CC BY
179
ХИМИЧЕСКАЯ ИЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
УДК 666.97 : 691
Д. Н. ДОРОГОБИД И. В. БУКИН
ОАО «Пигмент», г. Тамбов
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ_________________________________
В статье рассмотрены проблемы снижения энергозатрат при производстве строительных материалов путём применения комплексных модифицирующих добавок. Представлены результаты практических испытаний разработанных комплексных модификаторов. Ключевые слова; химические добавки, энергосбережение, гидрофобизирование, диспергирование, ускорение твердения, ТВО.
Энерго- и ресурсосбережение является одним из основных направлений развития в области строительства, включающее освоение и выпуск новых строительных материалов, получаемых по технологиям, способствующим экономии ресурсов. Экономические условия в стране предопределяют новый подход к выбору эффективных строительных материалов для жилищного строительства. Резкое увеличение цен на энергоносители, минеральные и органические сырьевые материалы, высокая стоимость транспортных перевозок отражаются прежде всего на стоимости строительных материалов.
Одним из возможных путей снижения стоимости стройматериалов является сокращение расходов на энергоносители в разнообразных технологических процессах в производстве строительных материалов (сушка, помол, тепло-влажностная обработка (ТВО) и т.д.). Этого можно достигнуть применением комплексных химических модификаторов на основе отечественных добавок. Анализ результатов исследования и применения добавок показывает, что во многих практически важных случаях наиболее перспективны именно комплексные модификаторы. Комплексные добавки полифункциональны, т.е. они способны влиять сразу на несколько характеристик используемых сырьевых материалов и изделий, часто не связанных друг с другом, «дозировать» соотношения между ними в смеси; а в некоторых случаях и придавать ей новые свойства. Имеется возможность с помощью полифункциональных модификаторов усилить и углубить какой-либо эффект, предельно достигаемый при введении однокомпонентной добавки; таким путём возможно в частности, получить качественные отделочные составы на основе рядовых вяжущих и наполнителей. При использовании полифункциональных модификаторов удаётся резко снизить или практически полностью устранить нежелательное побочное действие каждой составляющей комплексной добавки.
Интенсификация помола минеральных порошков введением комплексной активирующей добавки. При диспергировании твердых фаз частицы под воздействием усилии со стороны мелющих тел претерпевают сначала упругую, затем пластическую деформацию, пока в каком-либо сечении напряжение не превысит предела прочности материала.
Для повышения эффективности измельчения большое значение имеет эффект Ребиндера — понижение прочности твердых материалов под воздействием ПАВ. Молекулы ПАВ, адсорбируясь на микротрещинах, выходящих на поверхность частиц, снижают величину поверхностной энергии, что приводит к частичному насыщению свободных химических связей на поверхности твердого тела, препятствуя смыканию трещин. Под влиянием адсорбции ПАВ прочность твердых тел может быть снижена на 50—60% [1].
Электрические явления (гипотеза контактной электризации) также весьма существенно влияют на процесс агрегирования частиц при домоле минеральных порошков. Экспериментально установлено, что добавка к цементному клинкеру черной сажи приводит к интенсифицированию помола, также улучшаются технологические свойства цемента. Эти эффекты объясняют тем, что углерод заряжает мелющие тела и частицы цемента, благодаря чему частицы цемента отталкиваются друг от друга, но притягиваются к мелющим телам. Очевидно, что комплексные добавки — интенсификаторы различной природы и состава будут иметь и различную эффективность в качестве активатора помола, и выбор рационального активатора для определённого материала должен повысить интенсивность домола.
В качестве комплексного модификатора эффективно использование комплексной добавки, состоящей из полиэтилгидросилоксана (ПЭГС) и пиролизного регенерата (углеродсодержащего агента) [2]. Используя комплексную (двухкомпонентную) добавку-модификатор, возможно более тонкое измельчение домалываемых порошков (благодаря наличию двух механизмов интенсификации помола — механическому и электростатическому).
С целью определения изменения эффективности (тонкости) помола минерального порошка (цемянки), как фактора, указывающего на степень воздействия активатора на процесс помола, авторами была проведена работа по выявлению усиления активирующего действия комплекса, состоящего из ПЭГС и пиролизного регенерата по сравнению с их индивидуальным введением. Эффективность размалыва-емости минерального порошка (цемянки) определялась на лазерном анализаторе размера частиц.
□ .0 1 о .из 0.1 а .з 1 э ш 1В юо зол юл п
диаметр частиц ' ц **
Рис. 1. Кривые рассева для немодифицированной домолотой цемянки.
Средний размер частиц 29,379±0,591 мкм
полный остаток
о 3 1ы
диаметр частиц у гг?
Рис. 2. Кривые рассева для домолотой цемянки, модифицированной ПЭГС. Средний размер частиц 16,788±0,581 мкм
Как можно видеть из рис. 1 — 3, домол цемянки в присутствии компонентов комплексного модификатора происходит более полно и средний размер частиц, полученный при введении комплексной добавки, меньше, чем при введении чистого ПЭГС на 18%.
ПЭГС является выраженным ПАВ, в дозировках 0.05...0.3% по массе порошка эффективно интенсифицируя помол, однако в домолотом порошке начинается флокуляция, из-за чего интенсивность помола может значительно снижаться [3].
Используемый в эксперименте пиролизный регенерат весьма эффективен в качестве интенси-фикатора и антифлокулянта помола. Регенерат технологичен, т.к. не налипает на мелющие тела, снижая интенсивность помола (как, скажем, парафинсодержащие вещества). Пиролизный регенрат обладает выраженным диспергирующим действием, а также гидрофобными свойствами.
Применение комплексной модифицирующей добавки позволяет увеличить эффективность помола минерального порошка без изменения времени диспергирования, подбора рациональных режимов помола и т.п., иначе говоря, позволяет получить на выходе более дисперсный порошок без увеличения энергозатрат на его приготовление.
Использование комплексного модификатора в качестве ускорителя твердения и повышения прочности мелкозернистого бетона. В связи с увеличением в Омске объемов жилищного строительства, возросла потребность в железобетонных строительных конструкциях. В Омске существует достаточно предприятий производства железобетонных изделий, но многие из них работают далеко не на полную мощность. На сегодняшний день имеется несколько технологических решений по ускорению твердения бетона и, следовательно, повышению производительности бетонных заводов, работающих на цементе марки ПЦ 400:
— тепловая обработка бетона;
— дополнительный помол цемента;
— применение жестких бетонных смесей и эффективных способов уплотнения;
— использование быстротвердеющего цемента высоких марок;
— предельное снижение В/Ц при расходе цемента не менее 300 кг/м3;
— применение промытых сортированных заполнителей из прочных пород, снижение расхода песка;
— введение ускорителей твердения — солей электролитов.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
ХИМИЧЕСКАЯ ИЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
Рис. 3. Кривые рассева для домолотой цемянки, модифицированной комплексной добавкой (ПЭГС и пиролизный
регенерат). Средний размер частиц 13,338±0,503 мкм
Время, сут
« Состав 1 —■— Состав 2
Рис. 4. Изменение прочности бетона при сжатии
На наш взгляд, большинство вышеперечисленных методов экономически нецелесообразны, малоэффективны и требуют больших затрат энергоресурсов. Рациональный путь ускорения твердения це-мента—это максимально возможное снижение В/Ц в сочетании с введением добавок — ускорителей, и особой технологии приготовления бетонной смеси [4]. Низкая водопотребность позволяет получать бетон повышенной прочности в более поздние сроки твердения без снижения его удобоукладываемости, а введение ускорителя увеличивает темпы набора прочности в первые часы и сутки твердения. Применение технологии повторного перемешивания позволяет также повысить прочность бетона и скорость ее набора. Поэтому актуальной является задача разработки комплексных добавок-модификаторов на основе эффективных пластификаторов и различных добавок-электролитов [5 — 6].
В ходе эксперимента использовались два состава мелкозернистого бетона:
— состав 1: (без добавок), прошедший тепловлажностную обработку (ТВО) при Т—90 оС при следующем режиме 1.5 — 4 — 2 ч, при В/Ц = 0.52;
— состав 2: с введением комплексной добавки состава С-3 — 0.7 %, ЛСТ — 0.15 %, сульфат натрия — 2.5 % (по массе вяжущего) при В/Ц = 0.38 с применением технологии повторного перемешивания; без применения ТВО и хранившегося в нормальных условиях.
Как видно из рис. 4, первая точка на кривой графика соответствует прочности через 0,5 суток, т. е. это прочность бетона, прошедшего ТВО и последующую выдержку в течение 2 ч. Значение прочности соответствует 60%-ной от проектной (28 суток). Бетон состава 2 за данное время набирает 40 — 45% проектной прочности.
На первые сутки твердения темпы набора прочности у обоих составов сопоставимы. В дальнейшем бетон с комплексной добавкой интенсивно набирает прочность и к третьим суткам она соответствует 40 МПа (проектная прочность бетона-эталона на 28-е сутки, при стандартных условиях хранения), в дальнейшем рост прочности продолжается. На 28-е сутки твердения прочность бетона с комплексной добавкой составляет 52 МПа. Таким образом, через 2 — 3 суток, после формования изделий,
они достигают значений отпускной прочности (85 — 90 % проектной).
Бетон, прошедший ТВО, достигает отпускной прочности на 7-е сутки твердения.
Высокая скорость твердения бетона с добавкой объясняется, на наш взгляд, следующими причинами:
— снижение водопотребности за счет введения пластификаторов;
— увеличение химической активности минералов при гидратации цемента, главным образом алюминат-ной составляющей клинкера; введение сульфат-ионов ускоряет образование эттрингита;
— применение технологии повторного перемешивания позволяет получить мелкокристаллическую структуру цементного камня, разрушая связи кристаллов, что повышает плотность ЦК и прочность бетона.
Данные проведённого эксперимента позволяют сделать вывод о том, что применение комплексной добавки в сравнении с ТВО более эффективно, и позволяет отказаться от последней операции полностью или частично. Это позволяет значительно снизить расход энергии на ускорение твердения бетона [7].
На сегодняшний день использование комплексных модификаторов осложнено отсутствием наработанных методик их применения для получения модифицированных смесей с заданными свойствами; то есть из всего спектра имеющихся в распоряжении добавок найдено лишь несколько сочетаний, применяемых на практике.
Отечественные модификаторы в основном уступают по качеству зарубежным аналогам, однако сравнительно низкие цены, стабильность свойств, известный химический состав делают отечественные добавки очень удобными в применении, что даёт возможность создавать новые, оригинальные поли-функциональные модификаторы. Таким образом,
применяя подобные модификаторы возможно уменьшение себестоимости изделия как за счёт снижения затрат в ходе тех. процессов (домол и ТВО), так и применения отечественных модифицирующих добавок, имеющих значительно более низкие цены по сравнению с зарубежными аналогами.
Библиографический список
1. Хигерович, М.И. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов / М. И. Хигерович — М.: Стройиздат, 1979. — 125 с.
2. Соловьёв, В.Г. Переработка и использование отходов шинной промышленности/В.Г. Соловьев — М.:Транспорт, 1982.—255 с.
3. Пащенко, А.А. Кремнийорганические гидрофобизиру-ющие и плёнкообразующие составы/А.А. Пащенко — Киев: Вища школа, 1973. — 212 с.
4. Батраков, В.Г. Модифицированные бетоны / В.Г. Батраков — М.: Стройиздат, 1998. — 400 с.
5. Баженов, Ю.М. Технология бетона / Ю.М. Батраков — М.: Высшая школа, 1987. — 415 с.
6. Ратинов, В.Б. Добавки в бетон/В.Б. Ратинов, Т. И. Розенберг. — М.: Стройиздат, 1989. — 188 с.
7. Рамачандран В.С. Добавки в бетон / В.С. Рамачандран , Р. Ф. Фельдман, М. Коллепарди — М.: Стройиздат, 1989. — 575 с.
ДОРОГОБИД Дмитрий Николаевич, кандидат технических наук, начальник отдела внедрения химических добавок ОАО «Пигмент», г. Тамбов.
Адрес для переписки: 644015, г. Омск, ул. Володарского, 52.
БУКИН Илья Владимирович, заместитель директора ООО «Омский бетон».
Статья поступила в редакцию 05.05.2010 г.
© Д. Н. Дорогобид, И. В. Букин
Книжная полка
66/Л75
Ломова, О. С. Расчет массообменных установок нефтехимической промышленности [Текст]: учеб. пособие / О. С. Ломова; ОмГТУ.-Омск, 2010.-Ч. 1.-2010.-95 с.: рис., табл.-Библиогр. в конце глав.-ISBN 978-5-81490922-0. Ч. 2. - 2010. - 81 с.: рис., табл. - Библиогр. в конце глав.-ISBN 978-5-8149-0908.
В пособии даны рекомендации к выполнению курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии». Цель учебного пособия — практическое ознакомление с методами расчета основных массообменных установок химической промышленности, а также установок очистки газообразных и жидких систем. Разобраны принципы выбора массообменных аппаратов и приведены примеры расчета процессов ректификации, абсорбции и экстракции.
Учебное пособие предназначено для студентов механико-технологических и экологических специальностей вузов и может быть использовано при выполнении курсового проекта по дисциплинам «Процессы и аппараты пищевых производств», «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» и «Теоретические основы защиты окружающей среды».
54/Х46
Химия: основные понятия, термины и законы [Текст] / Л. Н. Блинов [и др.]; С.-Петерб. гос. политехн. ун-т. -М.: КНОРУС, 2010.-154, [1] с.: рис., табл.-Библиогр.: с. 153.-ISBN 978-5-406-00660-3.
В пособии представлено современное интегрированное изложение базисных понятий, терминов и законов химии. Они вводятся последовательно, в соответствии с логикой дисциплины и с основными разделами курса. Текстовый материал дополнен необходимыми иллюстрациями и справочными материалами. В приложениях представлены конкретные данные, необходимые для проведения сопоставительных анализов и расчетов по химическим процессам.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
