Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы (стр. 5 )

Лучше, чтобы пористый заполнитель находился в пенобетонной массе как бы во взвешенном состоянии и составлял приблизительно 20 % объёма пеношлакобетона [37], а размер зёрен заполнителя, например для доменного шлака составлял от 5 до 20 мм [62]. Однако прочность, необходимую для стеновых панелей, можно получить лишь при объёмном весе вспененного раствора порядка 1500 кг/м3. Для снижения объёмного веса лёгкого бетона предлагается [63]: 1) максимально насыщать бетон крупным пористым заполнителем, например за счёт послойной заливки пенобетонной массы в заранее уложенный в формы пористый заполнитель (так называемое раздельное бетонирование), в результате зёрна заполнителя в бетоне плотно примыкают друг к другу; 2) применять пенобетонную массу, состоящую из тонкомолотых компонентов.

При получении изделий из керамзитогазобетона по принципу раздельного бетонирования из вяжущего, молотого песка и газообразователя готовят газобетонную массу и заливают в форму на половину высоты, а затем в форму под давлением вибрации засыпают керамзитовый гравий. Чтобы керамзит не всплыл в процессе вспучивания газобетонной массы и чтобы удобнее срезать «горбушку», формы прикрывают сеткой. Применение воздухововлекающих добавок (СНВ, ГК, ЦНИИПС-1 и других) позволяет [64] при изготовлении керамзитобетона несколько уменьшить объёмный вес керамзитобетона, увеличить подвижность керамзитобетонной смеси при уменьшенном расходе керамзитового песка. Дальнейшим развитием является технология производства термозитопенобетона на пенообразователях из древесного омыленного пека и сульфидноспиртовой барды [62]. При этом пенобетонная масса готовится без предварительного взбивания пены в растворомешалке с повышенным числом оборотов лопастей или в пенобетономешалке. Затем в другом смесителе пенобетонная масса перемешивается с термозитовым щебнем, и панели, отформованные из готовой смеси, пропариваются на стендах. Для уменьшения больших усадочных деформаций в пенобетоне воздушного твердения в пенобетонную массу добавляют пористые заполнители (природную пемзу и керамзит) в количестве 1 м3 на 1 м3 бетона. Таким образом, разновидности поризованных лёгких бетонов можно разделить в зависимости от способов поризации на три основные группы: 1) беспесчанные, поризованные пены; 2) беспесчанные (или с песком), поризованные газообразующей добавкой; 3) на песке, поризованные воздухововлекающими добавками.

При получении поризованных лёгких бетонов возможны следующие способы поризации цементного камня при помощи пенообразующих веществ, обеспечивающие наименьший объёмный вес при слитном строении бетона [62]:

1. Поризация легкобетонных смесей путём добавления пенообразующих веществ при перемешивании смесей. Добавление пенообразующей добавки ЦНИПС-1 в количестве 0,1-0,3 % от веса цемента в обычную шлакобетонную смесь при её перемешивании в растворомешалке (n = 60 об/мин) привело к уменьшению объёмного объёма шлакобетона всего на 6-8 %, но прочность снизилась ~ на 40 %. Аналогичные результаты получаются при введении пенообразующей добавки ГК (заводская марка ПО-6), а при добавлении мылонафта прочность снижается в 2-3 раза. Для того, чтобы максимально использовать пенообразующие свойства рассмотренных добавок, время перемешивания смеси необходимо увеличивать до 12-15 мин. Поэтому данный способ введения пенообразующих добавок с целью уменьшения объёмного веса можно считать неоптимальным, хотя и весьма простым.

2. Поризация легкобетонной смеси с применением пены при перемешивании смесей. При этом пену добавляют в обычную керамзитобетонную смесь, приготовленную на дробленном керамзитовом песке. При расходе пенообразователя ГК 7-9 л/м3 объёмный вес бетона снизился с 1400 до 800 кг/м3. При перемешивании керамзитобетонной смеси с пеной в течение 5-6 мин значительное её количество (40-50 %) разрушается песком. Однако сокращение времени перемешивания до 2-3 мин приводит к неравномерной минерализации пены вяжущим и к уменьшению однородности поризованной смеси. Поэтому данный способ не может быть рекомендован, хотя и позволяет получать высокопластичную удобоформуемую смесь. Для уменьшения расхода цемента и увеличения прочности керамзитобетона, получаемого этим способом с применением пропаривания, можно использовать золу в качестве добавки к цементу, и при общем их расходе 350-400 кг/м3 объёмный вес поризованного бетона составляет 750-850 кг/м3.

3. Перемешивание цементного теста с пеной, а затем – поризованного теста с пористым заполнителем. При этом, предварительно приготавливается пенобетонная масса оптимального состава, а затем она перемешивается с пористыми заполнителями. Наиболее равномерно распределяются пористые заполнители в пенобетонной массе, когда расход заполнителей на 1 м3 готового бетоны превышает 0,7 м3 и объёмный вес заполнителей в куске по своей величине близок к объёмному весу пенобетонной массы. При перемешивании пористых заполнителей с пенобетонной массой она несколько уплотняется за счёт разрушения ячеистой структуры и отсоса воды из пористого цементного теста в поры заполнителя. К более значительному разрушению пористой структуры пенобетонной массы приводит перемешивание её с пористыми заполнителями, в которых имеется пористый песок, и при этом увеличивается объёмный вес затвердевшего бетона и расходы вяжущего и пенообразователя. Следовательно, чтобы получить поризованные лёгкие бетоны путём перемешивания пористых заполнителей с пенобетонной массой, предпочтительнее применять заполнители, не содержащие песка.

4. Получение поризованного цементного теста (пенобетонной массы) перемешиванием пенообразующего вещества, воды и вяжущего (без предварительного приготовления пены) с последующим добавлением пористого заполнителя. Введение минерализаторов в водный раствор пенообразователей перед приготовлением пены, например в виде небольшого количества пылевидных минерализующих добавок, увеличивает прочность, вязкость и стойкость пены [63]. Если добавкой служат вяжущее вещество и пылевидный кремнезёмистый компонент, то пенобетонную массу можно рассматривать как сильно минерализованную пену. Для ускорения вспенивания смесь необходимо перемешивать в пеновзбивателе или пенобетономешалке при скорости вращения лопастей более 240 об/мин. Если для получения пены применяют дегтеизвестковый пенообразователь следующего состава (в % по весу): смола сосновая (галипот) - 2, ССБ - 3, известь негашеная молотая - 30, вода - 65, то вместо извести в этом пенообразователе можно использовать обычный портландцемент, известково-песчанное или цементно-зольное вяжущее и при этом качество пены почти не изменится. Например, для получения пеносиликата исходную пеносиликатную массу можно готовить из смеси следующих материалов (в % по весу): смола сосновая - 1; ССБ - 1; известково-песчанное вяжущее (с соотношением известь: песок равным 1:2) - 55; вода - 43, при водовяжущем отношении - 0,78. Однако для приготовления поризованной легкобетонной смеси необходимо иметь два смесителя: один для получения пенобетонной массы, а другой – для перемешивания её с пористым заполнителем.

Пенообразователи для получения из них пены приготовляют согласно «Инструкции по технологии изготовления изделий из автоклавного ячеистого бетона» ССН 277-64. Пена считается удовлетворительного качества, если беспесчанный поризованный лёгкий бетон приобретает слитное строение при расходе концентрированного пенообразователя не более 5 л и расходе портландцемента – не более 350 кг на 1 м3 бетона.

2.2.Структура и свойства пен

Для получения устойчивых пен жидкая фаза должна содержать по крайне мере два компонента, один из которых обладает поверхностно-активными свойствами и способен адсорбироваться на межфазной поверхности. Пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из ячеек- пузырьков газа (или пара), разделенных пленками жидкости. Пены, в которых дисперсной средой является твердое вещество, образуются при отверждении растворов или расплавов насыщенных газом. Структура пен определяется в основном соотношением объемов газовой и жидкой фаз, поэтому ячейки пены могут иметь сферическую или многогранную (полиэдрическую) форму. Например, ячейки пены принимают форму, близкую к сферической, если объем газовой фазы превышает объем жидкости не более чем в 10-20 раз, причем пленки пузырьков имеют относительно большую толщину. Если соотношение объемов газовой и жидкой фаз больше 20 и они разделены тонкими жидкими пленками, то их ячейки представляют собой многогранники. Причем в процессе старения пен шарообразная форма пузырьков превращается в многогранную [65].

Плато сформулировал [65] следующие геометрические правила, определяющие структуру пены: в каждом ребре многогранника - ячейки сходятся 3 пленки, углы между которыми равны и составляют , причем места стыков пленок (ребра многогранников) характеризуются утолщениями, называемыми каналами Плато-Гиббса, образующими в поперечном сечение треугольник и представляющие собой взаимно связанную систему, пронизывающую весь каркас пены; в одной точке сходятся четыре канала Плато, образуя одинаковые углы в 109°28¢. Истечение жидкости в пузырьке пены приводит к уменьшению поперечного сечения каналов Плато, следствием чего является возникновение градиента капиллярного давления. Под действием разности давлений в пленках пены происходят капиллярные явления: всасывание междупленочной жидкости, а также диффузия газа между пузырьками. Процесс всасывания представляет собой течение жидкости по каналам Плато в сторону утолщенных участков, которые находятся под меньшим давлением.

Механизм образования пузырька пены заключается [66] в формировании адсорбционного слоя на межфазной поверхности газообразного или парообразного включения в жидкой среде, содержащей ПАВ. Скорость формирования этого слоя определяется скоростью диффузии молекул ПАВ из глубины раствора к поверхности включения. При выходе пузырька на поверхность раствора он окружается двойным слоем ориентированных молекул.

Для характеристики пенных систем используют следующие параметры:

1. Пенообразующая способность раствора или вспениваемость - это количество пены, выражаемое ее объемом (в мл) или высотой столба (в мм), которое образуется из постоянного объема раствора при соблюдении определенных условий в течение данного времени.