автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Получение современных автоклавных пенобетонов с учетом природы вводимых строительных пен

ВВЕДЕНИЕ.

I. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ. ПОСТАНОВКА РАБОТЫ, ЦЕЛИ, МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

II. Современные проблемы получения ячеистых бетонов.

1.2. Постановка работы и цели исследования.

1.3. Методика и объекты исследования.

II. КЛАССИФИКАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЕН. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ.

2.1. Классификация строительных пен.

2.2. Определение оптимальной концентрации пенообразующего раствора.

2.3. Выбор параметров пенообразования.

2.4. Выводы.

III. ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗВЕСТНЫХ И СОЗДАНИЕ НОВЫХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОНА.

3.1. Исследование свойств известных пенообразователей.

3.2. Калориметрические исследования известных пенообразователей.

3.3. Структура и пористость пенобетона.

3.4. Рентгенофазовые исследования.

3.5. Разработка и исследование новых пенообразователей.

IV. СОЗДАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА АВТОКЛАВНОГО ПЕНОБЕТОНА ПО РЕЗАТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

4.1. Выбор сырья для получения автоклавного пенобетона.

4.2. Выбор пенообразователя для автоклавного пенобетона.

4.3. Состав смеси.

4.4. Используемое сырье.

4.5. Приготовление пенобетонной смеси и формование массива.

4.6. Выдержка массива и определение пластической прочности ячеистого бетона-сырца.

4.7. Разрезание массива.

4.8. Предварительная выдержка изделий до автоклавной обработки.

4.9. Автоклавная обработка.

V. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА АВТОКЛАВНОГО ПЕНОБЕТОНА ПО РЕЗАТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВ ААВТОКЛАВНО-ГО ПЕНОБНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПО «СПРИНТ».

5.1. Технологическая схема производства автоклавного пенобетона по резательной технологии.

5.2. Экономическая эффективность производства автоклавного пенобетона с использованием ПО «СПРИНГ».

Общая тенденция развития общества такова, что она ставит своей целью создание новых для строительства материалов, которые обеспечивали бы максимально благоприятные условия для жизни человека, и при этом характеризовались бы повышенной надежностью и долговечностью. К таким материалам могут быть отнесены ячеистые бетоны, которые являются хорошими тепло- и звукоизоляционными материалами, обеспечивающими благоприятный микроклимат в помещении. Повышение долговечности материала, как правило, может быть достигнуто за счет повышения параметров качества, которые взаимосвязаны с правильным выбором компонентов композиционной смеси и условий получения на их основе строительных материалов.

Одним из прогрессивных направлений конструирования ячеистых материалов является на сегодня пеноматериалы, перспективность развития которых была подтверждена международным совещанием «Пенобетоны 3-го тысячелетия», С-Петербург, ПГУПС, 1999 г. В этой связи особенно интересным кажется получение автоклавных пенобетонов нового поколения, поскольку уровень эксплуатационных характеристик таких материалов выше. Получение автоклавного пенобетона, с учетом природы строительных пен, которая способна улучшить в определенных условиях показатели качества материалов, является актуальной задачей, которая не была ранее акцентирована и решению которой посвящена данная работа, поскольку, таким образом могут быть развиты научные подходы к данной проблеме.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ. ПОСТАНОВКА РАБОТЫ, ЦЕЛИ, МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЯЧЕИСТЫХ

БЕТОНОВ

В последнее десятилетие уходящего века произошел огромный скачек в развитии науки, техники. Время многое изменило в сознании людей, изменило и основные требования к материалам. Кроме прочности строительных материалов сегодня наиболее востребованы другие параметры, такие как красота, высокие теплозащитные и звукозащитные свойства. В связи с этим в последние годы стали появляться работы по теории и практике получения легких бетонов и особенно началось возрождение пенобетонов /1, 2, 111 - 116/.

Принципиальная возможность образования воздушных пор, для приготовления ячеистого бетона, заключается в поризации смеси тремя известными способами: вспенивание растворной смеси, в которую введен пенообразователь; смешивание жидких бетонных смесей с заранее приготовленной пеной вспучивание растворной части в результате выделяющегося газа при взаимодействии газообразователя с компонентами смеси.

В настоящее время работы многих исследователей направлены на изучение зависимости свойств ячеистого бетона от его структуры.

В соответствии с работами Г.П.Сахарова и П.В.Корниенко /4/ предполагается, что для формирования оптимальной структуры ячеистого бетона необходимо, чтобы исходные смеси содержали минимальное количество воды, с целью получения наиболее плотных и прочных пор: газовые поры должны иметь наиболее плотную упаковку при максимальном отношении их объема к объему пор от испарения свободной воды; объем смеси должен быть достаточным для заполнения межпорового пространства.

Структурообразование - один из основных и определяющих процессов в технологии формирования ячеистых материалов. К сожалению мало внимания уделяется исследованию формирования пористой структуры в пенопоризованных материалах.

Длительность процессов формирования пористой структуры и условия их завершения зависят не только от заданной плотности ячеистого материала, но прежде всего от собственных свойств применения вяжущих, заполнителей и пеноконцентратов /5/.

Известно, что в производстве ячеистых бетонов можно применять различные цементы, известь, магнезиальное вяжущее. Основным вяжущим для производства пенобетона, как отмечает П.И. Баженов, М.С.Сатин и А.Т.Баранов в работах /6,7,8/, является портландцемент.

Согласно требований Инструкции по изготовлению ячеистых бетонов /9,117/, начало схватывания цемента должно наступать не позднее 2 ч., а конец схватывания - не позднее 4 ч. (6 ч.) после затворения.

Медленное схватывание ячеистой смеси может привести к усадке ячеистого бетона в период, предшествующие его запарке или появлению трещин при автоклавной обработке /118,119/.

Ограничение сроков схватывания вяжущего объясняется и нежелательными последствиями удлинения производственного цикла (при большом объеме производства).

При небольшом объеме производства изделий, твердеющих в нормальных условиях хранения (в связи с энергетическим кризисом и постоянными перебоями в обеспечении тепло- и электроэнергией) и не использующих резательную технологию (блоки небольших размеров производятся в специальных опалубках), продолжительность сроков схватывания свыше требуемых норм не столь важна, как сокращение их в пределах одного часа /10/.

Устойчивость ячеистой массы зависит от скорости схватывания пенобе-тонной смеси. За время, пока произойдут процессы структурообразования пенобетонной смеси (2-3 ч. в среднем), пенобетонные образцы или изделия не должны оседать.

Часто на заводах для приготовления пенобетона используется цемент, сроки схватывания которого превышают требуемые два часа. Для ускорения схватывания можно вводить сернокислый глинозем, перегидроль, хлористый натрий, хлористый кальций и другие вещества. Жидкое стекло в из-вестково-песчаных массах может замедлить схватывание /11, 12, 13, 120, 121/.

Кроме вяжущих следующими важными компонентами для производства пенобетона являются пенообразователи, которые получают с использованием поверхностно-активных веществ. В настоящее время с традиционно используемыми в производстве пенобетона клееканифольным, алю-мосульфанафтеновым и др. ПО, появились новые отечественного: (Пеност-ром, ТЭАС, МОРПЕН) и зарубежного: (НЕОПОР, ЭДЕМА, НИЕТ, 2еЬ^шс1) производства. При использовании пенообразователей в производстве пенобетонов многие исследователи отмечают, что природа пенообразователя влияет на свойства пены, структуру материала, гидратацию цемента и в итоге на эксплуатационные характеристики продукции. Технологические свойства и экономические показатели, используемых в производстве пенобетона ПО, зависят от химической природы и качества исходного сырья. Ниже приводятся способы получения и основные технические свойства ПО, используемых в современном пенобетон ном производстве в настоящее время /5, 9, 153-161/.

Алюмосульфонафтеновый ПО

Получают в результате нейтрализации керосинового контакта содержащим 50-60 % смесей сульфокислот едким натром. Для получения алюмо-сульфонафтенового ПО используют керосиновый контакт, глинозем сернокислый и едкий натр. Раствор ПО представляет собой водный раствор натриевой соли нефтяных сульлфокислот. Свойства:

Внешний вид - жидкость коричневого цвета. Заряд анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 40-50 %. Плотность - 1,1 кг/л.

Пригоден для производства пористых гипсовых масс и пенобетона. Дозировка - предварительно приготовленная пена производится в пе-ногенераторе как 14 % раствор. ГК пенообразователь

Получают нейтрализацией гидролизата технической крови раствором серной кислоты с последующей стабилизацией раствором сернокислого железа. В качестве сырья используют: кровь цельную техническую,

- кислоту серную железо сернокислое

- натрий едкий технический Свойства:

Внешний вид жидкость темно коричневого цвета. Заряд анионный или катионный (в зависимости от РН). Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества

Плотность - не менее 1,09 кг/л. водородный показатель РН - 6,5-7,5 Жидкостекольный пенообразователь

Изготавливают на основе канифольного мыла и жидкого стекла. Свойства:

Внешний вид - вязкая жидкость белого цвета. Заряд - анионный. Растворимость - растворим в воде. Содержание активного вещества - 18-20 % Плотность -1,3 кг/л. Водородный показатель РН - 8,5-9,5 Клееканифольный пенообразователь

Основными компонентами являются: канифоль, щелочь, мездровый или костный клей Свойства:

Внешний вид - вязкая жидкость белого цвета. Заряд - анионный. Растворимость - растворим в воде. Содержание активного вещества - 20 % Плотность - 1,4 кг/л. Водородный показатель РН - 8,5-9,5 Неопор - пеноконцентрат.

Изготавливается немецкой фирмой «НЕОПОР», предназначен для получения устойчивой пены низкой кратности, имеющий протеиновую основу. В качестве сырья используют кератин-содержащие белки, серную кислоту, щелочь. Свойства:

Внешний вид — жидкость темно-коричневого цвета.

Заряд — анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 18-20 % Плотность - 1,128 кг/л. Водородный показатель РН-6,5-7,5. ПО-КИСК

Пенообразователь на основе канифоли и козеинового клея, предназначен для получения строительных пен. Свойства:

Внешний вид жидкость белого цвета. Заряд - анионный. Растворимость - растворим в воде. Водородный показатель РН - 9-10 по-псо

Пенообразователь на основе натриевых солей высших жирных кислот. Предназначен для получения ячеистых бетонов средней плотности. Свойства:

Внешний вид - жидкость белого цвета. Заряд - анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 20 % Плотность - 1,015 кг/л. Водородный показатель РН - 9-10. ПО-6К

Изготавливают из кислого гудрона при сульфировании гидроочищен-ного керосина. Используются при получении пен для ячеистых бетонов (в сочетании с загустителями) и пожаротушения.

Свойства:

Внешний вид - жидкость темно-коричневого цвета. Заряд - анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 32 % Плотность - 1,3 кг/л. Водородный показатель РН - 8,5-9,5 ПО-СПКУСП)

Универсальный синтетический пенообразователь на основе пасты ал-килсульфатов первичных жирных спиртов. Представляет собой поверхностно-активное вещество, состоящее из смеси алкилсульфатов, первичных спиртов (не менее 20 %), несульфированных соединений, сульфата натрия и воды. Предназначен для получения технической пены низкой кратности для производства ячеистых бетонов. Свойства:

Внешний вид - вязкая подвижная жидкость от белого до темно-желтого цвета.

Заряд - анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - не менее 21 % Плотность

Водородный показатель РН - 7-8,5. ПО-СП2 (СП)

Представляет собой поверхностно-активное вещество, состоящее из смеси алкилсульфатов первичных спиртов, несульфированных соединений, сульфата натрия, триполфосфата натрия. Скрубберная паста (СП-2) это отход производства синтетических моющих средств, получаемых в скрубберах путем мокрого улавливания пылегазовоздушной смеси от воздушных установок. Свойства:

Внешний вид - жидкость от серого до светло-коричневого цвета.

Заряд - анионный.

Растворимость - растворим в воде.

Содержание активного вещества - 13 %

Плотность

Водородный показатель РН - 9-11 по-спз

Представляет собой поверхностно-активное вещество, состоящее из смеси натриевых солей сульфатов вторичных спиртов, несульфированных соединений и воды. Известно как моющее средство «Прогресс». Свойства:

Внешний вид -жидкость светло-желтого цвета. Заряд - анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 32 % Плотность - 1,12 кг/л. Водородный показатель РН - 8,0-9,0

ДЛИ

Древесно-пеко-известковый пенообразователь на основе древесного омыленного пека (препарат ЦНИИПС-1) и извести.

Пластификатор древесно-пековый строительный ЦНИИПС-1 получается омылением древесного пека щелочью.

Свойства:

Внешний вид - вещество черного цвета, вязкой или полутвердой концентрации.

Заряд - анионный. Растворимость - растворим в воде. Содержание активного вещества Плотность 10% водного раствора- 1,016 кг/л. Водородный показатель РН - 8,0-9,0. ПО-1

Получают путем нейтрализации керосинового контакта. Для обеспечения высокой кратности и стойкости пены содержит в своем составе 3,55,5% костного клея и 10 % этилового спирта или этиленгликоля. Свойства:

Внешний вид - жидкость от желтого до коричневого цвета, без осадков посторонних включений. Заряд анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 45 % Плотность - 1,05-1,2 кг/л. Водородный показатель РН - 7,0-8,0 ПО-6

Пеноконцентрат на основе гидролизата технической крови, получаемый при нейтрализации серной кислотой с добавками сернокислого железа и для предотвращения загнивания - фтористого натрия. Предназначен для производства пенобетонов. Свойства:

Внешний вид - жидкость темно-бурого цвета. Заряд - анионный. Растворимость - растворим в воде. Плотность - 1,09 кг/л. Водородный показатель РН - 6,5-7,0

Пеностром

Синтетический пенообразователь, получаемый на основе алкилсуль-фатов и с добавлением растворов высших жирных спиртов. Предназначен для получения пенобетонов и других строительных материалов. Свойства:

Внешний вид - жидкость темно-коричневого цвета. Заряд - анионный. Растворимость - растворим в воде. Содержание активного вещества - 45 % Плотность - 1,02-1,09 кг/л. Водородный показатель РН - 7,5-10,0 Синтетический полимерный пенообразователь

Получают на основе технического альбумина, водной эмульсии синтетического каучука латекса и уксусной кислоты, предназначен для получения ячеистых бетонов. Свойства:

Внешний вид - светлая жидкость. Заряд - анионный. Растворимость - растворим в воде. Плотность - 1,08 кг/л. Водородный показатель РН - 5,0-6,0. Смолосапониновый пенообразователь

Получают на основе смоляного экстракта мыльного корня сапонина. Применяют в производстве ячеистых бетонов. Свойства: Заряд - анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Плотность - 1,02 кг/л.

Водородный показатель рН - 9,0-10,0 Zeliquid

Представляет собой поверхностно-активное вещество, состоящее из эфиров сульфатов жирных кислот и воды. Свойства:

Внешний вид - светло-желтая, прозрачная жидкость. Заряд - анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 26,0-27,0 % Плотность -1,0 кг/л. Водородный показатель рН - 6,5-8,0. Сульфанол

Анионактивные ПАВ на основе алкилбензо-сульфонатов натрия. Свойства:

Внешний вид - белая жидкость. Заряд - анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 30-40 % Плотность - менее 1,0 кг/л. Водородный показатель рН - 8,0-9,0. Унипор

Пеноконцентрат (производство Казахстан) - предназначен для получения устойчивой пены низкой кратности, имеющий протеиновую основу. В качестве сырья используют кератин-содержащие белки, серную кислоту, щелочь. Свойства:

Внешний вид - жидкость темно-коричневого цвета. Заряд - анионный.

Растворимость - хорошо растворим в воде. Содержание активного вещества - 18-20 % Плотность - 1,128 кг/л. Водородный показатель рН -6,5-7,5.

Многочисленное новое поколение пенообразователей, разработанных за рубежом, является результатом непрекращающихся исследований и совершенствования их технологии. В связи с этим из литературных источников известны многочисленные названия пенобетона; связанные с его названием: ипоритобетон, бетапорит, целлебет, итонгоромен, неопор и другие /14-27/.

Изготовление пенобетонных изделий включает следующие операции: получение пены, приготовление цементно-песчаного раствора, приготовление пенобетонной смеси, путем перемешивания готовых пены и раствора, формование изделий, их твердение, распалубку и складирование.

В настоящее время известно три способа приготовления пены: механическое взбивание в лопастном пеносбивателе; барбатация воздуха через раствор пенообразователя в специальном аппарате; смешение потоков воздуха и раствора пенообразователя под высоким давлением в пеногенераторе. /133-136/.

Наибольшее распространение на территории СНГ в производстве пенобетона получили пеногенераторы фирм: «ЭДЕМА», «НЕОПОР» (Германия), «УНИПОР» (Казахстан). /41,42,137/. Конструкции этих аппаратов позволяют получать пену разной плотности, с высокой производительностью 6-8 л/с. Плотность пены является важным показателем при подборе состава пенобетона, так как изменяя ее можно влиять на водоцементное отношение и подвижность пенобетонной смеси. Рекомендуемая производителями плотность пены для пенообразователей разная: «НЕОПОР» 70-80 г/л,

УНИПОР» - 75-85 г/л, СП-1 - 140-160 г/л, ДПИ - 180-200 г/л и т.д. Ма-хамбетовой У.К./10/ предложено подбирать плотность пены в зависимости от средней плотности пенобетона. Хорошая пена должна быть монодисперсной и мелкопористой, что обуславливает ее устойчивость, высокий коэффициент использования, и в конечном счете высокие эксплуатационные свойства пенобетона.

Физическая сущность пенообразования наиболее полно описана в работах /30, 31, 32/, согласно которым однокомпонентные системы не способны образовывать устойчивые пены. Для образования стабильных пен, помимо введения в систему газообразной и жидкой фазы, нужно добиться понижения поверхностного натяжения, что достигается при использований поверхностно-активных веществ. Механизм стабилизации жидких пен заключается в том, что в результате введения поверхностно-активных веществ в тонком слое жидкости, составляющем оболочку пены, образуются адсорбционные слои, обладающие определенными структурно-механическими свойствами, способствующие устойчивости пены.

Пены относятся к типичным коллоидным системам, поэтому одним из важнейших факторов, обуславливающих их свойства, является вязкость /34,35/. Увеличение вязкости жидкости, из которой формируются пленки пены при аэрации, повышает стабильность пены.

Влияние стойкости пены на процесс образования ячеистой структуры пенобетона, рассмотрено в работе /153/. Для получения пены использовался пенообразователь ПО-6НП, представляющий смесь вторичных алкилсуль-фатов натрия. Показано, что на нарушение структуры пенобетона на ранней стадии твердения значительное влияние оказывает постепенное разрушение пены, оно происходит за счет отсоса жидкости из нее растворной составляющей пенобетона и за счет истечения жидкости из пены по каналам Пла-го-Гиббса, в результате чего происходит уплотнение пленок и их разрушение. Таким образом, для получения пенобетона без осадки, необходимо чтобы стабилизация структуры опережала ее ослабление в результате избыточного количества жидкости, поступающего из пены в раствор. Следовательно, формирование ячеистой структуры пенобетона и его физико-технические свойства в значительной степени зависят от свойств, используемых пенообразователей.

Влияние различных факторов на свойства и разрушение пен рассмотрено в работах /30,31/, в частности указывается на то, что кратность и стабильность пен зависит от химической природы и концентрации ПАВ, поверхностного натяжения, вязкости и рН пенообразующих растворов, а также условий получения пены - конструкции аппарата, интенсивности процесса и температуры.

Основным показателем свойств пены является концентрация пенооб-разующего раствора. В существующих методиках концентрацию пенообразователя определяют непосредственно из свойств пены, без учета влияния свойств пенообразующего раствора/9, 153/.

В пеногенераторе, изменяя концентрацию раствора пенообразователя, можно проектировать получение пены с нужной стойкостью для определенного вяжущего и соответствующую заданной плотности пенобетона. Регулированием подаваемого сжатого воздуха и раствора пенообразователя получают пену с требуемой плотностью, что обеспечивает приготовление пенобетона с заданной плотностью. Пена, приготовленная в больших пено-генераторах с компрессорами большой производительности из одного и того же пеноконцентрата, имеет лучшие результаты по показателям стойкости, осадке и отводу жидкости, так как такая производительность компрессора обеспечивает требуемый объем сжатого воздуха /39, 40, 41, 42, 48, 49, 50, 51/.

Критерием формирования оптимальной пористой структуры является обеспечение ее устойчивости. Для получения пористого материала необходимо:

1. Сформировать оптимальную структуру ячеистого бетона с требуемой плотностью (пористостью).

2. Сохранить ее до затвердевания, то есть обеспечить условия устойчивости (стабильность) пенобетонной смеси.

Задачи построения модели оптимальной структуры пористого тела, где за ее эталон принято твердое тело кристаллической структуры (построение подобно атомам или ионам в кристаллах) посвящено большое количество исследований /43, 44, 45, 46, 122, 123/.

Проблема устойчивости ячеистых материалов изучалась на газобетонах и ее решение механически переносилось на пенобетоны, не учитывая влияние свойств пены на структурообразование.

При формировании структуры пенобетона принципиальное влияние оказывает воздухововлечение /46, 47/.

При добавлении в пенообразующую добавку ПАВ установлено, что образовавшиеся воздушные пузыри лучше удерживаются в цементно-песчаных растворах, чем в бетонах, причем их тем больше, чем выше содержание в нем песка/53, 123, 124/.

Согласно данных /53, 54, 55, 125/ изменение величины и характера пористости цементно-песчаных растворов и бетонов с добавкой ПАВ существенным образом улучшает их структуру и свойства: уменьшается водопо-глощение, повышается водонепроницаемость, сульфато- и морозостойкость, что объясняется замкнутостью воздушных пузырьков и их размеренным распределен ие м.

Величина водоцементного отношения влияет на пороудержание в цементном тесте, она должна иметь оптимальное значение, так как заниженное водоцементное отношение, равное 0,35, создает высокое значение пластической прочности и напряжение сдвига, при этом куски цементного теста грубо облепляют пленки пор и в процессе схватывания могут ее порвать. При увеличении В/Ц до 0,8 пластическая прочность резко падает, что приводит к смыванию цементного теста с пленки пор и к неравномерному распределению пор (неоднородная структура) /56, 57/.

Анализ литературных данных показывает, что влияние пены из ПАВ на степень гидратации цемента и материалов исследованы недостаточно.

Большое значение в развитии механизма гидратации и твердения цемента с добавкой ПАВ имеют исследования, проведенные А.Н.Адамовичем /58/, В.Г.Батраковым /59/, Ю.М.Буттом и Т.М.Берковичем /60/, В.Б.Ратиновым и Т.П.Розенбергом /61,54/, П.А.Ребинидером /63-67/, В.С.Рамачандраном /68/, М.М.Сычевым /69,76/, Л.Б.Сватовской /70,126, 127, 128/, О.С.Поповой /71/, М.Н.Хигеровичем /72-74/, А.Ф.Полаком /75/, Р.Кондом /77/.

Механизм действия ПАВ в цементном тесте предполагается протекает по следующей схеме /62/:

- физико-химическая адсорбция частиц ПАВ на поверхности зерен цемента и гидратных фаз;

- гидролиз и гидратация цементных составляющих путем взаимодействия с молекулами ПАВ;

- возникновение на молекулярном, субмикроскопическом и микроскопическом уровне новообразований, откладывающихся в порах капилляр цементного камня;

- воздействие молекул ПАВ на образование микроструктуры цементного камня. При этом молекулы ПАВ в соответствии с работами/78, 130, 131, 132/могут:

- изменять скорость гидратации, гидролизата и твердения составляющих цемента;

- изменять характер и скорость взаимодействия составляющих цемента, присутствующих в нем минеральных добавок;

- образовывать в результате взаимодействия молекул ПАВ и составляющих цемента гидратной фазы.

Установлено /79/, что в менее плотном пенобетоне образуется больше гидратных фаз, чем в более плотном бетоне. По мнению авторов /80, 81/ гидратация и твердение пенобетона преимущественно происходит через жидкую фазу, а не топохимически и реализуется следующий механизм образования гидратных фаз в пенобетоне:

- диффузия реагирующих компонентов систем к месту физико-химической реакции;

- физико-химическая реакция между реагирующими компонентами, ответственными за образование гидратных фаз;

- отвод гидратных новообразований в жидкую фазу;

- создание условий для возникновения кристаллизационных процессов в результате перенасыщения растворов по отношению к гид-ратным фазам;

- образование и осаждение коллоидно-кристаллизационных новообразований на поверхности исходных продуктов и в жидкой фазе.

Возникновение процессов синтеза прочности цементного камня и пенобетона.

Для получения пенобетона с требуемым объемным весом, прочностью и другими физико-химическими характеристиками, необходимо проведение подборов состава пенобетона, который при минимальном расходе вяжущего обеспечивал бы получение всех необходимых физико-технических характеристик пеноматериалов/85, 133/.

Анализ тридцатилетней практики подбора состава пенобетона /82, 83, 84/ выявил эффективность метода А.Г.Баранова /82/.

Согласно /80, 90/ рациональный состав мелкозернистого поризован-ного бетона может быть выбран экспериментальным путем. Для этого необходимо определить взаимозависимости между водовяжущим отношением и объемным весом поризованной массы (при постоянной консистенции), между объемным весом поризованной массы и объемным весом затвердевшего бетона, между прочностью бетона и его объемным весом при различном соотношении между цементом и песком, а также при различных режимах твердения и др.

Прочность при сжатии затвердевшего поризованного бетона зависит от многих факторов и, главным образом, от средней плотности, принятого соотношения между расходом цемента и песка Ц:П, вида примененного цемента, условий твердения, продолжительности и температуры изотермического прогрева. Установлено /91-95, 134/, что прочностные показатели пенобетонов на цементе в нормальных условиях хранения выше, чем после тепловлажностной обработки, по мнению авторов - это объясняется сокращением естественной продолжительности процессов структурообразо-вания, в связи с ускорением твердения лимитируется величина их прочности.

К важным показателям свойств пористых материалов относятся сорб-ционная влажность, паропроницаемость и усадка при высыхании. Ячеистые пенобетоны, плотность которых превышает 600 кг/м' по назначению отличаются от теплоизоляционных. Повышенные требования к строительно-техническим свойствам, наряду с теплофизическими, определяются ответственностью конструкций из ячеистых пенобетонов, при этом с ростом плотности увеличивается и прочность материала /94, 95, 96, 97/.

Для плотных ячеистых пенобетонов в сравнении с теплоизоляционными характерно более низкое водосодержание, выраженное в показателях влажности, водопоглощения, сорбционной влажности; причем, чем выше плотность, тем ниже их величины /98-100/.

Исследованиями причин и механизма усадки пенобетонов занимались С.В.Красильников, Н.Н.Скоблинская, З.И.Цилосани и другие ученые /101102/. Механизм усадки они рассматривают в зависимости от изменения содержания в бетоне капиллярной влаги, влаги, адсорбированной на внешних поверхностях кристаллов, и влаги, находящейся в слоях кристаллов.

Ячеистые пенобетоны с плотностью до 1200 кг/м1 используются для производства наружных стен, к которым предъявляются требования по морозостойкости. Особенности строения пенобетонов таковы, что обеспечивают материалам высокую морозостойкость /103, 105/.

С 1990-1995 г.г. ячеистые пенобетоны широко внедрены на линии «Сиблак» г.Новосибирска с плотностью 700-900 кг/м3. В качестве материалов использован ПЦ400-Д10, кварцевый песок и пенообразователь - 1 % раствор С ДО (смола древесная омыленная), кратность пены -12. плотность 83 г/л /106/.

В настоящее время много научно-практических коллективов разрабатывают технологию, составы, отечественные пенообразователи и организовывают производство пенобетона /107-110/. Но при этом, надо отметить, что в технологии пенобетона много не решенных вопросов, связанных с природой пенообразователей, определением оптимальных условий получения строительных пен, а также оптимальных условий твердения пенобетона, характеризующегося высокими прочностными и тепло-физическими характеристиками.

2.4. ВЫВОДЫ

В работе дан перечень известных пенообразователей, используемых в производстве пенобетонов.

Разработана классификация строительных пен в зависимости от химической природы ПАВ и коллоидно-физического состояния пенообразую-щих растворов.

Разработаны методики определения оптимальной концентрации пенооб-разующих растворов и оптимальной плотности, для получения пены на основе которой возможно получение пенобетона высокого качества при наименьших затратах.

Установлено, что пенообразующая способность поверхностно-активных веществ, имеющих схожие значения вязкости, не зависит от химической природы пенообразователя, а связана с концентрацией и значениями поверхностного натяжения жидкостей.

Установлено, что пенообразующая способность некоторых пенообразователей, содержащих в своей композиции стабилизаторы (загустители), зависит от вязкости и поверхностного натяжения их растворов. Большей пенообразующей способностью обладают пенообразователи, не содержащие в своей композиции стабилизаторов. Пены, не содержащие стабилизаторов, менее стабильны.

53

Установлено, что для обеспечения качественной пены в пеногенераторе ее необходимо получать при постоянном давлении воздуха в системе.

III. ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗВЕСТНЫХ И СОЗДАНИЕ НОВЫХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОНОВ.

3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ИЗВЕСТНЫХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

Для исследования свойств строительных пен на основе предлагаемой методики и с учетом классификационных признаков, были отобраны восемь пенообразователей наиболее часто используемых в производстве пенобето-нов в настоящее время.

I группа - ПРОГРЕСС, ПО-6К

II группа СУЛЬФАНОЛ, ПЕНОСТРОМ

III группа - ПСО

IV группа - ККПО, СДО

V группа - НЕОПОР

На основе предложенной методики (гл. 2.2.) были определены оптимальные концентрации для всех исследуемых пенообразователей. Для этого из исходных растворов готовили по 6-7 составов разных концентраций для каждого ПО путем последовательного разбавления. Объем исходного раствора - не превышал 20-30 мл. Определяли поверхностное натяжение каждого раствора сталогнометрическим методом (методом отрыва капли), измерения повторяли 4-5 раз. Данные эксперимента представлены в табл.3.1.1.,на рис.3.1.1. и 3.1.2. Используя полученные зависимости поверхностного натяжения от концентрации пенообразующих растворов, рассчитывали величины удельной адсорбции для каждой концентрации (табл. 3.1.2.) и строили изотермы адсорбции, представляющие собой график зависимости r=f(C), (рис.3.1.3; 3.1.4.). Затем, с использованием уравнения Лен-гмюра (2.2.3.), графически определяли величину предельной удельной ад