ПЛАСТИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА В СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
PLASTICISER ADDITIVE TO CONSTRUCTION MATERIALS, INCLUDING MINERAL BINDERS

Изобретение относится к пластификаторам - добавкам, позволяющим регулировать реологические и физико-механические свойства строительных композиций на основе минеральных вяжущих веществ (различные виды цементов, гипс, магнезиальные вяжущие, извести).
Предлагаемая добавка-пластификатор может вводиться с водой затворения по традиционной технологии приготовления смеси или при совместном помоле цементного клинкера, гипса и добавки для получения вяжущего низкой водопотребности.
3
Известная пластифицирующая добавка, наиболее близкая к полученным из отходов производства, - поверхностно-активная добавка гидрофильно-пластифицирующего действия - лигносульфонат технический (ЛСТ). Лигносульфонат технический - продукт переработки отходов целлюлозно-бумажных комбинатов. Представляет собой кальциевые или натриевые соли лигносульфоновых кислот, содержащие активные функциональные группы разной полярности (-SOH, -ОН, >С=O), чередующиеся с неполярными радикалами.
Недостаток ЛСТ состоит в том, что состав добавки зависит от многих факторов: возраста и породы используемой древесины, условия нейтрализации, осаждения и ферментации (Добавки в бетон. Справочное пособие. Под ред. В.С.Рамачандрана. - М.: Стройиздат, 1988, с.91-93).
Из известных технических решений наиболее близкой по совокупности существенных признаков для получения указанного технического результата к предлагаемой добавке является пластифицирующая добавка по патенту РФ №2323907 от 10.05.2008 (5 с.) «Способ получения пластификатора для бетонных смесей». Способ получения пластификатора включает сульфирование серной кислотой концентрированной отхода производства фенола кумольным методом, разбавление водой реакционной сульфомассы, поликонденсацию с формалином, нейтрализацию продукта поликонденсации 40%-ным раствором едкого натра, смешение пеногасителя с нейтрализованным продуктом поликонденсации и последующую сушку, в качестве пеногасителя используется ЦОП (водная эмульсия оксипропилированного полимера с эмульгатором - смесью полиоксиэтиленгликолевых эфиров олеиновой кислоты). Для получения пластификатора используется:
- отход производства фенола следующего состава:
Фенол
4,9-11
Ацетофенол
7,5-23,9
Диметилфенолкарбинол
2,9-19,64
Димер α-метилстирола
10,64-19,8
Кумилфенол
23,9-49,0
Тяжелые углеводороды
1,3-11,73
Пек
4,9-13,97;
- формалин технический,
- серная кислота,
- натр едкий,
- пеногаситель ЦОП.
Сульфирование проводится до 3,5 часов, процесс поликонденсации идет до 1 часа.
Недостатком способа получения является достаточно длительный и сложный технологический процесс (с использованием многих компонентов, многоступенчатый процесс синтеза добавки, и кроме того вводится дополнительно пеногаситель ЦОП).
Задачей изобретения является получение пластифицирующей добавки с хорошими потребительскими характеристиками с использованием в качестве сырья отходов местного производства, параллельно решая экологическую проблему, не уступающей по реологическим свойствам аналогам и улучшающей физико-механические свойства материалов, содержащих минеральные вяжущие вещества.
Технический результат достигается тем, что для получения добавки используются ароматические соединения, представляющие собой отход производства фенола и ацетона по кумольному способу - фенольную смолу, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фенол
до 10
ИПБ*
0,05
Ацетофенол
до 24
Димер α-метилстирола
до 32
Сложные фенолы
до 32,4
Едкий натр
до 2
Фенолят натрия
до 26
Углеводороды
1
Сухой остаток
17,3
* - Изопропилбензол
Пластифицирующая добавка в строительные материалы, включающие минеральные вяжущие вещества, полученная сульфированием концентрированной серной кислотой фенольной смолы - отхода производства фенола и ацетона кумольным способом с нейтрализацией, отличающаяся тем, что используют фенольную смолу состава, мас.%:
Фенол
до 10
ИПБ*
0,05
Ацетофенол
до 24
Димер α-метилстирола
до 32
Сложные фенолы
до 32,4
Едкий натр
до 2
Фенолят натрия
до 26
Углеводороды
1
Сухой остаток
17,3,
* - Изопропилбензол
осуществляют сульфирование при соотношении указанных смолы и кислоты 1:1-2 соответственно в течение 1,5 часа, последующую нейтрализацию 20% раствором гидроксида калия до слабощелочной реакции рН 8,0-8,5, затем выпаривание полученной смеси до сухого остатка и измельчение (табл.1).
Таблица 1
Соотношение компонентов для синтеза пластифицирующей добавки
№ рецепта
Фенольная смола, г
H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>, мл
KOH, г
H<sub>2</sub>O*, мл
ФС:H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
Σ cyx. ост., %
Вода, %
1
81
39,3
120
288
1:1
58
42
2
80
52,4
120
290
1:1,5
56,5
43,5
3
75
72,8
120
260
1:2
53
47
Примечание: вода рассчитывается из раствора KOH
В таблице 2 приведены компоненты и показатели пластификаторов предлагаемых и прототипа.
Таблица2
Компоненты и показатели пластификатора
Компоненты пластификатора, мас.%, и показатели пластификатора
Пластификатор по прототипу
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Фенольная смола
6,0
15,0
15,0
15,0
Серная кислота концентрированная
8,5
15,0
22,5
30,0
Формалин
1,0
-
-
-
40% раствор едкого натра
10,0
-
-
-
20% раствор едкого калия
-
22,0
22,5
23,0
Вода
74,38
48,0
40,0
32,0
Время гашения пены водного раствора пластификатора, сек
60,0
-
-
-
ЦОП
60,0
-
-
-
Время синтеза добавки, час
3,5
1,5
1,5
1,5
В таблице 3 приведены результаты испытания для сравнения предложенной пластифицирующей добавки с известными - ЛСТ и прототипом - пластификатором по изобретению RU 2323907 от 10.05.2008.
Эффективность новой пластифицирующей добавки по предложенному способу оценивалась по ГОСТ 30459-2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов». Образцы мелкозернистого бетона (цементно-песчаного раствора) изготавливались и испытывались в соответствии с ГОСТ 10180 и ГОСТ 310.1-310.4-81. Полученные составы с граничными количественными значениями и свойства образцов для этих составов приведены в Таблице 3, где также приведены показатели пластификатора-прототипа и добавки, наиболее близкой к полученным из отходов производства (ЛСТ). Как видно из Таблицы 3, новый способ приготовления пластификатора с использованием компонентов в указанных пределах улучшает технологические и эксплуатационные показатели бетонных смесей.
Часть образцов подвергалась твердению при нормальных условиях, другая часть образцов подвергалась тепловлажностной обработке (ТВО) по режиму
Применение предлагаемой добавки указывает (табл.3) на эффект, проявляющийся в реологии бетонных смесей, а также в улучшении ряда физико-механических показателей бетона по сравнению с контрольным (бездобавочным), а также в сравнении с прототипами. Предлагаемая добавка синтезируется на основе отходов производства, что позволяет при этом решать несколько задач: техническая - увеличение подвижности, жизнеспособности, прочности (особенно при ТВО), морозостойкости, уменьшение деформаций усадки; экономическая - снижение стоимости добавки и возможное снижение расхода цемента; экологическая проблема - данный отход утилизируется захоронением на спецполигонах.
Предлагаемая пластифицирующая добавка предполагает широкое применение в строительстве. Она может применяться для приготовления смесей бетонов любых классов (марок) и любого назначения - как для изготовления сборных и монолитных конструкций, так и для различных условий эксплуатации, для приготовления строительных композиций на основе минеральных вяжущих веществ (различные виды цементов, гипса, магнезиальных вяжущих, извести).
Рекомендуемые дозировки предлагаемой добавки пластификатора 0,1…0,5% от массы минерального вяжущего вещества.