Суперпластификаторы на основе отходов угледобывающей и деревообрабатывающей промышленности при производстве строительных материалов
Автор: Базаров Баир Гармаевич, Чинсух Утэр, Норжинбадам Сономдорж, Санжаасурен Раднасет, Урханова Лариса Алексеевна
Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Философия @vestnik-bsu
Рубрика: Материаловедение
Статья в выпуске: 3, 2012 года.
Бесплатный доступ
Получены новые пластифицирующие добавки в бетон на основе отходов целлюлозно-бумажной и угольной промышленности. Изучено влияние комплексных модификаторов для цементных растворов в виде гуматных реагентов из бурых углей и лигносульфонатов на реологические и физико-механические свойства цементного теста и бетона. Установлено, что пластифицирующие добавки снижают водопотребность на 20% и более, повышают прочностные характеристики и подвижность цементных растворов.
Суперпластификаторы, водопотребность, цемент, прочность
Короткий адрес: https://sciup.org/148180934
IDR: 148180934 | УДК: 666.97
Superplasticizing additives based on the mining and lumbering wastes during building materials production
New plasticizing additives to concrete based on pulp and paper and mining industrial wastes are obtained. The influence of complex modifiers for cement solutions in the form of humate reagents from brown coals and lignosulfonates on the rheological and mechanical properties of cement solutions and concrete was studied. It was found out that the plasticizing agents reduce water requirement by 20% and more, increase mobility and strength characteristics of cement solutions.
Текст научной статьи Суперпластификаторы на основе отходов угледобывающей и деревообрабатывающей промышленности при производстве строительных материалов
При производстве строительных материалов, например бетона, для повышения прочности и долговечности применяются химические добавки. Добавки обладают высоким разжижающим эффектом и получили название суперпластификаторы (СП). В последние годы, в целях модернизации техноло- гии бетона широко используются новые химические добавки, которые по существу являются синтетическими полимерными веществами. Стоимость этих пластификаторов достаточно высока, что ограничивает их использование в широком масштабе. В связи с этим разработка нового способа получения пластификаторов с высокой эффективностью с использованием отходов деревообрабатывающей промышленности, а также бурых углей, имеет важное практическое значение.
На территории Восточной Сибири и соседней Монголии образуется большое количество отходов угледобывающей промышленности в виде бурых окисленных углей. Имеются также месторождения бурых углей, запасы которых частично выветрены и сильно окислены в пластах. Их анализ показал, что окисленные бурые угли с высоким содержанием гуминовых кислот могут быть основой получения новых СП. Утилизация отходов бурых углей позволит решить важные проблемы, связанные с охраной окружающей среды.
Цель данной работы – разработка технологии получения СП из окисленных бурых углей и применение их в производстве строительных материалов. Объектом исследования являлись сильно-окисленные бурые угли одного из месторождений Монголии.
Технический анализ средней пробы показал, что выход летучих веществ – 50%, зольность – 15,08% и влажность – 11,3%. Выход гуминовых кислот, извлекаемый из углей 1%-ным раствором NaOH, составлял 58% на исходный уголь. Разработанная нами технология получения СП на основе бурых углей отличается простотой и небольшим числом стадийности технологического процесса сульфирования (табл. 1), что позволяет исключить опасные вещества, такие как H 2 SO 4(конц) и большой расход NaOH или Na 2 CO 3 для нейтрализации избытка H 2 SO 4 на последней стадии получения конечного продукта.
Результаты испытания полученного суперпластификатора представлены в табл. 2, 3. Из табл. 2 видно, что сильная разжижающая способность добавок снижает водопотребность бетонной смести на 20-24%. Добавка СГФК повышает прочность бетона в 1,8 раза по сравнению с прочностью бетона без добавки (табл. 3).
Кроме того, были получены суперпластификаторы на основе отходов деревообрабатывающей промышленности. Известно, что при переработке древесного сырья получаются большие объёмы лигниновых отходов (гидролизный лигнин и лигносульфонаты). По данным работы [1], утилизации подвергается не более 2% лигнина, остальная часть вывозится в отвалы из-за отсутствия современной технологии переработки, что создаёт дополнительные экологические проблемы. Одним из вариантов использования щелочных лигнинов и лигносульфонатов является строительная индустрия (производство строительных материалов) и сельское хозяйство (микроудобрения) [2].
В области исследования и применения химических добавок первоочередной задачей следует считать разработку методов получения эффективных пластификаторов на основе недефицитного и недорогого сырья, такого как отходы. В этом смысле отходы или побочные продукты целлюлознобумажной промышленности в виде лигносульфонатов (технический ЛСТ) имеют большие перспективы. Однако для реализации этих целей требуется глубокая химическая переработка исходных гу-минсодержащих природных сырьевых материалов до соответствующих химических продуктов путём проведения ряда последовательных химических реакций типа сульфирования, нитрирования и поли-конденсационных процессов.
Таблица 1
Стадии синтеза суперпластификаторов из окисленных бурых углей
|
Соотношение компонентов для СП |
Стадии синтеза |
Оптимальные условия (оС и время) |
Полученный пластификатор |
|
ОБУ-14,75 (окисленные бурые угли) Сульфат натрия – 3,68 Бисульфит натрия – 7,37 Формальдегид – 0,48 Н 2 О – остальные |
|
120-130оС, 12-14 ч |
СГФК (сульфогумат-формальдегидный конденсат) |
Таблица 3
Результаты испытания по влиянию СГФК на прочность бетона (испытания проводились на кубиках 100х100х100 мм, СГФК=0,91% от массы цемента)
|
Вид добавки |
Цемент, кг |
Песок, кг |
Гравий кг, 5-10 мм |
Гравий кг, 10-20 мм |
дозировка добавки, г |
Вода, кг |
В/Ц |
Прочность при сжатии МПа |
|
Контроль |
3,6 |
4,6 |
4,7 |
4,7 |
0,0 |
1,16 |
0,30 |
35 |
|
СГФК |
3,6 |
4,6 |
4,7 |
4,7 |
33 |
0,97 |
0,27 |
59 |
|
СБ-5 |
щебень |
|||||||
|
СБ-5 2 |
3,95 |
5,6 |
13,3 |
- |
20 |
0,36 |
43,9 |
Таблица 4
|
№ |
В/Ц Мц-400 |
ЛСТ, г |
ОК, мм |
|
1 |
0,25 |
- |
7 |
|
2 |
0,25 |
0,4 |
17 |
|
3 |
0,25 |
0,8 |
20 |
|
4 |
0,25 |
1,2 |
22 |
|
5 |
0,25 |
1,2 |
27 |
|
6 |
0,25 |
1,7 |
29 |
Таблица 5
Влияние добавок ЛСТ, ЛСТ+ТМ- суперпластификаторов на водопотребность цементного раствора
|
№ |
В/Ц |
Количество добавки, г |
ОК, мм |
Снижение водопотребности, % |
|
|
ЛСТ |
ЛСТ+ТМ |
||||
|
1 |
0,25 |
- |
- |
3 |
0 |
|
2 |
0,218 |
2,1 |
- |
3 |
19,2 |
|
3 |
0,211 |
- |
2,1+1,5 |
3 |
21,7 |
Таблица 6
|
№ |
В/Ц |
ЛСТ, г |
Тиомочевина, г |
Растекаемость, S 0, (см2) |
|
1 |
0,44 |
- |
- |
5,28 |
|
2 |
0,42 |
0,41 |
- |
29,67 |
|
3 |
0,40 |
0,82 |
- |
45,16 |
|
4 |
0,36 |
1,60 |
- |
74,76 |
|
5 |
0,34 |
2,0 |
- |
87,58 |
|
6 |
0,29 |
3,0 |
- |
110,71 |
|
7 |
0,24 |
4,0 |
- |
114,21 |
|
8 |
0,24 |
4,0 |
0,5 |
108,38 |
|
9 |
0,24 |
4,0 |
1,0 |
113,04 |
|
10 |
0,24 |
4,0 |
1,5 |
125,62 |
|
11 |
0,24 |
4,0 |
2,0 |
118,76 |
Таблица 7
|
Марка бетона |
Состав бетона, кг/м3 |
В/Ц |
Прочность на сжатие (кг/см2) через 28 дней |
Состав добавки, % |
||||
|
ПЦ М500 |
пе сок |
гравий, фр. 5-10 мм |
гравий, фр. 10-20 мм |
вода |
||||
|
М500 |
490 |
619 |
608 |
608 |
147 |
0,30 |
450 |
- |
|
М600 |
Тот же |
0,3 |
612 |
ТМ=0,9 ЛСТ=1,5 |
||||
|
М600 |
Тот же |
0,3 |
674 |
ЛСТ=1,5 |
||||
|
М600 |
Тот же |
0,3 |
624 |
ЛСТ=2,0 |
||||
|
М600 |
Тот же |
0,3 |
658 |
ТМ=1,5 ЛСТ=0,4 |
||||
Влияние добавки «ЛТ+Тиомочевин» на прочность бетона
Анализ полученных результатов показал, что добавки лигносульфоната (ЛСТ) повышают способность разжижения цементного теста: подвижность цементного раствора с добавкой увеличивается в 4 раза по сравнению с подвижностью цементного теста без добавки (табл. 4). Были проведены исследования не только с использованием ЛСТ, но и с использованием комплексной добавки ЛСТ+ тиомочевина (ТМ). Результаты исследований по по влиянию химических добавок на свойства цементного раствора представлены в табл. 5-7. Из табл. 5 видно, что при добавлении ЛСТ, ЛСТ-ТМ суперпластификаторов можно уменьшить водопотребность цементного раствора на 20%. При введении ЛСТ, ЛСТ-ТМ растекаемость цементного теста увеличивается в 22,5 раза по сравнению с растекае-мостью цементного теста без добавки. При добавке ЛСТ, ЛСТ-ТМ суперпластификаторов (табл. 7) прочность бетона возрастает в 1,5 раза по сравнению с прочностью бетона без добавки.
Таким образом, важными достоинствами разрабатываемых нами пластификаторов являются: понижение водопотребности, увеличение подвижности и текучести бетонной смеси, повышение механической прочности бетона.
