CC BY
488
УДК 665.765
А. Р. Галиакбиров (асп.), М. Н. Рахимов (д.т.н., проф.), О. А. Баулин (к.т.н., доц.)
Разработка разделительной смазки для форм бетонных изделий
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра технологии нефти и газа 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2420754, e-mail: [email protected], [email protected]
A. R. Galiakbirov, M. N. Rakhimov, O. A. Baulin
Developing of dividing lube for concrete forms
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov str., 450062, Ufa; ph. (347) 2420754, e-mail: [email protected], [email protected]
Исследовано влияние концентрации различных добавок к базовым маслам на угол смачивания смазочных композиции для форм бетонных изделий. Изучено влияние угла смачивания на эксплуатационные характеристики смазки. Разработана методика оценки усилия отрыва бетонных изделий от формы. Показана зависимость категории поверхности от силы отрыва формы. Изучено усилие отрыва формы для российских и зарубежных аналогов смазки, базовых масел с добавками, рапсового масла, этилового эфира рапсового масла. Разработана разделительная смазка для форм бетонных изделий.
Ключевые слова: адгезия; разделительная смазка; сила отрыва; строительные опалубочные системы; угол смачивания.
В условиях глобального экономического кризиса проблема использования дорогостоящих зарубежных материалов обострилась. Наряду с этим, требования к качеству продуктов не снижаются, а продолжают расти. Экономическое обострение побуждает руководителей компаний к поиску новых решений по оптимизации бизнеса и увеличению его эффективности. В таких условиях переход к отечественным реагентам является одним из рациональных методов уменьшения издержек.
В начале третьего тысячелетия требования к качеству и темпам строительства зданий потребовали изменения технологий домостроения, что, в свою очередь, привело к переходу на постройку каркасно-монолитных зданий и сооружений из бетона, к разработке современных технологических строительных опалубочных систем и появлению специальных разделительных и формовочных масел (смазок) 1.
Основными требованиями к смазочным материалам подобного назначения являются предотвращение прилипания, примерзания бе-
Дата поступления 07.12.09
Influence of concentration of various base oil additives on a wetting angle of lubricant compositions for forms of concrete products is investigated. Influence of wetting angle on lube operational characteristics is studied. The technique of an estimation of lubricant structure of a separation from the form is developed. Dependence of surface category from force of form separation is shown. Forces of form separation of the Russian and foreign lube analogues, base oils with additives, rapeseed oil, a ethyl ester of rapeseed oils are determined. Dividing lube for concrete forms is developed.
Key words: adhesion; concrete releasing systems; dividing lube; separation force.
тона к поверхностям строительных форм, вследствие образования стабильных смазочных слоев с хорошей адгезией к поверхности формы и облегчающих отделение бетонных элементов от нее. Смазка должна выдерживать высокие удельные нагрузки, не стекать с вертикальных стенок, не оставлять жирных следов на поверхности бетона.
В состав смазок отечественных изобретений входят различные химические соединения, в том числе нефтепродукты и масла (машинное масло, битум, гудрон, жировой гудрон, минеральное масло, ланолин, остатки после нефтеулавливания, соляровое масло, кулисная паровозная смазка, силиконовое масло); эмульсолы (нефтяной и эмульсол кислый синтетический); парафин; канифоль; жирные кислоты (пальмитиновая кислота, кубовые остатки нафтеновых и синтетических жирных кислот, олеиновая кислота); мыла, в том числе хозяйственное и различные продукты нейтрализации жирных кислот; кальцинированная сода; различные твердые материалы (мел, кремниевая горная порода, шлам бетонных мо-
заичных плит, глины, шлифовальный отход, белый цемент, цементная пыль-унос вращающихся печей); жидкое стекло, а также вода 2.
Современные технологии строительства предъявляют новые обязательные показатели смазки: обеспечение категории А1 бетонной поверхности конструкции по ГОСТ 13015.0-83, повышенная стойкость к коррозии на металлических формах, пониженная вязкость для возможности нанесения методом распыления, способность к ускоренному биологическому разложению, улучшенные экологические ха-
3
рактеристики .
В этих условиях применение таких распространенных реагентов, как отработанные масла, смолистые соединения и др., характеризующихся высокой канцерогенностью, исключается. Нежелательно использование также водорастворимых добавок, кислот, щелочей, разрушающих оксидную пленку железа и ухудшающих экологические показатели производства.
Это привело к появлению на российском рынке предприятий, предлагающих зарубежную продукцию: Slappolia-A (Castrol, Германия), Primus VNP-90 (Bechem, Нидерланды), ADDINOL F10, MRA (ADDINOL, Германия), CHEMBETON (NOX-crete, США), MOLDOL LW 5833 (TOTAL, Франция), Biotrenn 327 (Германия) и другие 4.
Среди эксплуатационных свойств смазок важную роль играют вязкость, температуры вспышки и застывания. Вязкость смазки должна варьироваться в интервале 1.4—2.0 мм2/с при 80 оС, и 5.0-10.0 мм2/с при 20 оС. Повышенная вязкость влечет за собой дополнительные затраты на нагрев до необходимой консистенции. Температура вспышки должна быть не ниже 140 оС для обеспечения пожарной безопасности процесса, температура застывания - не выше -10 оС для обеспечения постоянства консистенции при хранении и транспортировании 5.
Ряд исследований по разработке смазки направлены на усиление ее адгезионной способности к металлической поверхности (путем оценки угла смачивания, работы адгезии, поверхностного натяжения и т.п.) 6.
Проводимые нами исследования показали, что при добавлении различных ПАВ к базовым маслам (экстракт II масляной фракции, экстракт III масляной фракции) угол смачивания капли смазки к металлической пластине понижается 7, следовательно, работа адгезии повышается согласно формуле 8:
Wa = стжг -(1 + ео80),
где Wa — работа адгезии, Дж/м2;
°жг — поверхностное натяжение, Дж/м2; в — краевой угол смачивания, град.
Однако при уменьшении угла ниже 20о эффект снижается (при уменьшении угла смачивания на 30% работа адгезии усиливается всего на 3%). Влияние концентрации различных добавок на угол смачивания экстракта III масляной фракции показано на рис. 1.
15 ■
7 -I-----
О 2 4 6 8 10
Содержание добавки. %об.
КОБС -и-КОРС -*- а-олефины С24-С26
Рис. 1. Влияние концентрации побочных продуктов нефтехимии на угол смачивания базового масла:
КОБС — кубовый остаток производства бутилового спирта, КОРС — кубовый остаток ректификации стирола, а-олефины С24—С26 — побочный продукт олигомеризации этилена
Методы оценки адгезии к бетону не дают полной картины процесса отрыва формы от бетона. Кроме того, в таких исследованиях не учитывается возможность полного или частичного когезионного отрыва. В определенных случаях усиление адгезионных свойств смазки не просто нецелесообразно, а грозит ухудшением распалубки и слипанием формы и бетона.
Нами разработана методика оценки влияния смазки на чистоту поверхности металлической формы и силы отрыва. В ее основе — модель процесса распалубки, принципиальная схема которой представлена на рис. 2. Количественная оценка производится путем замера силы отрыва металлической формы от бетонного изделия, качественная — путем визуального осмотра поверхности металла и формы и присваивания категории поверхности по ГОСТ 13015.0-83.
Рис. 2. Схема экспериментальной установки для оценки влияния смазки для форм на чистоту поверхности металлической формы и силы отрыва:
1 — бетонное изделие; 2 — смазанная металлическая форма; 3 — технический динамометр; 4 — тиски; 5 — направляющие динамометра
Такая методика позволяет оценивать суммарное влияние разделительной смазки для форм на процесс приготовления бетонного из-
делия на всех этапах его приготовления (налив, застывание, распалубка), а также на качество готовой продукции.
В табл. показаны результаты исследований сил отрыва и категорий бетонных поверхностей для базовых масел, в том числе содержащих различные добавки. Сопоставительные испытания проводили на пробах двух промышленных смазок — отечественной («Смаф-2») и зарубежной («Вю1гепп 327»).
Из табл. следует, что базовые масла (пробы №№ 4—7) показывают высокую силу отрыва. При введении в их состав рапсового масла (пробы №№11—13) сила отрыва понижается. Это можно объяснить, на наш взгляд тем, что содержащиеся в рапсовом масле триглицири-ды жирных кислот создают плотный полимолекулярный слой на поверхности металла, который препятствует адгезии частиц цементно-
бетонной смеси на металле. Согласно данным 9 10
авторов , масла растительного происхождения имеют способность образовывать граничную пленку на поверхности металла и препятствовать слипанию бетона с формой. Это, в свою очередь, объясняется полярностью производных жиров, которая усиливается в ряду: жирные кислоты ^ спирты ^ эфиры.
Необходимо отметить, что сила отрыва при применении масел И-20А и АУ выше, чем при отсутствии смазки на форме. Такой «клеящий» эффект можно объяснить, по-видимому, отсутствием активных антиадгезионных компонентов, а также смачиванием масел с пористым бетоном.
Таблица
Результаты исследований по оценке влияния смазок для форм на чистоту поверхности металлической формы и силу отрыва
№ пробы Наименование продукта Сила отрыва, Н Категория поверхности по ГОСТ 13015.0-83
1 Без смазки 6 А3
2 Вю^епп 327 0.05 А1
3 Смаф-2 1.4 А2
4 Экстракт III масляной фракции (м.ф.) 2.6 А1
5 Экстракт II м.ф. 1.9 А2
6 Рафинат II м.ф. 1 А1
7 И-20А (индустриальное масло) 8 А3
8 АУ (веретенное масло) >10 А3
9 Рапсовое масло 0.05 А1
10 Экстракт III м.ф. + 10% КОБС 3.5 А3
11 Экстракт III м.ф. + 10% рапсового масла 0.05 А1
12 Экстракт II м.ф. + 10% рапсового масла 0.1 А1
13 АУ+10% рапсового масла 1.4 А1
14 И-20А+20% рапсового масла 0.05 А1
15 Этиловый эфир рапсового масла (ЭЭРМ) 0.03 А1
Данная методика позволяет также оценивать «оборачиваемость форм», т. е. возможность повторного использования формы для последующих циклов.
Исследования оборачиваемости форм показали, что среди испытанных проб только рапсовое масло и состав «Biotrenn 327» имеют стабильную силу отрыва при трех последовательных циклах.
С учетом результатов проведенных исследований для промышленных испытаний были предложены следующие композиции разделительных смазок:
1. И-20А (до 90%), ЭЭРМ (до 20%), КОБС (до 1%);
2. АУ (до 80%), ЭЭРМ (до 30%), КОБС (до 1 %).
Образцы смазок прошли испытания при производстве бетонных плит и перекрытий на ЖБЗ №2 (г. Уфа). Испытания показали, что разработанные смазки удовлетворяют требованиям технологического процесса, обеспечивая производство качественных бетонных изделий, пожаробезопасность процесса, облегчая очистку форм, и не уступают зарубежному аналогу «Biotrenn 327».
Литература
1. Галышев А. Б., Бачинский В. Я., Полищук В. П. Железобетонные конструкции.— Киев: Логос, 2001.- 418 с.
2. Бадыштова К. М., Узункоян П. Н., Иванкина Э. Б., Чесноков А. А., Шабалина Т. Н. Производство индустриальных масел для промышленного оборудования.- М.: Нефть и газ, 1999.— 156 с.
3. Евдокимов А. Ю., Фукс И. Г., Шабалина Т. Н., Багдасаров Л. Н. Смазочные материалы и проблемы экологии.— М.: «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2000.— 424 с.
4. Процишин В. Т., Нырков М. А. // Мир нефтепродуктов.— 2004.— 1.— С. 17.
5. Довжик О. И., Ратинов В. Б. Эффективные смазки для форм в производстве железобетона.— М.: Стройиздат, 1965.— 329 с.
6. Полищук Н. В. // Научно-технический вестник ЮКОС.— 2002.— 3.— С. 32.
7. Галиакбиров А. Р., Мухарметов Р. Ф., Баулин О. А., Рахимов М. Н. / Тез. докл. (Научное и экологическое обеспечение современных технологий) УГИС.— Уфа.— 2006.— С. 12.
8. Сумм Б. Д., Горюнов Ю. В. Физико-химические основы смачивания и растекания.— М.: Химия, 1976.— 232 с.
9. Евдокимов А. Ю., Фукс И. Г., Багдасаров Л. Н. Смазочные материалы на основе растительных и животных жиров.— М.: Экохимт, ЦНИИИ-ТЭИМС, 1992.— 47 с.
10. Зимон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание.— М.: Химия, 1974.— 416 с.
