Использование торфяных добавок для гидрофобизации строительных материалов. (Часть 1)

15.10.2012

Многообразие свойств торфяного сырья предопределяет различ- ные направления его использования. В первую очередь, это относится к традици- онным областям его применения (энерге- тика, сельское хозяйство, решение эколо- гических проблем и т. п.). Причем в боль- шинстве случаев не требуется проводить глубокую конверсию материала, а доста- точно использовать природные качества и некоторые операции по механической пе- реработке торфа (дробление, грохочение, фор-мование, внесение добавок). В на- стоящее время основное внимание торфо- перерабатывающих предприятий уделяет- ся именно таким технологиям, так как на их осуществление не требуется больших капитальных вложений и дополнитель- ных научно-исследовательс-ких работ. Вместе с тем, результаты исследований, проводимых в 30-60 гг. прошлого века, отраженные в работах В.Е. Раковского [1, 2] и других исследователей [3, 4] яв- ляются хорошей научной базой для раз- работки технологий получения новых видов продукции с использованием глу- бокой химической переработки торфя- ного сырья.

В Тверском государственном техническом университете, совместно со специалистами ООО «Стройстрим» (г. Москва) ведутся работы по применению органических соединений, выделяемых из торфяного сырья, для гидрофобизации сухих строительных смесей. Актуальность этого перспективного направления обусловлена тем, что при длительном хранении и транспортировке материалов, содержащих минеральные вяжущие компоненты, про-исходит их слеживание, комкование и, как следствие, потеря активности. Особенно остро эта проблема ощущается в районах с высокой относительной влажностью воздуха. Другой важной предпосылкой использования гидрофобизованных смесей является то, что после приготовления на их основе бетонных и цементных растворов, последние обладают пониженными водопроницаемостью и водопоглощением, повышенной морозостойкостью и т. п.

На природу процессов, вызывающих проявление гидрофобных свойств в торфе (в естественном состоянии торф обладает чрезвычайно высокой влагоемкостью) и их эффективность, влияют множество факторов. Прежде всего, это природные характеристики торфяного сырья - тип, вид, степень разложения (R, %), зольность (А с , %) и т. п. - которые определяют групповой химический состав этого природного биоресурса. Незначительная гидрофобность торфа начинает проявляется уже при его сушке, однако это свойство не может использоваться в строительном производстве из-за низкой эффективности. Гидрофобность приобретаемая при сушке торфа обусловлена в первую очередь сорбцией воздуха на его структурных элементах [4, 5]. Поэтому при новом контакте с водой происходит вытеснение воздуха и, соответственно, увлажнение материала.

Особое внимание исследователи, зани-мавшиеся проблемой гидрофобизации строительных материалов [6-8], обращали на использование именно гидрофобизую-щих, а не гидрофобных добавок. Разница между ними заключается в следующем - первые придают гидрофобные свойства системе за счет взаимодействия вносимого компонента с минеральными зернами вяжущего, а вторые сами по себе являются гидрофобными. Типичный пример использования добавок второго типа - изготовление «битуминированного цемента». Такой способ применялся Вальтер- Дикергоффом в Германии. Суть его заключалась в том, что на цемент наносился методом распыления сжатым воздухом расплавленный битум (типичный представитель гидрофобных добавок). Он осаж-дался на частицах цемента в виде тонкой пленки [7]. Однако такой цемент не получил распространения из-за больших трудностей, связанных со смешиванием с водой и, что особенно важно, затруднением процесса гидратации, приводящего к значительным потерям прочности растворов и бетонов на его основе. В некоторых источниках описаны более простые способы гидрофобизации минеральных вяжущих, в которых использовались природные свойства самого материала. Например, известен способ [9], в котором для этих целей предлагается смешивать цемент с высушенной тонкоизмельченной угольной пылью. Однако без дополнительных технологических приемов эффективность такого метода очень низка. Кроме того, по нашему мнению, применение в качестве гидрофобного компонента торфяной пыли вместо угольной, еще более ухудшит ка-чество получаемых бетонных и растворных смесей. Связано это с тем, что в состав органического вещества торфа входят различные группы химических соединений [1-4].

Во первых - это вещества, растворимые в органических растворителях (битумы торфа), состоящие в основном из жиров, восков, парафинов и смол (таблица). Содержание в торфяном сырье бензольных экстрактов колеблется в пределах 1,4-15,9 % от органической массы в зависимости от типа и вида торфа, его степени разложения и минерализации А с [3]. Битумы относятся к самым насыщенным водородом соеди-нениям, входящим в органическое вещество торфа. 

Состав битумного торфа %

Компоненты

битумов

 
Верховой Низинный
Воска 16,63-55,66 42,39-80,94
Смолы 16,55-44,39 7,44-37,21
Парафины 4,40-11,40 2,41-5,99
Масла  16,57-27,3 7,00-16,70

 

Во-вторых - ввещества, извлекаемые из торфа холодной и горячей водой, а также соединения, растворяющиеся в воде после гидролиза в присутствии минеральных кислот (водорастворимые и легкогидролизуемые вещества торфа, целлюлоза). Содержание водорастворимых и легкогидролизуемых компонентов в торфе меняется от 9,2 до 59,0 % в зависимости от типа и степени разложения, целлюлозы от 0,2 до 9,8 %.

В-третьих - негидролизуемые вещества (лигнин). Содержание лигнина в торфе колеблется от 1,8 до 22 %. Наблюдается общая закономерность увеличения содержания лигнина от верхового к низинному и от мохового к древесному торфу.

В-четвертых - гуминовые вещества, извлекаемые из торфа раствором щелочи. На долю гуминовых веществ приходится от 20 до 70 % органической части торфа. При компонентном анализе торфа гуми- новые вещества разделяются на гумино- вые и фульвовые кислоты. К первым относят соединения, выпадающие в осадок из щелочной вытяжки при подкислении соляной кислотой, ко вторым - остающиеся в кислом растворе. Содержание собственно гуминовых кислот торфа меняется от 3,8 до 51,8 %, фульвокислот - от 13,3 до 22,6 %.