Гидрофобизация глины для использования в бетоне

[москатель]

06.02.2024 в 17:22, dmr сказал:

У нас законодательно ограничили добычу нерудного сырья(гравий, песок,итд) в руслах рек

Разумно. У нас, на Волге совсем недавно "пиратствовали": земноснаряд качает песок со дна на подплывающие баржи. Проверка - ничего нет, баржа уходит. В этом бизнесе на песке, оказывается, участвовал мой знакомый.

06.02.2024 в 18:52, dmr сказал:

учитывая что у нас даже ограничили добычу песка то песок может ещё и подорожать

Поэтому я ищу и спрашиваю а способах гидрофобизации глины

Красивая идея. Я в ~2010 рекламировал алюмометаллохелаты в качестве альтернативы кремнийорганическим гидрофобизаторам.

1.Дешевле. Отпускные цены прошлого лета ( когда вдруг упали цены на некоторые виды сырья) на уровне 150-250 р/кг.

2. По российски не капризны, в отличие от КО аналогов.

3. Надёжность работы : смешал - готово!

К нам тогда приезжал директор картонажного комбината (вроде из Белгорода) со свитой и своим профессором. Я свистнул технолога (у неё формы - о! И грация выполнения лаб/работ) - надо же тоже понты показать) И обработанные картонки сунули профессору. Тот хитро хмыкал, капал воду, смотрел и, наконец, вынес вердикт: да. Директор сообщил мне, что я - везунчик, потому что весь картон под ним и мы будем работать. Ну, дальше, как обычно. Только на себя. И я обработал песок (рыжий, карьерный, глинистый) этими АМХ. Произвели партию реопексного асфальта. Песчинки, покрытые АМХ (по Si-0-H) превращались в этакий нанопух. И для асфальтобетона хватало ОДНОЙ укатки простым ручным катком. По документам дорожно-строительных работ укаток много с нарастающим весом катков. Здесь, как снежок из рыхлого снега лепится - зачёрпывает человек снег и рукой утрамбовывает его до твёрдого снежка. Покрытие я получал резинистое настолько, что мы его даже, как-то в трубочку скатали диаметром см 5, что ли. Это я доказал сам себе, что композиция, содержащая 92% наполнителя всё-таки может быть эластичной. Собрали мы портативную установку (на ГАЗели), что бы микробизнес делать. После первых же партий всё встало - во-первых, это "чужая поляна", а во-вторых, наверное я оказался не достаточно административен)

Расход АМХ мы (я парня с математическими способностями и ясным умом попросил) пересчитали с 10 мкм мела на мм песок (по зависимости поверхности от объёма). Оказалось на песок достаточно 0,1% от массы (плотность кварца парень учёл).

Как я уже написал: песок был рыжий, глинистый. Но, у самой глины высокая удельная поверхность: размеры частиц глинистых минералов в глинах ~ 0,01 мм = 10 мкм. Увы, глины мельче песка и с более развитой поверхностью. Пишут, что нескомпенсированные заряды придаёт глинистым минералам катионнообменную способность. Это-то, как раз то, о чём я раньше упоминал. Но, по сути - глины - алюмосиликаты со множеством Al-OH групп, торчащих "наружу" частиц. Так что с АМХ им суждено родственные связи давать, после которых характер глин изменится на "покладистый": разбухать, как любящий пиво мч, но женившийся, они более, полагаю не будут. Для бетона к АМХ можно "пришивать" спецом метиленкарбокси -группы (как у последнего поколения гиперпластификаторов бетона). Возможно это скомпенсирует бОльший расход АМХ для глин в отличие от песка.

[foundryman]

06.02.2024 в 18:30, dmr сказал:

Физическую влагу теряет уже от 100 до 150

При 300 , может до 400 уже химически связанную теряет, и дегидратированная уже перестает быть пластичной и набухабельной

Глины разные. У каолина дегидратация начинается при 550-600 С и продолжается до 900 С. Так получают метакаолин.

[Вольный Сяншен]

06.02.2024 в 17:52, dmr сказал:

использовать качестве инертного наполнителя саму глину дегидратированную

А не глинистый песок

..., использование глины в качестве наполнителя проблематично именно её гидрофильностью

Думаю, не только набухаемостью, хотя это и проблема конечно. У глины очень большая удельная поверхность, поэтому даже если взять у Москателя его чудо-модификатор, расход цемента всё равно будет большой. Недаром в бетон щебень сыплют.

[dmr]

06.02.2024 в 23:54, Вольный Сяншен сказал:

глины очень большая удельная поверхность, поэтому даже если взять у Москателя его чудо-модификатор, расход цемента всё равно будет большой. Недаром в бетон щебень сыплют.

Как для дурака, по русски,  ещё раз объясните, почему это проблема 

06.02.2024 в 22:38, москатель сказал:

Красивая идея

Идеи всегда красивые, проблема как обычно в вопросе реализации идеи

[москатель]

07.02.2024 в 04:39, dmr сказал:

объясните, почему это проблема 

В технике работ с цементом стремятся приблизиться к стехиометрическому соотношению вода-цемент. Перемешивание - первый шаг. В цементном затвердевшем тесте остаются не прореагировавшие частицы, которые потом, получив воду, начинают процесс отвержения в уже сформировавшемся цементном теле. Расширение рвёт тело - появляются дефекты в строительной конструкции. 

Стали добавлять суперпластификаторы (название не соответствует химии процесса) - ПАВ диспергирующие агрегаты цементных частиц.

Потом 2 поколение. И, наконец, третье - гиперпластификаторы. Отливки ПЦС и бетонов стали плотнее и прочнее к сжатию. Плитки на ПЦС даже глянцевые (у меня в лаб стоят). В 2014-16 массовый интерес к РПА обработке цемента. Роторно-пульсационные аппараты за счёт гидродинамических эффектов (или пульсацией струи или направлением струй навстречу друг другу - у меня оба типа аппаратов) измельчали цементную суспензию. Весь цемент для смеси бетона, конечно, пропустить через РПА не удавалось. Но, даже 25% давали восхитивший бетонщиков эффект. Это ж без гиперпластификаторов!

Я не совсем понял о чём Вольный Сяншен. Но, согласен с направлением его мысли: из-за большой поверхности глин (даже, если их сделать не зависимыми от воды) будет просто физическая конкуренция их с цементом. Глины будут стягивать к себе супер(гипер)пластификаторы - измельчение цемента снизится - и его расход повысится! Забыл сказать, что приближение процесса к стехиометрическому режиму, конечно, снижает и необходимое количество цемента (часть его же оставалась не вступившем в реакцию!).

Но, это преодолимо. Известно, что флокуляция эффективна, когда её ведут в 2 этапа. Водоёмы от взвеси минеральных частиц чистят флокуляцией с сенсибилизацией.

Цитата

Процесс очистки происходит в два этапа, неразрывно связанных между собой. 1.Коагуляция. Коагуляция направлена на укрупнение коллоидных частиц и образование микрохлопьев, легко выявляющихся в водной суспензии. Происходит это за счет нейтрализации отрицательного заряда, во время которой агрегаты собираются в рыхлую массу. 2.Флокуляция. Флокуляция является продолжением коагуляции и способствует возникновению химических связей между микрохлопьями

Выделяют даже три стадии)):

Цитата

 

1) адсорбцию полимера на коллоидной частице с фиксированием одного конца флокулянта; 2) образование мостоподобной структуры между двумя частицами с адсорбированными молекулами причем, полимер становится мостиком между двумя частицами; такое взаимодействие частиц протекает очень быстро и по всему объему системы, а образование полимерных мостиков между макро-молекулами, сорбированными твердыми частицами, является условием успешного прохождения процесса флокуляции

Вторая стадия -флокуляция - заключается в объединении дестабилизированных частиц и возникновении флокул, со структурой, скрепляемой механическими связями - "мостиками" из полимерных молекул.

 

Так и с глинами. Сначала укрупнить - сделать размеры частиц более 10 мкм. А потом уже поверхностно модифицировать до инертности к воде.

07.02.2024 в 04:39, dmr сказал:

Идеи всегда красивые, проблема как обычно в вопросе реализации идеи

" И назвал Бог сушу землею, а собрание вод назвал морями. И увидел Бог, что это хорошо".Бытие 1:10 По крайней мере, в христианском варианте. А плоды реализации созданного им известны. Конечно, вопрос непростой. Но, у кого-то хватило политической воли запретить использование песка устьев рек. Вполне может быть, что и о последствиях этот кто-то позаботится. Это ж надо сертифицировать стройматериал на глине - гарантировать долговечность и эквивалентность песчаному варианту.

06.02.2024 в 22:54, Вольный Сяншен сказал:

Недаром в бетон щебень сыплют.

Это не совсем для снижения расхода цемента. Каркасность конструкции.

[dmr]

07.02.2024 в 07:25, москатель сказал:

Это ж надо сертифицировать стройматериал на глине - гарантировать долговечность и эквивалентность песчаному варианту

Прежде бы озаботиться чтобы было что сертифицирован)

Значит без термообработки всё же не обойтись, как мне кажется. Она решает и вопрос высокой удельной поверхности, и вопрос гидрофобности, как минимум частично. Интересно, что в сети действительно пишут, что дегидратация происходит при температурах от 600°

Могло ли сыграть роль, что я прокаливал глину пропитанную нашатырем 

Скрытый текст

(цель была избавиться от оксидов железа в глине)

Могло ли это повлиять на снижение температуры дегидратации?

Потому что после того как краснота оксидов железа полностью поднялась в верхнюю часть пробирки, в которой прокаливал. Пробирку невозможно было отмыть. То есть прокаленная глина была абсолютно гидрофобна

[москатель]

07.02.2024 в 06:32, dmr сказал:

Потому что после того как краснота оксидов железа полностью поднялась в верхнюю часть пробирки, в которой прокаливал. Пробирку невозможно было отмыть. То есть прокаленная глина была абсолютно гидрофобна

Полагаю, что Вы 

 

07.02.2024 в 06:32, dmr сказал:

нашатырем 

инициировали сшивание частиц глины по Al-OH + H-O-Al = Al-O-Al.  И с Na-O  и Ca-O стекла - поэтому прилипание к стеклу.

 

07.02.2024 в 06:32, dmr сказал:

Значит без термообработки всё же не обойтись, как мне кажется. Она решает и вопрос высокой удельной поверхности, и вопрос гидрофобности, как минимум частично.

Термические операции очень затратны. Как по оборудованию, так и по энергоёмкости. Это сразу снижает привлекательность. Печи конвейерные и всё такое. А потом размол и сепарация, так как при спекании не регламентировано образование компактных частиц. У Вас же массой спеклось? А по сути - Вы укрупнили частицы и убрали избыток Al-OH

Чего можно достичь и без нагрева

[dmr]

07.02.2024 в 07:44, москатель сказал:

Вас же массой спеклось

Да получил что то типа пемзы

07.02.2024 в 07:44, москатель сказал:

Ca-O

Пробирки термостойкие были. По моему без СаО. Там с какой то маркировкой,типа матового квадрата что ли. То ли борсиликатные, но это не точно)

07.02.2024 в 07:44, москатель сказал:

Термические операции очень затратны

А если пропитать глину NH4NO3 "стехиометрически" по содержанию органики, то по идее будет само разогрев при небольшом инициационном нагревании

[dmr]

07.02.2024 в 07:44, москатель сказал:

инициировали сшивание частиц глины по Al-OH + H-O-Al = Al-O-Al.  И с Na-O  и Ca-O

Думаю хоть химическими модификаторами хоть термообработкой именно это и нужно сделать но без стекла конечно 

07.02.2024 в 07:44, москатель сказал:

укрупнили частицы и убрали избыток Al-OH

Чего можно достичь и без нагрева

Кааааак?

[москатель]

07.02.2024 в 07:06, dmr сказал:

Кааааак?

Что как? Вы удивляетесь произошедшему укрупнению частиц глины? Так за счёт взаимодействия Al-OН с соседних частиц. Аммонийные соли сильнее диссоциируют. А потом аммиак улетает, оставив нерушимым союз гидроксиалюминиев соседних частиц, ставших одной.

Или как без температуры то же самое происходит? Так я же про сенсибилизационный этап флокуляции описал. Дифункциональные алюмохелаты, например - сшивали у нас ДВЕ молекулы олигомера. А монофункциональные (со специально забитой "лишней" ОН) модифицировали поверхности или выводили полимер из водной фазы в органическую без возврата (базовая технология нашего производства).