Лигносульфонаты технические
Лигносульфона́ты техни́ческие (сокр. ЛСТ; от лат. lignum — дерево и сульфонат) — побочный продукт целлюлозно-бумажного производства, представляющий собой водорастворимые полиэлектролиты, являющиеся преимущественно натриевыми или кальциевыми солями лигносульфоновых кислот.
Широко применяются в строительной индустрии в качестве химической добавки для бетонных и растворных смесей, выполняющей функции пластификатора и замедлителя схватывания. Являются одним из самых распространённых, доступных и экономичных видов суперпластификаторов первого поколения.
Содержание
Получение и химический состав
Лигносульфонаты получают при переработке древесины по сульфитному способу варки целлюлозы. В процессе варки лигнин, являющийся природным полимером и «скелетом» древесной клетки, подвергается сульфитированию (взаимодействию с солями сернистой кислоты — сульфитом или бисульфитом натрия или кальция) и переходит в водный раствор, известный как сульфитный щёлок.
После последующей очистки, нейтрализации, сгущения и высушивания из этого щёлока получают технические лигносульфонаты. В зависимости от степени переработки они могут выпускаться в виде:
- порошка или гранул (высушенный лигносульфонат);
- густой жидкости или пасты (концентрат сульфитно-спиртовой барды, ССБ).
Химический состав ЛСТ непостоянен и сильно зависит от породы древесины и технологических параметров производства. Это сложные высокомолекулярные соединения с разветвлённой пространственной структурой, содержащие сульфогруппы (-SO₃Na), фенольные и спиртовые гидроксильные группы, карбоксильные группы и другие функциональные фрагменты.
История применения в строительстве
Первые исследования применения лигносульфонатов в качестве добавки в цементные системы относятся к 1930-м годам (впервые в Канаде и Скандинавии). Их способность значительно повышать подвижность (пластичность) бетонной смеси и замедлять схватывание цемента была быстро оценена строительной отраслью.
К 1950-м годам ЛСТ стали массово применяться по всему миру, что позволило существенно улучшить технологичность бетонных смесей. Уменьшение расхода воды при сохранении подвижности позволило снизить расход цемента без потери прочности бетона, что привело к значительной экономии вяжущего. В СССР массовое внедрение лигносульфонатов (в виде сульфитно-спиртовой барды) началось в 1960-е годы.
Механизм действия
Лигносульфонаты оказывают комплексное физико-химическое воздействие на цементное тесто:
- Пластифицирующий (диспергирующий) эффект: Молекулы ЛСТ, являясь поверхностно-активными веществами (ПАВ), адсорбируются на поверхности частиц цемента. Сульфогруппы создают одноимённый отрицательный заряд, что приводит к взаимному электростатическому отталкиванию частиц. Это разрушает флокулы (сгустки) цемента, высвобождая вовлечённую в них воду. В результате дисперсность системы повышается, а подвижность смеси увеличивается без изменения водоцементного отношения (В/Ц).
- Замедляющий эффект: Адсорбционная плёнка ЛСТ на поверхности цементных зёрен создаёт физический барьер, затрудняющий их контакт с водой. Кроме того, лигносульфонаты могут образовывать комплексные соединения с ионами кальция, высвобождающимися при начальной гидратации, что дополнительно тормозит процесс образования новообразований и отдаляет сроки схватывания бетона.
Влияние на свойства бетонных смесей и бетона
Свойства свежей смеси
- Повышение удобоукладываемости и подвижности (на 1–2 марки по осадке конуса; модифицированные варианты ЛСТ дают больший эффект).
- Снижение водоотделения (седиментации) и расслоения смеси.
- Замедление сроков схватывания на 1–3 часа (в зависимости от дозировки и минералогического состава цемента).
Свойства затвердевшего бетона
- Повышение прочности на сжатие и изгиб (на 10–25 %) за счёт снижения В/Ц и увеличения плотности цементного камня.
- Повышение водонепроницаемости, морозостойкости и коррозионной стойкости.
- Снижение усадки при твердении.
- Экономия цемента (до 10–15 %) при сохранении проектного класса прочности бетона.
Достоинства и недостатки
Преимущества
- Низкая стоимость по сравнению с синтетическими суперпластификаторами (поликарбоксилатами, нафталин- и меламиноформальдегидными).
- Эффективное пластифицирующее и диспергирующее действие.
- Удобство в транспортировании и дозировании (как в жидком, так и в сухом виде).
- Возможность комбинирования с другими добавками (воздухововлекающими, ускорителями твердения, противоморозными).
- Экологическая безопасность и биоразлагаемость.
Недостатки
- Выраженный замедляющий эффект, который не всегда желателен (особенно при производстве сборных железобетонных изделий с термовлажной обработкой).
- Склонность к повышенному воздухововлечению (до 3–4 %), что может снижать прочность бетона, если это не компенсируется специальными добавками-пеногасителями.
- Неоднородность химического состава от партии к партии (особенно у жидких форм).
- Меньшая пластифицирующая эффективность по сравнению с суперпластификаторами на основе поликарбоксилатов (нового поколения).
- Возможность неравномерного окрашивания бетонной поверхности (из-за наличия природных красящих веществ лигнина).
Области применения
- Производство товарного и конструкционного бетона.
- Изготовление монолитных сборных железобетонных изделий (только там, где допустимо замедление схватывания).
- Заливка массивных конструкций (фундаменты, плиты перекрытия, плотины) для предотвращения образования «холодных швов» и снижения тепловыделения.
- Приготовление кладочных и штукатурных растворов для повышения их пластичности и удобоукладываемости.
- Транспортировка бетонных смесей с длительной сохраняемостью подвижности (товарный бетон).
Безопасность и нормативное регулирование
Технические лигносульфонаты относятся к малоопасным веществам (4-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007). При работе с сухим порошком рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты органов дыхания (респираторы) и глаз (очки) для избежания механического раздражения пылью.
Применение ЛСТ в бетоне регламентируется национальными и международными стандартами:
- В России — ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»
- В Европе — EN 934-2:2009 Admixtures for concrete, mortar and grout - Part 2: Concrete admixtures - Definitions, requirements, conformity, marking and labelling
Добавки к бетону, строительному раствору и жидкому строительному раствору. Часть 2. Добавки к бетону. Определения, требования, соответствие, маркировка и этикетирование
См. также
Примечания
Литература
- Баженов Ю. М., Деменков Ю. К., Комар А. Г. и др. Специальные бетоны / Под ред. Ю. М. Баженова. — М.: Изд-во АСВ, 2004. — 488 с.
- Раманскис А. А. Химические добавки в бетон. — М.: Стройиздат, 1979. — 256 с.
- Мчедлов-Петросян О. П. Химия цемента, бетона и железобетона. — Киев: Будівельник, 1991. — 320 с.