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

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

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

1. Сульфирование
2. Поликонденсация с формальдегидом

120-130^оС, 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, %
№	В/Ц	ЛСТ	ЛСТ+ТМ	ОК, мм	Снижение водопотребности, %
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, %
Марка бетона	ПЦ М500	пе сок	гравий, фр. 5-10 мм	гравий, фр. 10-20 мм	вода	В/Ц	Прочность на сжатие (кг/см²) через 28 дней	Состав добавки, %
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.

Статья научная