Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы (стр. 46 )

Теплоизоляционный материал (заявка 1215742 Японии, СОЗС 11/00, опубл. 29. 08. 1989) получают на основе стеклобоя в качестве основного компонента с добавками Al2O3, бентонита и растворимого стекла в качестве пенообразователя. В другом варианте (заявка 1208346 Японии, СОЗС 27/12, опубл. 22. 08. 1989) порошок боя стекла, к которому добавляют порошок алюминия, кварцевый песок и другие, загружают в форму, сверху накладывают проволочную сетку и спекают материал, причем стекломасса заполняет ячейки сетки.

В способе непрерывного производства формованного пеностекла (заявка 3941732 ФРГ, СОЗВ 19/08,опубл. 12. 07. 1990) используют стеклобой, силикат натрия, минеральные вещества, смешанные силикаты, стеклообразователи, плавни и пенообразователи. Для снижения температуры размягчения стекла его смешивают с водным раствором остальных компонентов в присутствии связок, обеспечивающих гранулирование шихты.

На 100 частей стекла приходится от 5 до 85 частей суммы остальных компонентов. Смешение производится при 90 ºC, вспенивание в интервале 700-900 ºC, охлаждение до 50 ºC. Силикат натрия должен иметь модуль 3,2-3,6. В качестве плавня используется тетраборат натрия. Растворяемый силикат натрия добавляется в стеклообразующее борное сырье (тетраборат) и/или кернит, и/или сульфат цинка, и/или доменные шлаки, и/или карбонаты щелочно-земельных металлов, и/или оксиды металлов в количестве 0,2-20 %. Порообразователями служат разорит и/или меласса, и/или сахар, и/или сульфат цинка, и/или глицерин, и/или гликоль в количестве до 15 %.

Состав для изготовления вспученного материала (пат. 2173674 России, СО4В 28/26, опубл. 13. 08. 1998) содержит (масс. %): жидкое стекло 47-92; измельченный пеносиликат 5-18; наполнитель тонкоизмельченный минеральный 0,1-43; гелеобразователь, включающий олеиновую кислоту 0,02-0,04 и насыщенный водный раствор сахара 1-3.

При изготовлении вспученного материала смешивают жидкое стекло, пеносиликат, наполнитель и гелеобразователь, полученную смесь гранулируют в экструдере, гранулы подсушивают на воздухе в течение 2 часов или в сушилке при t > 100 ºC в течение 30 мин, укладывают в перфорированную металлическую форму и вспучивают в замкнутом объеме формы в печи при t = 400-500 ºC в течение 30-80мин. В варианте реализации получаемый при гранулировании бисер фиксируют в растворе CaCl2, высушивают при 50-70 ºC до конечной влажности 30-35 %.

Для повышения служебных характеристик жидкого стекла [234] его можно обрабатывать в электролизере (Стекло и керамика, 1991, №4, С.3-4) с повышением текучести в 2 раза и клеющей способности в 1,5-2 раза, также увеличивается значение рН.

С целью повышения теплового сопротивления ограждающих конструкций используют многослойные панели с полимерными утеплителями. Однако, такое решение не учитывает долговечности таких утеплителей и возможности выделения ими в процессе пожара токсичных продуктов сгорания. Для повышения теплового сопротивления ограждений рациональным является использование высокопористых неорганических композиций (ВНК), изготовленных полностью на неорганической основе или с введением небольшого количества (до 4 %) полимерных модификаторов. В связи с этим, предлагается [235] утеплитель “Силаст” на основе жидкого стекла, получаемый в установке для производства ВНК, содержащей (рис. 55, а): 1 - бак-смеситель; 2 - перемешивающее устройство; 3 - фильтр; 4 - бак для пенообразователя; 5 - пеногенератор; 6 - пневматический пульт распределения; 7 - распыливающая форсунка-смеситель; 8 - раздатчик-гомогенизатор, 9 - бак для технологических добавок; 10 - компрессор. При работе цементная суспензия готовится в баке 1, туда же могут подаваться полимерные добавки. Раствор пенообразователя заливается в бак 4. После приготовления суспензии в баки подается сжатый воздух от компрессора 10. При установлении рабочего давления открываются соответствующие краны на пульте управление, и в пеногенератор 5 подается сжатый воздух и раствор пенообразователя из бака 4. В пеногенераторе 5 формируется пена, которая направляется в раздатчик 8. Туда же направляется цементная суспензия, которая распыляется на форсунке 7 и впрыскивается в пену. В распылительную форсунку может направляться технологическая добавка из бака 9. В раздатчике смесь интенсивно перемешивается и заливается в утепляемую полость или форму. За счет действия технологических добавок, ВНК через 5-15 мин приобретают структурную прочность, которая не позволяет сформированной пористой структуре разрушаться. При этом вводимые технологические добавки из бака 9 и полимерные добавки, вводимые вместе с цементом, ускоряют твердение и придают ВНК повышенную прочность. По данной технологии возможно получение ТИ материалов на различных вяжущих (портландцементах, магнезиальных и жидкостекольных вяжущих и высокоглиноземистых цементах).

Рис. 55. Схема для производства высокопористой неорганической композиции (а) и кинетика параметров твердения и структурообразования этой композиции (б)

В соответствии с традиционными представлениями реакции твердения большинства неорганических строительных вяжущих как воздушных, так и гидравлических, протекают на границе раздела твердой фазы. В общем виде кривая А (рис. 55, б) кинетики твердения проходит следующие этапы. В течение индукционного периода 0-1 происходит активация поверхности раздела, формирование на ней термодинамических и структурных условий для начала образования новой фазы и начинается растворение продуктов новообразований. Реакция при этом протекает медленно и многие физические свойства вяжущей композиции, в частности ее вязкость, остаются практически неизменными. На участке 1-2 в жидкой фазе происходит появление зародышей новообразований, их рост и слияние, что сопровождается ростом структурной вязкости композиции. В целом данный участок характеризует протекание кинетической части реакции. Завершение процесса формирования новообразований характеризуется замедлением реакции и переходом в диффузионную фазу (2-3), то есть дальнейшие процессы взаимодействия реагирующих веществ протекают через поверхность раздела вновь образовавшейся твердой фазы. В высокопористой неорганической композиции параллельно протекают процессы формирования пористой структуры и ее разрушение. Поведение такой композиции схематично представлено кривой В. Формирование пористой структуры производится в течении индукционного периода (участок ОК кривой В). При этом если период пеноустойчивости (участок KL) меньше индукционного периода пористой композиции, то произойдет ее разрушение. Если же период пеноустойчивости (участок KN), превосходит индукционный период, то на кинетическом участке (кривая А), произойдет фиксация сформированной пористой структуры с последующим нормальным ее твердением. Вышеприведенный анализ показывает, что возможны два пути формирования пористой структуры: повышение пеноустойчивости и уменьшение индукционного периода твердения композиции. Характер твердения композиции с коротким индукционным периодом схематично иллюстрируется кривой С (рис. 55, б), согласно которой реализуются различные варианты пенобетонной технологии. Однако при заливке монолитных объектов композициями с большим индукционным периодом твердения происходит вытекание раствора через любые щели опалубки. Высокий гидростатический напор такой ВНК приводит к раздуву заливаемой опалубки, а если осуществляется заливка блоков в стационарных условиях, то данное обстоятельство резко снижает оборачиваемость формовочной оснастки. С практической точки зрения, индукционный период твердения ВНК не должен превышать 30 мин, а в идеале - 5 мин. Применительно к цементным композициям для снижения индукционного периода твердения возможно применение известных ускорителей. Однако во многих технологиях пена вводится в перемешиваемое цементно-песчаное тесто, с последующей перекачкой пенобетонной смеси насосами в заливаемую полость. Причем введение эффективных ускорителей в пенобетон может привести к забивке перекачивающего насоса и транспортировочных шлангов. Наиболее эффективным механизмом предотвращения разрушения ВНК на стадии свежего пенообразования является введение добавок, предотвращающих отток жидкости из пленок. Можно выделить несколько групп стабилизаторов пористой структуры ВНК, реализующих данный механизм: мелкодисперсные добавки, способные поглощать большое количество воды; органические добавки, повышающие вязкость жидкости внутри пленок (протеин, сапонин); добавки, способные поглощать большое количество кристаллизационной влаги. Добавки, способные создать в цементной композиции соединения из третьей группы организуются [235], когда в цементный клинкер при помоле вводится дигидрат сульфата кальция, являющийся замедлителем твердения цемента, а для ускорения твердения можно нейтрализовать действие гипса, связав его в другие химические соединения поглощающие воду. При этом связывание дигидрата сульфата кальция помимо стабилизации пористой структуры приводит к общему ускорению твердения композиции, так как алюминатная С3А и ферритная С4АF фазы клинкера начинают быстрее гидратироваться. Известно, что наилучшими соединениями, в которые может быть преобразован дигидрат сульфата кальция, являются гидросульфоалюминаты кальция или алюмокалиевые квасцы, поскольку одна молекула гидросульфоалюмината кальция способна связать 31 молекулу воды, а алюмокалиевые квасцы - 14 молекул. Для сокращения индукционного периода необходимо создавать данные соединения сразу после смешения цементной суспензии с пеной. Минимальный индукционный период достигается при стехиометрическом соотношении дигидрата сульфата кальция, содержащегося в цементе, и добавки, что приводит к образованию в композиции эттингита или алюмокалиевых квасцов. Получение ТИ ВНК с плотностью 200 кг/м³ на чисто цементной основе с высокими физико-механическими характеристиками затруднено, поскольку при производстве вместе с водой затворения и пеной в систему вводится большое количество воды (В/Ц = 0,8-0,9), что препятствует формированию прочной структуры. Для повышения свойств ТИ ВНК может использоваться: активация цементного теста при перемешивании, введение типовых пластификаторов и высокомолекулярных полимеров. При этом перед смешением цементной суспензии с пеной в суспензию вводится упрочняющая добавка и с водой затворения могут также вводится ускоряющие добавки. При твердении в структуре ВНК формируются зародыши новообразований, отличающиеся от структуры цементной композиции. Зародыши новообразований блокируются высокомолекулярным полимером, не позволяющим сформироваться крупнокристаллической структуре. В результате в стенках ВНК образуется мелкокристаллическая полимерсиликатная композиция, обладающая высокой когезионной прочностью.