Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Д.т.н., проф. Калашников В.И., к.т.н. Мороз М.Н.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Гидрофобизатор для бетонов

На многих предприятиях, перешедших 5-10 лет назад с жидкого топлива на газообразное, складские участки для хранения мазута сохранились до настоящего времени. Такие участки, расположенные на загрязненных территориях с пролитыми лужами мазута, породили неблагоприятную экологическую обстановку на предприятиях. К сожалению, в практике отсутствуют надежные методы консервации загрязненных территорий, исключающих миграцию мазута в почву.

Более высококипящая часть нефти, остающаяся от извлечения низкокипящих продуктов – мазут – не исследовалась в качестве сырья для получения гидрофобных добавок. Превращение мазута в твердообразное состояние возможно путем смешивания его со специфическими порошкообразными или зернистыми материалами, имеющими высокую внешнюю или внутреннюю поверхностную энергию или в результате реакционного процесса. В связи с этим, нами была разработана порошкообразная гидрофобная добавка – продукт реакции взаимодействия извести с мазутом, и, названная нами «ПРИМ».

В результате смешивания извести с мазутом протекают две реакции. Первая реакция – это реакция гашения извести водой, содержащейся в мазуте. Реакционный процесс сопровождается экзотермической реакцией с выделением 1160 кДж тепла на 1 кг оксида кальция: СаО + Н₂О = Са(ОН)₂

Экспериментально нами доказано, что реакция протекает и с полностью обезвоженным мазутом. Наибольшее количество высококипящих кислот содержится в мазутах из парафинистых нефтей. Для насыщенных кислот парафинового ряда реакционный процесс идет по схеме:

2 (С_n Н_2n+1 СООН)+СаО = (С_n Н_2n+1 СОО)₂Са+Н₂О

Образующаяся вода идет на параллельную реакцию гашения оксида кальция. В результате реакции образуются гидрофобные кальциевые соли жирных и нафтеновых кислот. Разработанные нами схемы реакционных процессов извести с обезвоженным и содержащем воду мазутом изображены на рис. 1 и 2. Из первой схемы видно: 1-ая реакция – это взаимодействие СаО с нафтеновой кислотой мазута с выделением воды. Затем реакционный процесс сдвигается в сторону взаимодействия извести с образовавшейся водой, как более термодинамически предпочтительный. Образующаяся Са(ОН)₂ может реагировать с нафтеновой кислотой, но реакция I цикла предпочтительна. Однако в связи с микронеоднородностью реакционной системы возможна и реакция рецикла. Вторая схема аналогична первой, но она начинается со связыванием воды известью. В целом реакционные процессы отличаются конкурентностью.

Если в качестве реакционно-активных ингредиентов использовать смесь негашеной извести и соды, то протекают следующие химические реакции: реакция гидратации СаО с водой и реакция каустификации соды известью:

Na₂CO₃+Ca(OH)₂=2NaOH+CaCO₃;

Реакция омыления жирных и нафтеновых кислот щелочью:

С_n Н_2n+1 СООН+NaOH= С_n Н_2n+1 СООNa+H₂O

При избытке извести, возможно протекание катионно-обменных реакций:

2(С_n Н_2n+1 СООNa)+Са(ОН)₂ = (С_n Н_2n+1 СОО)₂Сa+2NaOH

Вторичная щелочь может омылять другие органические составляющие мазута.

Продукты реакции содо-известково-мазутной смеси мы рекомендуем использовать в шлакощелочных и минеральношлаковых бетонах.

С экономической и экологической точки зрения этот гидрофобизатор выгоден тем, что путем решения проблемы консервирования жидкого топлива, получен новый и эффективный гидрофобизатор щелочных бетонов, который по стоимости будет значительно ниже, чем стеараты металлов. Стоимость ПРИМ-1 при организации технологии производства его может быть в несколько раз меньше, чем товарных стеаратов металлов.

Рис. 1 Схема реакционного процесса взаимодействия

нафтеновой кислоты в обезвоженном мазуте с Са(ОН)₂

Рис. 2 Схема реакционного процесса взаимодействия нафтеновой

кислоты в мазуте при ограниченном содержании воды в нем