Свойства эмульсионных смазок для опалубки при производстве сборного и монолитного железобетона при ультразвуковом воздействии

При производстве железобетонных изделий в формах, а также при монолитном строительстве одной из операций является смазка форм для разборной опалубки.

Цель настоящей работы – это исследование влияния воздействия ультразвука на свойства эмульсионных смазок, используемых при производстве ЖБИ.

Обзор сырьевой базы в пределах Республики показал, что наиболее дешевым источником для производства смазки могут служить продукты переработки нефти на республиканских предприятиях, в частности, Новополоцкого нефтеперерабатывающего завода. В результате анализа установлено, что на этом предприятии в производстве масел и присадок имеются продукты, которые могли бы стать основой для производства антиадгезионных смазок [1]. Это парафин, петролятум, масла и присадки различных типов.

С другой стороны, выбор в качестве сырьевого источника продукта переработки нефти усложняет задачу тем, что состав нефтепродуктов сложен с химической точки зрения, так как нефть различается по составу в зависимости от месторождений, а продукты ее переработки еще и от применяемой технологии. Кроме того, как это известно, минеральные масла и парафины эмульсифицируются с трудом, и эмульсии их не всегда устойчивы. При применении таких продуктов качество эмульсии будет зависеть от выбора эмульгатора и разработки метода получения эмульсии.

В первую очередь были определены эмульгаторы, которые будут использоваться при приготовлении эмульсий, обладающие наилучшими свойствами. С учетом доступности были использованы:

• 1)    оксиэтилировнный алкилбензол неонол АФ9-12;

• 2)    полиэтилегликолевый эфир жирных спиртов ОС-20;

• 3)    сульфонол отбеленный (алкилбензолсульфонат натрия);

• 4)    натриевая соль жирных кислот (мыло хозяйственное);

• 5)    синтанол ДС-Na.

С учетом критической концентрации мицеллообразования для этих веществ были проведены опыты по приготовлению эмульсии на основе базового масла ВД-3, минерального масла И-40 и экстракта нефтяного, которые показали, что наилучшей устойчивостью обладают эмульсии, приготовленные с применением в качестве эмульгатора неонола АФ9-12 с добавками жирных кислот, полученных из хозяйственного мыла. Устойчивость их составляла до 2 суток, с образованием слоя сливок и небольшой коалесценцией. Эмульсии готовились в лабораторных условиях с применением лабораторного оборудования. Изменялись концентрации эмульгатора, масла, порядок смешения компонентов, температура приготовления. Изучались устойчивость и размеры диспергируемой фазы.

С учетом полученных при этом результатов были испытаны эмульсии, приготовленные из продуктов, полученных на Новополоцком нефтеперерабатывающем заводе: присадок С-150 и НКГ.

Упомянутые выше присадки представляют собой кальциевую соль нафтеновых сульфокислот, которые используют: первую – в качестве моющей и диспергирующей присадки к моторным маслам, а вторую, – в качестве добавки к мазуту. Присадка С-150 представляет собой коричневую вязкую жидкость с характерным умеренным запахом.

Проведены опыты по приготовлению эмульсий с применением всех вышеперечисленных эмульгаторов. После приготовления эмульсии практически сразу коалесцировали. Это подтверждает то, что С-150 прекрасно растворяется в масле и образует при этом в нем обратные эмульсии с водой. Поэтому приготовить из нее прямую эмульсию оказалось затруднительным. Но с учетом содержания в присадке кальция была сделана попытка заменить содержащийся кальций эквимолярным количеством натрия обменной реакцией с кальцинированной содой. При этом была получена устойчивая обратная эмульсия с водой, светлокоричневого цвета и немного большей вязкости, чем исходная присадка.

Присадка НКГ обладает более сильным неприятным запахом и содержит большое количество отходов производства присадок. По этой причине после нескольких опытов, с получением нежелательных результатов, работы с ней решено было не продолжать.

Были проведены исследования базового и нейтрального масел, нефтяного экстракта, сукцинимидной и алкилфенольных присадок на предмет получения эмульсий.

Исследования показали, что наилучшей устойчивостью обладают эмульсии, приготовленные с применением в качестве эмульгатора неонола АФ9-12 с добавками жирных кислот.

Проведенные работы по получению эмульсий из отечественных материалов, полученных из Новополоцка, подтверждают встречающееся в соответствующей литературе утверждение, что минеральные масла плохо поддаются эмульсифицированию даже при использовании самых лучших эмульсификаторов.

Полученные эмульсии на основе неонола и минерального базового масла ВД-3 и И-40 не обладали высокой седиментационной устойчивостью, т.е. через непродолжительное время, от получаса до суток, происходило расслаивание эмульсии на две части: верхнюю, так называемые сливки, и нижнюю, менее концентрированную эмульсию.

В литературе приводятся составы, которые содержат помимо минеральной составляющей жирные кислоты, природные или синтетические.

Исследования показали, что эмульсии, приготовленные из смеси минерального масла и жирной кислоты, обладают высокой седиментационной устойчивостью. Эмульсия, приготовленная на основе масла ВД-3 и И-40, неонола и жирной кислоты устойчива в течение более месяца, на поверхности не образуется после отстоя слоя масла, а слой сливок, если и образуется, то небольшой.

a                                         б

Рисунок 1 – Фазный состав эмульсола: а – 10% эмульсия на основе масла ВД-3, жирной кислоты и неонола; б – 10% эмульсия на основе нефтяного экстракта, жирной кислоты и неонола. Концентрат эмульсола подвергнут ультразвуковой обработке по разработанной методике

В качестве жирной кислоты использовались образцы жирных кислот для промышленной переработки ТУ РБ 190239501.035 с различной глубиной содержания олеиновой кислоты и влаги (№1 – 92,75%, № 2 – 87,98%, № 3 – 85,54%) и олеиновые кислоты различной степени очистки, вплоть до химически чистых. На первом этапе для достижения поставленной цели проводилась работа по получению устойчивой эмульсии на основе минерального масла ВД-3, И40А производства Новополоцкого нефтеперерабатывающего завода, неонола АФ9-12 и полученных образцов жирных кислот производства ОАО «Гомельский жировой комбинат».

Установлено, что при смешении указанных к омпонентов образу е тся эмульсол, при растворении которого в воде при 10% концентрации образуются устойчивые прямые эмульсии (типа «масло в воде»).

Проведенное испытание 10% эмульсии на основе масла ВД-3, жи р ной кислоты и неонола в качестве антиадгезионной смазки при производстве бет о нных изделий показало, что приготовление ее из эмульс о ла растворением в воде имеет отрицательную сторону, так как этот эмульсол хуже растворяется в воде. При недостаточно хорошем перемешивании или при низкой температуре воды образуются хлопья, в результате чего на повер х ности изделия образуются жирные пятна. На рисунке 1а показана структура эмуль с ии на основе масла ВД-3, жи р ной кислоты и неонола.

Известно, что ультразвуковые колебани я способны изменять свой с тва эмульгатора, в частности, жирной кислоты [2]. Были проведены д о полнительные исследования по влиянию воздействия ультразвуковых колебаний на структуру эмульсии на основе масла ВД-3, И-40, экстракта нефтяного, жирной кислоты и неонола и на качество приготовленной эмульсии. На рисунке 1б показана типичная структура эмульсии на основе экстракта нефт я ного, жирной кислоты и неонола после воздействия ультразвуковыми колебания м и на концентрат.

Как видно из рисунка 1б, оптическая микроскопия не позволя е т определить размеры частиц после ультразвуковой обрабо т ки, поэтому определение раз м ера частиц эмульсола проводилось методами турбидиметрии на приборе КФК-3 [3].

Рисунок 2 – Обработка экспериментальных д анных для определения средней величины размера частиц r : а - зависимость lgD = f(-lgX ) ; б - калибровочн а я кривая Геллера

Турбидиметрия основана на измерении интенсивности света, проходящего через кювету с исследуемым дисперсным веществом. Следует отметить, что этот метод применим только для «белых» золей, т. е. неокрашенных дисперсных си с тем (метод базируется только на светорассеянии). Калибровочная кривая Геллера, которая может быть использована для графического определения радиуса частиц, приведена на рисунке 2б. Для радиуса частиц от 50 до 100 нм калибровочная зависимость имеет линейный вид и может быть описана уравне н ием Х = 3,1 - 2,16×10^-2(r - 50). Это уравнение справедливо для Х = 2,0÷3,1 .

Алгоритм определения размеров частиц дисперсных систем заключается в следующем:

• 1 .    По экспериментальным данным строится прямая в координатах ℓgD – (-ℓgλ) (рис. 2а), где D = ℓgI 0 /I п – оптическая плотность; I 0 – интенсивность падаю щ его света, I п – интенсивность света, прошедшего через систему; λ (450,2 ÷ 690,4 нм) –

• 2.    По значению Х находим r (рис.2б), и в нашем случае r = 50 + (3,1 - Х)•10 ²/2 , 16 ~ 70 нм или средний диаметр частиц равен 140 нм.

длина волны падающего света. Тангенс угла наклона прямой равен коэффициенту X , и в нашем случае Х = 2,676 (рис. 2а);

В процессе исследований установлено, что ультразвуковое воздействие активирует олеиновую кислоту [2], что позволяет получить микроэмульсию даже на основе нефтяного экстракта, что невозможно без применения ультразвуковой активации. Следует отметить, что жирные кислоты, полученные из соап-стоков и используемые для производства хозяйственного мыла, более эффективны при ультразвуковой активации, чем химически чистые. Учитывая небольшую стоимость их, как вторичного продукта, получаемого из отходов основного производства комбината, использование этих жирных кислот в качестве компонента антиадгезионных смазок весьма целесообразно.

Рисунок 3 – Образец поверхности бетонной плиты после применения в качестве смазки для разборной стальной опалубки эмульсии на основе экстракта нефтяного, жирной кислоты и неонола. Концентрат эмульсола подвергнут ультразвуковой обработке

В процессе подготовки к практическому использованию выполнен комплекс исследований по ценовой оптимизации состава разрабатываемой эмульсии.

Были приготовлены опытные партии эмульсии на основе масла ВД-3, И-40, экстракта нефтяного, жирной кислоты и неонола по разработанной технологии с применением ультразвуковой обработки и проведены производственные испытания эмульсии на заводе крупнопанельного домостроения (г. Витебск). На рисунке 3 приведен образец поверхности бетонной плиты после применения в качестве смазки для разборной опалубки эмульсии, на основе экстракта нефтяного, жирной кислоты и неонола. Результаты испытаний эмульсии на основе нефтехимических продуктов промышленных предприятий Республики Беларусь показали, что их характеристики не уступают импортной по основным показателям назначения. В результате нанесения эмульсии на поверхность опалубки образуется разделительный слой, который предотвращает прямое соединение между опалубкой и готовым изделием, а также делает возможной легкую, быструю и чистую распалубку, не оставляет масляных пятен на поверхности бетона.

Таким образом, в результате проведенных исследований получена базовая рецептура устойчивой эмульсии для смазки форм при производстве ЖБИ из сырья предприятий РБ и определены основные технологические подходы для её получения и тем самым заложены основы для производства в РБ ассортимента высокоэффективных бюджетных эмульсионных смазок на базе отечественного сырья.