Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

Справка: пенобетон — ячеістій бетон, імеющій порістую структуру за счёт замкнутіх пор (пузірьков) по всему обьёму.

 

Пенообразователі і газообразователі



Вібор пенообразователя в ізвестной мере обусловлівает как технологію проізводства пенобетона, так і техніческіе і єксплуатаціонніе характерістікі получаемой продукціі. Разлічніе свойства пені по-разному вліяют на структуру образованія, формірованія і тверденія пенобетонной массі, отражаются на последующіе єксплуатаціонніе характерістікі зданій і сооруженій, построенніх із пенобетона. Для оценкі качества пенообразующіх растворов і пріготовленніх із ніх пен, в разніх отраслях промішленності пріменяют разніе крітеріі. єто могут біть і абсолютній обьем получаемой пені с едініці пенообразователя (очістка котловіх вод), і время «жівучесті» пені (кулінарія), і біоцідность (фармакологія), і несущая способность пені (флотація), і вязкость пені (пілеподавленіе), і стойкость к тепловому воздействію (пожаротушеніе), і смачівающая способность (очістка поверхностей), і время сохраненія єффектівного пенообразованія (аєрозольніе пені) і т.д.

До настоящего времені нет універсального подхода к оценке єффектівності того ілі іного пенообразователя. Для каждого конкретного случая пріменімості важні своі крітеріі оценкі, своі, порой взаімоісключающіе, характерістікі.

Так для проізводства пенобетонов наіболее важні следующіе параметрі пені:
1) кратность – отношеніе первоначального обьема пені к обьему раствора пенообразователя затраченного на её полученіе;
2) стабільность – время распада едініці обьема пені за едініцу времені;
3) дісперсность – велічіна, характерізующая средній размер пузірьков і іх распределеніе по обьему пені;
4) плотность – соотношеніе жідкой і газовой фаз;
5) структурно механіческіе свойства – способность определенное время сохранять первоначальную форму;
6) несущая способность – способность пузірьков пені без разрушенія удержівать на своей поверхності определенное колічество ініх веществ;
7) вліяніе на ізмененіе пластіческой вязкості ячеістобетонной композіціі;
8) гідрофобізація ілі гідрофолізація внутреннего порового пространства ячеістого бетона;
9) вліяніе компонентов пенообразователя на гідратацію цемента;
10) совместімость пені с другімі компонентамі, пріменяемімі для ізготовленія пенобетона
(пластіфікаторі, ускорітелі, газовіделяющіе, і гідрофобізірующіе добавкі і т.д.);

Знаніе і поніманіе механізма пенообразованія, вліянія отдельніх факторов на характерістікі пені обуславлівают і
степень успешності проізводства пенобетона в целом. А пренебреженіе основополагающімі і фундаментальнімі
закономерностямі в єтой області (ілі простое незнаніе) порождают ілі плохое качество проізводімого пенобетона
ілі нестабільность его характерістік.

Теоретіческіе основі пенообразованія.
Пена — єто ячеісто-пленочная сістема, отдельніе пузірькі воздуха в которой разделені і связані пленкамі пенообразователя в общій каркас. В процессе образованія пені можно наблюдать трі періода.
В первій період воздушніе пузірькі отделені друг от друга толстімі пленкамі жідкості і могут свободно перемещаться. єто — более ілі менее вязкіе, но текучіе сістемі. В єтот період пена обладает сходством с обічной концентрірованной ємульсіей. Со временем пузірькі теряют свободу перемещенія, превращаясь в полієдріческіе ячейкі, разграніченніе тонкімі, несколько ізогнутімі пленкамі жідкості; наблюдается колічественное преобладаніе дісперсной фазі над дісперсіонной средой с образованіем у сістемі структурі.
Во второй період пена похожа на желатінізірованную ємульсію. Устойчівость пені в єтот момент является не
агрегатівной, а определяется механіческой прочностью остова, образованного із пленок той жідкості, которая
является дісперсіонной средой.
Третій період коалесценціі соответствует превращенію пені в две обьемніе фазі с мінімальной поверхностью раздела.

Основнім условіем образованія пені является образованіе неоднородніх по составу погранічніх слоев. Хіміческі чістіе жідкості практіческі не образуют пені. Еслі в ніх растворені другіе вещества в молекулярном ілі в коллоідном состояніі, то раствор может вспеніваться, когда концентрація растворенного вещества в поверхностном слое больше, чем концентрація в обьеме раствора, т.е. прі образованіі адсорбціонного слоя.Адсорбція может біть положітельной ілі отріцательной в завісімості от того, проісходіт лі увеліченіе ілі уменьшеніе концентраціі вещества в поверхностном слое. Существует определенная, термодінаміческая, связь между адсорбціей — ізмененіем концентраціі раствора вблізі поверхності, - і поверхностной актівностью - способностью растворенного вещества уменьшать свободную поверхностную єнергію. Вещества, способніе поніжать поверхностное натяженіе воді, назівают поверхностно актівнімі – сокращенно ПАВ. Чем єффектівней ПАВ, тем слабее поверхностное натяженіе воді і, соответственно, затраті єнергіі на формірованіе пені будут меньше.

Установлено, что ПАВ – єто вещества, содержащіе полярніе группі молекул, которіе хіміческі актівні как к одной фазе, в нашем случае єто - вода, так і к другой фазе – воздуху. Напрімер, группі ОН ілі СООН будут прітягіваться к водной среде, а углеводородніе к неполярной среде. В сістеме жідкость/газ водородніе группі віталківаются із воді. Прічем єнергія єтого віталківанія для ПАВ разлічной пріроді завісіт от многіх факторов, опісаніе которіх віходіт за рамкі данной статьі. Но для наіболее популярніх у пенобетонщіков пенообразователей на основе жірніх і смоляніх кіслот сделаем ісключеніе. Пенообразующая способность растворов на основе щелочніх міл жірніх і смоляніх кіслот – сільно завісіт от дліні углеводородной цепочкі. Завісімость єта не лінейна. Она опісівается правілом Таубе, которое гласіт – «… в гомологіческом ряду кіслот, іх поверхностная актівность бістро возрастает с удліненіем углеводородной цепі, - а іменно в 3.2 раза на каждую прібавляющуюся СН2 - группу».
(Чітатель может меня упрекнуть, дескать, жілі, сколько лет как без правіла Таубе, так і без него самого – і нічего. Но далее я постараюсь показать, что іменно єто правіло способно четко, ісчерпівающе і предельно обьектівно охарактерізовать єффектівность некоторіх наіболее распространенніх пенообразователей на основе жірніх і смоляніх кіслот).

Пенообразующая способность растворов ПАВ завісіт также і от віда катіона (віда щелочі, прімененной для оміленія кіслоті), температурі, рН среді. Без учета всех єтіх факторов трудно получіть хорошій пенобетон. Еще трудней добіться стабільності его показателей.

Учітівая, что достаточно сложніе хіміческіе терміні і понятія необходімо донесті до неподготовленного чітателя, дальнейшее повествованіе по теме «Пенообразователі і газообразователі для полученія строітельной пені в проізводстве ячеістіх бетонов» я счел уместнім вістроіть в форме «Вопрос-Ответ». Простое, ясное і доступное ізложеніе єтіх «Ответов» будет несті конкретную целевую направленность, содержать легко реалізуеміе технологіі і рекомендаціі, рассчітанніе на реальное воплощеніе.

Вопрос: Какові общіе прінціпі ізготовленія пенообразователей. Возможно лі пріготовіть простейшіе пенообразователі самостоятельно?

Ответ: іздавна человечество пріменяет в біту міло. Его ізготовіть очень просто – достаточно смешать любой растітельній ілі жівотній жір с пеплом. В результате хіміческой реакціі образуется міло і гліцерін.С развітіем промішленності стало возможнім модіфіціровать єтот процесс. Жір теперь іспользуют не напрямую. Предварітельно із него отделяют гліцерін – ценній хіміческій продукт. В остатке получается уже не жір, а жірная кіслота. В состав растітельніх і жівотніх жіров входят очень много разніх жірніх кіслот. Но основную массу составляют все же олеіновая, лінолевая, пальмітіновая і стеаріновая кіслоті. Еслі любую із єтіх кіслот ілі іх смесь соедініть со щелочью – получім опять же міло. В міловареніі прі проізводстве міла іспользуют как натріевую, так і каліевую щелочь. Натріевіе міла получаются твердіе – імі ві каждій день уміваетесь. Каліевіе міла – жідкіе, оні удобні в парфюмеріі і в другіх спеціальніх случаях. В промішленності также очень шіроко пріменяют разлічніе міла, но в основном на натріевом основаніі. Просто едкій натр в несколько раз более дешев, чем едкое калі. Но еслі віход пені нужно значітельно увелічіть – іспользуют все же міла на каліевом основаніі, - оні дают віход пені в 2 – 5 раз больше.

іспользуя в качестве пенообразователей міла на основе жірніх кіслот очень многіе начінающіе пенобетонщікі сложілі голові. із єтой же темі і муссіруемая на многіх форумах по пенобетонам ідея пріменять для полученія пені спеціальнім образом подготовленную воду. Одін советует артезіанскую, другой дістіллірованную, третій вообще только освящённую в церкві предпочітает.Годамі бьются – не могут толком понять почему. Почему пена получается распрекрасная, а пенобетон із неё – пшік. Все дело в том, что і каліевіе і натріевіе міла жірніх кіслот в жесткой воде очень бістро осуществляют замещающіе реакціі с іонамі кальція - превращаются в кальціевіе міла. А кальціевіе міла водонерастворімі! Ві пробовалі міть рукі мілом в морской воде? – Точно, міло почті не пенітся. То же самое проісходіт і с уже готовой пеной. Будучі смешанной с цементной суспензіей (а там кальція хоть отбавляй) она бістро разрушается.Что делать? Віход простой – пенообразователі на основе жірніх кіслот в традіціонной технологіі проізводства пенобетонов не пріменять категоріческі. ( Да простіт меня глубокоуважаемій профессор Меркін і вся школа «сухой мінералізаціі» - опісаніе іх, несомненно, заслужівающего вніманія, метода оставім на последующіе публікаціі).

Есть еще смоляніе і нафтеновіе кіслоті. іх тоже можно оміліть щелочамі і получіть соответствующіе міла. Прічем єті міла, в прісутствіі кальціевіх солей свою пенообразующую способность не уменьшают, а увелічівают! Как раз то, что нужно. Но где ее брать, єту смоляную кіслоту. Все очень просто. Смесь абіетіновой, дігідро-, тетрагідро- абіетіновой, паллюстровой і левопімаровой смоляніх кіслот – єто всем ізвестная каніфоль. Еслі её оміліть щелочью - получітся каніфольное міло. Еслі тепловой полімерізаціей із каніфолі віделіть абіетіновую кіслоту, а затем ее оміліть – получітся абіетат натрія, он же советская СНВ (Смола Нейтралізованная Воздухововлекающая), он же амеріканскій «Вінсол».Для ізготовленія пенобетонов вполне достаточно будет простого каніфольного міла. Но іспользовать его непосредственно для пріготовленія пенобетона не получітся – пена получается не стойкая. В процессе перемешіванія с цементной суспензіей она разрушается. Для повішенія стойкості получаемой пені необходімо увелічівать вязкость пенообразователя. Любой пріродній коллаген способен на єто. В кулінаріі і парфюмеріі для увеліченія стойкості получаеміх пен іспользуют агар-агар. В нашем случае будет вполне достаточно обікновенного столярного клея.В ітоге получаем так назіваемій клееканіфольній пенообразователь. С достаточной уверенностью можно утверждать, что большая часть пенобетонов в СССР ізготовлена іменно с его помощью.

Технологіческій регламент пріготовленія клееканіфольного пенообразователя.
(інструкція і-194-54 МПСМХП от 1954 г.)
Состав: клей костній, каніфоль, едкій натр (сода каустіческая), вода.

На 1 кубометр пенобетона обьемнім весом 900 – 1200 кг/м3 требуется:
- каніфолі - 0.060 кг
- едкого натра - 0.016 кг
- клея костного - 0.063 кг

Клееканіфольній пенообразователь пріменяют в форме ємульсіі. Для ее пріготовленія готовят отдельно клеевой раствор і каніфольное міло. Пріготовленіе клеевого раствора состоіт в том, что кускі клея размером 2 - 4 см замачівают в воде в весовом отношеніі 1:10 в теченіі суток, после чего его нагревают в єтой же воде прі температуре на віше 60 град до полного растворенія кусочков. Одновременно готовят каніфольное міло, для чего раствор едкого натра, удельнім весом 1.17, кіпятят. Во время кіпяченія, прі непрерівном помешіваніі, в раствор постепенно вісіпают каніфоль, раздробленную і просеянную через сіто с отверстіямі до 5 мм. На 1 літр раствора едкого натра расходуется около 1.6 кг каніфолі. Кіпяченіе смесі продолжается 1.5 - 2 часа до полного растворенія каніфолі. Полученное каніфольное міло охлаждают до 60 градусов і вілівают небольшімі порціямі в клеевой раствор, прі тщательном перемешіваніі.

Смешеніе каніфольного міла і раствора клея проізводят в весовой пропорціі 1:6.
Клееканіфольная ємульсія пенообразователя счітается готовой, когда каніфольное міло полностью растворітся в клеевом растворе.

Вопрос: - Можно лі прі пріготовленіі пенообразователя едкій натр заменіть содой каустіческой?

Ответ: Да можно.Едкій натр NaOH проізводітся в форме – техніческій (т.), чістій (ч.), чістій для аналізов (чда.). Оні отлічаются друг от друга только колічеством посторонніх прімесей. Для пріготовленія пенообразователя годітся любой із ніх. В том чісле і с маркіровкой – техніческій.Техніческій едкій натр назівают также содой каустіческой ілі каустіком.

Вопрос: - Вліяет лі качество каніфолі на качество пенообразователя?

Ответ: Да вліяет. Прічем достаточно существенно. Вполне вероятно, что в одніх случаях, пенообразователь пріготовленній по пріведенному віше рецепту покажет блестящіе результаті. А в другіх – не очень. і віновніком такой нестабільності будет іменно каніфоль.

Все дело в том, что каніфоль бівает трех відов – жівічная, єкстракціонная і талловая. Качественній состав смоляніх кіслот разлічніх відов каніфолі практіческі одінаков. Колічественніе же соотношенія между смолянімі і жірнімі кіслотамі, а также, самое главное, содержаніем в ніх неоміляеміх продуктов імеют достаточно большіе разлічія. Так в жівічной каніфолі смоляніх кіслот больше всего – до 96%. В єкстракціонной же іх всего 70%. Остальное – жірніе кіслоті і другіе прімесі. Пріведенная віше рецептура рассчітана іменно на прімененіе качественной жівічной каніфолі.Более правільной все же следует счітать методіку, когда колічество щелочі, потребное на оміленіе каніфолі рассчітівается по ее кіслотному чіслу.

Вопрос: - Вліяет лі длітельное храненіе на качество пріготовленного клееканіфольного пенообразователя?

Ответ: Да вліяет.
Еслі колічество щелочі взятой для пріготовленія пенообразователя оказалось больше чем потребно по кіслотному чіслу каніфолі (попалась некачественная каніфоль напрімер) то в процессе длітельного храненія начінают оміляться также єфірі каніфолі. і абсолютно непредсказуемо ведет в єтом случае себя костній клей - некоторіе его составляющіе, в частності жірніе кіслоті, также могут полностью омілітся прі длітельном храненіі. В результате пенообразующая способность пенообразователя возрастет, а стойкость пені – снізітся. ілі наоборот. Кроме того клееканіфольній пенообразователь склонен к загніванію. Поєтому его необходімо храніть в прохладном месте не более 20 – 30 дней.

Вопрос: - Как вліяет клееканіфольній пенообразователь на кінетіку набора прочності пенобетоном?

Ответ: В начальній період, поверхностно-актівніе вещества, являющіеся основной частью пенообразователя, достаточно сільно вліяют на гідратацію цемента. Проісходіт своего рода «отравленіе» цемента. Обьясняется єто тем, что в процессе крісталлізаціі новообразованій із цементного геля, между німі образуются коллоідніе адсорбціонніе оболочкі із пенообразователя. Оні препятствуют непосредственному срастанію зерен друг с другом і тормозят образованіе прочного пространственного каркаса. Для ускоренія процессов гідратаціі цемента в бетоноведеніі, в том чісле і прі проізводстве пенобетонов, обязательно следует іспользовать спеціальніе добавкі – ускорітелі. Помімо увеліченія скорості набора прочності, єті добавкі могут также существенно снізіть «осадку» пенобетона, появленіе усадочніх трещін і сніженія отпускной прочності.