ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПЕНОБЕТОНОВ
FOAMING AGENT FOR FOAMED CONCRETE

Изобретение относится к области получения стойких пен, которые используются в промышленности строительных материалов для получения поризованных материалов на основе различных вяжущих веществ: цемента, гипса, сажи, глины, а также фибры и других волокон.
Известен пенообразователь, используемый в промышленности строительных материалов, который содержит следующие компоненты, мас.%:
алкилсульфаты фракции С<sub>10</sub>-С<sub>11</sub>
10÷30
высшие жирные спирты фракции C<sub>12</sub>-C<sub>16</sub>
0,5÷5,0
мочевина
10÷30
бутанол
5÷15
вода
до 100
(Авторское свидетельство №1291585, бюл. №7,1987 г.)
Недостатком этого пенообразователя является низкая кратность пены, вызывающая повышенный расход пенообразователя, который отрицательно влияет на свойства пенобетонных изделия, а также вызывает большое водоотделение из бетонного теста в начальный период времени.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пенообразователь, включающий следующие компоненты, мас.%:
вторичные алкилсульфаты натрия фракции C<sub>10</sub>-C<sub>16</sub>
10÷26
высшие жирные спирты фракции C<sub>12</sub>-C<sub>16</sub>
0,1÷5,0
мочевина
1,0÷8,0
бутанол
0,5÷5,5
КООС (кубовые остатки органического синтеза)
0,5÷10,0
глицерин
0,5÷5,5
пластификатор
0,2÷8,5
ускоритель схватывания и твердения
0,5÷6,0
вода
до 100
(Патент №2150447, бюл. №16, 10.06.2000)
Недостатком этого технического решения является повышенное водоотделение в начальный период времени приготовления пенобетонного теста (34%), низкая устойчивость к вытеканию жидкости (синерезису), а также недоступность компонента КООС (кубовые остатки органического синтеза N-винилпирролидона, 1,4бутандиола, поливинилпирролидона, γ-бутиролактона, N-метилпирролидона и др.) в России из-за ликвидации этих производств. Поэтому организация производства пенобетонов с указанными характеристиками не представляется возможным.
Задача технического решения - получение устойчивой мелкодисперсной пены высокой плотности, ее несущей способности с повышенным временем синерезиса, а также уменьшение расхода пенообразователя с целью улучшения эксплуатационных характеристик пенобетона (например, прочности).
12
14
12
14
Поставленная задача решается за счет того, что пенообразователь, включающий первичные алкилсульфаты натрия фракции С-С, высшие жирные спирты фракции C-C, карбамид, бутанол, глицерин, желатину, ускоритель схватывания и твердения, умягчитель жесткой воды, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Первичные алкилсульфаты натрия C<sub>12</sub>-C<sub>14</sub>
18,0-22,0
Высшие жирные спирты фракции С<sub>12</sub>-С<sub>14</sub>
3,0-5,5
Карбамид
9,0-10,0
Бутанол
5,0-10,0
Глицерин
5,0-10,0
Желатина
2,0-5,0
Ускоритель схватывания и твердения
0,5-10,0
Умягчитель жесткой волы
0,0-1,0
Вода
до 100,0
3
Пенообразователь приведенного состава увеличивает время жизни пены за счет введения желатины (денатурированного коллагена соединительных тканей), способствует образованию устойчивой мелкодисперсной пены высокой плотности (62÷75 г/дм), повышению вязкости пленок в пузырьках пены, увеличению ее несущей способности и времени синерезиса (до 12,5 мин). Применяется техническая желатина Т-4 и Т-7.
Кроме того, глицерин увеличивает кратность пены, повышает вязкость смеси, способствует также получению мелкодисперсной пены, активно влияет на процессы гидратации в бетоне.
В качестве ускорителя схватывания и твердения могут применяться нитрит натрия, моноэтаноламин (они еще и ингибиторы коррозии), а также сульфаты двух- и трехвалентных металлов. Предложенный предел введения этого ускорителя объясняется тем, что в противном случае уменьшается вспениваемость.
Карбамид (мочевина) повышает стойкость пены на воздухе и огнестойкость композиции, но в больших количествах снижает пластичность пенобетонного теста.
В качестве умягчителя жесткой воды рекомендуется использовать трилон Б, фосфаты натрия и др.
Технология приготовления осуществляется в три стадии: приготовление пены в пеногенераторе, приготовление цементно-песчаного раствора и введение пены в жидкое бетонное тесто. Для приготовления пены концентрат пенообразователя и воду дозируют по объему в смеситель. Готовый раствор перемещают в пеногенератор для получения пены. В бетоносмесителе готовят цементно-песчаную растворную смесь. Затем туда же подается пена и перемешивается в течение 3-5 минут. Далее посредством гибкого рукава транспортируется в формы или опалубку.
Пример конкретного выполнения:
Портландцемент марки 500 в количестве 800 г перемешивают с 950 г кварцевого песка в сухом состоянии, затем добавляют воду - 380 г и перемешивают до получения однородной массы (теста). Одновременно в пеногенераторе получают пену, загружая смесь из 532 г воды и 14 г пенообразователя состава (вариант №4 табл.1), мас.%:
Первичные алкилсульфаты натрия С<sub>12</sub>-С<sub>14</sub>
21,0
Высшие жирные спирты фракции С<sub>12</sub>-С<sub>14</sub>
3,0
Карбамид
9,0
Бутанол
6,0
Глицерин
9,0
Желатина
5,0
Ускоритель схватывания и твердения
6,0
Умягчитель жесткой воды
0,5
Вода
40,5
Затем полученную пену тщательно перемешивают с цементно-песчаным тестом в течение 5 минут и заливают в формы 10×10×10 см и после выдержки в течение 16 часов пропаривают при 80°C в течение 8 часов. Затем охлаждают до комнатной температуры и выдерживают 4 часа при 20±5°C. Далее определяют характеристики пенобетона через 4 ч и 28 суток.
Примеры составов пенообразователей приведены в таблице 1, характеристики свойств пены - в таблице 2. Результаты испытаний пеноблоков на прочность при сжатии представлены в таблице 3.
Таблица 2.
Характеристика свойств пены
Состав пенообразователя
Кратность пены
Плотность пены, г/дм<sup>3</sup>
Синерезис (время выделения первой капли жидкости из пены), мин
Водоотделение через 1 час, %
1
16,0
62,5
6,7
30,0
2
16,6
60,3
7,5
30,2
3
15,6
64,0
6,5
31,0
4
14,4
74,7
12,0
22,3
5
13,5
74,0
8,0
25,0
6
15,9
63,0
9,0
25,0
7
13,4
75,0
12,5
22,0
8
16,4
61,0
8,0
31,0
9
15,9
62,0
8,0
30,0
10
16,2
61,8
8,5
30,0
прототип
21,2
47,0
5,2
34,0
По норм. тех. док. для низкократных пен
Не более 20,0
60-80
Не менее 8,0
Не более 50,0
Таблица 3.
Характеристика пеноблоков
Характеристика пенобетона
Пенобетон 800-900 кг/м<sup>3</sup> с использованием пенообразователя
Известного (прототип)
Предлагаемого
1
2
3
4
5
6
7
8
Состав пенобетона на 1 м<sup>3</sup>:
Портландцемент, кг
420
410
420
420
420
410
420
400
410
Кварцевый песок, кг
420
200
180
180
180
150
160
160
150
Пенообразователь (≤2%-ный водный раствор), л
50
60
57
52
50
49
47
45
40
Вода, л
145
150
160
160
160
160
150
160
160
Предел прочности при сжатии через 4 часа после пропарки, МПа
3,8
3,8
3,9
3,9
3,9
3,8
3,9
3,6
3,6
То же через 28 суток
5,1
5,3
5,5
5,7
6
5,8
6
5,8
6
3
3
При использовании пенообразователя указанного состава процесс изготовления пенобетонов становится технологичнее. Время выделения первой капли жидкости из пены увеличивается до 8÷12 минут (по известному - 5,2 мин), возрастает плотность пены до 60÷75 г/дм (по прототипу 47 г/дм). За счет увеличения времени синерезиса увеличивается временной интервал для выполнения технологических операций. Кроме того, присутствие в композиции желатины стабилизирует пену и не позволяет оседать ей в процессе схватывания и пропарки.
Кратность пены на предлагаемом пенообразователе может регулироваться с помощью его дозировки в цементный состав. Экспериментально доказано, что наиболее низкие концентрации пенообразователя ≤2% обеспечивают повышение прочности пенобетона. Поэтому в предлагаемом техническом решении расчет по количеству вводимого пенообразователя выполняют исходя из концентрации ≤2%.
Уникальность пены, полученной на основе предложенного состава, состоит в устойчивой микропористой структуре, а также в том, что она способна сохранять пористость в смеси с цементно-песчаным тестом до затвердения без изменения объема.
Пеноблоки, полученные с использованием предложенного пенообразователя, отличаются высокими теплоизолирующими свойствами, обусловленные равномерностью распределения пор одинаковых размеров по всему массиву. Поры имеют почти 100%-ную закрытость, то есть в поры не проникает вода. Прочность пеноблоков находится на уровне мировых стандартов и составляет через 28 суток 5,5÷6,0 МПа.