img

СНИЖЕНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ И ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Опубликовано: 18.10.2018

1 Патрушева Т.Н. 1, 2 Василовская Н.Г. 1 Петров С.К. 2

1 Сибирский федеральный университет

2 Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф. Устинова

В работе исследована возможность устранения вредного воздействия пыли и вибрации с применением пластифицирующей добавки для цемент­но-бетонных составов на основе бисульфитных щелоков. Мероприятия по борьбе с пылью включают предупреждение ее образования или поступления в воздух рабочих помещений. Технологические процессы проводятся с максимальной заменой сухих пылящих материалов пастообразными, в которых важная роль принадлежит пластифицирующей добавке. Благодаря низкой стоимости, хорошей пластифицирующей способности и нетоксичности в качестве пластификатора целесообразно использовать бисульфитный щелок – отход целлюлозно-бумажного производства, выбросы которого загрязняют окружающую среду. Приведены исследования состава бисульфитных щелоков и полидисперсности лигносульфонатов. Предложен метод модифицирования составов щелоков и усреднения их молекулярно-массового распределения для стабилизации свойств добавки и улучшения свойств бетонной смеси. Введение пластификаторов уменьшает время работы виброплощадок и других уплотняющих механизмов.

пыль

вибрация

пластификаторы

лигносульфонаты

молекулярно-массовое распределение

модифицирование

1. ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны // http://docs.cntd.ru/document/1200003608.

2. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 7 апреля 2009 г. N 20 г. Москва от «Об утверждении СанПиН 2.1.4.2496-09» // https://rg.ru/2009/05/22/sanpin-dok.html.

3. Паламарчук И.А., Макаревич Н.А., Бойцова Т.А. Полимолекулярные характеристики лигносульфонатов натрия, хитозана и полиэтиленполиамина // Химия растительного сырья. – 2009. – № 1. – С. 29-36.

4. Примачева Л.Г., Бугаева Т.Н., Грачева Е.В., Гладкова Н.Я. Нитроокисленне концентратов бисульфитных щелоков // Гидролизная и лесохимическая промышленность. – 1986. – № 2. – С. 42-45.

5. Холькин Ю.И. Хроматография в химии древесины. – М.: Леси, промышленность, 1976. – 287 с.

6. Ольхов Ю.А., Черников С.С., Михайлов А.И. Безрастворный анализ молекулярно-массовых распределений в растительных полимерах лигнина, целлюлозы и древесины термомеханическим методом // Химия растительного сырья. – 2001. – № 2. – С. 83-96.

7. Соколов О.М. Определение молекулярных масс лигнинов на ультрацентрифуге и методом гель-фильтрации: учебное пособие. – Л., 1978. – 75 с.

8. Бронов С.А., Бугаева Т.Н., Примачева Л.Г. Комплекс программ для обработки результатов гель хроматографии – Депонир. ОНИИТЭХИМ. – 1987. – 516-х-П87.

9. Бровко О.С., Казаков Я.В., Бойцова Т.А., Паламарчук И.А., Тормосина Д.А., Боголицын К.Г. Влияние состава композиции и молекулярных масс лигносульфонатов и хитозана на деформационно-прочностные свойства полимерных пленок на их основе // Известия высших учебных заведений – Лесной журнал – 2013. – № 6. – 336 – С. 120-128.

Процессы со значительным выделением пыли должны быть изолированы и осуществляться без непосредственного участия в них людей. Оборудование и его части, являющиеся источником выделения пыли должны быть укрыты и максимально герметизированы, что, к сожалению, не всегда в достаточной мере наблюдается на рабочих местах. Предельно допустимые концентрации пыли в выбросах вентиляционных систем необходимо принимать с требованиями санитарных норм к воздуху рабочей зоны [1, 2].

Гигиена труда на предприятиях связана с устранением промышленной пыли. От воздействия пыли легочные и другие заболевания людей могут прогрессировать или осложняться. Рабочие, занятые на работах в условиях запыленного воздуха, подвергаются периодическим медицинским осмотрам с обязательной рентгенографией грудной клетки и должны обеспечиваться индивидуальными средствами защиты.

Комплекс мероприятий по борьбе с пылью включает предупреждение ее образования или поступления в воздух рабочих помещений. Важнейшее значение в этом направлении имеют мероприятия технологического характера. Технологические процессы проводятся с максимальной заменой сухих пылящих материалов влажными, пастообразными, растворами и обработку их необходимо вести влажным способом.

Некоторые виды пылей плохо смачиваются водой. В таких случаях к воде, подаваемой для орошения, добавляются вещества, которые носят общее название смачивателей. В качестве смачивателей используются мылонафт, сульфанол, контакт Петрова, сульфитно-спиртовая барда, сложные органические соединения под условными названиями ДБ, ОП-7, ОП-10 и др.

Кроме орошения в дисперсный пылевидный цемент добавляются жидкие пластифицирующие добавки. Пластификаторы предназначены для повышения текучести и удобоукладываемости смеси. При добавке суперпластификатора в смесь с фиксированным соотношением песка и цемента итоговая прочность повышается на 25 %. Эффект достигается за счет уменьшения количества пор. При этом экономится цемент. Для получения бетона с той же прочностью на сжатие нужно примерно на 15 % меньше цемента. Количество воды, необходимой для затворения смеси, тоже снижается на 30- 35 % и уменьшается время виброуплотнения.

Рабочие, обслуживающие виброплощадки, машинисты бетоноукладчиков, а также рабочие, уплотняющие бетонную смесь ручными вибраторами, подвержены вибрации, а так как амплитуда и частота колебаний виброплощадок в десятки раз превышает безопасное значение, категорически запрещается находиться на виброплощадке во время её работы. Введение пластификаторов уменьшает время работы виброплощадок и других уплотняющих механизмов.

Пластификаторы вводят в строительные растворы и бетонные смеси (0,15…0,3 % от массы вяжущего). Это улучшает большинство характеристик затвердевшей смеси, а также уменьшает энергозатраты при вибрировании бетона.

Высокой эффективностью обладает суперпластификатор С-3 – органическое синтетическое вещество на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида – полинафталинметиленсульфонат или метиленбис (нафталинсульфонат) натрия. Гиперпластификаторы для бетона – это пластифицирующие добавки с дополнительной функциональностью. В состав гиперпластификатора для бетона входят не меламиновые, а более эффективные поликарбоксилатные полимеры.

Пластификатор на основе бисульфитного щелока

Более дешевым и широко используемым пластификатором является сульфитный щелок, который содержит ( % по массе): 10-14 % органических веществ, в том числе 7-10 % лигносульфонатов и 3-4 % моносахаридов (в основном ксилоза, галактоза, глюкоза), летучие органические кислоты (уксусная и муравьиная в соотношении 10:1; их кол-во в сульфитном щелоке из хвойной древесины достигает 10-15 % от содержания сахаров, из лиственной 30-45 %), минеральные кислоты (преимущественно серная и сернистая), остальное – вода и другие примеси. Эта поверхностно-активная добавка диспергирует коллоидную систему цементного теста и тем самым улучшает его текучесть и пластичность.

Сульфитный щелок по сравнению с известными пластифицирующими добавками обладают рядом преимуществ: низкой стоимостью, хорошей пластифицирующей способностью, нетоксичностью. К существенным недостаткам щелоков относятся нестабильность состава, полидисперсность [4], непостоянство значения pH среды, а следовательно, нестабильность свойств.

Для получения более эффективного пластификатора на основе бисульфитных щелоков нами разработан метод модифицирования их состава для усреднения молекулярно-массового распределения лигносульфонатов – основного активного компонента пластификатора, а также устранения декструктивного действия сахаров посредством их окисления.

Бисульфитные щелока модифицировали ннтроокислением, которое проводили в две стадии [3]. На первой стадии щелок обрабатывали карбонатом натрия, а на второй – смесью нитрита и нитрата натрия, взятых в мольном соотношении 1:1. Первая ступень модификации щелоков – обработка их карбонатом натрия способствует активированию лигносульфонатов и углеводов к процессу окисления, а также вызывает выделение солей карбоновых кислот. Создание слабощелочной среды и последующая обработка щелока смесью нитрита и нитрата натрия при pH 8,7-9 приводит к образованию нитрующей частицы радикального типа. При такой обработке в органическую часть щелока вводится 1,2-1,4 % азота, в 3-7 раз снижается содержание сахаров, в 1,5 раза увеличивается количество гидроксильных групп и в 3–3,5 раза карбоксильных (рис. 1).

Рис. 1. Влияние концентрации нитрит-нитратной смеси на содержание редуцирующих веществ (1); ОН-групп (2); СООН-групп (3)

Лигносульфонаты бисульфитных щелоков характеризуются неоднородностью и широкой полидисперсностью [5, 6], проявляя при этом колебания пластифицирующего, диспергирующего и воздухововлекающего действий. Молекулярные массы лигносульфонатов зависят не только от природного состава сырья, но и от условий варки и концентрирования. Модификация уменьшает полидисперсность лигносульфонатов благодаря снижению доли высокомолекулярной фракции при окислительной деструкции и низкомолекулярной фракции в процессе термополимеризации, что усредняет молекулярно-массовое распределение лигносульфоновых комплексов (рис. 1).

Гель-хроматография образцов бисульфитного щелока была проведена на смеси сефадексов G-75 + G-100 + G-200 в соотношении 1:1:2, при этом наблюдается равномерное распределение фракций. Колонки были предварительно откалибровапы по голубому декстрану с молекулярной массой 2•106 а.е.м., объем выхода которого V0 составил 18 мл, и ванилину, объем выхода которого Vt равен 110 мл. Полученные граничные условия позволили рассчитать коэффициент распределения Ка и пересчитать элюептный объем в значених молекулярных масс фракций, используя уравнения (1) и (2), выведенные [7] для лигносульфонатов.

Kdi = (Vi – V0) / (Vt – V0), (1)

Mi = [(1,129 – Kdi1/3)/0,020992]2, (2)

где Vi – элюентный объем.

Составлен комплекс программ для ЭВМ, в составе которого предусмотрена интерполяция с исходной сетки на более мелкую для построения графиков [8].

Исследования лигносульфонатов от варки полуцеллюлозы на смеси сефадексов показали, что лигносульфонаты от варок хвойных пород древесины более высокомолекулярны, чем от варок лиственных пород. Исходные фракции, коэффициент полидисперсности которых составляет 1,1-1,14, имеют широкую область молеккулярно-массового распределения (ММР) в связи с существованием лигноуглеводных комплексов и мостичных связей между макромолекулами.

Сравнительные результаты исследований ММР фракций до и после модифицирования приведены на рис. 2.

Рис. 2. ММР лигносульфонатов бисульфитной варки: 1 – исходных, 2 – модифицированных

ММР модифицированной высокомолекулярной фракции смещено в сторону уменьшения молекулярных масс от исходной. Это свидетельствует о прохождении процесса деструкции высокомолекулярных макромолекул благодаря нитроокислительным превращениям в лигносульфоновом комплексе. Склонные к полимеризации при нагревании низкомолекулярные фракции в условиях нитроокислительного модифицирования изменяют ММР с увеличением доли средних фракций. Следовательно, в условиях нитроокислительного модифицирования фракций лигносульфонатов происходят два противоположно направленных процесса – деструкция и конденсация, которые приводят к усреднению ММР лигносульфонового комплекса н снижают его полидисперсность, что способствует стабилизации составов концентратов.

Проведенные исследования показали, что технические лигносульфонаты, как полидисперсные структуры с широким диапазоном молекулярных масс в пределах 10... 110 тыс. а. е. м., являются лабильными полимерами. Для промышленного использования их можно модифицировать с целью усреднения молекулярно-массовых характеристик до 30…60 тыс. а.е.м.

Результаты испытаний бетонных смесей на основе цемента марки 500 с добавкой, полученной по данной технологии, приведены в табл. 1. На приготовление образцов израсходовано (кг на 1 м3 бетона): цемента 600, щебня 1270, песка 310. Тепловлажную обработку проводили по сокращенному режиму пропарки при 70 °С с различным водоцементным отношением.

Характеристики бетонной смеси

Количество добавки, % от массы цемента

Осадка конуса, см

Прочность бетона на сжатие, МПа

После пропаривания

Пропаривание + 28 суток твердения

28 суток твердения без пропаривания

Без добавки

2-3

20,92

30,4

32,7

0,25

9-10

21,5

32,4

34,8

0,35

16-17

21,8

33,3

35,2

0.50

19-20

25,2

35,2

36,4

Из таблицы видно, что введение исходного щелока на магниевом основании снижает прочность бетона (контрольный образец) как после тепловлажной обработки, так и при нормальном хранении. Модифицированный щелок на магниевом и кальциевом основаниях увеличивают прочность бетона на 20-30 %. Исследования свойств бетонов при одинаковом водоцементном отношении, равном 0,5, показали, что удобоукладываемость бетонной смеси с добавкой модифицированных щелоков повышается в 2-2,5 раза, осадка конуса с 10-12 см до 19-20 см но сравнению с бетонными смесями с добавкой исходных бисульфитных щелоков. При этом прочность бетона не снижается.

В подтверждение полученных результатов упрочняющих свойств лигносульфонатов можно привести недавние исследования [9], в которых пленки линосульфонатов и хитозана проявляют высокие и стабильные прочностные и деформационные свойства.

Заключение

Технология получения пластифицирующих добавок на основе щелоков сульфитного и бисульфитного производств целлюлозы не требует специального оборудования, больших энергетических и трудовых затрат. Эти добавки можно производить непосредственно на целлюлозно-бумажных комбинатах или в цехах на крупных комбинатах железобетонных конструкций. Использование модифицированных щелоков, являющихся отходом целлюлозно-бумажного производства, в качестве пластифицирующей добавки не только улучшает свойства бетонов, но и снижает запыленность их производства и вибрационное воздействие на персонал.

Библиографическая ссылка

Патрушева Т.Н., Василовская Н.Г., Петров С.К. СНИЖЕНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ И ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 6-1. – С. 47-50;

URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=11619 (дата обращения: 16.10.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

Популярные новости
Шумоизолируем стены и перекрытия потолка в каркасном доме
Комфортная атмосфера личного пространства деревянного дома во многом зависит от качественной звукоизоляции. Несмотря на то, что дерево хороший проводник шума, каркасный дом достаточно тихий. Это обусловлено
Звукоизоляция квартиры своими руками: как сделать шумоизоляцию стен, пола и потолка
Многих жителей многоквартирных домов волнует вопрос шумных соседей. Особенно остро стоит этот вопрос для жителей панельных домов, где стены тонкие и хорошо пропускают звук. Сегодня мы расскажем, как делается
Звукоизоляция пола в деревянном доме своими руками — пошаговые инструкции! — Своими руками
Старые деревянные дома сейчас уже редкость, но мода на здоровый образ жизни и экологию привела к тому, что этот тип жилья стал востребованным. Дачи и загородные дома часто строятся из дерева, и их владельцам
Звукоизоляция пола в деревянном доме
Старые деревянные дома сейчас уже редкость, но мода на здоровый образ жизни и экологию привела к тому, что этот тип жилья стал востребованным. Дачи и загородные дома часто строятся из дерева, и их владельцам
Межэтажное утепление и звукоизоляцияв деревянном доме: выбор материала и технология работ
Содержание статьи: Чердачное перекрытие частного дома из дерева должно обладать хорошими теплоизоляционными и звукоизолирующими характеристиками. Если коттедж одноэтажный, то добиться этого достаточно
Звукоизоляция стен своими руками от соседей в квартире, в деревянном доме и пр, материалы, видео
Звук оказывает заметное влияние на нашу психику, эмоциональное и физическое состояние. Если в работе, отдыхе или на досуге вас сопровождает даже незначительный шум, это приводит к стрессу, снижению остроты
Шумоизоляция
огда о жилом доме говорят как об элитном объекте, подразумевается, что его потребительские свойства по основным критериям, характерным для жилого здания, существенно выше аналогичных параметров типового
Самый лучший материал для шумоизоляции стен
Практически каждый человек после проведенной за стенами фасада с панелями под дерево бессонной ночи задается вопросом, насколько качественна в его доме шумоизоляция стен, является ли предлагаемые в настоящее
Звукоизоляция стен в деревянном доме что лучше
Надежная шумоизоляция стен в деревянном доме должна монтироваться в процессе основного строительства. Материалы, значительно снижающие уровень проникающего шума, очень часто используются и как утеплитель
Звукоизоляция квартиры в панельном доме
Те, кто живет в панельном доме, каждый день сталкивается с плохой шумоизоляцией своей квартиры, то соседи громко гуляют, то кто-то на 5 этаже дрелью работает. И у всех появляется желание – сделать звукоизоляцию
Все новости
rss