СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТИФИКАТОРА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2004 года по МПК C04B24/16 C04B28/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области технологии органических соединений, в частности к применению поверхностно-активных веществ (ПАВ), а именно сульфированных жидких продуктов пиролиза углеводородов, в качестве пластификаторов для бетонных смесей.

Характеристика аналогов изобретения

Известна промышленная добавка для бетонов типа НФ, которая получается сульфированием нафталина концентрированной серной кислотой, поликонденсацией полученной сульфомассы с формальдегидом и последующей нейтрализацией смеси [Фаликман В.Р., Вовк А.И. Химические добавки для бетонов. - М.: НИИЖБ, 1987. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. - М.: Стройиздат, 1990]. Однако к недостаткам можно отнести не очень высокие пластифицирующие свойства, а также высокую себестоимость (за счет использования в качестве сырья дорогостоящего и дефицитного нафталина и длительного времени синтеза из-за наличия стадии поликонденсации).

Цель изобретения

Целью изобретения является улучшение пластичных свойств бетонных смесей и увеличение прочности бетона за счет применения известных ПАВ с высокими пластифицирующими способностями - сульфированных жидких продуктов пиролиза углеводородов [SU 1421734, 07.09.88; SU 1482912, 30.05.89; SU 1576529, 07.07.90].

Вместе с тем, использование этих ПАВ позволит заменить дорогостоящие добавки типа НФ, применяемые в настоящее время для бетонов, т.к. себестоимость новых ПАВ будет гораздо ниже (за счет использования в качестве сырья побочных продуктов пиролиза углеводородов и исключения отдельной стадии поликонденсации).

Сущность изобретения

Указанная цель достигается применением поверхностно-активных веществ, ранее используемых как диспергаторы минеральных частиц и/или эмульгаторы для водно-масляных продуктов, впервые в качестве пластификатора бетонных смесей.

При получении этих поверхностно-активных веществ, включающем сульфирование углеводородного сырья при температуре 100-160°С и соотношении сульфирующего агента к углеводородному сырью 1,5-2,5:1 с последующей нейтрализацией полученной сульфомассы гидроокисью металла или аммиаком в отличие от аналога в качестве углеводородного сырья используют тяжелые вторичные продукты пиролиза углеводородов, имеющие температуру кипения выше 170°С, а сульфирование осуществляют в присутствии добавки. В качестве добавки используют или малеиновый ангидрид в количестве 5-15% к углеводородному сырью, или спирты (предпочтительно С₃-C₅) в количестве 5-10%, или фенол в количестве 3-7%.

При получении этилена и пропилена в процессе пиролиза углеводородного сырья за счет вторичных реакций образуются побочные продукты. Тяжелую часть этих продуктов используют в качестве сырья для получения поверхностно-активных веществ, используемых по заявляемому применению.

Характеристика тяжелых вторичных продуктов пиролиза углеводородов

Температура кипения, °С 170-360

Плотность при 20°С, кг/м³ 1000-1050

Йодное число, г I₂/100 г 30-70

Групповой состав:

Парафино-нафтеновые углеводороды До 3 мас.%

Легкие ароматические углеводороды До 7 мас.%

Средние ароматические углеводороды До 30 мас.%

Тяжелые ароматические углеводороды До 58 мас.%

Асфальто-смолистые вещества Не более 3 мас.%

Поверхностно-активные вещества получали следующим образом.

Пример 1. Получали поверхностно-активное вещество (ПАВ) сульфированием тяжелых вторичных продуктов пиролиза углеводородов (фракция 170-360°С), плотность при 20°С 1040 кг/м³, кинематическая вязкость при 50°С 8,4 мм²/с, йодное число 60 г I₂/100 г, отработанной серной кислотой с олеумной очистки жидких парафинов, содержащей 80 мас.% свободной серной кислоты и имеющей плотность при 20°С 1710 кг/м³. Сульфирование вели при 140°С в течение 5 минут при соотношении сульфирующего агента к сульфируемому веществу как 1,5:1 масс. После сульфирования сульфомассу нейтрализовали раствором едкого натра до pН 7-8.

Пример 2. Аналогичен примеру 1 кроме того, что сульфирование проводили в присутствии 10% малеинового ангидрида от сульфируемой массы.

Пример 3. Аналогичен примеру 1 кроме того, что сульфирование проводили в присутствии 3% фенола от сульфируемой массы.

Пример 4. Аналогичен примеру 1 кроме того, что сульфирование проводили в присутствии 10% н-бутилового спирта от сульфируемой массы.

Образцы ПАВ, полученных в примерах 1-4, исследовались в бетонных смесях с целью определения их пластичных свойств и влияния на прочность бетона. Результаты испытаний представлены в таблице.

Состав бетонной смеси (расход материалов на 1 м³ бетона), кг:

Портландцемент Воскресенского завода М400 350

Песок кварцевый с модулем крупности М_кр 2,05 680

Щебень гранитный (фракция 5-20) 1180

Водоцементное соотношение 0,51

Количество добавки ПАВ 0,2-1,5% от массы цемента

Подвижность бетонной смеси определялась по осадке конуса по ГОСТ 10181-81.

Для определения прочности бетона изготавливались образцы кубиков с ребром 150 мм по ГОСТ 22685-77. Прочность определялась через 28 суток.

Уплотнение образцов бетонной смеси проводили на виброплощадке по ГОСТ 10180-78.

Как видно из результатов, представленных в таблице, бетонные смеси с использованием ПАВ, синтезированных в примерах 1-4, обладают большей подвижностью, чем бетонные смеси с аналогом. Прочность бетона также выше при использовании заявляемых ПАВ. Это свидетельствует о лучшей пластифицирующей способности синтезированных ПАВ по сравнению с аналогом.

Таким образом, результаты испытаний показали, что применение поверхностно-активных веществ, синтезированных в примерах 1-4, на бетонных смесях улучшает пластичность бетонных смесей и увеличивает прочность бетона.

Технико-экономическая эффективность изобретения

Использование поверхностно-активных веществ на основе сульфированных жидких продуктов пиролиза углеводородов в качестве пластификаторов бетонных смесей позволит улучшить свойства бетонов (пластичность и прочность) при пониженной себестоимости добавки (за счет использования в качестве сырья побочных продуктов пиролиза углеводородов вместо дорогостоящего и дефицитного сырья - нафталина и исключения отдельной стадии поликонденсации при синтезе).

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), ранее используемые в качестве диспергаторов минеральных частиц и/или эмульгаторов для водно-масляных продуктов, применяются для бетонных смесей с целью улучшения пластичных свойств и увеличения прочности бетона. ПАВ получены сульфированием тяжелых вторичных продуктов пиролиза углеводородов, имеющих температуру кипения выше 170°С, в присутствии добавки, с последующей нейтрализацией сульфомассы. По сравнению с применяемой для бетонов промышленной добавкой НФ используемые поверхностно-активные вещества увеличивают подвижность бетонных смесей и прочность бетона. Кроме того, себестоимость используемых ПАВ будет гораздо ниже (за счет использования в качестве сырья побочных продуктов пиролиза углеводородов вместо дорогостоящего и дефицитного сырья - нафталина и исключения отдельной стадии поликонденсации при синтезе). 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения пластификатора бетонных смесей, включающий сульфирование при температуре 100-160°С углеводородного сырья и при массовом соотношении сульфирующего агента к углеводородному сырью 1,5-2,5:1 с последующей нейтрализацией полученной сульфомассы гидроокисью металла или аммиака, при этом в качестве углеводородного сырья используют тяжелые вторичные продукты пиролиза углеводородов с температурой выкипания 170-360°С, с плотностью 1000-1050 кг/м³ при 20°С, йодным числом 30-70 I₂/100 г, с групповым составом: парафинонафтеновые углеводороды до 3 мас.%; легкие ароматические углеводороды до 7 мас.%; средние ароматические углеводороды до 30 мас.%; тяжелые ароматические углеводороды до 58 мас.%; асфальтосмолистые вещества не более 3 мас.%.2. Способ получения пластификатора бетонных смесей по п.1, отличающийся тем, что сульфирование осуществляют в присутствии малеинового ангидрида в количестве 5-15 мас.%, или спиртов в количестве 5-10 мас.%, или фенола в количестве 3-7 мас.% по отношению к углеводородному сырью.