ВЛИЯНИЕ СИНТЕЗИРОВАННОГО СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПИРОЛИЗНОГО ПРОЦЕССА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье изучена особая роль суперпластификаторов на структурообразование цементных систем, возможность использования побочных продуктов пиролизного процесса в качестве основного сырья для получения суперпластфикаторов, показаны результаты анализа ИК спектроскопии полученного суперпластификатора, результаты ДТА, испытаний цементных паст, полученных на основе различных марок портландцемента, с синтезированным суперпластификатором. В качестве основного сырья был выбран пиролизное масло (побочный продукт производства ООО «УзКорГаз», Узбекистан, с содержанием нафталина не менее 85%). Установлено, что при добавлении синтезированного суперпластификатора в количестве 0,2-1%, растекаемость цементной пасты увеличилась от 1,5 до 2,5 раза, а прочность увеличилась до 12%. Общая водопотребность уменьшилась до 15-20%. Это указывает на экономическую и экологическую эффективность полученного суперпластификатора.

ABSTRACT

This article studies the special role of superplasticizers on the structure formation of cement systems, the possibility of using by-products of the pyrolysis process as the main raw material for the production of superplasticizers, shows the results of the analysis of the IR spectroscopy of the obtained superplasticizer, the results of DTA, tests of cement pastes obtained on the basis of various grades of Portland cement with synthesized superplasticizer. Pyrolysis oil was chosen as the main raw material (a by-product of the production of UzKorGas LLC, Uzbekistan, with a naphthalene content of at least 85%). It was found that when the synthesized superplasticizer was added in an amount of 0.2-1%, the spreadability of the cement paste increased from 1.5 to 2.5 times, and the strength increased up to 12%. The total water demand has decreased to 15-20%. This indicates the economic and environmental efficiency of the obtained superplasticizer.

Ключевые слова: Суперпластификатор, пиролизное масло, ИК спектроскопия, ДТА анализ, цементная паста.

Keywords: Superplasticizer, pyrolysis oil, IR spectroscopy, DTA analysis, cement paste.

Введение. На сегодняшний день в строительной отрасли актуальным является применение модификаторов на основе синтетических олигомеров для улучшения реологических, физико- механических свойств и регулирования структурообразования композиционных материалов.

Для улучшения качества цементных композиций является важным применение высокоэффективных пластифицирующих добавок. В строительной индустрии для регулирования процессов структурообразования и реологических свойств концентрированных суспензий применяют суперпластификаторы - органические химические добавки, позволяющие целенаправленно изменять подвижность сырьевых смесей и свойства готовых изделий. Поиск новых эффективных добавок, позволяющих модифицировать поверхность раздела фаз и изменять реологические свойства дисперсий, является актуальной задачей [1-2].

В последние годы в строительной практике при изготовлении бетонов нового поколения все большее применение находят высокоэффективные поликарбоксилатные суперпластификаторы. В зарубежной литературе суперпластификаторы этой группы получили название <<суперпластификаторы>>. Данный вид пластификаторов более эффективен, что выражается в сравнительно низких оптимальных дозировках (0,2%), низкой чувствительности к виду и составу цемента, в длительном сохранении бетонными смесями первоначальной консистенции, в их повышенной связности, не расслаиваемости, низких и сверхнизких водоцементных отношениях (0.2%) [3].

Суперпластификаторы прикрепляются к поверхностям цементных зерен, в основном, точечно и имеют пространственное строение молекулы с привитыми боковыми цепями. Последнее обстоятельство способствует более эффективному отталкиванию цементных флоккул и позволяет обеспечить доступ воды к цементному клинкеру. В механизме действия суперпластификаторов роль дзета-потенциала меньше, а взаимное отталкивание частиц цемента и стабилизация суспензии обеспечивается за счет преобладающего эффекта [4].  В последние годы одной из важнейших проблем в области химических добавок для строительных материалов является поиск новых органических добавок, повышающих стойкость и долговечность конструкций и сооружений, подверженных воздействию климатических условий и агрессивных сред.[5] Был синтезирован суперпластификатор на основе нафталинсульфокислотного формальдегида. На рис 1 приведены результаты анализа ИК спектроскопии полученного суперпластификатора.

Рисунок 1. ИК-спектр синтезированного суперпластификатора

Исходя из ИК-спектра, можно сказать, что полученный суперпластификатор имеет, в основном, следующие функциональные группы: новые полосы поглощения в области 1166,14 см-1 показывают, что функциональная группа SO₂-OH изменила свою структуру на химическую связь R-SO₂ -OH. ИК-спектр содержит линии поглощения для асимметричных валентных колебаний в области -1040,14 см-¹ и характерные линии поглощения для симметричных валентных колебаний в области 772,10-614,31 см-¹. Это говорит о том, что синтезированный суперпластификатор имеет функциональную группу - сульфокислоту. Вещество, используемое в качестве сырья для производства суперпластификатора, имеет в своем составе функциональные группы (C-S). Это означает, что используемое сырье тоже поверхностно- активное вещество, но проведенные эксперименты показывают, что использованное сырье не влияет на реологические свойства бетонной смеси.

С полученным суперпластификатором, на основе нафталинсульфокислотного формальдегида проведен анализ ДТА. На рис 2 приведены результаты анализа ДТА полученного суперпластификатора.

Рисунок 2. DTG-анализ синтезированного суперпластификатора
(Линия TGA, мг – синяя, Линия DTA, мВ – красная)

Термический анализ вновь синтезированного пластификатора (формальдегид нафталинсульфокислоты) исследовали в интервале температур 20–1000 °С. Дериватограмма представлена ​​на рис. 2 и состоит из 2 кривых. На дериватограмме полученного пластификатора наблюдается пять эндотермических эффектов при температурах 50,23, 94,03, 138,71, 750,16, 782,49 ^оС. В интервале температур 19,49-154,31 ^оС наблюдается первая зона потери массы вещества, в течение которой масса вещества уменьшается на 11,568% (0,813 мг). Эндоэффекты 1 и 2 означают, что гигроскопическая вода из пластификатора испарилась, а эндоэффекты 3 соответствуют температуре разжижения пластификатора.  Потеря массы в диапазоне температур 154,31–483,82 °С составила 11,227% (0,789 мг), а в диапазоне 483,82–681,44 – 2,561% (0,180 мг). Никаких эффектов или пиковых переломов на кривой ДТА в этих областях потери массы не наблюдалось. Потеря массы вещества в интервале температур 681,44-951,50 ⁰С составила 37,834% (2,659 мг). В этой области на кривой ДТА наблюдались два эндотермических эффекта при 750,16 ⁰С и 782,49 ⁰С. Основной эндоэффект, наблюдаемый при 750,16⁰С, – разрушение пластификатора или разрыв связей в композиции. Большинство нафталинсульфокислотных формальдегидов ухудшают прочность цементного камня с увеличением количества добавки. Поэтому изучение физико-механических свойств цементных композиций с добавлением полученного суперпластификатора, играет важную роль при внедрении их в бетонную промышленность. В таблицах показаны некоторые физико- механические свойства цементных композиций с добавлением суперпластификатора при постоянном В/Ц соотношении.

Таблица 1.

Результаты испытаний цементных паст с синтезированным суперпластификатором

Для получения цементных паст был использован портландцемент марки ПЦ400 Д0 завода Навои.

Таблица 2.

Результаты испытаний цементных паст с синтезированным суперпластификатором

Для получения цементных паст был использован портландцемент марки ПЦ400 Д20 завода Навои.

Таблица 3.

Результаты испытаний цементных паст с синтезированным суперпластификатором

Для получения цементных паст был использован портландцемент марки ПЦ500 Д0 завода Навои.

Как видно из таблиц 1,2,3, полученный суперпластификатор имеет хороший пластифицирующий эффект даже при добавлении его в количестве 0,2-1 %. Добавление более 1% пластификатора приводит к хрупкости цементного камня. Самый лучший показатель растекаемости можно видеть в табл.1. Растекаемость цементной пасты улучшилось в 2,5 раза. Прочность цементного камня (после 14 суток) увеличилась на 12%. Из табл.2 видно, что, растекаемость цементной пасты улучшилось до 2-х раз, а прочность цементного камня (после 14 суток) увеличилась на 4-8%. Из табл.3 можно отметить улучшение растекаемости цементной пасты в 1,5 раза и увеличение прочности цементного камня (после 14 суток) на 4%.

Заключение

Полученный суперпластификатор может уменьшить водопотребность на 15-20% и при этом не уменьшает прочности цементного камня, а наоборот этот показатель, как видно из экспериментов, немного увеличилась. Исходя из этих данных, можно сказать, добавление полученных суперпластификаторов в цементную пасту имеет экономическую и экологическую эффективность, не уменьшая физико-механических показателей цементного камня.

Список литературы:

1. Гамалий Е.А. Комплексные модификаторы на основе эфиров поликарбоксилатов и активных минеральных добавок для тяжелого конструкционного бетона: дис. … канд. Тех. Наук; 05.23.05/ Гамалий Е.А.- Челябинск, 2009. 217с.
2. Ибрагимов Р.А. Тяжелые бетоны с комплексной добавкой на основе эфиров поликарбоксилатов: дис. канд. Тех. Наук: 05.23.05/ Ибрагимов Р.А.- Казань, 2011.-184с
3. 3.Рамачандран В.С. “ Добавки в бетон. Справочное пособие”, М.: “ Стройиздат”, 1988г.244с.
4. Баткаров В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика – М.: Технопроект. 1998.-768с.
5. Бердиев Х.У., Кодиров О.Ш., Каримов М.У., Мирзакулов Х.Ч. Исследование синтеза суперпластификатора на основе нафты и влияние его на физико-механические свойства цементных композиций // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. Бердиев Х.У. [и др.]. 2019. № 12(69). с1.