образования на их поверхности адсорбционных слоев. Замедление роста отдельных зародышей вызывает увеличение общего их числа, т. е. дисперсность кристаллических продуктов гидролиза и гидратации цемента значительно увеличивается, что может оказывать положительное влияние на плотность формирующейся структуры, деформативную способность цементного камня и предельную растяжимость бетона. При адсорбции ПАВ на центрах кристаллизации алюминийсодержащих фаз происходит их стабилизация, заключающаяся в уменьшении скорости роста и накоплении большого количества мельчайших частиц новообразований (часто рентгеноаморфных или плохо закристаллизованных), т. е. дисперсность возникающих структур твердения при введении повышенных концентраций ПАВ возрастает. Это относится как к размерам твердой фазы, так и к среднему эффективному диаметру пор и капилляров. Таким образом, добавки ПАВ, вводимые в небольших количествах — 0,2...0,25 %, замедляют процессы гидратации и твердения цемента, прежде всего вследствие экранирования его зерен адсорбционными слоями. Необходимо принимать во внимание, что при больших дозировках добавок происходит повышение вязкости среды, а также адсорбция ПАВ на гидратных новообразованиях, приводящие к значительному замедлению процессов твердения бетона. При передозировке гидрофилизирующих ПАВ возможно вовлечение в бетонную смесь пузырьков воздуха, но они изолированы и легко удаляются из смеси при перемешивании. Как показали исследования, действие пластифицирующих добавок различно для отдельных минералов цементного клинкера. При введении добавок следует учитывать их совместимость с цементами (из-за содержания в них С3А и гипса), минеральными дисперсными компонентами и между добавками при их комплексном введении. Пластификаторы гидрофилизирующего действия (типа ЛCТ) адсорбируются по схеме: С3А > С4АF > С3S > С2S, поэтому наиболее эффективно их применение в «жирных» бетонных смесях на высокоалюминатном цементе.

Механизм действия слабопластифицирующих добавок (пластифицирующе-воздухововлекающих), являющихся веществами гидрофобного типа, заключается в вовлечении в бетонную смесь мельчайших пузырьков воздуха и образовании на поверхности зерен цемента тонких (мономолекулярных) гидрофобных пленок. Такое действие добавок резко уменьшает смачивание цементных зерен водой, что приводит к замедлению реакций гидратации и гидролиза клинкерных минералов и, следовательно, к сохранению на некоторое время начальной вязкости теста вяжущего. Количество вовлеченного воздуха может достигать ~ 5 % от объема смеси. Вследствие этого увеличивается объем цементного теста, играющего роль смазки твердых компонентов смеси, и достигается эффект пластификации. Это указывает на то, что использование пластификаторов гидрофобного типа наиболее эффективно в «тощих» смесях. В процессе перемешивания бетонной смеси, адсорбированные на зернах цемента пленки молекул ПАВ механически сдираются, благодаря чему обеспечивается взаимодействие воды с цементом и не нарушается протекание процессов гидратации. Слабопластифицирующие добавки, как и гидрофилизирующие, удлиняют срок начальной стадии структурообразования, замедляют рост пластической прочности бетона во времени. Система равномерно распределенных пор с гидрофобизированной поверхностью в затвердевшем бетоне снижает капиллярный подсос влаги и, тем самым, уменьшает проницаемость бетона. В процессе замораживания образовавшиеся поры подобно контракционным выполняют роль демпферов: снижают напряжения и деформации, обеспечивая повышенную морозостойкость материала. Поэтому основным экономическим эффектом применения слабопластифицирующих добавок, помимо снижения водопотребности бетонных смесей и сокращения расхода цемента, является повышение долговечности железобетонных конструкций. Следует учитывать, что добавки гидрофобизирующего действия (типа ГКЖ-10, ГКЖ-11), в отличии от гидрофильных, хорошо адсорбируются на силикатных минералах цемента по схеме: С3S > С2S > С4АF и практически не адсорбируются на С3S. Поэтому слабо пластифицирующие добавки более эффективны при применении низкоалюминатных цементов с повышенным содержанием силикатов кальция.

Источник: http://www.betonoved.ru

armabeton.net

Получение коллоидных растворов методом пептизации

    Коллоидные растворы занимают по степени дисперсности промежуточное положение между истинными растворами или, иначе говоря, молекулярно- и ионно-дисперсными системами и грубодисперсными системами. Поэтому они могут быть получены либо путем ассоциации (конденсации) молекул и ионов истинных растворов, либо раздроблением частиц грубодисперсных систем. Методы получения коллоидных растворов представлены двумя группами методы конденсации и дисперсионные методы. В отдельную группу может быть выделен метод получения коллоидных растворов с помощью пептизации. [c.294]

    ПЕПТИЗАЦИЯ — расщепление агрегатов частиц в коллоидных осадках, гелях или суспензиях на первичные частицы под действием воды или других веществ — пептизаторов. П.— один из методов получения коллоидных растворов применяется в технике при получении высокодисперсных суспензий глин и других материалов. [c.188]

    Получение коллоидных растворов методом пептизации [c.333]

    Метод пептизации. По этому методу осадок какого-либо вещества, с целью получения из него золя, обрабатывают электролитом. Например, если осадок гидрата окиси железа поместить В коническую колбу, а затем прилить к нему раствор хлорного железа, то через некоторое время этот осадок исчезнет в связи с образованием коллоидного раствора гидрата окиси железа. [c.237]

    Учитывая то, что коллоидные растворы являются промежуточными системами между истинными растворами и взвесями, для получения коллоидных растворов можно исходить как из молекулярной степени раздробления частиц дисперсной фазы, укрупняя их до степени дисперсности в 1 —100 ммк (метод конденсации.), так и от грубых взвесей, уменьшая размеры частиц дисперсной фазы до коллоидных размеров (метод диспергирования, или пептизации). [c.111]

    Пептизация находит широкое применение на практике. Она является одним из наиболее распространенных методов получения коллоидных растворов (например, гидроксидов металлов, некоторых красителей, сульфидов и т. д.). Она находит применение для увеличения прочности искусственно получаемых коллоидных систем, например при раздроблении веществ в коллоидных мельницах. Моющее действие мыла, имеющее большое практическое значение, также связано с процессом пептизации. Действие мыла объясняется не только щелочной реакцией раствора, а главным образом пепти-зирующими свойствами его. Коллоидный ион мыла хорошо адсорбируется частицами грязи, сообщает им заряд и переводит их в состояние золя, т. е. пептизирует их. В виде золя эти грязи удаляются с предмета. [c.351]

    В отчет записывают метод приготовления коллоидного раствора (например, химическая конденсация, пептизация и т. п.), реакцию получения труднорастворимого соединения и формулу мицеллы, учитывая экспериментально найденный знак заряда коллоидных частиц. [c.80]

    Полученные рентгенограммы разделяются на два типа. К первому относятся рентгенограммы осадков, приготовленных по способу 1 и 5а, ко второму — рентгенограммы остальных золей, за исключением осадков, приготовленных по способу 5в, рентгенограмма которых имеет немного сильно размытых линий и поэтому не поддается идентификации со структурами, полученными по методу 1 и 2. Осадки типа 2 после нагревания с водой до кипения показывали интерференционную картину 1-го> типа. Дебаеграммы 1-го и 2-го типов резко отличаются от дебаеграммы прокаленного вольфрамового ангидрида и явственно различны между собой (см. рис. 1). Характер дебаеграмм не зависел от того, употреблялся ли для съемки гель, полученный в результате коагуляции золя соляной кислотой, или же брался осадок, лишь отмытый до начала пептизации и не переведенный полностью в коллоидный раствор. [c.164]

    Бумагу погружают в коллоидный раствор гидрата окиси алюминия, полученный пептизацией алюмината натрия уксусной кислотой (этот способ дает наилучшие результаты). Можно также применить метод, описанный выше. В обоих. случаях бумагу промывают 5 час. при 20—25° и перемешивании. Затем бумагу пропитывают проявителем), промывают погружением в воду и высушивают при комнатной температуре. Для приготовления [c.113]

    Особняком стоит метод пептизации, который может быть применен для приготовления некоторых золей и стойких суспензий. Он заключается в следующем. Коллоидный раствор или высокодисперсную систему получают, обрабатывая измельченный материал (сажа, графит глина) или промытый осадок (коагель) соответствующего вещества, полученный химической реакцией осаждения, небольшим количеством специального раствора пептизатора в результате получается коллоидный раствор или высокодисперсная система. Пептизировать можно далеко не все осадки плотные, тяжелые осадки не поддаются пептизации, наоборот, рыхлые, студенистые осадки (гидроокиси, сернистые металлы и т. п.), особенно свежеприготовленные, легко пептизируются. Формально пептизацию можно отнести к методам диспергирования, но это, конечно, неправильно. Основной элемент диспергирования — измельчение вещества до нужной степени дисперсности. Пептизируемый же осадок — это уже диспергированный материал, доведенный до коллоидной степени измельчения. Его частицы в результате коагуляции (соединения, слипания) образовали крупные агрегаты, что и привело систему в состояние седиментационной неустойчивости — к выпадению осадка. [c.225]

    Одним из важнейших дисперсионных методов получения золей является пептизация. Пептизация — это процесс образования коллоидного раствора из нерастворимого в данной среде вещества под действием очень небольших количеств электролитов. [c.118]

    Получение коллоидных растворов в нерастворяющей среде требует дробления вещества до коллоидной степени дисперсности и наличия стабилизатора. Золи получают диспергированием и конденсацией. Методы диспергирования основаны на механическом дроблении и химическом диспергировании, носящим название пептизации. Пеп-тизация — это переход в коллоидный раствор свежеполу-ченных осадков, образованных при коагуляции (укрупнении). [c.148]

    Выпадающие при коагуляции осадки имеют различную структуру. Одни из них плотны, компактны, что свидетельствует о тесном контакте частиц, и коагуляция носит необратимый характер. Другие коагуляты занимают большой объем и имеют рыхлую, ажурную структуру. Частицы в них остаются обособленными, разделены тонкими прослойками жидкости и сжатыми электрическими слоями. Можно полагать, что, увеличивая степень диффузности двойного электрического слоя, возможно коагулят снова перевести в состояние золя. Действительно, в некоторых случаях освобождаясь от электролита — коагулятора промыванием осадка, удается вызвать процесс, обратный коагуляции,— пептизацию, переход коагеля в золь. Например, промыванием удается пептизировать свежие, особенно коагулированные однозарядными ионами осадки двуокиси кремния, двуокиси олова, сульфидов металлов, серы. Пример пептизации чистой жидкостью — пептизация глины под действием воды. При взаимодействии с водой на поверхности частиц глины возникают ионно-сольватные слои, ослабляющие связь между частицами глины в результате образуется достаточно устойчивая суспензия глины в воде. Пептизация легче идет при добавлении небольшого количества пептизатора, позволяющего восстановить структуру двойного электрического слоя. Пептизаторами являются потен-циалобразующие электролиты. Например, осадок Ре(ОН)з пептизируется солями трехвалентного железа. Такой прием является одним из методов получения коллоидных растворов ( 108). [c.246]

    Конечную физическую структуру будуш его продукта не обязательно закладывать в самом процессе переосажде-ния гидроокиси алюминия из растворов алюмината натрия или солей алюминия. Можно сначала получать гидроокись алюминия и более грубой структуры, которая удовлетворительно промывается на фильтрах. Окончательное исправление структуры уже промытой чистой активной окиси алюминия методом пептизации (перевода в коллоидное состояние) состоит в том, что пасту или тонко размолотую сухую гидроокись алюминия обрабатывают в смесителях небольшим количеством разбавленной азотной кислоты или ее смеси с растворами азотнокислых солей. При этом часть, а в отдельных случаях и вся окись алюминия переводится в коллоидно растворенное состояние. Эта коллоидная часть окиси алюминия образует далее после грануляции и сушки ту тонкопористую сетку, которая необходима для изменения и дополнения ранее образованной пористой структуры и цементирования полученных гранул с повышением их прочности. [c.98]

    К дисперсионному же методу причисляют способ получения коллоидных систем, получивший название пептизации. Процесс пептизации заключается в том, что осадок данного вещества переходит в коллоидный раствор под действием определенного реактива, называемого пептизатором пептизато-рами являются большей частью электролиты. [c.168]

chem21.info

Вода и добавки к бетонам и растворам — ТехЛиб

Вода. В технологии бетонных работ воду используют для приготовления бетонных смесей и раствора, поливки бетона в процессе твердения, промывки заполнителей. Качество воды оцени­вают по содержанию вредных примесей, которые могут препят­ствовать нормальному схватыванию и твердению вяжущего ве­щества либо вызывают появление в структуре бетона новообра­зований, снижающих его прочность и долговечность, а также коррозию стальной арматуры.

Технические требования к воде для затворения и поливки бе­тона следующие. Водородный показатель воды рН должен на­ходиться в пределах от 4 до 12,5, т. е. для затворения является пригодной вода с нейтральной средой, слабокислой или слабо­щелочной. Вредными примесями в воде считаются органические вещества, растворимые соли, в особенности содержащие ионы SО4-2и Сl-1, а также взвешенные частицы глины, пыли и почвы, со­держание которых не должно превышать норм.                                      

Таблица 1. Требования по содержанию вредных примесей в воде для бетонов и растворов

Назначение воды

 

Предельное содержание, мг/л

 

раствори­мых солей

 

ионов SО4-2

 

ионов Сl-1

 

взве­шенных частиц

Для затворения бетонной сме­си при изготовлении преднапряженных ж/б конструкций и нагне­таемого раствора

 

3000

2000

600

200

Для затворения бетонной сме­си при изготовлении бетонных и ж/б конструкций с ненапрягаемой арматурой, штукатурных раство­ров и растворов для армирован­ной каменной кладки

 

5000

2000

2000

200

Для затворения бетонной сме­си при изготовлении бетонных неармированных конструкций, к которым не предъявляются тре­бования по ограничению образо­вания высолов, а также строи­тельных растворов для неармиро­ванной кладки

 

10000

2000

4500

300

Для поливки наружных по­верхностей бетонных и ж/б кон­струкций

 

5000

2700

2000

500

 

Особую опасность представляет присутствие в воде солей, сульфат-ионов и хлор-ионов. Они могут вызвать неконтроли­руемое изменение сроков схватывания и скорости твердения бетона. Но самое главное — возникает опасность коррозии це­ментного камня и стальной арматуры в железобетоне. При большом количестве сульфат-ионов в бетоне начинается суль­фатная коррозия, которая разрушает цементный камень и конст­рукцию в целом. Хлор-ионы вызывают коррозию стальной ар­матуры. При большом содержании растворимых в воде солей на по­верхности бетона появляются высолы, портящие внешний вид сооружений.

Органические вещества, в особенности содержащие сахар и фенолы, замедляют нормальное протекание процесса гидрата­ции цемента и тем самым снижают прочность бетона. При большом содержании сахара схватывание бетонной смеси мо­жет вообще отодвинуться на неопределенное время. Поэтому в воде затворения количество сахаров должно быть не более 100 мг/л. Содержание полифосфатов, сульфидов и цинка должно быть не более 100 мг/л каждого, нитратов — не более 500 мг/л. При большем содержании необходимо определять их влияние на прочность бетона в возрасте 7 и 28 сут., морозостойкость и водонепроницаемость (допускается изменение не более чем на 10 %), коррозионное состояние арматуры и сроки схватывания цементного теста (изменение — не более 25 %).

Вода, содержащая пенообразующие вещества, является при­годной для применения при стойкости пены не более 2 мин. Недопустимо применять воду, на поверхности которой име­ется пленка из нефтепродуктов, масел, жиров. Эти вещества мо­гут осаждаться на поверхности цементных частиц и замедлять их гидратацию. Попадая на зерна заполнителей, такие примеси препятствуют образованию прочного контакта с цементным камнем и тем самым снижают прочность бетона.

Таким образом, для затворения бетонной смеси и поливки твердеющего бетона можно без предварительной проверки при­менять питьевую воду, а также речную, озерную или воду из искусственных водоемов, не загрязненную сточными выброса­ми, солями и маслами.

Болотные, торфяные и сточные воды не разрешается приме­нять без их очистки.

Добавки к бетонам и растворам. В тяжелых, мелкозерни­стых и легких бетонах добавки применяются с целью:

• улучшения технологических свойств бетонной (раствор­ной) смеси: повышения удобоукладываемости, перекачиваемости, снижения водо- и раствороотделения;

• регулирования потери подвижности смеси во времени, ско­рости процессов схватывания, твердения и тепловыделения;

• сокращения продолжительности тепловой обработки бето­на, ускорения сроков распалубки и загрузки конструкций при естественном твердении;

• повышения прочности, водо- и газонепроницаемости бетона;

• увеличения, морозостойкости, стойкости бетона и железо­бетона в различных агрессивных средах;

• повышения защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре;

• придания гидрофобных свойств поверхности бетона;

• уменьшения расхода цемента;

• экономии топливно-энергетических ресурсов.

В зависимости от назначения (основного эффекта действия) добавки для бетонов подразделяют на регулирующие:

• свойства бетонных смесей;

• твердение бетона;

• свойства затвердевшего бетона.

Добавки для регулирования свойств бетонных смесей ши­роко применяют при изготовлении бетона и строительного рас­твора. Важнейшее свойство этих смесей — удобоукладываемость. Удобоукладываемые смеси способны равномерно запол­нять заданный объем бетонируемой конструкции под действием силы тяжести либо прикладываемых внешних сил — вибрации, штыкования, трамбования. При транспортировании бетонной смеси по бетоноводам, укладке в опалубку смесь может рассло­иться. Чтобы этого не произошло, необходимо обеспечить за­данные характеристики пластичности и вязкости смесей. Реоло­гические свойства бетонной смеси и раствора могут быть изме­нены путем введения добавок. К группе таких веществ относят пластифицирующие, стабилизирующие, водоудерживающие и улучшающие перекачиваемость добавки.

Пластифицирующие добавки увеличивают подвижность (или уменьшают жесткость) бетонных смесей без снижения прочно­сти бетона. Подвижность бетонных смесей характеризуется осадкой стандартного конуса в сантиметрах. Для определения пластифицирующего эффекта добавки изготовляют бетонную смесь с осадкой конуса 1…4 см. При введении добавки осадка конуса возрастает. В зависимости от полученного результата добавку относят к одной из следующих групп:

Iгруппа — суперпластификаторы, увеличивающие осадку ко­нуса с 1…4 до 21 см и более;

IIгруппа — сильнопластифицирующие, повышают осадку ко­нуса до 16…20 см;

IIIгруппа — среднепластифицирующие, осадка конуса -10…15 см;

IVгруппа — слабопластифицирующие, осадка конуса — 5…9 см.

Добавки-суперпластификаторы представляют собой синте­тические полимерные продукты. Их вводят в бетонную смесь, в количестве 0,5…2 % от массы цемента в расчете на сухое веще­ство. В отличие от традиционных веществ суперпластификато­ры обладают гораздо более сильным разжижающим действием и не замедляют твердение бетона.

Наиболее распространен суперпластификатор С-3, получае­мый на базе продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Действие суперпластификато­ров основано на адсорбции их молекул на частицах цемента и гидратных новообразованиях, что способствует их лучшему скольжению относительно друг друга. Одновременно происхо­дит пептизация флокул (агрегатов) цементных частиц с умень­шением толщины сольватных оболочек вокруг них. Резко уве­личивая подвижность бетонных смесей, суперпластификаторы облегчают их транспортирование и укладку. Если необходимо сохранить подвижность, сокращают расход воды в бетонной смеси, а это позволяет повысить прочность бетона на 25…45 % (получать бетоны классов В70…В80 и выше из бетонных смесей подвижностью 2…4 см) или получать быстротвердеющие бето­ны классов В15…В45 через 24 ч твердения в нормальных усло­виях в комплексе с ускорителями твердения на рядовых состав­ляющих бетонной смеси при водоцементном отношении 0,23…0,30.

Сильнопластифицирующие добавки (пластификаторы СПС, Аплассан) и среднепластифицирующие (лигносульфонаты тех­нические модифицированные ЛСТМ-2, ПЛС-1 и ЛМГ) приме­няют для приготовления пластичных смесей, а также для полу­чения бетонов классов В30…В40.

Добавки на основе технических лигносульфонатов вводятся в бетонную смесь в количестве 0,2…0,7 % от массы  цемента. При этом на пластичных смесях в возрасте 28 сут. допускается снижение прочности бетона до 10 %. При снижении расхода во­ды (сохранении прежней удобоукладываемости) добавки позво­ляют повысить прочность бетона на 15…20 %, а морозостой­кость и водонепроницаемость бетона — на 1.. .2 ступени.

Добавки IVгруппы оказывают на бетонную смесь пластифицирующе-воздухововлекающее действие (ЩСПК, ГКЖ-10 и ГКЖ-11, мылонафт). Их рекомендуется применять в тощих бе­тонах и растворах, отличающихся малым расходом цемента. Добавки снижают на 5… 10 % расход воды и вовлекают в бетон­ную смесь 2…5 % воздуха, некоторые дополнительно гидрофобизируют (придают водоотталкивающие свойства) стенки пор материала. В результате сильно уменьшается водопоглощение бетона, одновременно возрастают морозостойкость и водоне­проницаемость (на 1,5…2 ступени). Применение таких доба­вок — эффективный способ повышения долговечности бетонных и железобетонных конструкций.

В процессе приготовления строительных растворов приме­няют, кроме названных органических веществ, также неоргани­ческие пластификаторы — известь и известесодержащие отхо­ды, тонкомолотые добавки — золу и цементную пыль, активные минеральные добавки.

Марки растворов по прочности обычно значительно ниже марки цемента. Поэтому, чтобы получить раствор заданной прочности, требуется немного цементного вяжущего. Однако растворная смесь должна быть пластичной и обладать высокой водоудерживающей способностью. Это, наоборот, может быть достигнуто только при большом содержании в растворе вяжу­щего. Чтобы разрешить это противоречие, применяют смесь вя­жущих, одно из которых придает раствору прочность, а другое — пластичность, или вводит в раствор органические пласти­фикаторы.

Строительная воздушная известь при гашении в известковое тесто образует чрезвычайно малые частицы, которые обволаки­ваются водой. Водные пленки облегчают взаимное скольжение частиц, играя роль смазочного материала на их поверхности. Именно этим и обусловлено пластифицирующее действие воздушной извести. Ее добавляют в растворные смеси в виде теста плотностью 1400 кг/м3.

Пластификация бетонных и растворных смесей при введении минеральных добавок обусловлена адсорбцией дополнительных пленок воды на поверхности частиц добавок, что выражается в увеличении водоцементного отношения смеси и росте ее вязко­сти. Исключение составляет зола-унос ГЭС, при введении кото­рой водоцементное отношение остается обычно неизменным. Пластифицирующее действие золы объясняется шарообразной формой и гладкой (остеклованной) поверхностью ее зерен.

Тонкомолотые добавки применяют при необходимости ис­пользования высокомарочных цементов (М400 и более) для рас­творов М75 и ниже. При этом золу-унос от сжигания твердых видов топлива рекомендуют применять для кладочных раство­ров, используемых при среднесуточной температуре воздуха не ниже плюс 5 °С и в количестве не более 20 % от массы цемента.

В отличие от органических пластификаторов, используемых в чрезвычайно малых дозах (0,1…1 % от массы цемента) и, как правило, для растворов М100 и выше, добавки неорганических пластификаторов вводят в большом количестве (20…200 % от массы цемента).

Для уменьшения водоотделения бетонных и растворных сме­сей и расслоения бетонных смесей можно использовать водоудерживающие и стабилизирующие добавки. При транспорти­ровании и укладке может возникнуть расслоение смесей. Если подбором состава не удается достичь заданной стабильности и водоудерживающей способности смесей, то в их состав вводят органические добавки, например метилцеллюлозу в количестве 0,1…0,2 % от массы цемента или тонкодисперсные минераль­ные добавки. Для сокращения водоотделения литых смесей добавляют бентонитовую глину (в виде порошка в количестве 3…10 % от массы воды), обладающую свойством удерживать в своей структуре большое количество воды.

В практике применения бетонных смесей нередки случаи, когда схватывание бетонной или растворной смеси намеренно ускоряют или замедляют, например при перевозке в автосамо­свалах, перекачивании бетононасосами, укладке бетона в жаркую погоду. В этих случаях вводят добавки, ускоряющие либо замедляющие потерю подвижности смесей.

Из замедлителей схватывания лучше всего применять до­бавки, уменьшающие одновременно водопотребность бетонных и растворных смесей. В этом отношении хорошие результаты дает применение добавки ЛСТ в повышенных дозировках (0,3…0,6 % от массы цемента), кормовой патоки (КП) в количе­стве 0,05…0,25 %, в том числе в сочетании с суперпластифика­торами (СП) в количестве 0,3.. .0,7 % СП + 0,1.. .0,3 % КП.

В некоторых случаях требуется ускорить схватывание и со­ответственно потерю подвижности смеси, например при нанесе­нии на вертикальные поверхности. В этом случае применяют добавки — ускорители твердения или ускорители схватывания, например поташ или жидкое стекло в количестве 1…5 % от мас­сы цемента.

Группа добавок, регулирующих твердение бетона, включа­ет добавки ускоряющие и замедляющие твердение и противоморозные. Эффект добавок — ускорителей твердения бетона за­ключается в повышении темпа роста его прочности в началь­ный период твердения от 1 до 3 сут.

Таблица 2. Эффективность добавок — ускорителей твердения для бетона естественного твердения

Вид

добавки

Прочность бетона с добавками — ускорителями твердения, %, по сравнению с бетоном без добавок (100 %) в возрасте

 

 

1 сут.

3 сут.

28 сут.

ХК

СН

ННХК

ННК

ПВК

150…200 130…160 130…160

120.. .140

140…180

150…190 120…160

120…150

120…140

120.. .140

110…120

105…110

110…120

105…110

105.. .110

На практике чаще используют следующие ускорители твер­дения бетона: хлорид кальция (ХК), сульфат натрия (СН), нит­рат кальция (НК) и нитрат натрия (НН), а также многокомпонентные добавки: нитрит-нитрат кальция (ННК), нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК) и полиметаллический водный концен­трат (ПВК). Количество добавок составляет от 1 до 3 % от мас­сы цемента. Концентрацию добавок в бетонной смеси, установ­ленную строительной лабораторией опытным путем, обязатель­но необходимо выдерживать при изготовлении бетонной смеси. Добавки обычно оказывают побочное действие, например, на состояние арматуры в бетоне, высолообразование и т. д., причем изменение дозировки существенно влияет на ее эффективность. Добавки ХК и ПВК в большом количестве вызывают коррозию арматуры. Поэтому при изготовлении железобетонных конст­рукций их количество ограничивают 1 % от массы цемента.

Противоморозные добавки обеспечивают твердение бетона и раствора зимой. При отрицательной температуре вода замерзает и гидратация цемента прекращается. Образовавшийся лед раз­рыхляет еще слабую структуру цементного камня, что вызывает большую потерю прочности бетона. Чтобы обеспечить тверде­ние бетона на морозе, в бетонные и растворные смеси вводят вещества, снижающие температуру замерзания воды. Вода остается в жидком состоянии даже при температуре минус 15…20°С, и процесс гидратации цемента продолжается.

В качестве противоморозных добавок применяют следующие соли: хлорид натрия в сочетании с хлоридом кальция, нитрит натрия, поташ, смесь нитрата кальция с мочевиной.

Группа добавок, регулирующих свойства бетона, включает кольматирующие, воздухововлекающие, газообразующие, гидрофобизирующие и повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре.

Кольматирующие добавки — это вещества, способствующие заполнению пор в бетоне водонерастворимыми продуктами и, как следствие, повышающие водо- и газонепроницаемость и коррозионную стойкость материала. Сюда относят водораство­римые смолы, битумную эмульсию, сульфат алюминия, сульфат и хлорид железа, нитрат кальция.

Воздухововлекающие добавки — это поверхностно-активные органические вещества, снижающие поверхностное натяжение жидкости на границе вода-воздух и обеспечивающие вовлечение воздуха в бетонную смесь при ее перемешивании. Насыще­ние цементного теста тонкодисперсными пузырьками воздуха увеличивает его объем, повышая подвижность бетонных и рас­творных смесей, однако понижает прочность материала. Содер­жание вовлеченного воздуха обычно составляет 4.. .5 %.

Среди этих добавок чаще используют смолу древесную омы­ленную (СДО), смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ) и сульфонол.

Газообразующие добавки обеспечивают газообразование в смеси за счет химического взаимодействия с продуктами гидра­тации цемента. В результате в бетоне создается пористость в виде тонкодисперсных равномерно распределенных замкнутых пор-ячеек. К газообразователям относят алюминиевую пудру и пасту, гидрофобизирующую кремнийорганическую жидкость ГКЖ-94.

Воздухововлекающие и газообразующие добавки повышают на 3…4 ступени морозостойкость бетона и на 1,5…2 ступени его водонепроницаемость.

Гидрофобизирующие добавки придают бетону гидрофобные свойства (уменьшают смачивание поверхности) и снижают водопоглощение. Сюда относят Гидрофобизирующие жидкости ГКЖ-10,11 и ГКЖ-94, мылонафт (М})9этилгидросесквиоксан (ПГЭН). Применяют их как в процессе приготовления бетонной смеси, так и для поверхностной защиты затвердевшего бетона и железобетона от увлажнения (наносят на конструкцию распыле­нием). Таким образом защищают от разрушения памятники, создают защитно-декоративные слои в конструкциях и др.

Добавки, повышающие защитные свойства бетона по от­ношению к стальной арматуре (ингибиторы коррозии), улуч­шают коррозионное состояние арматуры в агрессивных средах, например содержащих хлор-ионы. Последние вводятся в смесь как ускорители твердения либо проникают в бетон конструкций из окружающей среды. Наибольшее распространение получил нитрит натрия, повышающий в несколько раз критическое со­держание агрессивных ионов в приарматурной зоне.

Добавки полифункционального действия (комплексные) по­зволяют одновременно изменять несколько свойств бетонной смеси и затвердевшего бетона, например повышать удобоукладываемость смеси и увеличивать прочность бетона. Применение добавок в комплексе позволяет резко уменьшить или полностью устранить нежелательное побочное действие каждой состав­ляющей комплексной добавки. Например, комплексная добавка ЛСТ+ХК (хлорид кальция) пластифицирует смесь и ускоряет твердение бетона. При этом хлорид кальция компенсирует за­медляющее действие ЛСТ. Одновременно эта добавка сокраща­ет расход цемента.

Читать по теме:
К разделу

Строительные материалы

tehlib.com

Технология бетона, стр. №30

Поверхностно-активные вещества

Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) связано с желанием улучшить некоторые свойства цементов, затрудняющие производство работ и снижающие качество бетона. Естественно, одно вещество не может обладать универсальностью свойств, поэтому изыскивались вещества с разными свойствами. Акад. П. А. Ребиндер предложил дифференцировать ПАВ по свойствам на гидрофильные и гидрофобные. Первая группа ПАВ способствует повышению пластичности смесей, позволяя получать изопластичные смеси при разном содержании в них воды. Следовательно, смеси, в которые вводится гидрофильное ПАВ, содержат меньше воды, что создает условия для получения бетона более высокого качества (с большей прочностью, плотностью, морозостойкостью и рядом других свойств). Введение ПАВ создает возможность изменить состав бетона путем одновременного пропорционального снижения содержания в нем воды и цемента. В этом случае удается изготовить бетон при экономии в среднем до 10% цемента.

ПАВ гидрофобного типа особенно целесообразны для повышения таких свойств бетона, как соле- и морозостойкость, водонепроницаемость. Наиболее существенное повышение строительно-технических свойств бетона получается при комплексном использовании ПАВ обоих типов.

Рассмотрим существо физико-химических процессов, определяющих механизм действия ПАВ. При введении в смеси или в цемент ПАВ адсорбируются на поверхности зерен цемента. ПАВ гидрофильного типа с д. б. (ранее выпускался продукт под названием сульфитно-спиртовой барды), адсорбируясь на зернах цемента, способствует снижению его качества и размеров флокул-агрегатов, из которых состоит цемент. Этот процесс называется пептизацией. Гидрофильные вещества создают на поверхности зерен своеобразный экран — защиту минералов цемента от контакта с водой, задерживая начало гидролиза и гидратации. При этом повышается устойчивость цементного теста к коагуляции. Кроме того, гидрофильная добавка, тормозя химические процессы, создает иные условия образования зародышей кристалликов новообразований, т. е. оказывает модифицирующее действие (связанное с изменением формы, в том числе кристаллической и свойств новообразований).

Исследования, проведенные с канд. хим. наук Т. Ю. Любимовой в СоюзДорНИИ, показали, что адсорбция с. д. б. различна v разных минералов. Наибольшая адсорбционная способность была определена у трехкальциевого алюмината С3А, наименьшая — v двухкальциевого силиката C2S. Сказанное хорошо иллюстрируется изотермии адсорбции, являющейся наглядной характеристикой взаимосвязи свойств поверхности минералов цементного клинкера — адсорбента с с. д. б.— адсорбирующимся ПАВ — адсорбтином. Определение адсорбции ПАВ на цементах осложняется фактом образования из цемента и воды новообразований. Эта особенность адсорбента учтена при организации исследований. Были установлены: тормозящее действие добавок для ряда условий затворения цемента; увеличение адсорбции при повышении тонкости помола цемента; особенность пластифицирования цементов с высоким содержанием трехкальциевого алюмината; снижение скорости диффузии ионов воды через пленку адсорбирующейся с. д. б.; растормаживающее влияние гипса при адсорбции с. д. б. на поверхность полиминерального цемента и отсутствие этого влияния на механическую смесь различных (синтетических) минералов цемента, на которых адсорбировалась с д. б.; проникание воды через разные промежутки времени с момента затварения цемента сквозь пленку с. д. б. любой толщины, а также ионов Са и ОH, выделившихся при гидролизе трехкальциевого силиката. Для гидратированного трехкальциевого алюмината толщина адсорбционных слоев с. д. б. примерно равна 4—7 мономолекулярным слоям лишосульфонатов, что соответствует 1,8—2,2- 10-3 мг адсорбированного с. д. б. на 1 см2 поверхности гидратированного материала. В опытах также выяснялся эффект от адсорбции с. д. б. на поверхности молотых каменных материалов.

Опыты показали, что для молотого кварцевого песка адсорбцию установить нельзя из-за ее незначительности. Для молотого известняка изотерма адсорбции по численным значениям близка к изотермам адсорбции цемента с высокой тонкостью помола и средним по величине содержанием минерала СзА. По этой причине пластифицирование растворных смесей на известняковом порошке дает больший эффект, что видно по расплыву конуса растворной смеси при содержании в смеси 0,15% с. с. б. от массы порошка. Меньшее содержание с. с. б. не дает четких результатов по причине сложности равномерного распределения небольших количеств добавки на шероховатой поверхности зерен известняка, имеющих, кроме того, значительно большую пористость по сравнению с плотными зернами кварца.

Перечисленные особенности адсорбции ПАВ, в данном случае с. д. б., кроме научных целей имеют значение для производства. Известно, что на первых этапах применения с.с.б. в cмеси (при ее приготовлении в бетоносмесителях) на ряде объектов был получен отрицательный результат: смесь быстро загустевала, а иногда не твердела в течение нескольких суток (пяти и более). Причиной, вызывающей быстрое загустевание смесей или длительную задержку твердения цемента, является различная адсорбционная способность минералов, недостаточное количество гипса в цементе, степень свежести поверхности зерен минералов и количество ПАВ в растворной или бетонной смеси. Там, где меньше трехкальциевого алюмината, может тормозиться твердение, так как поверхность гидратирующихся зерен силикатов кальция (C3S и C2S) покроется более толстым слоем с. д. б. по сравнению с цементом, в котором больше минерала С3А. В этом случае сказывается различие в адсорбционном эффекте минералов цемента.

Ранее было показано, что адсорбция с. д. б. на минералах цемента имеет избирательный характер и особенно высока на поверхности минерала СзА. Это можно проверить опытами с цементами, подвергавшимися до введения с. д. б. предварительному смешиванию с водой — предварительной гидратации. В этом случае количество с. д. б., адсорбирующейся на поверхности новообразований, значительно возрастает. Причиной такого изменения адсорбции является гидратирующийся минерал СзА и гидратирую-щийся минерал C4AF, скорость гидратации которых по сравнению со скоростью гидратации силикатов кальция (C3S и С2S) значительно выше. Затворение чистого синтетического цемента из минерала С3А всегда сопровождается высоким выделением тепла и своеобразным вскипанием теста, из которого выделяется водяной пар.

По указанным причинам вое цементы следует подразделять на группы пластифицирования, в которых введение добавок всегда приводило бы к получению технико-экономического эффекта. В настоящее время пользуются предложенным автором делением цементов на три группы, для которых назначаются исходные условия оценки состояния цемента — его качества на момент использования. Соответственно этому качеству назначается дозировка с. д. б. в пределах 0,154-0,3 (0,4)% от массы цемента на сухой остаток этого вещества.

Пластификатор с. д. б. вводится в смесь в расчете на активную часть вещества (т. е. на сухие вещества, содержащиеся в жидком или твердом пластификаторе), поэтому в лаборатории необходимо определить их содержание по обычной методике.

Существует прием введения с. д. б. непосредственно в помольный агрегат при помоле клинкера. Цемент с добавкой с. д. б. назван пластифицированным. Эффект пластифицирования зависит от химико-минералогического состава клинкера, тонкости его измельче

Кроме того, с. д. б. после предварительной гидратации цемента не препятствует гидратации в нем минерала C4AF, в то время как затворение цемента с добавкой с. д. б. в воду затворения меняет ход химического процесса. В этом случае поверхность минерала C4AF блокируется ПАВ. Следовательно, меняется и распределение с. д. 6. на поверхности минералов. Число слоев добавки, покрывающей их поверхность, становится большим, так как площадь, покрываемая ПАВ, меньше площади зерен цемента, не вступивших в реакцию с водой, и новообразований из зерен, на поверхности и в массе которых прошли процессы гидратации.

Пластификатор с. д. б. вводится в смесь в расчете на активную часть вещества (т. е. на сухие вещества, содержащиеся в жидком или твердом пластификаторе), поэтому в лаборатории необходимо определить их содержание по обычной методике.

Существует прием введения с. д. б. непосредственно в помольный агрегат при помоле клинкера. Цемент с добавкой с. д. б. назван пластифицированным. Эффект пластифицирования зависит от химико-минералогического состава клинкера, тонкости его измельчения, количества гипса, введенного при помоле клинкера, равномерности распределения пластификатора по поверхности зерен цемента. Несоблюдение этих условий, в ряде случаев, вызывает меньший эффект от введения с. д. 6. по сравнению с введением ее на строительной площадке. Изыскивается способ введения с. д. б. не к кусковому клинкеру, а к цементу, образующемуся после помола.

с. д. б. в жидком виде по мере развития удельной поверхности измалываемого клинкера в лабораторных условиях. Эти опыты показывают, что из-за чисто технической стороны пластифицирования цемента эффект введения с. д. б. ниже возможного. При пластифицировании максимальный эффект соответствует наибольшему уменьшению в смесях воды для любой заданной пластичности без торможения процесса из-за создания на поверхности твердой фазы слоев с. д. б., которые задерживают ход диффузии ионов, участвующих в обменной реакции между цементом и водой. С. д. б. химически не участвует в этой реакции.

Гидрофобизирующие добавки находят все более широкое применение в цементной промышленности и при производстве бетонных работ. Так же как при приготовлении цементов с добавками гидрофильного типа, например с. д. б., промышленность выпускает цементы с гидрофобизирующими добавками, что позволяет называть их в первом случае пластифицированными, а во втором — гидрофобизирующими. При введении в бетонную смесь гидрофобизирую-щих добавок значительно повышаются морозостойкость, водонепроницаемость, деформативность и другие свойства бетонов. При этом удается с большим успехом регулировать тепловыделение, что имеет существенное значение при бетонировании конструкций или частей сооружений больших объемов, устраиваемых без членения (опоры мостов, фундаменты, например, под доменные печи, блоки гидротехнических сооружений и т. д.). Следует иметь в виду, что каждая из гидрофобизирующих добавок дозируется в строгом соответствии с нормативными указаниями или в полном соответствии с опытными данными, полученными при изучении ее свойств. Особый интерес представляет применение комплексных ПАВ, когда удается использовать положительное действие каждой добавки (гидрофилизующее и гидрофобизирующее). Эффект их применения значительно выше, чем от добавок одного вида, что подтверждено многочисленными исследованиями и опытными работами.

Страницы:

www.betontrans.ru


Смотрите также