Способ приготовления пленкообразующей добавки для бетона

 

Использование: для приготовления вододисперсных пленкообразующих добавок для ухода за свежеуложенным бетоном автомобильных дорог и аэродромов, облицовок оросительных каналов, в гидротехническом строительстве и монолитном домостроении, при гелиотермообработке, воздушно-сухом, индукционном, инфракрасном и электропрогреве свежеотформованных сборных бетонных и железобетонных конструкций и изделий. Сущность изобретения: нагревают расчетные количества водной дисперсии парофиносодержащих и вспомогательных компонентов в воде с высшими жирными кислотами до температуры 70 - 90^oC. Осуществляют гомогенизацию и смешивают их с разогретыми до такой же температуры водным раствором щелочных компонентов. Дисперсию готовят с концентрацией 30 - 60% и затем смешивают с водным раствором мыл жирных кислот фракций C₁₀-C₂₁ при соотношении их, мас.%: 30 - 60%-ная водная парафиносодержащая дисперсия - 60 - 85; 30 - 20%-ный водный раствор мыл жирных кислот фракций C₁₀-C₂₁ - 15^oC40. 8 табл.

Изобретение относится к строительному производству и может быть использовано для приготовления вододисперсных пленкообразующих добавок для ухода за бетоном свежеуложенных цементнобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов, облицовок оросительных каналов, промплощадок в гидротехническом строительстве и монолитном домостроении, при сооружении набережных и мостов, при энергосберегающих способах тепловой обработки /взамен пропаривания/ сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, включая гелиотермообработку, воздушно-сухой прогрев продуктами сгорания природного газа или горячим воздухом или утилизованными дымовыми газами, или термальными водами, или глухим паром, а также инфракрасный, электроиндукционный и электропрогрев, безобогревное твердение в теплоизолирующих формах, для гидрофобизации, для снижения водопоглощения, повышения водостойкости, морозостойкости и коррозионной стойкости изделий и конструкций из бетона, пено- и керамзитобетона, гипса и других строительных материалов.

Известен способ приготовления пленкообразующей добавки для бетона путем нагрева расчетных количеств парафинового воска, минеральных масел и воды с высокими жирными кислотами до температуры 83 88^oC, их гомогенизации и смешение с этиловым эфиром циануровой кислоты в качестве эмульгатора [1] Известен и другой способ приготовления пленкообразующей добавки для бетона, при котором нагревают расчетное количество водной дисперсии парафиносодержащих и вспомогательных компонентов в воде с высшими жирными кислотами до температуры 70 90^oC, гомогенизируют их и смешивают с разогретым до такой же температуры водным раствором щелочных компонентов [2] Недостатком известных способов является высокая вязкость приготовленной добавки, затрудняющей или делающей невозможным ее транспортирование и применение, особенно при пониженных положительных температурах окружающего воздуха в осенне-весенний период строительства автодорог, аэродромов и т.д. Из-за тиксотропных свойств и склонности к застыванию щелочных мыл высших жирных кислот, являющихся эмульгатором пленкообразующей добавки, последняя через 3 5 суток после приготовления превращается в вязкую жидкость, а при пониженных температурах в нетекучую пасту. Снижение концентрации добавки менее 23 мас. позволяющее уменьшить ее вязкость, недопустимо, так как привод к резкому снижению влагоудерживающей способности добавки.

Введение пластификатора в добавку из-за тиксотропности ее свойств дает лишь временный эффект снижения вязкости и к тому же снижает агрегативную стабильность добавки, т. е. приводит к ее расслоению. К такому же эффекту приводит и дополнительное разбавление добавки водой. При этом существенно снижается влагоудерживающая способность добавки при уходе за бетоном.

Существующее в дорожно-строительных организациях распылительное оборудование /машины типа ДС-105/ не способно работать с пленкообразующими добавками такой вязкости. Поэтому приходится или подогревать добавку до температуры 33 40^oC, что является сложной задачей в полевых условиях, или разбавлять добавку водой, заведомо снижая ее защитную способность и увеличивая ее расход при уходе за бетоном. Увеличение же расхода добавки приводит к удлинению сроков формирования влагозащитной пленки на бетоне до нескольких суток и срыву графика работ при нарезке, например, деформационных швов полотна взлетно-посадочных полос, автодорог и т.д.

Техническим результатом данного способа является устранение тиксотропии и снижение вязкости пленкообразующей добавки при сохранении ее влагоудерживающей способности.

Для достижения технического результата в способе приготовления пленкообразующей добавки для бетона, при котором нагревают расчетные количества водной дисперсии парафиносодержащих и вспомогательных компонентов в воде с высшими жирными кислотами по температуры 70 90^oC, гомогенируют их и смешивают с разогретым до такой же температуры водным раствором щелочных компонентов, дисперсию готовят концентрацией 30 60% и затем смешивают с водным раствором мыл жирных кислот фракций C₁₀-C₂₁ при соотношении их мас.

30 60%-ная водная парафиносодержащая дисперсия 60 85 3 20%-ный водный раствор мыл жирных кислот фракций C₁₀-C₂₁ 15 40.

Температуру приготовления добавки устанавливают с учетом температуры плавления парафиносодержащих компонентов в высших жирных кислот.

Низкоплавкие компоненты слоп-вокс, мягкие и жидкие парафины в зависимости от типа эмульгатора диспергируют в воде при следующих температурах: при 60 70^oC в мылах кубовых остатков синтетических жирных кислот /СЖК/ /t_пл.=45 50^oC/ или в мылах жирных шерстных кислот; при 75 80^oС в малых стеариновой кислоты /t_пл=69^oC/.

Высокплавкие компоненты петролату и церезин диспергируют при температуре 80 90^oC, в зависимости от температуры их плавления.

Для приготовления пленкообразующей вододисперсной добавки применяют в качестве компонентов следующие продукты: парафиносодержащие: парафины нефтяные жидкие C₁₀-C₂₄ с t_пл.≅15^oC, мягкие C₂₁-C₂₄ с t_пл. 14 - 32^oC, твердые C₁₈-C₃₅ с t_пл. 42 64^oC, церезин C₃₆-C₅₅ с t_пл. 57 80^oC, петролатум с t_пл. 53 65^oC, озокерит t_пл 65 95^oC, слоп-вокс, дистиллятный гач и фильтрат обезмасливания /смеси парафинов с минеральными маслами и присадкой петролатума/ с температурой застывания 25 42^oC: вспомогательные: олифы, алкидные смолы, высшие жирные спирты; высшие жирные кислоты; фракции C₂₁-C₃₁.

Синтетические жирные кислоты: фракции C₂₁-C₂₅, кубовый остаток СЖК /C₂₅-C₃₁/, жирные кислоты шерстного жира, стеариновая кислота /C₁₈/; щелочные компоненты: гидрат окиси калия или натрия, поташ /K₂CO₃/, кальцинированная сода /Na₂CO₃/, водный раствор аммиака, Триэтаноламин, диэтилэтаноламин, морфолин;
щелочные мыла низко- и среднемолекулярных синтетических жирных кислот фракции C₁₀-C₂₁, включая фракции C₁₀-C₁₃, или C₁₂-C₁₆, или C₁₄-C₁₆, или C₁₀-C₁₆, или C₁₀-C₂₁, или щелочные мыла кубовых остатков жирных кислот фракции /C₁₀-C₂₀/ соапстоков растительных масел. Мыла готовят омылением жирных кислот фракции C₁₀-C₂₁ с помощью водного раствора щелочного компонента или их смесей.

Конкретные примеры выполнения способа, реологические и водоудерживающие свойства пленкообразующих добавок приведены в примерах 1 3, а рецептуры исходных парафиносодержащих дисперсий и щелочных мыл в табл. 1 и 2 соответственно.

Условную вязкость (η, c) добавок определяют ГОСТ 8420 74 на вискозиметре В3-4 при температурах 20^oC и 5^oC, а водоудерживащую способность добавок по американскому стандарту ASTM C-156-91 путем определения удельных влагопотерь ΔW, г/см²/ бетона через пленочное покрытие после 72 ч прогрева в климатической камере при температуре при 40^oC, относительной влажности воздуха 30% и скорости его движения V_b 5 7 м/с. Образцы - плитки с модулем открытой поверхности M_n 20 м^-1 формовали из цементно-песчаной смеси /1:3/ с В/Ц 0,4 и сразу же после отделки их верхней поверхности покрывали пленкообразующей добавкой с помощью пневматического краскораспылителя КРП-6. Расход добавки составлял 250 г/м² поверхности бетона. По ASTS C156-91 допустимые влагопотери бетона, защищенного пленкообразующей добавкой, не должны превышать значение ΔW≅ 0,055 г/см².
Пример 1.

По известному способу приготовления пленкообразующие добавки, состав которых представлен в табл. 1.

Добавку N 1 готовят путем нагрева в лопастной мешалке до температуры 75
80^oC смеси парафиносодержащих компонентов и высших жирных кислот, состоящей из расчетного количества петролатума, слоп-вокса и жирных кислот шерстного жира. После расплавления смесь гомогенизируют при перемешивании расплава в течение 5 мин. Вливают в полученный расплав горячий /75 80^oC/ раствор кальцинированной соды, предварительно приготовленный растворением соды в 50% расчетного количества воды и перемешивают смесь в течение 5 мин. Доливают в нее оставшееся количество воды при перемешивании и обрабатывают дисперсию в течение 10 мин в лопастной мешалке при n ≅ 100 об/мин. После охлаждения дисперсии до температуры 20 30^oC ее смешивают с расчетным количество пластификатора и дивинилстирольного латекса. Увеличение времени перемешивания дисперсии до 1 2 ч на различных стадиях ее приготовления, а также введение в расплаве водного раствора соды, предварительно приготовленного растворением соды в 100% расчетного количества воды, не оказывает существенного влияния на вязкость и тиксотропные свойства парафиносодержащей добавки.

Добавку N 2 /табл.1/ готовят путем нагрева до 70 85^oC смеси петролатума, слоп-вокса, кубового остатка СЖК и СЖК фракции C₁₀-C₁₆ в мешалке до полного расплавления смеси. Расплав гомогенизируют при перемешивании в течение 30 мин. Вливают в полученный расплав горячий /75 80^oC/ раствор триэтаноламина, предварительно приготовленный растворением триэтаноламина в 50% расчетного количества воды и перемешивают смесь в течение 1 2 ч для омыления кубового остатка СЖК фракции C₁₀-C₁₆. Доливают в смесь оставшееся количество воды с растворенным в ней едким калием или едким натром и перемешивают смесь в течение 30 мин до полного омыления жирных кислот.

Готовую парафинсодержащую добавку сливают в емкость для хранения. Изменение порядка введения в смесь щелочных компонентов /вначале едких щелочей, а затем триэтаноламина/ или их совместное введение в смесь на оказывает существенного влияния на вязкость и тикостропные свойства готовой парафинсодержащей добавки. Таким же известным способом готовят добавки N 3 - 6.

Добавки N 3 и 6, содержащие низкоплавкие компоненты дистилляты гач и мягкий парафин, готовят при температуре 60^oC, добавку N 4, содержащую высокоплавкий церезин, при температуре 90^oC, добавку N 5, с твердым парафином при температуре 70 75^oC. Вспомогательное вещество - пленкообразователь олифу, в добавках N 4 и 5 вводят при перемешивании в расплав перед омылением высших жирных кислот. Свойства синтезированных добавок приведены в табл. 4. Все добавки, приготовленные известным способом, не отвечают по своим реологическим свойствам, предъявленным к готовым пленкообразующим добавкам для ухода за бетоном.

Составы и характеристики пленкообразующих добавок, изготовленных по данному способу, приведены в табл. 3 8. Водный раствор щелочного мыла жирных кислот фракции C₁₀-C₂₁ вводят или в процессе приготовления парафиносодержащих добавок после омыления высокомолекулярных жирных кислот фракции C₂₁-C₂₅ и их кубовых остатков или в готовую дисперсию. Разжижающий и антиксотропный эффект этих мыл достигается таким образом только в том случае, если мыла вводят после диспергирования парафиносодержащих компонентов. Введение этих мыл в расплав смеси парафиносодержащих компонентов с жирными кислотами фракции C₂₁-C₂₅ и из кубовых остатков или в процессе омыления этих кислот при диспергировании парафинов не приводит к разжижению приготовленной дисперсии. Причиной подобного явления могут быть процессы полимеризации низкомолекулярных мыл при повышенных температурах эмульгирования парафинов в воде.

Раздельное введение компонентов мыл /жирных кислот, а затем щелочного водного компонента или наоборот/ в добавку, приготовленную по известному способу, также не снимает тиксотропии парафиносодержащей добавки и ее застудневания при хранении.

В данном примере готовят добавки по данному способу с запредельным и минимальным содержанием мыла /N 1м и 3м/. Рецептуры этих составов приведены в табл. 3, а их свойства в табл. 4.

Как видно из данных табл. 4, предъявленных комплексным требованиям по вязкости /η 25с при 20^oC и +5^oC/ и влагоудерживающей способности /DW 0,055 г/см²/ отвечают составы N 9, 12 16. Ряд составов, содержащих запредельное количество компонентов, не отвечают этим требованиям или по вязкости /N 18/, или по влагоудерживающей способности /N 10, 17/, или одновременно по обоим этим показателям /N 7, 8, 11/. Передозировка мыла снижает защитные свойства добавки, а недостаточное количество мыла не обеспечивает необходимого разжижения добавки и снятия тиксотропного эффекта.

Пример 2.

По данному способу, изложенному в примере 1, готовят парафиносодержащие добавки с запредельным и средним содержанием мыла /N 3м и 4м/. Рецептуры этих составов приведены в табл. 5, а их свойства в табл. 6.

По данным табл. 5 и 6, добавки N 20 22, 24 27, изготовленные по данному способу, имеют требуемые вязкость η25 и влагоудерживающую способность ΔW ≅ 0,055 г/cм².
Пример 3.

По данному способу, изложенному в примере 1, готовят парафиносодержащие добавки с запредельным и максимальным содержанием мыла /N 5м и 6м/. Рецептура этих составов приведена в табл. 7, и их свойства в табл. 8.

По данным табл. 7 и 8, добавки N 32, 34 38, изготовленные по данному способу, отвечают требованиям вязкости и водоудерживающей способности.

Парафиносодержащая добавка для ухода за бетоном, синтезированная данным способом, по своим физико-техническим характеристикам соответствует или превосходит аналогичные свойства зарубежных аналогов, а по стоимости значительно меньше.

Формула изобретения

Способ приготовления пленкообразующей добавки для бетона, при котором нагревают расчетные количества водной дисперсии парафиносодержащих и вспомогательных компонентов в воде с высшими жирными кислотами до температуры 70 90^oС, гомогенизируют их и смешивают с разогретым до такой же температуры водным раствором щелочных компонентов, отличающийся тем, что дисперсию готовят с концентрацией 30 60% и затем смешивают с водным раствором мыл жырных кислот фракцией C₁₀-C₂₁ при их соотношении, мас.

30 60%-ная водная парафиносодержащая дисперсия 60 85
3 20%-ный водный раствор мыл жирных кислот фракции C₁₀-C₂₁ 15 40т

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8