КАЗАНСКИЙ ГОСУДАДСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Кашапов Рамиль «химическая добавка арос: синтез и ее влияние на свойства бетона»

05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель:

к.т.н. Красиникова Н.М.

Научный консультант:

доктор технических наук

Хозин Вадим Григорьевич

Казань -2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
	ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1. 1.
1.2.
1.3.
	ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЙ
2.1.	Характеристика исходных материалов
2.2	Методы экспериментальных исследований
2.2.1	Методы определения реологических и технологических свойств
2.2.2	Физико-механические свойства
3.1.
3.1.1
3.1.1.1
3.9	Общие выводы
	ГЛАВА 4.Разработка составов бетонов различных видов и марок на
4.1	Тяжелый бетон
4.2.	Песчаный бетон
4.3	Эксплуатационные свойства
4.3.3.1	Морозостойкость
4.3.3.2	Водопоглощение и характер пористости бетонов на ЦНВ
4.3.3.3	Коррозионная стойкость
4.4	Общие выводы
	ГЛАВА 5.ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦНВ.

ВВЕДЕНИЕ

Задача повышения эффективности и качества бетона и железобетона была и остается весьма актуальной и в полной мере не может быть успешно решена без использования в технологии бетона химических добавок.

Применение химических  добавок, является одним из эффективных способов регулирования реологических и физико-механических свойств бетона.

Термин «добавка», как хорошо известно, охватывает химические и минеральные вещества неорганической и органической природы, растворимые и нерастворимые, инертные и реакционноспособные, жидкие и твердые, в т.ч. в дисперсном состоянии. Систематика добавок построена, в основном, по признакам и достигаемым технологическим эффектом. 

Химические добавки, являясь одним из самых простых и доступных технологических приемов совершенствования свойств бетона, позволяют существенно снизить уровень затрат на единицу продукции, повысить качество и эффективность большой номенклатуры железобетонных конструкций, увеличить срок службы как конструкций, так и зданий и сооружений в целом.

Добавки представляют собой химические вещества (реагенты), как органического, так и неорганического строения, сложного или простого состава. Они вводятся в состав бетона, как правило, с водой затворения и могут иметь жидкое, твердое или пастообразное состояние. Назначение добавок весьма разнообразно. Их количество, нашедшее применение в производстве раствора, бетона и железобетонных конструкций, составляет более 300 наименований.

Из добавок к бетонам, нашедших наиболее широкое применение в производстве бетона и железобетона, на первом месте стоят пластифицирующие добавки. Объясняется это, высокой эффективностью данного вида добавок, отсутствием отрицательного действия на бетон и арматуру, а также доступностью и невысокой стоимостью. Модификаторы могут быть синтезированы специально, или являться побочными продуктами других производств. Химические органические добавки являются продуктами органического синтеза целлюлозных соединений или переработки отходов лесохимии, целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической промышленности, агрохимии и др [3].

Различают суперпластификаторы на основе сульфированных нафталинформальдегидных поликонденсатов, на основе сульфированных меламинформальдегидных поликонденсатов, на основе очищенных от сахаров лигносульфонатов, на основе поликарбоксилатов и полиакрилатов. В механизме действия последних преобладает стерический эффект (с большим отталкиванием частиц), и эти суперпластификаторы считаются более эффективными, что предполагает их меньший расход. Поликарбоксилаты и полиакрилаты наиболее дорогие, поэтому целесообразно их совмещение с другими пластификаторами.

Следует отметить, что суперпластификаторы являются наиболее востребованным и эффективным типом «Химических добавок» в цементные бетоны, сыгравшим в свое время (второй половине ХХ века) революционную роль в бетонном строительстве [1]. В основе механизма их пластифицирующего действия лежит конкурирующее действие молекул этих ПАВ на активных центрах поверхности минеральных частиц цемента и наполнителей, приводящая их вытеснению из воды адсорбционных слоев, в которых она находится в плотном (до 2,0 г/см³) малоподвижном (твердоподобном) состоянии (слой Штерна) [2]. Именно эта доля «освобожденной» из адсорбционных слоев вода с обычной низкой вязкостью вызывает пластификацию (разжижение) высокодисперсной цементной системы.

Таким образом, ароматические соединения в принципе являются потенциально эффективным сырьем получения суперпластификаторов, однако высокая стоимость нафталина, меламина, фенола делают целесообразным их замену ароматическими отходами органической химии, тем более, что последние являются, как правило, трудноутилизируемыми токсичными продуктами. Таковыми являются, в частности, пиролизные смолы, успешно использованные для получения суперпластификаторов СБ-1 [4,5]. Нами же выбрана фенольная смола, т.к. наиболее крупнотоннажными отходами, содержащими фенолы, в России является так называемая фенольная смола совместного производства фенола и ацетона. В настоящее время ресурс фенольных соединений в составе этих отходов превышает 10 тыс. тонн в год. При совместном производстве фенола и ацетона (кумольный способ) образуется значительное (100-150 кг на 1 тонну фенола) количество фенольной смолы (фенольного остатка), которая не находит квалифицированного применения и используется преимущественно в качестве топлива, что мало-эффективно и экологически опасно.

Следует отметить, что выбранная фенольная смола имеет сложный, не полностью идентифицированный состав: фенол, кумол, диметилфенилкарбинол, ацетофенон, α- метилстирол (до 40%), димеры α- метилстирола, кумилфенолы.

1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика, 2-е изд. перераб. М. 1998.768 с.

2. Дерягин Б.В. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1945. Т15 в.9 с.503-506.

3. Добавки в бетон. Справочное пособие. Под ред. Рамачандрена В.С. пер с англ. Розенберг Т.И. М. СК. 1988. с 575.

4. Батраков В.Г.Пластификатор для бетонов на основе тяжелых смол пиролиза// Бетон и железобетон-1991-№9,- с.6-8.

5. Бабин А.А. Суперпластификатор для бетонов на основе легкой пиролизной смолы// Строительные материалы-2008,- №7. с.44

Основанием для разработки технологии производства суперпластификатора АРОС является высокая потребность рынка в эффективных и недорогих суперпластификаторах для бетонных смесей, т.к. в настоящее время в России единственным производителем суперпластификаторов на рынке добавок в бетоны является фирма ОАО «Полипласт», являющаяся монополистом.

Современная тенденция использования высокопрочного бетона в строительстве высотных зданий дает основание на полагать на дальнейший устойчивый и уверенный спрос, поскольку производство современного бетона не возможно без применения суперпластификаторов.

Суперпластификаторами в настоящее время принято называть специально синтезируемые поверхностно-активные вещества (ПАВ), применение которых в оптимальных дозировках позволяет получать из малоподвижных бетонных смесей (ОК=2-4 см) литые или высокоподвижные смеси (ОК=18-24 см) без снижения прочности бетона вовсе сроки твердения по сравнению с исходным составом без добавки.

Наиболее важной отличительной особенностью суперпластификатора АРОС является то, что его получение предполагает использование в качестве основного сырья дешевых и доступных отходов химической промышленности.

Научная новизна:

1)

2)

3)

Практическое значение работы:

1)

Достоверность результатов и обоснованность выводов обеспечивается достаточным объемом воспроизводимых экспериментальных данных, полученных современными методами исследований, и их взаимной корреляцией, использованием статистических методов при обработке экспериментальных данных. В основу рабочей гипотезы работы положена возможность получения

Выводы и практические результаты подтверждены положительным опытом испытаний разработанных составов и предложенной технологии.

Апробация работы:

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, вузовских конференциях и семинарах: республиканских научных конференциях по проблемам архитектуры и строительства (Казань: КГАСУ, 2008, 2009, 2010, 2011), международного конгресса «Наука и инновации в строительстве» (Воронеж: ВГАСУ, 2008), ХV академических чтений РААСН – Международной научно – технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и моделизации строительной индустрии» (Казань:КГАСУ, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано __ статей, в т.ч. __ из списка, изданий, рекомендуемых ВАК РФ. Получены патенты № и №.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, изложена на __ страницах машинописного текста, включающего __ таблиц, __ рисунков, список литературы из 160 наименований, 2 приложений.