Пластифицирующая добавка в строительные материалы, включающие минеральные вяжущие вещества
Владельцы патента RU 2382005:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)" (RU)
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). Технический результат - улучшение физико-механических свойств материалов, содержащих минеральные вяжущие вещества. 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, где используют фенольную смолу состава, мас.%: фенол до 10, изопропилбензол 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, осуществляют сульфирование при соотношении указанных смолы и кислоты 1:1-2 соответственно в течение 1,5 ч, последующую нейтрализацию раствором гидроксида калия до рН 8,0-8,5, затем выпаривание полученной смеси до сухого остатка и измельчение. 3 табл.
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.
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 (-SO3H, -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 | H2SO4, мл | KOH, г | H2O*, мл | ФС:H2SO4 | 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.
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 - изопропилбензол | 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, |
осуществляют сульфирование при соотношении указанных смолы и кислоты 1:1-2 соответственно в течение 1,5 ч, последующую нейтрализацию раствором гидроксида калия до рН 8,0-8,5, затем выпаривание полученной смеси до сухого остатка и измельчение.
