Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы (стр. 10 )

В качестве пенообразователя при производстве пенобетонов можно использовать [62, 74]: смолосапониновые, клееканифольные, казеиноканифольные (канифольное мыло) пенообразователи, а также синтетические моющие средства или сульфированные углеводороды. При изготовлении пенобетонов по одностадийной технологии применяют в качестве пенообразователей аминоактивные синтетические ПАВ, например: пожарные (ПО-1, ПО-3НП, ПО-6НП) и синтетические ("Пеностром", "Прогресс", немецкий "Неопор" и др.) Пенообразующие ПАВ - "Пеностром", "Морпен", ПО-6К эффективно понижают величину поверхностного натяжения раствора – до (27-30)×103 Н/м, что предопределяет их высокую пенообразующую способность. Для обеспечения равномерности распределения газовых пузырьков в бетон вводят агент для повышения вязкости, ускоритель пенообразования (щелочи), агент для стабилизации и диспергирования воздушных пузырьков. В качестве стабилизаторов применяют метилцеллюлозу и другие водорастворимые высокомолекулярные соединения, например пенообразователь ПО-6 стабилизируется карбоксилцеллюлозой. Для стабилизации пеномассы также используют синтетические вещества на основе модифицированного крахмального вяжущего, регулирующие вязкость поризуемого раствора. На активность пенообразователей сильно влияет концентрация ионов и pH среды, причем увеличение этого показателя до pH = 8-10 способствует пенообразованию. Важное значение имеет температура воды затворения, например для пенообразователя "Неопор" оптимальная температура воды – 19-25 °С, так как при более низкой температуре пена плохо поризуется, а при более высокой – происходит разрушение пены и осаждение пенобетонной массы. Для большинства перечисленных пенообразователей на органической основе температура воды может быть увеличена до 60°С.

Применение природных органических пенообразователей считается [87] малоэффективным, так как получаемые из них технические пены отличаются короткой жизнеспособностью, нестабильностью и "отравляющим" воздействием на цементы и имеют весьма ограниченную сырьевую базу. Такие пенообразователи незначительно снижают поверхностное натяжение воды (с 73 до 50-60 Н/м), что влечет за собой недобор прочности материалов.

Использование в качестве пенообразователей синтетических ПАВ – продуктов нефтехимического синтеза позволяет в 2,5-2,8 раза снизить поверхностные натяжения воды (до 27-30 Н/м), что предопределяет их значительную пенообразующую способность и стабильность получаемых пен. Эти свойства обеспечивают существенное снижение расхода синтетических ПАВ для получения пенобетонов и, как следствие, отсутствие "отравляющего" действия на вяжущие или значительное ослабление этого действия. Синтетические ПАВ представляют собой анионактивные вещества, используемые в производстве моющих средств. К ним относят: сульфанолы – смесь натриевых солей алкилбензосульфокислот, в виде порошка или 45 %-ого раствора, со стабильными свойствами и с неограниченным сроком хранения; вещество "Прогресс" – смесь солей сернокислых эфиров вторичных спиртов – ПАВ-компонент большинства моющих средств; пенообразователь ПО-1 и другие его модификации – нейтрализованный керосиновый контакт на основе сульфокислот, выпускаемый для противопожарной техники; вещество "Эффект" – триэтаноламиновая соль лаурилсульфата – промышленный продукт, используемый в качестве пенообразователя.

В качестве пенообразователей при генерации воздушно-механических пен (полученных механическим смешением воздуха и водного раствора пенообразователя) в пожарном деле используют [88] различные синтетические и природные вещества. Например, пенообразователь ПО-6 содержит гидролизат крови, гидрооксид натрия, сульфат железа (+2) и фторид натрия. В состав пенообразователей ПО-1 входят соли сульфонафтеновых кислот, этанол, столярный клей. Смеси ОП-1А и ОП-1Д готовят на основе алкилсульфатов и алкиларилсульфонатов. Для стабилизации таких пен применяют протеины, получаемые из различных отходов – крови, рыбной чешуи, муки из рогов, копыт и костей и др. Концентрация таких пенообразователей в противопожарных пенах достигает 6%. В качестве стабилизаторов применяют высшие спирты, органические соединения и некоторые полисилоксаны (пат. 3480546 США, опубл. 1969). Твердеющие пены получают на основе гидролизованных продуктов животного происхождения.

Для производства пенобетона плотности 400-1200 кг/м3 рекомендуют [89] пенообразующую добавку "Ника", а для плотности – 600-1200 кг/м3 - добавку "Квин". Следует применять цементы, размеры частиц которых соизмеримы с параметрами межпоровых перегородок (на уровне 40-60 мкм), а начало сроков схватывания которых не превышает 2 часов. Сравнительные исследования поведения пеноконцентратов в пеномассе и в пеногенераторе показывают преимущественно последних.

Производству сверхлегкого пенобетона (СПБ) со средней плотностью 100-200 кг/м3 мешают следующие факторы [90]: отсутствуют качественные пенообразователи, позволяющие получать стабильную пену в широком диапазоне плотностей, нестабильность пенобетонной смеси. Рекомендуют в качестве пенообразователей ПАВ на основе триэтаноламиновых солей алкилсульфонатов первичных жирных спиртов (ПО-6ТС, ПО-6ЦТ, ПО-6ТМ, ТЭАС, Пеностром) и протеиновые пенообразователи марки Неопор. Наибольшей стабильностью обладают те пены, которые не разрушаются в широком диапазоне плотностей, т. е. способны удерживать значительное количество воды. Пены на основе ТЭАС и Пеностром взбиваются в лопаточных миксерах в диапазоне плотностей до 60 г/л, а при больших плотностях эти пены интенсивно разрушаются. При соотношении объем ПО-6ТС – 3 мл на 150 мл воды и частоте вращения лопастей миксера 100-150 об/мин возможно получить 4,5 л пены со стабильностью 120 мин.

Древесная смола омыленная (СДО) представляет собой ПАВ черного цвета, получаемое омылением щелочью растворимых древесных смол, собранных при термической обработке древесных пород в газогенераторах. Растворимые смолы (жижка) содержат 25-30 % (в пересчете на сухое вещество) углеводородов-ангидридов гексоз, до 30 % лактанов оксикислот, 10-20 % летучих кислот и 10-20 % фенолов. Кальциевые и натриевые соли окси-, феноло - и карбонатовых кислот способствуют воздухововлечению в растворы и образованию в объеме полидисперсных по размеру, замкнутых пор, разделенных тонкими и плотными перегородками.

Характеристики некоторых пенообразователей представлены в табл. 2 и являются ориентировочными, так как кратность пены и ее количество зависят от применяемого оборудования для получения пены, а также от вида применяемых стабилизаторов. В качестве стабилизаторов пены применяют жидкое стекло, сернокислое железо, смолу древесную омыленную, а также в виде твердых частиц – известь, тонкодисперсный портландцемент, микрокремнезем, высокодисперсные золы ТЭС, доменные гранулированные шлаки.

При соприкосновении раствора ПАВ с воздухом на поверхности пузырька воздуха образуется адсорбционный слой. Цепи алифатических углеводородов в растворенном ПАВ направлены внутрь воздушного пузырька, а гидрофильные группы обращены в сторону водной фазы. С уменьшением толщины пленки замедляется вытекание жидкости из нее, происходящее в результате действия капиллярных сил, и стабильность пены увеличивается. Низкое поверхностное натяжение, высокая поверхностная вязкость и постепенное снижение поверхностного натяжения повышают стабильность пены [66]. Для пенобетонов предпочтительно использование нейтральных ПАВ со стабильным пенообразующим действием.

Составы некоторых синтетических моющих средств (в %) [91-94]: 1) «Мир» – алкиларилсульфонат – 4,5; вода – 95,5; 2) «ОМО» – алкиларилсульфонат – 12; алкилсульфат – 6; полифосфаты (Р2О5) – 17; силикаты – 4; карбонаты – 0,5; 3) «Персил» – алкиларилсульфонат, лаурилсульфат, цетилсульфат – 17; пирофосфат – 18; тетраполифосфат – 6; перборат – 5; силикат – 3,5; сода – 8,5; сульфат натрия – 32,4; 4) «Тайд» – лаурилсульфат – 12; алкиларилсульфонат – 5; сульфат натрия – 15; высокомолекулярные фосфаты – 45; силикат – 9; лауриловый спирт – 1,5; 5) «Бриз» – продукт конденсации жирной кислоты – 30; сульфат натрия – 64; карбонат натрия – 1; хлористый натрий – 4,6.

Таблица 2 - Характеристики пенообразователей для производства пенобетона

Пенообразователь	Характеристики
Количество воды на 1 м3 бетона, л	Расход пенообразователя, кг/м3	Кратность	Устойчивость, мин	Синерезис, мин
Клееканифольный	25	3,6	32	10	23
Смолосопониновый	40	7,5	21	2	9
Алюмосульфонаф-теновый	40	9	20	2	6
ГК	35	2	25	5	17
Пеностром	25-30	1,2-1,5	35	12	28
Окись амина	45-50	1-1.2	21	11	25
Пожарный (ПО-6, ПБ-2000)	25	1,4-1,5	37	4	11

Для приготовления клееканифольного пенообразователя применяют канифоль, клей костный или мездровый, едкий натр и воду, и используют следующие операции: получение клеевого раствора, варку канифольного мыла и смешивание его с клеевым раствором. Для получения клеевого раствора клей разбивают на куски размером 2-3 см, укладывают в бак, заливают водой с температурой 15-20 °С в пропорции 1:1 по массе и оставляют на 24 часа. После набухания клея клеевой раствор варят в сосудах, обогреваемых горячей водой или паром при температуре 40-50 °С в течение 1,5-2 часов до полного его растворения. Причем количество содержащейся в клее воды определяют выпариванием. Для варки канифольного мыла приготовляют водный раствор едкого натрия с плотностью 1,16 (166 г на 1 л раствора) или едкого калия (226 г/л), углекислого натрия (210 г/л), углекислого калия (248 г/л). Канифоль дробят, просеивают через сито с отверстием 5 мм и при непрерывном перемешивании постепенно засыпают в кипящий раствор едкого натрия. Соотношение канифоли (по массе) и раствора едкого натрия (по объему) – 1:1. Смесь канифоли и едкого натрия кипятят до полного растворения канифоли (1,5-2 ч) и получения однородной массы, затем добавляют горячую воду (70 °С) до первоначального объема смеси (до кипячения). В клеевой раствор, нагретый до 30°С, постепенно вливают канифольное мыло с температурой 60°С в соотношении 1,4:1 (по массе) при тщательном перемешивании. Полученный канифольный пенообразователь хранят в закрытых стеклянных сосудах при t = +5 °С. Срок хранения в холодное время года – более 20 суток, а в жаркое время – 10 суток. Перед использованием пенообразователь разбавляют горячей водой (50 °С) в соотношении 1:5 (по объему). Применение вместо мездрового костного клея казеинового клея ускоряет процесс варки, а более тонкое измельчение канифоли (просеивается через сито с отверстием 2,5-3 мм) сокращает время растворения канифоли в кипящей щелочи до 5-7 мин. Для получения казеинового клеевого раствора сухой казеиновый клей разводят водой комнатной температуры до однородной массы. Причем воды берут в 3-5 раз больше, чем казеинового клея (по массе). Приготовленный водный раствор казеинового клея тонкой струей вливают в горячее канифольное мыло при непрерывном перемешивании до получения однородной смеси казеинового клея и канифоли состава 3:1 (по массе). Пену из казеиноканифольного пенообразователя получают добавлением к нему известкового теста и воды в соотношении 1:0,5:12 (по объему) при непрерывном перемешивании смеси до однородной массы. Пенообразователь на основе канифоли можно получить с использованием вместо клея жидкого стекла. При этом в жидкое стекло с плотностью 35-38 °С по Боме, нагретое до 50-60 °С, вливают при непрерывном перемешивании канифольное мыло и нагретое до 60 °С. Полученную смесь раствора жидкого стекла с канифольным мылом хранят при положительной температуре в закрытых стеклянных банках, при сроке хранения – не более 10 дней.