Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Обеспыливание автомобильных дорог

Обобщение опыта применения лигносульфонатов и научных исследований


Обобщение опыта применения лигносульфонатов и научных исследований

В литературе приводится много фактического материала, свидетельствующего об успешном обеспыливании и укреплении дорожных и аэродромных покрытий при помощи различных материалов, содержащих лигносульфонаты. Покрытия, обработанные такими материалами, после испарения жидкой фазы приобретают значительную прочность, связность и беспыленность. Однако все эти качества сохраняются лишь в сухую погоду. Во время дождей лигносульфонаты растворяются и вымываются водой. Поэтому исследования как в нашей стране, так и за рубежом направлены на повышение их водостойкости. Одним из путей придания таких свойств является образование комплексов лигносульфонатов с различными солями железа, хрома, марганца, пиролюзита, оксидов свинца и других соединений.

Вторым направлением повышения водостойкости ЛCT является модифицирование мономерами, вступающими с ними в реакции поликонденсации, третьим – воздействие температуры на ЛСТ (250-300 °С в течение 20-30 мин). Однако первое направление предполагает применение дорогостоящих реагентов, последнее – больших затрат энергии на производство работ.

Во многих странах мира для повышения водостойкости лигносульфонатов использовались различные соли (хроматы, хлориды), оксиды (свинца, марганца, хрома), поверхностно-активные вещества, мономеры и смолы, эмульсии с добавками олигомеров и других веществ.

С целью повышения прочности и водостойкости в Венгрии исследовался сульфитный щелок, обработанный диоксидом марганца и серной кислотой (к 1 т сырого щелока добавляется 50 кг диоксида марганца и 40 кг концентрированной серной кислоты). Для нейтрализации кислотности среды и повышения прочности грунта к смеси добавлялась известь в количестве до 5 кг/м2. Расход щелока с добавками достигал до 15 кг/м2. Из изложенного видно, что такой материал является дорогостоящим и активно воздействующим на машины и оборудование, вызывая коррозию.

Известны исследования по повышению водостойкости сульфитно-бардяных концентратов, основанные на поиске реагентов для увеличения количества функциональных групп, реагентов для сополиконденсации с лигносульфонатами и рациональных рецептур вяжущих для обеспыливания.

Сначала лабораторные работы выполнялись по повышению водостойкости концентрата барды с использованием чистых продуктов. К концентрату барды добавлялись различные реактивы и проводились визуальные наблюдения за состоянием смеси спустя 3 и 24 ч после перемешивания. Затем эти образцы помещали в воду (если они затвердевали) или вода добавлялась к жидким смесям. Наблюдения фиксировались через 3 ч и по истечении суток после помещения в воду. Наиболее удачные рецепты получения смолообразных или гелеобразных композиций подвергались детальным исследованиям.

Твердость смолы определялась пенетрометром. За характеристику твердости смолы принималась глубина погружения иглы массой 100 г за 5 с.

При лабораторных исследованиях грунтов, укрепленных добавками (второй этап лабораторных исследований), прочность их определялась при помощи конуса Бойченко. Для опытных работ использовались пылеватый суглинок, тяжелый пылеватый суглинок и супесь.

Водостойкость обработанного грунта проверялась на образцах, выдержанных сутки на воздухе и сутки в воде, механическая прочность – на образцах размером 2×2×2 см и цилиндрических 5×5 см. Малые образцы формовались и уплотнялись на прессе, большие – на стандартном уплотнителе. Изготовленные образцы испытывались на одноосное сжатие. Грунтовые смеси для этих образцов приготовляли путем перемешивания грунта с добавленными реактивами. Условия и сроки выдерживания изготовленных образцов были приняты такими же, как и при испытании грунта конусом Бойченко.

При подборе реагентов, взаимодействующих с лигносульфонатами, особое внимание было уделено солям тяжелых металлов, главным образом комплексообразователям (солям железа, кобальта, меди, никеля и др.). Опытные работы показали, что после добавления этих солей сульфитно-спиртовая барда густеет и превращается в твердую массу, которая, однако, при длительном воздействии воды постепенно растворяется. Окислители – перекись водорода, гидроперит, персульфат аммония (калия, натрия), хлористая известь и другие окислительно-восстанозительные системы дают такой же эффект: барда превращается в твердую массу, но недостаточно водостойкую.

Можно сделать предположительный вывод, что при обработке концентрата барды соединениями шестивалентного хрома и четырехвалентного марганца одновременно происходит процесс окисления-восстановления и взаимодействия ионов металлов хрома и марганца. Поэтому были выполнены экспериментальные работы с использованием других окислителей в комбинации с различными солями, в состав которых входят ионы железа, никеля, алюминия, меди, магния, бария и др. Цель этого эксперимента заключалась в том, чтобы осуществить окислительный процесс и связать образующиеся структурные элементы ионами металлов аналогично использованию соединений хрома и марганца.

Эксперименты показали – перекись водорода, гидроперит, персульфаты, хлорная известь и другие окислители в сочетании с солями не увеличивают прочность связей в образующемся геле и водостойкость их не повышается.

Учитывая, что лигносульфонаты имеют активные функциональные группы (сульфогруплы, карбонильные, гидроксильные и др.), предполагалось, что они способны к реакциям взаимодействия с другими полярными органическими соединениями – альдегидами, фенолами, аминами и др., т.е. возможно вовлечение лигносульфонатного комплекса в макромолекулу в процессе образования некоторых синтетических смол, в результате чего могут быть получены соответствующие продукты.

Эксперименты подтвердили это положение. Например, при поликонденсации барды, фурфурола и мочевины образуется твердая водонерастворимая масса. Изменяя соотношения компонентов в смеси, главным образом барды, можно получить различные смолы. Увеличение содержания концентрата барды придает смоле эластичные свойства. Если взять барды в 3 раза больше, чем мочевины и фурфурола, то смола приобретает эластичность и после суточного пребывания в воде начинает разбухать.

При внесении в концентрат барды отвердителей и одного из исходных продуктов (формалина, мочевины и других реагентов), применяемых при получении карбамидных смол, смолообразования не происходит. При добавлении же в концентрат барды двух исходных продуктов – мочевины и формалина, а также отвердителя образуется не растворимая в воде смола. Было замечено, что качество образующейся смолы и водостойкость ее в значительной степени зависят от вида отвердителя. Например, при добавлении A12^ получается смола, которая после суточного пребывания в воде становится эластичной, а в присутствии FeCl3 – твердой, неэластичной.

Влияние на получаемый продукт оказывает и изменение условий реакции смолообразования. При создании щелочной среды некоторые отвердители дают более плотную смолу, например сернокислый кадмий CdSC>4, сернокислый аммоний и др. Качество смолы, получаемой с применением других отвердителей, ухудшается. Например, в присутствии NH4OH и сульфата алюминия образуется смола, которая при длительном пребывании в воде распадается на отдельные резинообразные комки.

Таким образом, результаты экспериментальных работ свидетельствуют о том, что при создании определенных условий J1CT может участвовать в реакциях образования многих синтетических полимеров.

Исследованы также возможности образования смол, состоящих из следующих веществ:
— концентрата сульфитно-спиртовой барды и карбамидных смол (лигносульфонаткарбамидные смолы);
— концентрата сульфитно-спиртовой барды, фурфурола, отвердителя и мочевины (лигносульфонатфурфуролмочевинная смола);
— концентрата сульфитно-спиртовой барды, формалина, отвердителя и мочевины (лигносульфонатформальдегидмочевинная смола).

При этом устанавливались факторы, оказывающие влияние на процесс смолообразования: количественные соотношения между J1CT и другими компонентами (формалином, фурфуролом, карбамидными смолами); оптимальное количество отвердителей; минимальное количество мочевины; возможность смолообразования с сухим концентратом.

Известно, что лигносульфоновый комплекс вступает в реакцию с фурфуролом.’ При этом образуются водонерастворимые продукты. Поэтому исследовалась возможность получения смолы без добавки мочевины. Первая серия опытов: проводилась с лигносульфонатом (50%) и фурфуролом. Соотношения по массе между концентратом (считая на сухие вещества в концентрате) и фурфуролом колебались от 1:2 до 1:0,25. В качестве отвердителя была взята концентрированная серная кислота.

За 24 ч отверждения только при соотношении концентрата и фурфурола, равном 1:0,25, была получена твердая, не растворимая в воде смола. При более высоком содержании фурфурола (1:1 и 1:0,5) для смолообразования потребовалось 48 ч.

Введение в смесь мочевины ускоряет процесс образования смолы. Так, например, при добавлении мочевины в количестве 10% от массы сухого концентрата (содержание отвердителя 5-50%) получается твердая смола за 24 ч. Увеличение количества мочевины до 20% (содержание отвердителя 5-10%) приводит к получению твердой смолы за 2 ч..

Исследовалась возможность использования в качестве отвердителя смолы щавелевой кислоты. Опытные работы показали, что щавелевая кислота отверждает смолу, но несколько медленнее, чем серная кислота. Только при увеличенном количестве фурфурола (соотношение КБЖ: Ф = 1:1) и содержании щавелевой кислоты, равном 10%, можно за 2 ч получить твердую смолу. Смеси с меньшим количеством фурфурола (КБЖ: Ф = 1:0,5) твердеют медленнее – за 24 ч.

Исследования показали, что на основе лигносульфонатов и фурфурола (соотношения 1:1 или 1:0,5) с отвердителем (5 – 10% серной или щавелевой кислоты) могут быть получены водоустойчивые лигносульфонатфурфуроловые смолы. Как уже указывалось, лигносульфонаты, являясь потенциальным фенолсодержащим сырьем, могут вступать в конденсацию с формальдегидом. Эти исследования проводились при обычной температуре в присутствии катализатора и с добавками мочевины.

Содержание лигносульфонатов и суммы формалина и мочевины колебалось в пределах от 10 до 90% (по массе). Количество лигносульфонатов определялось из расчета на 100%-ный раствор. В опытах использовался 50%-ный JICT и сухой порошок концентрата, который получался естественным высушиванием жидкого концентрата на воздухе.

Эксперименты показали, что на процессы смолообразования оказывают влияние вид и количество катализатора, а также соотношения между формалином и мочевиной. При соотношении формалина и мочевины 3:7 водостойкая смола образуется при добавлении 40-50% ЛСТ.

Увеличение количества формалина до 50% (Ф:М = 4,3:5,7 и 5:5) приводит к образованию водостойкой смолы с повышенным содержанием ЛСТ (до 60-70%). При содержании формалина более 60% смоло. образования не происходит.

Эксперименты также показали, что соконденсация лигносульф0-ната и формальдегида протекает в присутствии отвердителей – солей кислот и других химических веществ (сернокислое окисное железо’ соляная и щавелевые кислоты, хлорид аммония и др.). При этом скорость отверждения смолы зависит от типа отвердителя. Быстрое отверждение происходит в присутствии сернокислого окисного железа и щавелевой кислоты: композиция, содержащая до 70% ЛСТ, отверж-дается в течение 5 ч, в присутствии хлорида аммония отверждаются смес I, содержащие лишь 30% ЛСТ.

I Однако скорость отверждения можно регулировать количеством отвердителей. Так, при увеличении отвердителя до 10% (к массе смеси) за 5 ч отверждается смесь, содержащая до 30% ЛСТ.

Исследования показали, что оптимальным является добавление отвердителя в количестве 5-10% от массы смеси. При этом лучшие результаты достигаются в случае применения сульфата окисного железа Fe2(S04)3, водоустойчивый сополимер не растворяется после двухсуточного пребывания в воде и длительного высыхания на воздухе. На скорость соконденсации отверждения систем ЛСТ -формалин – мочевина – отвердитель порядок смешения компонентов не оказывает влияния. Однако вода замедляет процесс самообразования и ухудшает их свойства.

Максимальными являются соотношения () формалин: мочевина – 50:50, ЛСТ 60-70, отвердителя 6-7% (от массы смеси).

При смешении барды с карбамидными смолами также образуются соконденсаты. Соконденсация и отверждение протекают в системах карбамидные смолы – ЛСТ в соотношении 20:30 – 70:80 в присутствии щавелевой кислоты (1-2% в течение 3-5 ч). В присутствии хлорида аммония процессы протекают медленнее (до 2 сут) даже при большом количестве отвердителя. Нитрат и фосфат аммония отверждают смеси в течение суток.

Лучшие результаты получены при использовании в качестве отвердителей хлорида железа и сульфата железа (III) в количестве 1% (отверждение происходит за 24-48 ч). Скорость отверждения хлоридом аммония выше, чем сульфатом железа, поэтому первого требуется меньше.

Исследования показали также, что полученные композиции водостойки при наличии отвердителя в количестве 0,5-1% (от массы грунта в расчете на кристаллогидрат) и соотношении мочевины и формалина 1:1. Порядок смешения с обрабатываемым грунтом может быть раздельным и в виде смеси.

Прочность грунтов смесь песка с сильнопылеватым суглинком обрабатываемых смесью карбамидной смолы (марки М-19-62) и лигносульфоната в соотношении 6:4 (%), составляет 1,0-1,2 МПа. Таким образом, композиции на основе ЛСТ и карбамидных смол достаточно водостойки и представляют особый интерес для обеспыливания автомобильных дорог.

На основании результатов исследований для широкомасштабных опытно-экспериментальных работ наряду с уже применяемыми веществами можно рекомендовать модифицированные технические лигносульфонаты: лигнодор (ЛГД), JICT, модифицированные талловым пеком (ЛСТП) и в сочетании с фосфогипсом (ФГ). Физико-механические свойства и расчетные характеристики укрепленных материалов должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 5.4.

Опытно-производственные работы по обработке песчано-гравий-ной смеси лигнодором производились способом смешения на дороге. Розлив лигнодора осуществляли в валик автогудронатором ДС-40 за четыре-пять проходов. Перемешивание и распределение материала по поверхности нижнего слоя основания проводилось за 18-20 проходов автогрейдера, уплотнение – катком ДУ-31 за шесть проходов по одному следу. Средний модуль упругости конструкции составлял через 5 мес 180 МПа. На основании исследований сделано заключение, что укрепление лигнодором оснований из песчано-гравийной смеси технически возможно и экономически целесообразно.

С целью повышения водостойкости лигносульфонатов предложена композиция на основе лигносульфоната натрия, жидкого стекла, воды и кремнийфторида натрия в соотношении (% по массе): лигносульфонат (в расчете на сухое вещество) – 44,7 – 47,0; жидкое стекло – 5,0-10,0; кремнийфторид натрия 0,5-1,0, остальное – вода»





Похожие статьи:
Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Обеспыливание автомобильных дорог

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум