Модификаторы в строительной технологии (стр. 13 )

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

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

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

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

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

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

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

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

3 СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ МОДИФИКАТОРОВ

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

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

б) омыления водонерастворимых продуктов;

в) сульфирования;

г) эмульгирования;

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

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

В связи с этим рассмотрим ряд способов приготовления многокомпонентных добавок гидрофобизирующего действия, в основе которых лежат процессы эмульгирования или агломерирования их компонентов. Способ введения модификаторов в бетонную смесь выбирают в зависимости от их агрегатного состояния и конструкции смесительного оборудования.

3. 1 Жидкие водоразбавляемые химические добавки

В МИСИ им. Куйбышева и НИИЖБ РФ разработана эффективная технология приготовления гидрофобизирующих добавок в виде водоразбавляемых (прямых) эмульсий типа "масло в воде". Для получения стабильных водных эмульсионных растворов применяют акустический диспергатор АД-8, компрессорно-вихревой гомогенизатор (КВГ), роторпо-пульсационный аппарат (РПА), механический диспергатор конструкции или гомогенизаторы других конструкций. Принципиальные схемы устройства гомогенизаторов АД-8 и РПА приведены на рисунке 1.

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

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

а)

б)

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

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

Рисунок 1 – Принципиальные схемы устройства гомогенизаторов

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

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

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

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

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

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

Рисунок 2 – Образование прямой эмульсин "масло в воде"

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

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

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

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