КОМПЛЕКСОНИ, ВИРОБНИЧІ ЯНТАРНОЇ КИСЛОТИ, ЯК ЗАМІСНИКИ ГІДРАТАЦІЇ КАЛЬЦІЄВИХ В’ЯЖЧИХ -
Головними завданнями розвитку промисловості є зниження питомих витрат сировини, матеріалів і палива, краще використання виробничих потужностей, всесвітня інтенсифікація технологічних процесів, поліпшення якості всіх видів продукції та виробів.
Особливої гостроти ці завдання набувають у промисловості будівельних матеріалів та будівельної індустрії. У вирішенні цих питань все більшого значення набуває хімізація виробництва важких та легких бетонів, газосилікатних та інших видів будівельних матеріалів.
В даний час активно йде пошук добавок для будівельних матеріалів, які впливали б на фізико-хімічні властивості: міцність, вологостійкість, морозостійкість, час схоплювання та інші властивості. Так, наприклад, для уповільнення процесу гідратації вапна основним регулятором газовиділення і структуроутворення є портландцемент. Для покращення технологічних характеристик такого вапна в деяких випадках використовують рідке скло або двоводний гіпс. Недоліками цих сповільнювачів є те, що вони стримують процес гідратації тільки в початковий період гасіння, що в результаті знижує ефективність та фізико-хімічні властивості бетону.
Будівельна практика має певний досвід застосування добавок-сповільнювачів схоплювання і твердіння кальцієвих в'яжучих, таких як нітрилотриметиленфосфонова кислота (НТФ), кормова цукрова патока, цукор.
Найбільш поширеними сповільнювачами гідратації в'язких є деякі поверхнево активні речовини (ПАР), такі як сульфітно-спиртова барда (ССБ), сульфітно-дрожжева бражка (СДБ) та інші.
Істотним є той факт, що використовувані промисловістю будівельних матеріалів ПАР є відходами виробництва.(Нестандартизованими продуктами). Їх властивості коливаються у значних межах, у результаті властивості готових виробів заздалегідь не можна передбачити.
Наприклад, запатентований у Японії сповільнювач гідратації оксидів кальцію і магнію є ефіром фосфорної кислоти з сполуками типу
де R – аліфатичний або ароматичний радикал; R' - водень або метил; Х - водень або лужний метал; n = 0 – 15; a, b = 1 – 2 [4; 5].
Дорожнеча подібних сповільнювачів, складність і небезпечність отримання (при отриманні сповільнювача типу (I) використовується окис етилену) значно обмежують їх застосування в промислових масштабах.
З аналогічних причин не використовуються речовини на основі сахаридів та продуктів їх заміщення.
Унікальні властивості комплексонів утворювати міцні водорозчинні комплекси з іонами металів, простота модифікування їх молекули з метою створення лігандів із заданими властивостями, значна вивченість цього класу сполук зумовили можливість застосування комплексонів у різних галузях науки.
Комплексони, похідні янтарної кислоти, здатні уповільнити швидкість гідратації вапна - це аддукти взаємодії солі малеїнової кислоти з аліфатичними діамінами або аміаком. Простота технології застосування комплексонів, доступність та невисока вартість вихідних реагентів для синтезу вигідно відрізняють подібний клас сполук від інших [2].
Механізму формування гіпсового каменю велику увагу приділяв академік П.А. Ребіндер [1]. Процес формування структури, який відрізняється різними розмірами, формою кристалів, і навіть характером їх зрощення, з теорії Ребіндера, можна розділити втричі стадії.
I. Протягом індукційного періоду, який триває допочатку твердіння, утворюються не пов'язані між собою зародки дигідрату. Добавка комплексону на цій стадії за рахунок утворення комплексонатів кальцію зменшує швидкість утворення зародків кристалів.
II. Зростання кристалів у гіпсовому тесті починається після того, як з'явиться досить велика кількість зародків дигідрату. Процеси розчинення частинок в'яжучого та викристалізовування дигідрату продовжуються до повної гідратації напівгідрату. Гіпсове тісто все більше втрачає пластичність та ущільнюється.
У міру зростання кристалів дигідрату і витрати води на гідратацію утворюються міцні кристалізаційні контакти зрощення по межах зерен, які забезпечують жорсткий кристалічний каркас гіпсового каменю. Зростання кристалів здійснюється шляхом послідовного заростання шарів.
III. На цій стадії в затверділому, але ще вологому гіпсі зазвичай протікають процеси перекристалізації, пов'язані з розчиненням частини дигідрату в рідких міжкристалічних контактах. Наслідком зменшення кількості міжкристалічних контактів та пов'язаного з цим збільшення кількості кристалів є зменшення ступеня їх зрощення, що призводить до розпушування структури та незворотного зниження міцності на 20-30%. Добавка комплексонів на третій стадії уповільнює процес рекристалізації, що в результаті дозволяє зберегти більш щільну упаковку кристалів і, як наслідок, більш високу механічну міцність.
Комплексони, похідні бурштинової кислоти, не поступаються традиційним комплексонам за координаційною спроможністю і за умов живої природи швидко руйнуються із заснуванням засвоюваних амінокислот [3]. Зважаючи на несприятливу екологічну обстановку, що склалася, викликана накопиченням класичних комплексонів у Світовому океані, цеграє важливу роль.
1. Експериментальна частина.
В якості добавок, здатних впливати на гідратацію гіпсу, обрані наступні речовини: імінодіянтарна кислота та етилендіаміндіантарна кислота, а також класичні комплексони імінодіоцтова кислота та етилендіамінтетраоцтова кислота. В якості добавок, здатних впливати на гідратацію вапняних в'яжучих, обрані наступні речовини: імінодіянтарна кислота, гексаметилендіаміндіянтарна кислота та етилендіаміндіянтарна кислота, а також класичний комплексон імінодіоцтова кислота:
ІДЯКЕДДЯК
ЕДТАІДУК
ГМДДЯК
Для проведення досліджень використано гіпс марки Г-6Б II за ГОСТом 129-79.
Для контрольних зразків змішували 120 мл води із 200 г гіпсу без додавання комплексону.
Реакція взаємодії оксиду кальцію (негашеного вапна) з водою описується наступним хімічним рівнянням:
Реакція екзотермічна, на кожен кілограм оксиду кальцію, що прореагував, вихід енергії дорівнює 1 164 кДж.
Гідратація вапна йде за колоїдно-хімічною схемою, аналогічною вищеописаною для гіпсу. В експерименті вапняно-піщане в'яжуче мало активність 43%, Sуд в'яжучого 4530 см 2 /г; пісок, подрібнюваний мокрим способом, мав Sуд в'яжучого 2180 см 2 /г; П – цемент марки М-500. Визначення температури гідратації проводили послідовно на вапняно-піщаному в'яжучому (ІПВ), а потім на вапняно-піщано-цементному в'яжучому ІСЛВ. Дотримувалося наступне співвідношення компонентів: цементу 6,7, піску 73,3%, вапна 20%, водотверде відношення 0,46, температура води замішування 25 °С. Добавки комплексонів вводили з водою замішування в кількості 0,6% від маси сухої суміші.
Для зразківгазобетонної суміші, що містить добавку комплексону ІДЯК, було визначено значення показника міцності при стиску. Отримання готового виробу велося за стандартною технологією: після закінчення періоду гідратації та набору необхідної міцності масив розрізали та піддавали тепловологій обробці. Дослідження проводилося на стандартних зразках – балках 4×4×16 см.
2.Результати.
Результати дослідження впливу добавок комплексонів на процес гідратації в'яжучого гіпсового представлені в таблиці 1. Для зразків з використанням ІДЯК визначено показник міцності при стисканні. Вимірювання велися на Тверському комбінаті будівельних матеріалів №2 (КСМ – 2).
Таблиця 1 - Час схоплювання гіпсу залежно від типу та кількості комплексону
Добавка
комплексону, мас.%
Час схоплювання в присутності комплексону, хв