ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩАЯ ДОБАВКА И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C04B24/22 C04B103/30 

Изобретения относятся к способу получения и составу воздухововлекающей добавки, применяемой при изготовлении монолитных и сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также в нефтедобывающей отрасли в составе тампонажных цементных материалов.

Главная цель использования воздухововлекающих добавок - повышение морозостойкости бетона в условиях попеременного замораживания и оттаивания. Действие этих добавок состоит в насыщении растворных и бетонных смесей микропузырьками воздуха, облегчающими взаимное перемещение заполнителей и выполняющих роль смазки. При отсутствии воздухововлекающих добавок пузырьки воздуха, попавшие в бетонную смесь, сравнительно быстро коалесцируют, и воздух в виде крупных пузырьков выходит на поверхность; необходимая для обеспечения морозостойкости бетона микроструктура цементного камня не обеспечивается [1].

Известно использование в качестве воздухововлекающей добавки смолы древесной омыленной (СДО). СДО представляет собой омыленные древесные пеки от переработки хвойной древесины. Содержащиеся в материале омыленные смоляные и жирные кислоты в щелочной среде обеспечивают не только адсорбционные эффекты упрочнения микропузырьков воздуха, но и хемосорбционные. Однако существенным недостатком СДО является то, что добавка является побочным продуктом лесохимической промышленности и ее химический состав весьма разнится от партии к партии [2]. Кроме того, содержащиеся в СДО примеси гемицеллюлоз и фенолов оказывают ингибирующее действие на процессы гидратации и твердения цемента.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату являются соли алкилбензолсульфокислот (синтезируемые целенаправленно - «Сульфонол» или образующиеся при нефтепереработке - «Азолят») [3]. Алкилбензолсульфонаты (в частности, Сульфонол) имеют постоянный состав и не содержат вредных для гидратации цемента примесей, однако образуемая ими пена является грубодисперсной и добавки не способны гарантированно обеспечить высокую морозостойкость бетонов.

Технической задачей настоящей группы изобретений является способ получения и состав воздуховолекающей добавки постоянного химического состава, обеспечивающей стабильное воздухововлечение в бетонную смесь и высокую морозостойкость бетона.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что:

- способ получения воздухововлекающей добавки на основе алкиларилсульфонатов характеризуется тем, что указанные алкиларилсульфонаты получают поликонденсацией алкилнафталинсульфокислот с формальдегидом с последующей нейтрализацией реакционной массы едким натром. При этом синтез алкилнафталинсульфокислот осуществляют в ходе совмещенного процесса алкилирования-сульфирования посредством обработки смеси нафталина и спирта сульфирующим агентом в интервале температур 80÷165°C при следующем соотношении компонентов реакционной массы, мол.%: нафталин - 100 и сверх 100: спирт - 80÷200; сульфирующий агент - 110÷150. Поликонденсацию алкилнафталинсульфокислот с формальдегидом проводят в интервале температур 90÷130°С при давлении 1÷3 атм в течение 20÷200 мин при следующем соотношении компонентов, мол.%: алкилнафталинсульфокислоты - 100 и сверх 100: формальдегид - 40÷80; до получения добавки, представляющей собой водный раствор с массовой долей сухих веществ 5-32%, при этом сухие вещества состоят из нейтрализованной смеси продуктов поликонденсации алкилнафталинсульфокислот и сульфата натрия при следующем соотношении компонентов (масс.%): нейтрализованная смесь продуктов поликонденсации алкилнафталинсульфокислот - 70÷88: сульфат натрия - 12÷30. Полученный раствор воздухововлекающей добавки может быть высушен любым известным способом до порошка с остаточным содержанием влаги 0,5÷10%. В качестве сульфирующего агента могут использовать техническую серную кислоту, моногидрат, олеум или хлорсульфоновую кислоту;

- воздухововлекающая добавка получена предлагаемым выше способом.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.

Воздухововлекающая добавка, полученная предлагаемым в изобретении способом, оказывает стабилизирующее действие, благодаря которому повышается термодинамическая устойчивость вовлеченных в бетонную смесь микропузырьков воздуха и снижается их коалесценция. Кроме того, снижение поверхностного натяжения на границе раздела жидкость-воздух позволяет диспергировать крупные пузырьки воздуха, что обеспечивает стабильную морозостойкость затвердевшего бетона.

Техническая сущность группы изобретений и достигаемые эффекты могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

В таблице 1 представлены испытания добавки по настоящему изобретению и прототипов. Проверку свойств проводили в соответствии с ГОСТ 30459-2003 для воздухововлекающих добавок на бетонной смеси с подвижностью П2 состава (кг/м³): цемент - 400, песок - 850, щебень - 990. Анализируя представленные данные, можно сделать следующие выводы: введение в бетонную смесь добавки по данной заявке во всем диапазоне мольных соотношений компонентов обеспечивает стабильное воздухововлечение, которое не уступает добавкам-прототипам. Прочностные характеристики бетона напрямую зависят от объема вовлеченного в бетонную смесь воздуха и регулируются дозировкой заявленной добавки.

Результаты сопоставительных испытаний добавки прототипа и по данной заявке по морозостойкости приведены в табл.2. Испытания проводились на составе бетона с расходом цемента 350 кг/м³ в равноподвижных смесях. Морозостойкость бетонов определялась согласно ГОСТ 10060.3. Прочность бетона на сжатие определяли по ГОСТ 10180. Практически все бетоны показали марку по морозостойкости F300, однако бетон с добавкой по данной заявке отличается наименьшей разницей объемной деформации, что при повышении расхода цемента будет играть существенную роль в увеличении морозостойкости бетона.

Литература

1. Рамачандран С.В. Добавки в бетон. М.: Стройиздат, 1988.

2. Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. К.: Будивэльнык, 1989.

3. Ружинский С., Портик А., Савиных А. Все о пенобетоне. Спб: ООО «Строй-бетон», 2006.

Изобретение относится к способу получения и составу воздухововлекающей добавки, применяемой при изготовлении монолитных и сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также в нефтедобывающей отрасли в составе тампонажных цементных материалов. В способе получения воздухововлекающей добавки алкиларилсульфонаты получают поликонденсацией алкилнафталинсульфокислот с формальдегидом с последующей нейтрализацией реакционной массы едким натром, при этом синтез алкилнафталинсульфокислот осуществляют в ходе совмещенного процесса алкилирования-сульфирования посредством обработки смеси нафталина и спирта сульфирующим агентом в интервале температур 80-165°C при следующем соотношении компонентов реакционной массы, мол.%: нафталин 100 и сверх 100: спирт 80-200, сульфирующий агент 110-150, а поликонденсацию алкилнафталинсульфокислот с формальдегидом проводят в интервале температур 90-130°C при давлении 1-3 атм в течение 20-200 мин при следующем соотношении компонентов, мол.%: алкилнафталинсульфокислоты 100 и сверх 100: формальдегид 40-80, до получения воздухововлекающей добавки, представляющей собой водный раствор с массовой долей сухих веществ 5-32%, при этом сухие вещества состоят из нейтрализованной смеси продуктов поликонденсации алкилнафталинсульфокислот и сульфата натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: нейтрализованная смесь продуктов поликонденсации алкилнафталинсульфокислот 70-88, сульфат натрия 12-30. Воздухововлекающая добавка, полученная указанным выше способом. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - обеспечение стабильного воздухововлечения в бетонную смесь и получение бетона с высокой морозостойкостью. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения воздухововлекающей добавки на основе алкиларилсульфонатов характеризующийся тем, что указанные алкиларилсульфонаты получают поликонденсацией алкилнафталинсульфокислот с формальдегидом с последующей нейтрализацией реакционной массы едким натром, при этом синтез алкилнафталинсульфокислот осуществляют в ходе совмещенного процесса алкилирования-сульфирования посредством обработки смеси нафталина и спирта сульфирующим агентом в интервале температур 80-165°C при следующем соотношении компонентов реакционной массы, мол.%:
нафталин 100 спирт 80-200 сульфирующий агент 110-150,

а поликонденсацию алкилнафталинсульфокислот с формальдегидом проводят в интервале температур 90-130°C при давлении 1-3 атм в течение 20-200 мин при следующем соотношении компонентов, мол.%:
алкилнафталинсульфокислоты 100 формальдегид 40-80
до получения воздухововлекающей добавки, представляющей собой водный раствор с массовой долей сухих веществ 5-32%, при этом сухие вещества состоят из нейтрализованной смеси продуктов поликонденсации алкилнафталинсульфокислот и сульфата натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нейтрализованная смесь продуктов поликонденсации   алкилнафталинсульфокислот 70-88 сульфат натрия 12-30

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что воздухововлекающую добавку высушивают любым известным способом до порошка с остаточным содержанием влаги 0,5-10%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сульфирующего агента используют техническую серную кислоту, моногидрат, олеум или хлорсульфоновую кислоту.

4. Воздухововлекающая добавка, полученная способом по любому из пп.1-3.