Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы (стр. 35 )

Из полимерцементных смесей можно получать ячеистые или пено – полимербетоны, использующиеся в качестве теплоизоляционных материалов и имеющие состав (весовые части): портландцемент – 1; песок молотый – 2; эмульсия поливинилацетатная – 0,13; пенообразователь – 0,01; вода – остальное. Пенополимербетон имеет пористость около 50 %, объемный вес – 400-500 кг/м3. В отличии от обычных ячеистых бетонов, пенополимербетоны имеют в 5-10 раз более высокие пределы прочности при растягивании, повышенную упругость и адгезию, большую стойкость к растрескиванию [198]. При изготовлении ячеистых полимербетонов можно применять продукты конденсации мочевины с формальдегидом с добавкой газообразователей (пат. 523450 Англия).

В полимерцементных бетонах предпочтительно использовать портландцемент марки 400 и выше. Величина частиц полимера в водной дисперсии оказывает значительное влияние на свойства полимербетонов, например для поливинилацетатной эмульсии желательная величина частиц – 1-5 мкм. Исходные вещества для изготовления поливинилацетатной эмульсии берутся в следующем соотношении (вес. части): винилацетат – 100; поливиниловый спирт – 7; перекись водорода – 1; уксусная (или муравьиная) кислота – 1,5; вода – 100; сернокислое железо – 0,01. В реактор наливают водный раствор поливинилового спирта и дополнительно воду, общее количество которой должно соответствовать рецептуре, и включают мешалку. Затем туда же вводят уксусную кислоту и раствор сернокислого железа и продувают аппарат азотом, постепенно поднимая температуру смеси до 55-60 °С. Временно приостанавливая поступление азота в аппарат вливают перекись водорода, после чего вводят винилацетат. В период полимеризации температуру реакционной массы поддерживают в пределах 58-60 °С. По окончании экзотермической реакции полимеризацию продолжают до тех пор, пока весь венилацетат не вступит в реакцию (до 50 %-ного сухого остатка). Готовую эмульсию охлаждают до 300С и нейтрализуют аммиаком до рН = 4-5,5. Для пластификации в эмульсию вводят эмульсию дибутилфталата в воде, стабилизированную ОП-10, после чего всю смесь тщательно перемешивают. Для предотвращения от коагуляции смесей водных дисперсий полимеров с цементом применяют неионогенные мыла (типа ОП-7 и ОП-10). Введение хлористого кальция ускоряет твердение смеси.

Смесь водной дисперсии полимера с вяжущим и заполнителем может готовиться следующими тремя способами.

1. Тщательно смешивают водную дисперсию полимера с вяжущим, добавляя необходимое количество воды. Вода при этом вводится либо в водную дисперсию полимера, либо в вяжущее до смешения его с дисперсией. Затем прибавляется заполнитель и вновь смешивают все компоненты. Такой способ особенно целесообразен при получении полимербетонов с крупным или волокнистым заполнителем.

2. Предварительно смешивают цемент с заполнителем, а также пигментом и добавками. Такая сухая смесь смешивается с водной дисперсий полимера в требуемой пропорции, постепенно, а не вся сразу. Этот способ предпочтителен при изготовлении цветных отделочных полимерцементных составов.

3. Смешивают все компоненты одновременно при наличии хорошо стабилизированных водных дисперсий полимеров. При этом смеси приготовляют так же, как и обычные бетонные смеси.

Для смешения дисперсий полимеров с цементом и заполнителем используют смесители. Бетономешалки со свободным падением смеси для этих целей непригодны. Наиболее эффективен способ тонкого смешения полимерцементных смесей с применением виброкавитационной мельницы [198], состоящей из ротора 1 (рис. 47) жестко соединенного с валом электродвигателя, вращающегося со скоростью 3000 об/мин, и статора 2. Предварительно смешанные полимер и цемент подают в мельницу через загрузочную воронку 3 с пробковым краном 4. Статор снабжен охлаждающей рубашкой 5, для поддержания в мельнице постоянного температурного режима. Рабочие поверхности ротора и статора имеют зубья 6, зазор между ними регулирует степень измельчения материала. Смесь, непрерывно поступая через воронку, подвергается истиранию в зазорах зубьев и действию кавитации между ними. При этом обеспечивается равномерное распределение частичек полимера в массе и повышаются прочностные показатели полимербетона. Смеси, содержащие дисперсии полимера, имеют повышенное вовлечение воздуха, чем обычные бетонные смеси. При получении плотных цементов для уменьшения пенообразования при смешении полимерцементных композиций рекомендуется вводить трибутилфосфат (пат. 2648645 США).

Рис. 47. Схема виброкавитационной мельницы для приготовления пенополимерцементных смесей

Эффективным теплоизоляционным материалом является [199] стиропорпенобетон – материал на осное гранулированного пенополистирола, цемента, песка и технической пены. Для устранения расслоения смеси использовался пенообразователь на основе смолы древесной омыленной (СДО) и известкового теста, которое используется в качестве стабилизатора пены. Оптимальное соотношение компонентов в пенообразователе составляет – СДО: известковое тесто: вода = 1:0,7:60. Оптимальные условия для использования пены создаются в бетонных смесях с осадкой конуса 1 см и выше. В более жестких смесях происходит значительное разрушение пены. Рекомендуемый расход материалов: гранулированный пенополистирол насыпной плотностью 30 кг/м3 - 900 л; портландцемент марки М 400 – 400 кг; песок кварцевый с Мкр = 1,25-150 кг; воды – 50 л; техническая пена кратностью 3,5 - 340 л. Технология изготовления включает: приготовление цементно-песочного раствора, введения в него пены и после перемешивания в поризованный раствор добавляют в течение 1-1,5 мин гранулированный пенополистирол. Приготовлять пенобетонную смесь целесообразно в бетоносмесителях с принудительным перемешиванием. Через 12-15 часов после окончания формования изделия в процессе твердения температура бетона повышается до 40-45 °С и сохраняется на этом уровне около 10-15 часов, затем плавно снижается в течение 4-5 часов. Это явление связано с высокими теплоизолирующими свойствами стиропорпенобетона, благодаря которым аккумулируется тепло, выделяющееся при твердении цемента, что позволяет отказаться от прогрева изделий и распалубливать формы и извлекать из них готовые детали через 1-1,5 суток твердения в нормальных условиях. Коэффициент теплопроводности полученных изделий составляет 0,15-0,2 Вт/(м×°С).

Использование вспененного полистирола вместо песка не уменьшает строительных характеристик пенобетона, улучшает теплоизоляционные свойства и обеспечивает пожаробезопасность [200].

Полимерцементная композиция (а. с. 624901 СССР, СО4В 25/02, опубл. 1976) содержит (мас. %): портландцемент – 15,8-16,0; латекс бутадиенстирольный – 7,0-7,2; песок кварцевый – 65-67; известь гидратная – 2-2,5; пигмент – 1,0-3,0; вода – 6,5-7,0.

В способе приготовления легкого бетона (пат. 3995867 США, В28С5/00, опубл. 7. 12. 1976) используют смесь, содержащую вяжущее, неорганический заполнитель и пенопласт. Дозированное количество гранул полимера из емкости для его хранения через питающее устройство подается (рис. 48) в бетоносмеситель, работающий под избыточным давлением. При этом дозированное количество гранул в питающем устройстве подвергают воздействию давления, превышающего величину давления в бетоносмесителе. Затем гранулы полимера транспортируют из питающего устройства в бетоносмеситель и вспенивают в нем полимер.

Полимербетонная композиция для отделочных работ (а. с. 833788 СССР, СО4В 25/02, опубл. 1979) включает (вес. %): поливинилацетатную дисперсию или дивинилстирольный латекс – 3,6-4,4; портландцемент белый – 16-17; известь – 2-5; кремнийорганическое соединение – 0,4-0,6; асбест хризолитовый или волокно пропиленовое – 6-10; песок кварцевый – остальное.

Рис. 48. Способ приготовления легкого бетона

Полимерцементная композиция (а. с. 1004304 СССР, СО4В 25/04, опубл. 15. 03. 1983) включает компоненты (мас. %): цемент белый – 17-20; кварцевый песок молотый – 10-12; вода – остальное. Указанные компоненты помещают поочередно в смеситель с принудительным перемешиванием в течение 3-5 мин, смесь подают в формы, после разравнивания и виброуплотнения открытую поверхность бетонных изделий заливают парафином для предотвращения испарения воды. После твердения изделия распалубливают и шлифуют.

Полимербетонная смесь для изготовления штучных изделий (а. с. 1028630 СССР, СО4В 25/02, опубл. 15. 07. 1983) включает фурфуролацетоновые связующие состава (мас. %): монофурфурилиденацетон – 21-48; дифурфурилиденацетон – 45-70; фурфурол – 5-9, при соотношении компонентов в смеси (мас. %): фурфуролацетоновые связующие – 9-12; бензолсульфокислота – 2,2-3; минеральный наполнитель – остальное.

Полимерраствор (а. с.1047869 СССР, СО4В 25/02, опубл. 15. 10. 1983) содержит следующие компоненты (мас. части): полиизоционат – 100; инициатор отверждения (головная фракция от дистилляции канифоли) – 0,5-1,5; головная фракция от дистилляции диспропорционированной канифоли – 10-35; портландцемент – 110-140; кварцевый песок – 110-140.

Состав для получения легкого бетона (а. с. 1177282 СССР, СО4В 14/02, опубл. 07. 09. 1985) содержит (вес %): цемент – 24-30; гранулы пенополистирола – 1,25-3,0; воду – 28-48; цементную пыль – 24-30; пенообразователь – 0,3-0,57; полиацетатогликоль – 0,02-0,1. Используют пенообразователь марки ПО-1А, а полиацетатогликоль – марки ПАГ – 1. Приготовление и формование смеси проводят по известной технологии получения пеномассы и совмещения ее в бетоносмесителе с отдозированными компонентами смеси. При этом целесообразно использовать предварительно обработанные гранулы пенополистирола добавкой ПАВ (полиэтиленгликолем) после их прокаливания.

В способе отделки поверхности пенобетона (заявка 60-38355 Японии, СО4В 41/65, опубл. 31. 08. 1985) к портландцементу прибавляют 55-75 частей состава, содержащего поливинилацетат, метилцеллюлозу и поливиниловый спирт, и 45-25 частей состава, включающего кварцевый песок, белый мрамор, цемент и каолиновую глину, перемешивают смесь сухим способом до получения гомогенного порошка. К смеси золей SiO2, Al2O3, и SiO2, Li2O добавляют воду с разбавлением в 15 раз. Полученный золь смешивают с порошком и наносят на поверхность пенобетона.