Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
-
Классификация, химический состав и способы получения пластифицирующих добавок 11
-
Коллоидно-химические представления о механизме действия суперпластификаторов 16
-
Влияние суперпластификаторов на реологические свойства суспензий 17
-
Влияние суперпластификаторов на агрегативную устойчивость дисперсных систем 19
-
Адсорбция суперпластификаторов на поверхности частиц минеральных дисперсий 21
-
Влияние пластифицирующих добавок на электрокинетические свойства частиц минеральных суспензий 24'
-
Требования к свойствам пластификаторов 27
-
Влияние суперпластификаторов на свойства бетонов 29 ^
1.5. Новые направления разработки пластификаторов 32
Выводы 35
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ И
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
-
Применяемые материалы 39
-
Приборы, оборудование и методы исследования 41
3. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ
-
Синтез олигомеров на основе флороглюцина 49
-
Исследование реакции конденсации 50
-
Строение и свойства СБ-ФФ 55 Выводы 60
4. ВЛИЯНИЕ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ НА КОЛЛОИДНО-
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ
4.1. Влияние суперпластификаторов на реологические свойства
цементных паст 62
-
Влияние добавок на реологические свойства суспензий мела, глинозема и кремнезема 68
-
Влияние суперпластификаторов на размер частиц дисперсной
фазы 74
-
Адсорбция олигомеров на дисперсных материалах 80
-
Адсорбция СБ-ФФ на границе раствор-воздух 85
-
Влияние концентрации суперпластификаторов на относительное изменение поверхностного натяжения на границе
твердое тело - жидкость 87
4.7. Влияние суперпластификаторов на электрокинетический
потенциал частиц дисперсной фазы 89
4.8. Обсуждение механизма пластифицирующего действия СБ-ФФ 93
Выводы 102
5. ВЛИЯНИЕ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ НА ПОДВИЖНОСТЬ
ЦЕМЕНТНЫХ СУСПЕНЗИЙ И ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО
КАМНЯ
-
Влияние СБ-ФФ на подвижность цементных суспензий при постоянном водоцементном отношении 104
-
Влияние СБ-ФФ на прочность цементного камня при постоянном водоцементном отношении 107
-
Влияние СБ-ФФ на равноподвижные цементные смеси 110
5.4. Влияние СБ-ФФ на фазовый состав цементного камня 111
Выводы 114
6. ВЛИЯНИЕ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ НА ПОДВИЖНОСТЬ
БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНОВ
6.1. Влияние СБ-ФФ на свойства бетонных смесей и бетонов
4
при постоянном водоцементном отношении 115
6.2. Влияние суперпластификаторов на равноподвижные
бетонные смеси 119
6.3. Влияние добавок на изменение подвижности бетонных
смесей во времени 122
6.4. Влияние СБ-ФФ на плотность, морозостойкость бетонов
и воздухововлечение бетонной смеси 123
6.5. Промышленное испытание СБ-ФФ 126
Выводы 128
7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СБ-ФФ В ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНАХ 7.1. Расчет экономической эффективности внедрения результатов
исследования 130
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 134
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 6
ПРИЛОЖЕНИЕ 154
5 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
т - напряжение сдвига, Па;
То - предельное динамическое напряжение сдвига, Па;
г)пл - пластическая вязкость, Па-с;
у - скорость деформации, с"1;
С,- электрокинетический потенциал, мВ;
ОК - осадка конуса, см;
AW- водосокращение, %;
/ - время, с;
Ст - концентрация по сухому веществу, % от массы дисперсной фазы;
d- расплыв миниконуса, см;
С - концентрация, кг/м ;
М- молекулярная масса;
V- объем, м ;
х - удельная электропроводность, Ом^-м'1;
v-частота, см"1;
/ - сила тока, А;
є - относительная диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м;
є0 - диэлектрическая проницаемость вакуума Ф/м;
Г- адсорбция, кг/м ;
R - универсальная газовая постоянная, 8,3-103 Дж/К-кмоль;
Na - число Авогадро, 6,02-1026 кмоль"1;
а - поверхностное натяжение, Дж/м ;
So - посадочная площадка, нм2;
Syd - удельная поверхность, м /кг;
6 - краевой угол смачивания, град;
'у
WCM- работа смачивания, Дж/м ;
г - радиус частиц, м;
Ат0 - относительное изменение предельного напряжения сдвига;
Ф - степень заполнения адсорбционного слоя, %;
А - константа Гамакера, Дж;
f/э - энергия электростатического отталкивания, Дж;
Um - энергия притяжения частиц, Дж;
h - расстояние между частицами, м;
Г-температура, К;
Us - энергия структурного взаимодействия, Дж/м2;
Ясж - предел прочности на сжатие, МПа;
В/Т - водотвердое отношение;
к - константа, характеризующая изменение эффективной вязкости;
п - константа, характеризующая степень тиксотропности системы;
Эг - годовой экономический эффект, млн. руб.
Введение к работе
Актуальность работы.
Регулирование агрегативной устойчивости и реологических свойств водных минеральных суспензий относится к числу наиболее важных задач коллоидной химии. В строительной индустрии для регулирования процессов структурообразования и реологических свойств концентрированных суспензий применяют суперпластификаторы - химические добавки, позволяющие целенаправленно изменять подвижность сырьевых смесей и свойства готовых изделий. Однако существующий ассортимент суперпластификаторов не удовлетворяет потребности индустрии, их производство сдерживается дефицитом сырья, недостаточной эффективностью некоторых добавок, экологическими и другими проблемами. Поэтому поиск новых эффективных добавок, позволяющих модифицировать поверхность раздела фаз и изменять реологические свойства дисперсий, является актуальной задачей. Дальнейшие исследования в этой области позволят расширить коллоидно-химические представления о механизме пластифицирующего действия суперпластификаторов, обосновать перспективные направления получения и применения добавок, увеличить ассортимент добавок для строительных суспензий.
Ранее проведенные исследования показали возможность применения в качестве эффективных суперпластификаторов продуктов конденсации фенола и формальдегида, резорцина и формальдегида, резорцина и фурфурола. Нами была продолжена работа в этом направлении и предложена рабочая гипотеза о том, что увеличение числа оксигрупп в ароматическом кольце приводит к повышению пластифицирующей активности олигомеров. Исследована возможность получения и применения новой пластифицирующей добавки на основе совместной конденсации флороглюцина и фурфурола.
Цель работы;
Разработка и применение новой пластифицирующей добавки для вод- ных минеральных суспензий, обладающей повышенной пластифицирующей активностью, получение агрегативно устойчивых концентрированных водных минеральных суспензий.
Для достижения цели в работе были поставлены следующие задачи: разработать способ получения нового высокоэффективного суперпластификатора на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров, определить оптимальные условия синтеза; изучить строение и свойства флороглюцинфурфурольных олигомеров; исследовать влияние флороглюцинфурфурольных олигомеров на агре-гативную устойчивость, реологические и другие коллоидно-химические свойства водных минеральных суспензий; - исследовать влияние полученной добавки на физико-механические свойства бетонных смесей и бетонов и обосновать технико-экономическую эффективность применения добавок в тяжелых бетонах.
Научная новизна.
Путем конденсации флороглюцина с фурфуролом получен новый суперпластификатор. Изучены строение и свойства синтезированного соединения. Установлено, что увеличение числа функциональных оксигрупп до трех в ароматических кольцах молекул суперпластификатора приводит к повышению его пластифицирующей активности. Пластифицирующий эффект увеличивается с ростом числа элементарных звеньев в молекуле до оптимального значения 5-6, оставаясь в дальнейшем постоянным.
Впервые получены данные об адсорбции флороглюцинфурфурольных олигомеров на поверхностях частиц мела, глинозема и кремнезема из водных растворов. Установлено, что наблюдается необратимая мономолекулярная адсорбция суперпластификатора на поверхности частиц, при этом снижается поверхностное натяжение на границе твердое тело - раствор.
Установлены закономерности влияния флороглюцинфурфурольных олигомеров на реологию, агрегативную устойчивость, электрокинетические свойства водных суспензий мела, глинозема и кремнезема, а также цемент- ных смесей. Установлено, что введение флороглюцинфурфурольных олигомеров приводит к пептизации агрегатов в минеральных суспензиях и высвобождению иммобилизованной воды. При этом снижается практически до нуля значение предельного динамического напряжения сдвига, а пластическая вязкость до минимального значения.
Предложена схема пластификации водных минеральных суспензий фло-роглюцинфурфурольными олигомерами, рассмотрена роль различных факторов агрегативной устойчивости.
Автор защищает.
Способ получения, состав и строение суперпластификатора на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров.
Закономерности изменения реологических свойств и агрегативной устойчивости водных минеральных суспензий, содержащих флороглюцинфур-фурольные олигомеры.
Результаты исследования свойств бетонных смесей и бетонов, изготовленных с применением полученного суперпластификатора на цементах различного минералогического состава.
Практическая ценность.
Разработан способ получения высокоэффективного суперпластификатора на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров, найдены оптимальные условия синтеза.
Закономерности повышения пластифицирующей активности при увеличении числа оксигрупп в молекулах суперпластификатора могут быть использованы при получении новых пластифицирующих добавок.
Полученный суперпластификатор может быть использован для регулирования реологических свойств сырьевых шламов, керамических шликеров, бетонных смесей, как диспергатор меловых суспензий.
Проведены промышленные испытания, показана возможность применения суперпластификатора для получения бетонных смесей и бетонов. Эконо- мический эффект от применения разработанного суперпластификатора по сравнению с суперпластификатором С-3 больше на 34 руб./м3.
Внедрение результатов работы.
Произведен выпуск опытной партии товарного бетона и бетонных изделий с применением суперпластификатора на основе флороглюцинфурфу-рольных олигомеров в условиях ООО «Завода ЖБИ «Возрождение» г. Белгорода.
Апробация работы.
Основные результаты были доложены на следующих конференциях: Международная научная конференция «Образование, наука, производство и управление в XXI веке» (Старый Оскол, 2004 г.); Международная научно-практическая конференция «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2005 г.); Региональная научно-практическая конференция «Молодые ученые - производству» (Старый Оскол, 2006 г.); Международная научно-практическая конференция «Строительство - 2006» (Ростов, 2006 г.); Международная научно-практическая конференция «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2006 г.).
Публикации по теме диссертации.
Основные результаты работы изложены в 10 публикациях, в том числе 2 статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 7 глав и выводов, изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 19 таблиц, список используемой литературы 171 наименований и приложения.
