CC BY
50
AZ9RBAYCAN KIMYA JURNALI № 4 2015
59
УДК 65.018.2:547.541.07
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СЫРЬЯ - ЛЕГКОЙ ФЛЕГМЫ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА - НА СВОЙСТВА СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА
В.М.Аббасов, М.Д.Ибрагимова, В.А.Нагиев, А.Р.Гамидова, Х.А.Абдуллаева
Институт нефтехимических процессов им. Ю.Мамедалиева НАН Азербайджана
[email protected] Поступила в редакцию 13.02.2015
Приведены результаты исследований по изучению изменения свойств бетонных образцов с введением в их состав пластифицирующих добавок, синтезированных с использованием в качестве сырья различных фракций легкой флегмы каталитического крекинга. Установлено, что образцы суперпластификатора, синтезированные на основе фракций 190-3500С и 250-3000С, обладают наилучшим пластифицирующим эффектом.
Ключевые слова: суперпластификатор, бетонный раствор, химическая добавка, расплыв конуса, показатель прочности.
Введение
Современное производство качественного бетона, позволяющего возводить сложные конструкции с высокими эксплуатационными характеристиками и долговечностью, непосредственно связано с использованием химических добавок, которые улучшают свойства бетонных смесей и повышают качество затвердевших бетонов и строительных растворов.
Применение модифицирующих добавок в составе строительных растворов и бетонов имеет свою достаточно долгую историю. Использование в качестве добавок в составе известковых бетонов и кладочных растворов крови животных, белка, растительного масла, куриных яиц, молочных продуктов, отваров древесной коры и т.д. позволило сохранить до настоящего времени мечети Бухары и Самарканда, храмы древних российских городов Суздаля и Владимира, знаменитый Карлов мост города Праги и т.д. C развитием химии природные (пищевые) добавки были заменены синтетическими.
С начала 30 г. ХХ в. использование модифицирующих добавок в бетонных и строительных растворах вошли в строительную практику на новом научно-техническом уровне. Синтез химических пластифицирующих добавок, применяемых для сохранения реологических свойств строительных растворов, таких как высокая подвижность, удобоукла-дываемость, однородность, связность, мини-
мальное водоотделение и т.д. основывается на использовании в качестве сырья меламина, нафталина или лигносульфоната [1-4]. Способ синтеза пластифицирующей добавки ИНХП-1 "40-03" для бетонных смесей, разработанный в ИНХП НАНА, основывается на применении в качестве сырья легкого газойля каталитического крекинга, содержащего более 50 мас. % ароматических углеводородов [5-7].
Однако, как было установлено [8], в зависимости от жесткости каталитического крекинга и глубины отбора фракций легкой флегмы крекинга отдельные партии сырья различаются групповым углеводородным составом, в частности, содержанием ароматических, ненасыщенных углеводородов, а также смолистых веществ.
С учетом сказанного и с целью определения оптимального фракционного состава легкой флегмы каталитического крекинга, а также выявления зависимости качества суперпластификатора от природы ароматических углеводородов, содержащихся в составе легкой флегмы, осуществили фракционирование сырья на 50-градусные фракции (0С) и синтез на их основе пластифицирующей добавки для строительных растворов.
Экспериментальная часть
В качестве сырья была использована легкая флегма каталитического крекинга с температурой выкипания в пределах 190-содержанием ароматических углево-
3500С
дородов в 80 мас.% и йодным числом 4.4 г 12/100 г сырья.
Синтез суперпластификатора (СП) на основе легкой флегмы каталического крекинга и выделенных фракций осуществлен при ранее найденных оптимальных условиях [9] и включает стадии сульфирования ароматических углеводородов, содержащихся в сырье, поликонденсацию полученных ал-килнафталинсульфокислот формальдегидом и стадию нейтрализации полученного конденсата водным раствором едкого натра. По окончании нейтрализации полученный продукт можно использовать в качестве суперпластификатора в виде водного раствора или сухого порошка, полученного концентрированием и сушкой этого раствора, что облегчит его транспортировку.
Готовый продукт в виде водного раствора характеризуется содержанием сухого остатка в 25-36 мас.% и свободного формальдегида - 0.1 мас.%.
Сульфирование сырья осуществлено при мольном соотношении компонентов ароматические углеводороды:концентриро-ванная серная кислота, равном 1.0:1.2, температуре 110-1200С и продолжительности реакции 3 ч.
Результаты и их обсуждение
Результаты проведенных исследований по сульфированию ароматических углеводородов, содержащихся в составах легкой флегмы и выделенных фракций, а также некоторые показатели полученных олигоал-
килсульфонатов - пластифицирующих добавок приведены в табл. 1.
Синтезированные олигоалкилнафталин-сульфонаты были исследованы в качестве пластифицирующей добавки в составе строительного раствора, состоящего из следующих компонентов:
цемент Аккорд СЕМ (1142,5Я) 330 кг песок (Бахрам-тепа) 610-660 -"-
отцеп 300-320 -"-
щебень (5-15 мм) 350-360 -"-
щебень (10-20 мм) 550-570 -"-
вода (в расчете на цемент) 160-200 -"суперпластификатор
(в расчете на цемент) 2-5%
Опыты по испытанию синтезированных добавок были осуществлены в Балахан-ской центральной лаборатории ООО Промышленной строительной Инвестиционной Корпорации "Аккорд" в соответствии с методами ГОСТ.
Полученные бетонные растворы сливались в металлические формы размером 10x10x10 см, внутренние стороны которых для обеспечения легкости снятия готовых образцов без повреждений смазываются минеральным маслом.
Спустя 3 ч после заливки, бетонные образцы вынимаются из ячеек и сушатся в камере тепловлажной обработки. Через 3, 7 и 28 суток определялись прочность и средняя плотность полученных бетонных образцов. Полученные результаты приведены в табл. 2.
Таблица 1. Зависимость конверсии ароматических углеводородов от состава сырья и характеристика полученных суперпластификаторов_
Содержание аро- Плотность Конверсия в расчете на, рН водного Содержание
Сырье матич. углеводо- сырья при мас. % раствора сухого
родов в сырье, мас. % 200С, кг/м3 ароматические углеводороды в сырье сырье суперпластификатора остатка, мас. %
ЛФКК 80 935.0 83.2 66.5 11.4 25.0
Фракции ЛФКК,0С:
200-250 60 892.0 86.25 52.0 12.0 30.0
250-300 72 938.0 86.87 62.5 8.2 36.0
300-342 72 890.0 71.62 53.0 9.8 26.0
В.М.АББАСОВ и др.
61
Таблица 2. Показатели бетонных образцов с добавлением синтезированных пластифицирующих добавок на основе фракций легкой флегмы каталитического крекинга_
Сырье, фракция легкой флегмы, 0С Цемент Песок (Бахрам-тепе) Отцеп Щебень, 5-15 мм Щебень, 10-20 мм Вода ВЦ Концентр. СП, мас. % Расплыв конуса, после, мин Вес бетонного образца, г Прочность образцов, МПа (после сушки), сутки
0 30 60 3 7 28
190-342 330 660 300 350 550 165 0.43 3.5 23 18 12 2247 16.0 26.4 32.2
200-250 330 660 300 350 550 200 0.45 3.0 23.5 18.5 16 2170 11.3 14.4 18.9
250-300 330 660 300 350 550 200 0.43 3.5 23 18 12 2244 16.8 26.7 32.4
250-300 270 650 300 350 550 160 0.5 5.0 24 18 12 2358 24.5 30.1 37.4
300-342 270 650 300 350 550 160 0.45 3.0 23.5 18.5 16 2188 12.8 16.4 21.0
190-350* 330 660 300 350 550 168 0.5 4.0 - 23 19 2228 21.1 30.4 37.6
190-350 300 690 300 350 560 168 0.56 2.0 21 19 15 2214 14.3 17.7 23.1
190-350 300 690 300 350 550 168 0.56 3.0 - 21 17 2184 14.0 17.3 22.6
190-350 330 660 300 340 540 150 0.45 3.0 22 18 12 2264 16.2 20.3 25.6
190-350 330 610 320 350 570 175 0.53 4.0 22 18 15 2311 17.1 23.6 32.0
190-350 330 630 320 360 570 130 0.39 4 23 19 16 2328 23.6 30.5 38.8
* Образцы суперпластификатора на основе легкой флегмы каталитического крекинга в виде сухого порошка.
Как видно из таблицы, при добавлении в состав строительного раствора 3.0 мас.% суперпластификатора на основе фракции легкой флегмы 200-2500С расплыв конуса полученного раствора составил 23.5 см, прочность бетонных образцов после сушки 3, 7 и 28 суток составляла 11.3, 14.4 и 18.9 МПа соответственно. Несколько лучшие результаты достигаются при использовании в качестве сырья фракции 250-300оС, выделенной из легкой флегмы каталического крекинга. При концентрации суперпластификатора, равной 3.5 мас.%, прочность бетонных образцов после 7 суток сушки составила 26.7 МПа, а после 28 суток сушки - 32.4 МПа.
С увеличением концентрации вводимой пластифицирующей добавки наблюдается рост прочностных показателей бетонных образцов. В частности, при концентрации суперпластификатора в 5.0 мас.% в расчете на взятый цемент расплыв конуса полученного раствора изначально составляет 24 см, спустя 60 мин - 12 см, прочность бетонного образца составляет 24.5 МПа после сушки в течение 3 суток, 30.1 МПа после 7 суток сушки и 37.4 МПа после сушки продолжительностью в 28 суток. Высокий показатель прочности бетонного образца был достигнут и в случае добавления в бетонный раствор в качестве пластифицирующей добавки суперпластификатора, полученного в виде сухого порошка с использованием в
качестве сырья легкой флегмы каталитического крекинга 190-3500С. В частности, при концентрации 4.0 мас.% указанного суперпластификатора прочность бетонного образца после 3, 7 и 28 суток сушки составила 21.1, 30.4 и 37.6 МПа соответственно.
При этом необходимо учесть соотношение вводимой в бетонный раствор воды к цементу, (ВЦ) бетонного раствора, рост которого наряду с увеличением подвижности строительного раствора способствует снижению прочности образца. Как видно из табл.2, при высоких значениях ВЦ раствора увеличение концентрации суперпластификатора практически не влияет на показатель прочности бетонного образца. Так, при ВЦ раствора 0.56 прочностные показатели бетонных образцов, полученных с введением 2.0 или 3.0% суперпластификатора на основе фракции легкой флегмы 190-3500С, полученного в виде сухого порошка после 28 суток сушки, очень близки и составляют 22.6 и 23.1 МПа соответственно.
Бетонные образцы, полученные с использованием в качестве пластифицирующей добавки суперпластификатора, синтезированного с применением в качестве сырья фракции 300-3420С, то есть сырья, обогащенного три-циклическими углеводородами (антраценом, фенантреном), характеризовались относительно низким показателем прочности -21 МПа после 28 суток сушки.
Надо отметить, что все образцы, полученные с введением в бетонный раствор пластифицирующей добавки на основе легкой флегмы каталитического крекинга и выделенных фракций, характеризуются относительно низким показателем плотности (вес образцов 2170-2358 г). Это, по-видимому, связано с частичным пенообразованием в процессе смешения строительного раствора, что приводит к образованию пористого материала - бетона. С целью предотвращения пенообразования в состав строительного раствора добавляли пе-ногаситель марки ТЕСО БОЛМЕХ 14888 в количестве 0.001 и 0.002 мас.% в расчете на сухой суперпластификатор. При этом вес бетонных образцов составлял 2311 и 2328 г, при прочности после 7 суток сушки 23.6 и 32.0 МПа и 30.5 и 38.8 МПа соответственно после 28 суток сушки (табл.2).
Таким образом, полученные результаты подтверждают эффективность применения легкой флегмы каталического крекинга с температурными пределами выкипания 190-3500С и содержащей ~80 мас.% ароматических углеводородов в качестве сырья для синтеза суперпластификатора для бетонных растворов.
Список литературы
1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Стройиздат, 1990. 400 с.
2. Рамачандран В., Фельдман Р., Бодуен Дж. Наука о бетоне. М.: Стройиздат, 1986. 165 с.
3. Батраков В.Г., Иванов Ф.М., Силина В.С., Фалик-ман В.Р. Применение суперпластификаторов в бетоне. Обзор. М.: ВНИИИС Госстроя СССР, 1982. Серия 7. Выпуск 2.
4. Quvalov A.A. Üzvi va mineral alavalarin sement sistemlarinin qurulu§ amala gatirmasinda rolu. Baki: Elm, 2011. 157 s.
5. Алиев С.М., Алиев В.С., Гаджиев А.Х., Мамедов М.М., Бабаев В.А. Способ получения суперпластификатора для бетонных смесей. А.с. 1287537 СССР. Б.И. 1986. № 15.
6. Алиев С.М., Бабаев В.А., Велиев С.И., Лежненко О.А., Измайлов Я.А., Ахмедов Н.К., Мурадов Х.Г. Бетонная смесь. А.с. 1306066 СССР. Б.И. 1986. № 15.
7. Гусейнов Н.И., Ибрагимова М.Д., Нагиев В.А., Алиева А.Г. Синтез олигосульфонатов на основе легкого газойля каталитического крекинга // Азерб. хим. журн. 2006. № 3. С. 63-68.
8. Аббасов В.М., Ибрагимова М.Д., Нагиев В.А., Джафарова Р.А., Гамидова А.Р., Абдуллаев Х.А. Исследование группового углеводородного состава легкого газойля каталитического крекинга -сырья для синтеза суперпластификатора // Процессы нефтехимии и нефтепереработки. 2014. № 15(60). С. 348-353.
XAMMALIN T0RKÍBIÍNÍN - KATALÍTÍK KREKÍNQ PROSESÍNDO ALINAN YÜNGÜL FLEQMANIN -
superplastífíkatorun xassoloríno tosírí
V.M.Abbasov, M.C.ibrahimova, V.O.Nagiyev,A.R.H3midova, X.O.AbduUayeva
Maqalada katalitik krekinq prosesinda alinan yüngül fleqma va ondan aynlmi§ müxtalif qaynama temperaturuna malik fraksiyalar asasinda sintez olunmu§ oliqosulfonatlarin beton mahlullarina plastifikla§dirici qatqi kimi alava edilmasi ila alinan beton nümunalarinin xassalarina tasiri sahasinda aparilmi§ tadqiqatlarin naticalari verilmi§dir. Gostarilmi§dir ki, qaynama temperaturu 190-3500C va 250-3000C olan fraksiyalar asasinda alinmi§ nümunalar daha yüksak plastikla§dirici xassaya malikdirlar.
Agar sozlar: superplastifikator, beton mahlulu, kimyavi qatqi, yayilma konusu, mohkamlik gostaricisi.
THE EFFECT TO THE PROPERTIES OF SUPERPLASTICIZER OF THE CONTENT OF RAW MATERIAL - THE LIGHT PHLEGM OBTAINED BY CATALYTIC CRACKING
V.M.Abbasov, M.J.Ibragimova, V.A.Nagiyev, A.R.Gamidova, X.A.Abdullaeva
In the article catalytic synthesis of light phlegm obtained by catalytic cracking and oligosulfonates separated from it based on the fractions with various boiling temperature were carried out. The effect of the added into the concrete solutions as a plasticizer oligosulfonates to the properties of the obtained concrete samples were investigated and the optimal content were determined. It was shown that samples obtained on the basis of the fractions with the 190-3500C and 250-300°C boiling temperature have a higher plasticizer properties.
Keywords: superplasticizer, concrete solution, chemical additive, cone penetration, strengths.
