Вибрационно-импульсный способ приготовления трудно смешиваемых с водой добавок
Особый интерес в промышленности сборного железобетона представляют гидрофобно-пластифицирующие добавки (ГПД) на основе массовых и дешевых попутных продуктов производства синтетических жирных кислот — их кубовых остатков (КОСЖК). Эти добавки уменьшают капиллярную всасываемость, водопоглощение и водопроницаемость, повышают морозостойкость и коррозионную стойкость бетона. КОСЖК представляют собой консистентные маслянистые массы, не смешиваемые с водой без специальной обработки, что затрудняет их введение в бетонную смесь. Для получения водоразбавляемых составов гидрофобизнрованные вещества подвергают эмульгированию. Однако широкое использование этих добавок на предприятиях строительной индустрии затруднено из-за несовершенства существующей технологии п.х приготовления.
Разработка эффективной технологии приготовления трудпосмешнваемых с водой добавок к бетону на основе КОСЖК потребовала проведения специальных экспериментальных исследований.
В НИИЖБ изучали возможность применения с этой целью вибрационно-импульсных режимов. В качестве оборудования использовали роторно-пульсационный аппарат (РИА), широко применяемый в различных отраслях народного хозяйства для получения эмульсий, суспензий и дисперсий. РИА (рис. 1) состоит из циркуляционной емкости, собственно РИА в виде модификации центробежного насоса, системы трубопроводов. В рабочую камеру насоса, состоящую из неподвижной части (статора) и подвижной (ротора), под давлением через трубопровод подаются различные па- сто- и жидкообразиые продукты. при ротора с частотой 1200 об/мин в рабочей камере возникают высокочастотные акустические колебания в сопровождении кавитационных и гидродинамических явлений, при действии которых происходят измельчение частиц материала и гомогенизация эмульсий.
Особенность эмульгирования КОСЖК заключается в том, что они сохраняются в жидком состоянии и, следовательно, могут быть проэмульгнроЕаны только в горячем виде. Такой процесс наблюдается при перемешивании их в РПА. При остывании КОСЖК превращаются в мелкодисперсные частицы, которые при большой концентрации частично коагулируют и всплывают. Оставшаяся эмульсия имеет незначительную концентрацию КОСЖК и сохраняется без расслоения длительное время. В связи с этим состав добавок принят следующим; эмульсия КОСЖК содержала 3% КОСЖК, эмульсия ГПД—3% КОСЖК и 3% СДБ в расчете на сухое вещество добавки.
Приготовление добавок осуществлялось в такой последовательности Сначала в циркуляционную емкость РПА подавали горячую (/ = 80°С) воду или раствор СДБ в зависимости от вида добавки. Затем в циркулирующую струю постепенно добавляли расплавленные КОСЖК.
Оптимальные технологические впбра- циоино-нмпульеные режимы приготовления добавок были установлены путем оценки качества эмульсий. За критерии оценки была принята высота расслоения эмульсин в 10-мпллилитровой пробирке, измеренная микроскопом МПБ-2 через 1 ч после окончания эксперимента.
Исследования показали, что качество эмульсии в большой степени зависит от технических параметров РПА. Высота расслоения эмульсии значительно уменьшается при увеличении частоты вращения ротора и уменьшений зазора между ротором и статором (рис. 2). Полученная зависимость объясняется тем, что в указанных условиях акустическая кавитация, приводящая к измельчению материалов, происходит более интенсивно. Время же измельчения не имеет большого значения, поскольку при .малой концентрации эмульсин значительная часть вещества успевает проднепертироваться за короткий его промежуток.
Рациональным вибрационнсиимпульссным режимом приготовления эмульсий КОСЖК и ГПД следует считать режим, при котором частота вращения ротора составляет 1800 об/мни, зазор между ротором и статором—100 мкм, время диспергирования —5 мин.
Стабильность эмульсин определялась временем их расслоения до концентрации 0.1% и составила для КОСЖК и ГПД соответственно 6 и 2 мес. Эмульсии КОСЖК и ГПД использовали в качестве пластифицирующих добавок к бетону. Экспериментальные исследования проводились по стандартной методике. Составы бетонных смесей приведены в табл. 1. при изготовлении их использовали цемент Воскресенского завода марки 400.
Пластифицирующий эффект гидрофобно-пластифицирующих добавок основан. как известно [1, 2], на том, что их молекулы способны к закономерной ориентации на границе раздела фаз цементного теста. Они образуют тонкие ориентированные слои, характеризующиеся активной смазочной способностью и повышающие подвижность цементного теста под действием внешних усилий — перемешивания, укладки, уплотнения. В наибольшей степени этот эффект проявляется в смесях с малым расходом цемента, поэтому действие добавки КОСЖК проверялось на составе I (см. табл. 1). Добавка ГПД, помимо гидрофобизуюшего, содержит также гидрофилизующий компонент (СДБ), который лучше пластифицирует обычные смеси,, поэтому ее действие
Эксперименты показали, что при введении добавки КОСЖК осадка конуса смеси I увеличилась в 2 раза; при введении добавки ГПД осадка смеси II увеличилась в 3,5 раза, смссп II—в 2 раза.
Прочностные и деформативные характеристики определяли на образцах из равноподвижных (равножестких) смесей составов I и II с добавками и без них. Термовлажностную обработку осуществляли по режиму 3+6+3 ч при 8СГС. Благодаря пластифицирующему действию добавок и соответс гвенному снижению ВЩ повысилась прочность бетона (табл. 2), испытанного в различные сроки твердения: при добавлении КОСЖК в смесь I — на 7 и 26%, при добавлении ГПД в смесь I— на 14 и 38%, а в смесь II — на 30 и 27%. Модуль упругости бетона, приготовленного из смеси II, е добавкой ГПД повысился на 13%, а призменная прочность на 10%; те же характеристики бетона, приготовленного из смеси I, с добавкой ГПД изменились соответственно на 10 и 25%, с добавкой КОСЖК —на 4 и 9%.
Выводы
Приготовленные в роторно-пульсационном аппарате по вибрационно-импульсной технологии добавки из трудносмешиваемых с водой веществ характеризуются хорошим качеством, мелкой дисперсностью и высокой стабильностью. Оки улучшают прочностные и деформативные свойства бетона.