ИЗОЛЯЦИОННЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ ПЕНОМАТЕРИАЛ
INSULATING MINERAL FOAM MATERIAL

Настоящее изобретение относится к способу получения изоляционных минеральных пеноматериалов на основе цемента, к минеральным пеноматериалам, полученным таким способом, и к строительным изделиям, включающим эти пеноматериалы.
3
3
3
Как правило, минеральный пеноматериал является весьма предпочтительным для многих приложений благодаря своим теплоизоляционным свойствам. Минеральный пеноматериал представляет собой материал в форме пеноматериала. Этот материал, как правило, имеет меньшую плотность, чем типичный бетон, благодаря своим порам или пустым пространствам. Он также известен как цементный пеноматериал. Эти поры или пустые пространства образуются вследствие присутствия воздуха в минеральном пеноматериале, и они могут существовать в форме пузырьков. Используя 1 м исходного материала, можно изготовить приблизительно 5 м конечного продукта, то есть материала, в котором 20% составляет материал и 80% составляет воздух (этому соответствует изделие, у которого плотность составляет приблизительно 400 кг/м).
Когда из минерального пеноматериала отливают изделие, имеющее значительную высоту, минеральный пеноматериал может оседать вследствие недостаточной устойчивости минерального пеноматериала в процессе затвердевания. Эти проблемы осадки пеноматериала могут возникать вследствие явления коалесценции, явления созревания Освальда (Ostwald) или явления обезвоживания, причем последнее явление преобладает, в частности, вследствие силы тяжести.
Таким образом, затруднение в изготовлении минеральных пеноматериалов заключается в том, чтобы получить устойчивый минеральный пеноматериал, который уменьшает эти проблемы осадки. Однако известные способы не могут обеспечивать достаточно устойчивые минеральные пеноматериалы.
Для выполнения требований пользователей возникла необходимость в поиске новых способов получения минерального пеноматериала, который является высокоустойчивым, другими словами, сохраняет свою устойчивость при любой заданной высоте отливки.
Таким образом, проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в том, чтобы найти способ получения устойчивого минерального пеноматериала, который не оседает или оседает лишь незначительно при вертикальной отливке пеноматериала.
3
Настоящее изобретение относится к способу получения минерального пеноматериала, имеющего плотность от 100 до 600 кг/м и полученного из вспененного цементного раствора, а также к минеральному пеноматериалу, полученному данным способом.
Согласно следующему отличительному признаку настоящего изобретения минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве строительного материала или изоляционного материала. Например, минеральный пеноматериал можно заливать между двумя панелями гипсокартона, или между двумя кирпичными стенами, или между двумя несущими нагрузку бетонными стенами.
Настоящее изобретение также относится к строительным изделиям, включающим минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение предназначено для создания нового способа, имеющего одну или несколько из следующих характеристик:
- способ является универсальным, другими словами, он делает возможным получение устойчивого минерального пеноматериала из цемента любого типа;
- способ легко осуществляется;
- способ можно легко перенести на любое место или рабочее место;
- способ делает возможным получение минерального пеноматериала в непрерывном режиме. Таким образом, становится возможным осуществление непрерывного производства минерального пеноматериала и отливки этого пеноматериала.
Настоящее изобретение также предназначено для создания новых минеральных пеноматериалов, которые имеют одну или несколько из следующих характеристик:
- минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению имеет превосходные свойства устойчивости. В частности, становится возможным получение пеноматериала, который не оседает или оседает лишь незначительно, когда данный пеноматериал отливается вертикально или со значительной высоты. Например, минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению не оседает или оседает лишь незначительно, когда его отливают вертикально с высоты, составляющей более чем или равной 2 м;
- минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению имеет превосходные термические свойства и, в частности, очень низкую теплопроводность. Оказывается в высокой степени желательным уменьшение теплопроводности строительных материалов, поскольку это делает возможным обеспечение экономии тепловой энергии в жилых помещениях и административных зданиях. Кроме того, это уменьшение делает возможным сокращение термических мостиков, в частности, при строительстве зданий высотой, имеющих несколько этажей, и проектное использование внутренней теплоизоляция, в частности, термические мостики сокращаются на промежуточных этажах.
Способ
Настоящее изобретение относится к способу получения минерального пеноматериала, включающему следующие стадии:
(i) отдельное изготовление одного или нескольких цементных растворов и водного раствора пенообразователя, для которого медианный диаметр (D50) пузырьков составляет менее чем или равняется 400 мкм;
(ii) гомогенизация этого или этих цементных растворов с водным раствором пенообразователя для получения вспененного цементного раствора;
(iii) заливка вспененного цементного раствора и его выдерживание для затвердевания.
Способ получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению можно использовать в системе прерывистого или непрерывного действия.
На стадии (i) раствор или растворы можно изготавливать с использованием смесителей, обычно используемых для изготовления цементных растворов. Это может быть смеситель для растворов, смеситель для цементного дозатора, смеситель, описанный в параграфе 4.4 европейского стандарта NF EN 196-1 (апрель 2006 г.), или ударное устройство с планетарным движением.
Раствор или растворы можно изготавливать путем введения в смеситель разнообразных порошковых материалов. Порошки смешивают для получения гомогенной смеси. После этого вода поступает в смеситель. После этого поступают минеральные частицы, добавки, например, снижающее водопотребность вещество, пластификатор, суперпластификатор или замедлитель, если они присутствуют в составе минерального пеноматериала. Полученную пасту перемешивают для получения цементного раствора смеси цементных растворов.
Когда сульфат кальция присутствует в процессе изготовления цементного раствора, он предпочтительно поступает до или после поступления воды. В частности, сульфат кальция не поступает в процессе изготовления содержащего алюминат кальция цементного раствора.
Предпочтительно раствор или растворы перемешивают с использованием дефлокулирующей лопасти в течение всего осуществления способа получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению.
Цементные растворы можно изготавливать непрерывно, используя способ согласно настоящему изобретению.
Полное водоцементное отношение вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, составляет предпочтительно от 0,25 до 0,5 и предпочтительнее от 0,3 до 0,45. Это полное водоцементное отношение может изменяться, например, вследствие водопотребности минеральных частиц, когда они используются. Это полное водоцементное отношение определяется как отношение массы воды (W) к полной массе цемента (C).
На стадии (i) водный раствор пенообразователя можно изготавливать путем смешивания воды и пенообразователя и последующего введения газа. Этот газ предпочтительно представляет собой воздух.
Введение воздуха можно осуществлять путем перемешивания, барботирования или впрыскивания под давлением.
Предпочтительно водный раствор пенообразователя можно изготавливать, используя турбулентное пенообразующее устройство (например, слой стеклянных шариков). Пенообразующее устройство такого типа делает возможным введение воздуха под давлением в водный раствор, содержащий пенообразователь.
Водный раствор пенообразователя можно изготавливать непрерывно, используя способ согласно настоящему изобретению.
Полученный водный раствор пенообразователя содержит воздушные пузырьки, у которых медианный диаметр (D50) составляет менее чем или равняется 400 мкм, предпочтительно от 100 до 400 мкм и предпочтительнее от 150 до 300 мкм.
Предпочтительно полученный водный раствор пенообразователя содержит воздушные пузырьки, у которых D50 составляет 250 мкм.
Медианный диаметр пузырьков измеряется методом обратного рассеяния. Используемое устройство представляет собой прибор Turbiscan Online, который поставляет компания Formulaction. Измерения обратного рассеяния делают возможной оценку значения D50 для пузырьков в водном растворе пенообразователя по заранее известному объемному содержанию пузырьков и показателю преломления раствора пенообразователя.
На стадии (ii) раствор или цементные растворы можно гомогенизировать с водным раствором пенообразователя, используя любое приспособление, чтобы получать вспененный цементный раствор.
Предпочтительно стадия (ii) способа согласно настоящему изобретению может включать введение цементного раствора или растворов и водного раствора пенообразователя в статический смеситель для получения вспененного цементного раствора.

Подходящие статические смесители согласно настоящему изобретению предпочтительно содержат элементы в форме пропеллера, чтобы осуществлять полное радиальное перемешивание и последовательное разделение потока для каждого сочетания жидкостей и газа. Подходящие статические смесители согласно настоящему изобретению предпочтительно содержат спиральные элементы, которые придают радиальную скорость текучей среде, которая направляется поочередно к стенке смесителя, а затем к его центру. Последовательные сочетания элементов, направленных по часовой стрелке и против часовой стрелки, обеспечивают изменение направления и разделение потока. Эти два действия в сочетании повышают эффективность перемешивания. Предпочтительно статический смеситель, используемый в способе согласно настоящему изобретению, представляет собой смеситель, который своим действием разделяет непрерывный поток цементного раствора и поток водного раствора пенообразователя. Гомогенность смеси зависит от числа разделений. В способе согласно настоящему изобретению предпочтительно используются 16 элементов, чтобы обеспечивать хорошую гомогенность. Подходящие статические смесители для способа согласно настоящему изобретению предпочтительно представляют собой смесители, продаваемые под фирменным наименованием Kenics.
Согласно более конкретному варианту осуществления цементный раствор перекачивается при точной объемной скорости потока, которая зависит от целевого состава вспененного цементного раствора. После этого данный цементный раствор объединяется с водным раствором пенообразователя, который уже циркулирует в технологическом контуре. Таким образом, получается вспененный цементный раствор согласно настоящему изобретению. Этот вспененный цементный раствор заливают и оставляют для затвердевания.
Согласно варианту 1 стадия (i) способа получения согласно настоящему изобретению может включать изготовление двух цементных растворов, один из которых представляет собой содержащий алюминат кальция цементный раствор.
Согласно данному варианту 1 способ получения согласно настоящему изобретению может включать следующие стадии:
- отдельное изготовление цементного раствора, содержащего алюминат кальция цементного раствора и водного раствора пенообразователя;
- объединение цементного раствора и содержащего алюминат кальция цементного раствора для получения третьего цементного раствора;
- гомогенизация полученного третьего цементного раствора и водного раствора пенообразователя для получения вспененного цементного раствора;
- заливка вспененного цементного раствора и его выдерживание для затвердевания.
Согласно конкретному случаю варианта 1 цементный раствор можно сначала объединять с водным раствором пенообразователя, получая вспененную смесь. Затем эту вспененную смесь объединяют с содержащим алюминат кальция цементным раствором, используя смеситель, чтобы получать вспененный цементный раствор согласно настоящему изобретению. Этот вспененный цементный раствор заливают и оставляют до затвердевания. Смеситель, используемый для объединения вспененной смеси и содержащего алюминат кальция цементного раствора, предпочтительно представляет собой статический смеситель.
Предпочтительно для способа согласно настоящему изобретению не требуется стадия обработки в автоклаве, или стадия отверждения, или стадия термической обработки, например, термическая обработка при температуре от 60 до 80°C, чтобы получать минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению.
Минеральные пеноматериалы согласно настоящему изобретению
Настоящее изобретение также относится к минеральному пеноматериалу, получаемому способом согласно настоящему изобретению.
3
Минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению может иметь плотность от 100 до 600 кг/м.
3
3
3
Минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению имеет плотность, составляющую предпочтительно от 100 до 550 кг/м, предпочтительнее от 150 до 450 кг/м и наиболее предпочтительно от 150 до 300 кг/м. Следует отметить, что плотность вспененного цементного раствора (плотность во влажном состоянии) и плотность минерального пеноматериала (плотность затвердевшего материала) являются различными.
Настоящее изобретение обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению является очень легким и, в частности, имеет очень низкую плотность.
2
Настоящее изобретение обеспечивает следующее преимущество, заключающееся в том, что минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению имеет превосходные свойства устойчивости. В частности, оказывается возможным получение пеноматериала, который не оседает или проявляет весьма незначительную осадку, когда этот пеноматериал отливают с высоты, составляющей, по меньшей мере, 1 м, на площадь 30 см, и у которого распределение плотности материала изменяется не более чем на 11%, предпочтительно не более чем на 5% и предпочтительнее не более чем на 2%.
Настоящее изобретение обеспечивает следующее преимущество, заключающееся в том, что минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению имеет превосходные термические свойства и, в частности, очень низкую теплопроводность. Теплопроводность, которая также обозначается буквой лямбда (λ), представляет собой физическую величину, характеризующую поведение материалов в процессе передачи тепла путем проводимости. Теплопроводность представляет собой количество тепла, перенесенное через единицу поверхности за единицу времени под действием градиента температуры. В международной системе единиц теплопроводность выражается в ваттах, деленных на метр и на кельвин (Вт/(м⋅К)). Типичные или традиционные бетоны имеют значения теплопроводности, составляющие от 1,3 до 2,1, в результате измерений при температуре 23°C и относительной влажности 50%. Теплопроводность минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению составляет от 0,05 до 0,5 Вт/(м⋅К), предпочтительно от 0,08 до 0,3 Вт/(м⋅К), предпочтительнее от 0,08 до 0,2 Вт/(м⋅К) и наиболее предпочтительно от 0,08 до 0,18 Вт/(м⋅К).
Настоящее изобретение обеспечивает следующее преимущество, заключающееся в том, что минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению имеет хорошие механические свойства и, в частности, хорошую прочность при сжатии по сравнению с известными минеральными пеноматериалами. Прочность при сжатии минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению составляет от 0,1 до 10 МПа, предпочтительно от 0,1 до 8 МПа и предпочтительнее от 0,2 до 4 МПа.
Вариант 1 минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению
Согласно первому варианту минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно получать из вспененного цементного раствора, включающего, по отношению к массе вспененного цементного раствора, по меньшей мере (мас.%):
- от 20 до 70% цемента;
- от 1 до 5% сульфата кальция;
- от 0,5 до 10% содержащего алюминат кальция цемента;
- от 0,05 до 3% снижающего водопотребность вещества, пластификатора или суперпластификатора;
- от 0,001 до 0,5% замедлителя;
- от 0,1 до 5% пенообразователя;
- от 15 до 40% воды;
причем
соотношение содержащего алюминат кальция цемента и сульфата кальция, выраженное в массовых процентах, составляет от 0,5 до 2,5;
соотношение сульфата кальция и цемента, выраженное в массовых процентах ,составляет от 0,03 до 0,09.
Подходящий цемент для вспененного цементного раствора, который требуется для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, предпочтительно представляет собой один из цементов, описанных в европейском стандарте NF EN 197-1 (февраль 2001 г.) или их смесь. Предпочтительный цемент, используемый согласно настоящему изобретению, представляет собой портландцемент CEM I в чистом виде или в смеси с другими цементами, например, с цементами, которые описывает европейский стандарт NF EN 197-1 (февраль 2001 г.).
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 30 до 55% и предпочтительно от 30 до 51% цемента по отношению к массе вспененного цементного раствора.
4
2
4
2
4
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, может содержать сульфат кальция. Сульфат кальция, используемый согласно настоящему изобретению, представляет собой гипс (дигидрат сульфата кальция CaSO⋅2HO), полугидрат (CaSO⋅1/2HO), ангидрит (безводный сульфат кальция CaSO) или их смесь. Гипс и ангидрит существуют в природном состоянии. Можно также использовать сульфат кальция, изготовленный как побочный продукт в определенных промышленных процессах.
12
7
3
11
7
2

Подходящий содержащий алюминат кальция цемент для вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, как правило, представляет собой цемент, включающий минералогические фазы , CA, CA, CA или CACaF или их смеси, например, цементы Fondu, сульфоалюминатные цементы, содержащие алюминат кальция цементы согласно стандарту NF EN 14647 (декабрь 2006 г.), цементы, полученные из клинкера согласно описанию в международной патентной заявке WO 2006/018569, или их смеси. Подходящий содержащий алюминат кальция цемент для вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, может присутствовать в кристаллической форме или в аморфной форме.

Предпочтительный содержащий алюминат кальция цемент согласно настоящему изобретению представляет собой цемент Fondu.
Предпочтительный вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит от 0,5 до 7% и предпочтительно от 1 до 5% содержащего алюминат кальция цемента по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Соотношение содержащего алюминат кальция цемента и сульфата кальция, выраженное в массовых процентах и определенное для вспененного цементного раствора, из которого изготавливают минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению, составляет предпочтительно от 0,6 до 2,2 и предпочтительнее от 0,8 до 2.
Соотношение сульфата кальция и цемента, выраженное в массовых процентах и определенное для вспененного цементного раствора, из которого изготавливают минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению, составляет предпочтительно от 0,04 до 0,08 и предпочтительнее от 0,05 до 0,07.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит снижающее водопотребность вещество, пластификатор или суперпластификатор. Снижающее водопотребность вещество делает возможным уменьшение количества используемой в смеси воды для данной технологичности, как правило, на 10-15%. В качестве примера снижающих водопотребность веществ можно упомянуть лигносульфонаты, гидроксикарбоновые кислоты, углеводы и другие специфические органические соединения, например, такие как глицерин, поливиниловый спирт, алюминометилсиликонат натрия, сульфаниловая кислота и казеин, как описывает «Справочник добавок к бетону», V. S. Ramachandran, Noyes Publications, 1984 г.
Суперпластификаторы составляют новый класс снижающих водопотребность веществ и способны снижать приблизительно на 30 мас.% содержание используемой для смешивания воды, которое обеспечивает заданную технологичность. В качестве примера суперпластификатора можно отметить суперпластификаторы PCP без пеногасителя. Термин «PCP» или «полиоксиполикарбоксилат» согласно настоящему изобретению следует понимать как сополимер акриловой кислоты или метакриловой кислоты и соответствующих сложных эфиров полиоксиэтилена (POE). Кроме того, можно упомянуть диспергаторы, имеющие различную эффективность.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 0,05 до 1% и предпочтительнее 0,05 до 0,5% снижающего водопотребность вещества, пластификатора или суперпластификатора, что выражено в массовых процентах по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Когда в растворе используется снижающее водопотребность вещество, пластификатор или суперпластификатор, его количество приводится как количество активного материала в растворе.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, не содержит пеногаситель или какое-либо вещество, обладающее свойством дестабилизации эмульсии воздуха и жидкости. Определенные промышленные суперпластификаторы могут содержать пеногасители, и, следовательно, эти суперпластификаторы не являются подходящими для вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, включает замедлитель. Этот замедлитель соответствует определению замедлителя, упомянутого в европейском стандарте EN 934-2 (сентябрь 2002 г.).
В качестве замедлителя, используемого согласно настоящему изобретению, могут быть выбраны:
- сахара и производные продукты, в частности сахароза, глюкоза, понижающие потребность в сахаре вещества (например, лактоза или мальтоза), целлобиоза, галактоза или производные продукты, например, глюколактон;
- карбоновые кислоты или их соли, в частности глюконовая кислота, глюконат, винная кислота, лимонная кислота, галловая кислота, глюкогептоновая кислота, сахарная кислота или салициловая кислота. Соответствующие соли включают, например, соли аммония, соли щелочных металлов (например, соли натрия или соли калия), соли щелочноземельных металлов (например, соли кальция или соли магния).
Однако могут быть также использованы другие кислоты и соли;
- фосфоновые кислоты и их соли, в частности аминотри(метиленфосфоновая) кислота, пентанатриевая соль аминотри(метиленфосфоновой) кислоты, гексаметилендиаминтетра(метиленфосфоновая) кислота, диэтилентриаминпента(метиленфосфоновая кислота и их натриевые соли);
- фосфаты и их производные;
- соли цинка, в частности оксид цинка, борат цинка и растворимые соли цинка (нитрат, хлорид);
- борная кислота, бораты, в частности борат цинка, и соли бора;
- смеси этих соединений.
Предпочтительный замедлитель представляет собой карбоновую кислоту или соль карбоновой кислоты. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения замедлитель представляет собой лимонную кислоту или ее соль.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения замедлитель, используемый для вспененного цементного раствора согласно настоящему изобретению, представляет собой смесь карбоновой кислоты и фосфоновой кислоты или смесь соответствующих солей.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 0,005 до 0,2% и предпочтительнее от 0,01 до 0,1% замедлителя по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит пенообразователь. Как правило, пенообразователь представляет собой соединение, которое модифицирует поверхностное натяжение между двумя поверхностями, и который, в частности, снижает поверхностное натяжение на границе раздела между жидкостью и газом, между жидкостью и твердым веществом или между двумя жидкостями. Такое соединение также называется термином «поверхностно-активное вещество».
В качестве пенообразователя, используемого согласно настоящему изобретению, могут быть выбраны ионные, неионные, амфифильные или амфотерные пенообразователи, которые используются в чистом виде или в смесях.
Что касается ионных поверхностно-активных веществ, можно упомянуть следующие неограничительные примеры: простые алкилэфирсульфонаты, простые гидроксиалкилэфирсульфонаты, альфа-олефинсульфонаты, алкилбензолсульфонаты, сложные алкилэфирсульфонаты, простые алкилэфирсульфаты, простые гидроксиалкилэфирсульфаты, альфа-олефинсульфаты, алкилбензолсульфаты, алкиламидсульфаты, а также их алкоксилированные производные (в частности, этоксилированные производные (EO) и/или пропоксилированные производные (PO)) или их смеси.
Что касается ионных поверхностно-активных веществ, можно также упомянуть следующие неограничительные примеры: соли насыщенных или ненасыщенный жирных кислот (например, таких как лауриновая кислота, пальмитиновая кислота или стеариновая кислота) и/или их алкоксилированные производные, в частности, производные (EO) и/или (PO), алкилглицеринсульфонаты, сульфонированные поликарбоновые кислоты, парафинсульфонаты, N-алкил N-алкилтаураты, алкилфосфаты, алкилсукцинаматы, алкилсульфосукцинаты, сложные моноэфиры или диэфиры сульфосукцинатов, сульфаты алкилглюкозидов, например, соединения в форме кислоты или в форме лактона, а также производные 17-гидроксиоктадеценовой кислоты.
Что касается неионных поверхностно-активных веществ, можно упомянуть следующие неограничительные примеры: этоксилированные жирные кислоты, алкоксилированные алкилфенолы (в частности, производные (EO) и/или (PO)), алифатические спирты, более конкретно спирты C8-C22, продукты, получаемые в результате конденсации этиленоксида или пропиленоксида с пропиленгликолем или этиленгликолем, продукты, получаемые в результате конденсации этиленоксида или пропиленоксида с этилендиамином, амиды алкоксилированных жирных кислот (в частности, производные (EO) и/или (PO)), алкоксилированные амины (в частности, производные (EO) и/или (PO)), алкоксилированные амидоамины (в частности, производные (EO) и/или (PO)), аминоксиды, алкоксилированные терпеновые углеводороды (в частности, производные (EO) и/или (PO)), алкилполиглюкозиды, полимеры или амфифильные олигомеры, этоксилированные спирты, сложные эфиры сорбита или сложные эфиры оксиэтилированного сорбита.
Что касается амфотерных поверхностно-активных веществ, можно упомянуть следующие неограничительные примеры: бетаины, производные имидазолина, полипептиды или липоаминокислоты. Более конкретно в качестве подходящих бетаинов согласно настоящему изобретению можно выбирать кокамидопропилбетаин, додецилбетаин, гексадецилбетаин и октадецилбетаин.
Согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения неионный пенообразователь может сочетаться, по меньшей мере, с одним анионным пенообразователем.
Что касается амфифильных поверхностно-активных веществ, можно упомянуть следующие неограничительные примеры: полимеры, олигомеры или сополимеры, которые, по меньшей мере, смешиваются с водной фазой.
Амфифильные полимеры или олигомеры могут иметь статистическое распределение или многоблочное распределение.
В качестве амфифильных полимеров или олигомеров, используемых согласно настоящему изобретению, выбираются блок-полимеры, включающие, по меньшей мере, один гидрофильный блок и, по меньшей мере, один гидрофобный блок, причем гидрофильный блок образует, по меньшей мере, один неионный и/или анионный мономер.
В качестве примера можно упомянуть следующие амфифильные полимеры или олигомеры: полисахариды, имеющие гидрофобные группы, в частности, алкильные группы, полиэтиленгликоль и соответствующие производные.
В качестве примера можно также упомянуть следующие амфифильные полимеры или олигомеры: трехблочные полимеры типа полигидроксистеарат/полиэтиленгликоль/полигидроксистеарат или гидрофобные полиакриламиды.
Неионные амфифильные полимеры и более конкретно алкоксилированные полимеры, в частности, производные (EO) и/или (PO), предпочтительнее выбирают из полимеров, у которых, по меньшей мере, одна часть (составляющая, по меньшей мере, 50 мас.%) смешивается с водой.
В качестве примерных полимеров такого типа, помимо прочих, можно упомянуть следующие полимеры: трехблочный полимер типа полиэтиленгликоль/полипропиленгликоль/полиэтиленгликоль.
Предпочтительный пенообразователь, используемый согласно настоящему изобретению, представляет собой белок, в частности белок животного происхождения, более конкретно кератин.
Предпочтительный пенообразователь, используемый согласно настоящему изобретению, представляет собой белок с молекулярной массой от 1000 до 50000 дальтон.
Предпочтительные поверхностно-активные вещества, используемые согласно настоящему изобретению, представляют собой неионные и анионные поверхностно-активные вещества.
Пенообразователь используется согласно настоящему изобретению в концентрации, составляющей предпочтительно от 0,15 до 1% и предпочтительнее от 0,20 до 0,85% массы пенообразователя по отношению к массе вспененного цементного раствора. Еще предпочтительнее вспененный цементный раствор содержит, по меньшей мере, 0,1% пенообразователя по отношению к массе вспененного цементного раствора. Наиболее предпочтительно вспененный цементный раствор содержит, по меньшей мере, 0,3% пенообразователя по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, может дополнительно содержать минеральные частицы.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, может содержать предпочтительно от 15 до 50%, предпочтительнее от 15 до 40% и наиболее предпочтительно от 20 до 35% минеральных частиц, что представляет собой процентное содержание по отношению к массе вспененного цементного раствора.
В качестве подходящих минеральных частиц для вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, выбираются карбонат кальция, диоксид кремния, молотое стекло, сплошные или полые стеклянные шарики, стеклянные гранулы, пеностеклянные порошки, аэрогели диоксида кремния, микрочастицы диоксида кремния, шлаки, молотые осадочные силикатные пески, летучая зола или пуццолановые материалы или их смеси.
Минеральные частицы, используемые согласно настоящему изобретению, могут представлять собой следующие: пуццолановые материалы, например, согласно определению в параграфе 5.2.3 европейского стандарта NF EN 197-1 (февраль 2001 г.); микрочастицы диоксида кремния, например, согласно определению в параграфе 5.2.7 европейского стандарта NF EN 197-1 (февраль 2001 г.); шлаки, например, согласно определению в параграфе 5.2.2 европейского стандарта NF EN 197-1 (февраль 2001 г.); материалы, содержащие карбонат кальция, например, известняк, например, согласно определению в параграфе 5.2.6 европейского стандарта NF EN 197-1 (февраль 2001 г.); силикатные добавки, например, определенные в разделе «Бетон» стандарта NF P 18-509; летучая зола согласно определению в параграфе 5.2.4 европейского стандарта NF EN 197-1 (февраль 2001 г.) или их смеси.
Летучая зола, как правило, содержит пылевидные частицы, которые попадают в дым от тепловых электростанций, использующих угольное топливо. Летучая зола, как правило, отделяется методами электростатического или механического осаждения.
Химический состав летучей золы зависит, главным образом, от химического состава несгоревшего угля и от процесса, используемого на тепловой электростанции, где образуется эта зола. Ее минералогический состав также зависит от тех же факторов. Летучая зола, используемая согласно настоящему изобретению, может иметь состав на основе кремния или кальция.
Шлаки, как правило, образуются при быстром охлаждения расплавленной окалины, получаемой в результате плавления железной руды в доменной печи.
Шлаки, используемые согласно настоящему изобретению, можно выбирать из гранулированных шлаков доменной печи согласно параграфу 5.2.2 стандарта EN 1.97-1 (февраль 2001 г.).
Микрочастицы диоксида кремния, используемые согласно настоящему изобретению, могут представлять собой материал, полученный посредством восстановления кварца очень высокого качества углем в электродуговой печи, используемой для изготовления кремния и сплавов типа ферросилиция. Микрочастицы диоксида кремния, как правило, образуются из сферических частиц, содержащих, по меньшей мере, 85 мас.% аморфного диоксида кремния.
Предпочтительно микрочастицы диоксида кремния, используемые согласно настоящему изобретению, можно выбирать из микрочастиц диоксида кремния согласно параграфу 5.2.7 европейского стандарта NF EN 197-1 (февраль 2001 г.).
Пуццолановые материалы, используемые согласно настоящему изобретению, могут представлять собой природные силикатные и/или алюмосиликатные материалы или их сочетания. В числе пуццолановых материалов можно упомянуть природные пуццоланы, которые, как правило, представляют собой материалы вулканического происхождения или осадочные горные породы, а также природные обожженные пуццоланы, которые представляют собой материалы вулканического происхождения, глины, сланцы или термически активированные осадочные горные породы.
Предпочтительно в качестве пуццолановых материалов, используемых согласно настоящему изобретению, можно выбирать пуццолановые материалы согласно параграфу 5.2.3 европейского стандарта EN 1.97-1 (февраль 2001 г.).
Предпочтительные минеральные частицы, используемые согласно настоящему изобретению, могут представлять собой известняковые порошки, и/или шлаки, и/или летучую золу, и/или микрочастицы диоксида кремния. Предпочтительные минеральные частицы, используемые согласно настоящему изобретению, представляют собой известняковые порошки и/или шлаки.
Другие подходящие минеральные частицы для вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, представляют собой известковые, силикатные или известково-силикатные порошки или их смеси.
Подходящие минеральные частицы для вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, могут поступать частично или полностью из цемента, когда он представляет собой смешанный цемент.
Средний размер подходящих минеральных частиц для вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, предпочтительно составляет от 0,1 до 500 мкм, например, от 0,1 до 250 мкм. Медианный размер D50 минеральных частиц составляет предпочтительно от 0,1 до 150 мкм и предпочтительнее от 0,1 до 100 мкм.
Согласно варианту осуществления минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, может дополнительно содержать загуститель.
Термин «загуститель» согласно настоящему изобретению, как правило, следует понимать как означающий любое соединение, которое делает возможным сохранение гетерогенных физических фаз в равновесии или способствует этому равновесию.
Подходящие загустители согласно настоящему изобретению предпочтительно представляют собой камеди, целлюлозу или ее производные, например, такие как простые эфиры целлюлозы или карбоксиметилцеллюлоза, крахмал или соответствующие производные, желатин, агар, каррагинаны или бентонитовые глины.
В качестве подходящих камедей, используемых как загустители согласно настоящему изобретению, предпочтительно выбираются камеди, источниками которых являются акация, трагакант, бобы рожкового дерева, декстран, диутан, геллан, гуар, склероглюкан, ксантан, веллан. Термин «камедь» согласно настоящему изобретению, как правило, означает растительные выделения или внеклеточные выделения микробиологического происхождения.
Предпочтительный вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно варианту 1 настоящего изобретения, не содержит имеющие низкую плотность агрегаты, которые описывает европейский стандарт NF EN 206-1 (апрель 2004 г.), например, перлит. Кроме того, этот раствор не содержит имеющие низкую плотность наполнители, например, шарики из полистирола.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 20 до 35% воды по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Другие добавки можно также вводить во вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, например, цветные пигменты, гидрофобные вещества или очищающие вещества (например, цеолиты или диоксид титана).
Вариант 2 минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению
Согласно второму варианту настоящего изобретения минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно получать из вспененного цементного раствора, включающего, по отношению к массе вспененного цементного раствора, по меньшей мере (мас.%):
- от 30 до 75% цемента;
- от 10 до 70% тонкодисперсных минеральных частиц, у которых D50 составляет менее чем или равняется 5 мкм;
- от 0 до 15% ультрадисперсных минеральных частиц, у которых D50 составляет менее чем или равняется 1 мкм;
- от 0,05 до 3% снижающего водопотребность вещества, пластификатора или суперпластификатора;
- от 0,0001 до 1% замедлителя;
- от 0 до 0,1% загустителя;
- от 0,01 до 5% пенообразователя;
- от 0 до 0,5% сульфатов щелочных металлов;
- от 0 до 1% ускорителя;
- от 10 до 70% воды;
причем соотношение тонкодисперсных минеральных частиц и цемента, выраженное в массовых процентах, составляет от 0,27 до 0,6;
соотношение ультрадисперсных минеральных частиц и тонкодисперсных минеральных частиц, выраженное в массовых процентах, составляет от 0 до 0,5.
Подходящий цемент для вспененного цементного раствора, используемого для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, предпочтительно представляет собой цемент, который описывает европейский стандарт NF EN 197-1 (февраль 2001 г.), или их смеси. Предпочтительный и подходящий цемент согласно настоящему изобретению представляет собой портландцемент CEM I, используемый в чистом виде или в смеси с другими цементами, например, такими, которые описывает европейский стандарт NF EN 197-1 (февраль 2001 г.). Кроме того, является подходящим цемент CEM III.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 35 до 60% и предпочтительнее от 40 до 60% цемента.
Подходящие тонкодисперсные минеральные частицы согласно настоящему изобретению, у которых D50 составляет менее чем или равняется 5 мкм, могут поступать из одного или нескольких материалов, в качестве которых выбираются летучая зола, пуццоланы (природные и искусственные), известняковые порошки, силикатные порошки, известь, сульфат кальция (в частности, гипс в безводной или полугидратной формах) и шлаки.
v
Медианный диаметр D50, также обозначаемый D50, соответствует пятидесятому перцентилю распределения объема частиц по размеру, то есть составляющие 50% объема частицы имеют размер, который составляет менее чем или равняется D50, и составляющие 50% объема частицы имеют размер, который составляет более чем D50.
Значение D50 тонкодисперсных частиц согласно настоящему изобретению составляет менее чем или равняется 5 мкм, предпочтительно составляет от 1 до 4 мкм и предпочтительнее составляет от 1,5 до 3 мкм.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 15 до 60% и предпочтительнее от 15 до 40% тонкодисперсных минеральных частиц по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 0 до 8% ультрадисперсных минеральных частиц, предпочтительно  от 2 до 6%, мас.% по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Подходящие ультрадисперсные минеральные частицы, используемые согласно настоящему изобретению, у которых D50 составляет менее чем 1 мкм, могут поступать из одного или нескольких материалов, в качестве которых выбираются известняковые порошки, осажденные карбонаты кальция, природные и искусственные пуццоланы, брикеты пемзы, измельченная летучая зола, измельченный материал гидратированного или карбонизированного силикатного гидравлического связующего вещества и соответствующие смеси или продукты совместного помола в сухой форме. Термин «измельченный материал гидратированного или карбонизированного силикатного гидравлического связующего вещества» означает, в частности, продукты, которые описывает французский патент FR 2708592.
Медианный диаметр ультрадисперсных минеральных частиц, используемых согласно настоящему изобретению, составляет менее чем или равняется 1 мкм, составляя предпочтительно от 10 до 500 нм и предпочтительнее от 50 до 200 нм.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 0,001 до 0,5% замедлителя по отношению к массе вспененного цементного раствора. Описание, представленное выше в настоящем документе в отношении выбора замедлителя, распространяется на минеральный пеноматериал согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно  от 0,001 до 0,01% загустителя, мас.% по отношению к массе вспененного цементного раствора. Описание, представленное выше в настоящем документе в отношении выбора загустителя, распространяется на минеральный пеноматериал согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно 0,03 до 1% пенообразователя, мас.% по отношению к массе вспененного цементного раствора. Описание, представленное выше в настоящем документе в отношении выбора пенообразователя, распространяется на минеральный пеноматериал согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 0,05 до 0,8% ускорителя по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Подходящий ускоритель согласно настоящему изобретению может поступать из одной или нескольких солей, в качестве которых выбираются:
- соли кальция, соли калия и соли натрия, в которых анион может представлять собой нитрат, нитрит, хлорид, формиат, тиоцианат, сульфат, бромид, карбонат или их смеси;
- силикаты и алюминаты щелочных металлов, например, силикат натрия, силикат калия, алюминат натрия, алюминат калия или их смеси;
- соли алюминия, например, сульфат алюминия, нитрат алюминия, хлорид алюминия, гидроксид алюминия или их смеси;
или их смеси.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит предпочтительно от 15 до 40% воды по отношению к массе вспененного цементного раствора.
Описание, представленное выше в настоящем документе в отношении выбора снижающего водопотребность вещества, пластификатора или суперпластификатора, распространяется на минеральный пеноматериал согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения.
Другие добавки можно также вводить во вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, например, цветные пигменты, гидрофобные вещества или очищающие вещества (например, цеолиты или диоксид титана).
Вариант 3 минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению
Согласно третьему варианту настоящего изобретения минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно получать из вспененного цементного раствора, включающего, по отношению к массе вспененного цементного раствора, по меньшей мере (мас.%):
- от 30 до 75% цемента, полученного из клинкера, включающего, по меньшей мере, одну минералогическую фазу ;
- от 0,05 до 3% снижающего водопотребность вещества, пластификатора или суперпластификатора;
- от 0 до 0,1% загустителя;
- от 0,01 до 5% пенообразователя;
- от 0,00001 до 0,01% соли лития;
- от 10 до 70% воды.
4
2
4
2
4
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, может содержать сульфат кальция. Сульфат кальция, используемый согласно настоящему изобретению, представляет собой гипс (дигидрат сульфата кальция CaSO⋅2HO), полугидрат (CaSO⋅1/2HO), ангидрит (безводный сульфат кальция CaSO) или их смесь. Гипс и ангидрит существуют в природном состоянии. Можно также использовать сульфат кальция, изготовленный как побочный продукт в определенных промышленных процессах.
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, может содержать соль лития, в качестве которой выбирается карбонат лития, гидроксид лития, хлорид лития, нитрат лития, сульфат лития, фторид лития и цитрат лития.
2
3
12
7
3
5
4
2
4
11
7
2
Вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, содержит цемент, полученный из клинкера, включающего, по меньшей мере, одну минералогическую фазу . Он может представлять собой цемент, изготовленный из клинкера, который описан в международной патентной заявке WO 2006/018569, или цемент, полученный из клинкера, включающего, по меньшей мере, одну минералогическую фазу  и необязательно одну фазу из минералогических фаз CS, CS, CA, CA, Ca(SiO)SO или CACaF или их смеси.
Описание, представленное выше в настоящем документе в отношении выбора снижающего водопотребность вещества, пластификатора или суперпластификатора, загуститель и пенообразователь, распространяется на минеральный пеноматериал согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения.
Другие добавки можно также вводить во вспененный цементный раствор, используемый для получения минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению, например, цветные пигменты, гидрофобные вещества или очищающие вещества (например, цеолиты или диоксид титана).
Использование
Минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению может представлять собой бетон, который предварительно отливают на рабочем месте, товарный бетон или бетон, изготовленный на заводе, производящем предварительно отлитые изделия. Предпочтительный минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению представляет собой товарный бетон.
Минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно также изготавливать непосредственно на рабочем месте посредством установки пенообразующей системы на рабочем месте.
Настоящее изобретение также относится к использованию минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению в качестве строительного материала.
Минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно использовать в процессе отливки стен на рабочем месте.
Минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно использовать для подстилающего слоя строительного раствора. Подстилающий слой строительного раствора представляет собой покровный слой, который делает возможным покрытие каналов для инженерных коммуникаций на несущем перекрытии перед укладкой нагреваемого напольного покрытия и перед литьем стяжки. Использование минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению в качестве подстилающего слоя строительного раствора делает возможным покрытие каналов для инженерных коммуникаций в течение одной стадии и теплоизоляцию нагреваемого напольного покрытия плиты. Этот способ согласно настоящему изобретению делает возможным исключение стадии укладки дополнительного изоляционного слоя между подстилающим слоем строительного раствора и нагреваемым напольным покрытием.
Настоящее изобретение также относится к использованию минерального пеноматериала согласно настоящему изобретению в качестве строительного материала.
Предпочтительный минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению делает возможным в определенных случаях замену стекловаты, минеральной ваты или изоляционного материала из полистирола.
Предпочтительный минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно использовать, чтобы заполнять пустоты или полые пространства, которые содержат строения, стены, перегородки, полы или потолки. В таком случае этот материал используется в качестве материала-заполнителя.
Предпочтительный минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве фасадного облицовочного материала для изоляции здания от окружающей среды. В таком случае минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно покрывать отделочным материалом.
Настоящее изобретение также относится к системе, включающей минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению. Минеральный пеноматериал может присутствовать в системе, например, в качестве строительного материала. Система согласно настоящему изобретению представляет собой систему, способную препятствовать переносу воздуха, а также переносу тепла и влаги; другими словами, данное изделие имеет регулируемую проницаемость по отношению к переносу воздуха или воды в форме пара или жидкости.
Система согласно настоящему изобретению, которая препятствует переносу воздуха, а также переносу тепла и влаги и используется в области строительства, включает, по меньшей мере, раму. Эта рама может быть вторичной или первичной. Для изготовления этой рамы могут быть использованы металлы, цементные волокна, лесоматериалы, композитные материалы или синтетические материалы. Данную раму может представлять собой металлическая конструкция, стойка или направляющая.
Систему согласно настоящему изобретению можно использовать для изготовления покрытия, изоляционной системы или перегородки, например, разделительной перегородки, распределительной перегородки или внутренней перегородки.
Минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению можно отливать вертикально между двумя стенами, например, между двумя бетонными стенами или двумя штукатурными плитами, чтобы получать систему.
Настоящее изобретение также относится к строительному изделию, включающему минеральный пеноматериал согласно настоящему изобретению.
Примеры
Лазерный гранулометрический метод
В данном описании, включая сопровождающую формулу настоящего изобретения, распределения частиц по размерам и размеры частиц измеряли, используя лазерный гранулометр Malvern MS2000. Измерения осуществляли в этаноле. Источник света представлял собой красный гелий-неоновый лазер (632 нм) и синий диод (466 нм). Оптическая модель представляла собой модель Ми (Mie), а расчетная матрица относилась к полидисперсному типу.
Устройство проверяли перед каждым рабочим сеансом, используя стандартный образец (диоксид кремния Sibelco C10), для которого является известным распределение частиц по размерам.
Измерения осуществляли, используя следующие параметры: скорость вращения насоса 2300 об/мин и скорость вращения смесителя 800 об/мин. Образец вводили для получения затемнения от 10 и 20%. Измерения осуществляли после стабилизации затемнения. Ультразвук на уровне 80% сначала применяли в течение одной минуты, чтобы обеспечивать деагломерацию образца. Приблизительно через 30 секунд (для возможного выхода воздушных пузырьков) измерение осуществляли в течение 15 секунд (15000 проанализированных изображений). Без опустошения ячейки измерения повторяли, по меньшей мере, дважды, чтобы обеспечить устойчивость результата удаления возможных пузырьков.
Все значения, приведенные в настоящем описании, и указанные интервалы соответствуют средним значениям, полученным с помощью ультразвука.
Частицы, размеры которых составляли более чем 200 нм, как правило, определяли посредством просеивания.
Материалы
Цемент представлял собой портландцемент CEM I 52.5 R с цементного завода компании Lafarge (Гавр), номер партии LHY-4062.
Сульфат кальция представлял собой молотый безводный сульфат кальция с завода компании Etex (Пен).
Содержащий алюминат кальция цемент представлял собой цемент Fondu от компании Pyrallis.
Пластификатор представлял собой смесь, содержащую поликарбоксилатполиоксид (PCP) под фирменным наименованием Chrysolab EPB 530-017 от компании Chryso; его основу составлял материал Premia 180, в котором не содержался пеногаситель.
Замедлитель представлял собой чистую безводную лимонную кислоту от компании Verre Labo Mula.
Пенообразователь представлял собой животный белок Propump 26 от компании Propump; молекулярная масса Propump 26 составляет 6000 дальтон.
Минеральные частицы представляли собой карбонат кальция, поставляемый компанией OMYA под следующими фирменными наименованиями:
- Betocarb HP Entrains, где D50 составляет 7,8 мкм и максимальный размер частиц составляет 200 мкм (номер партии ADD-0549);
- Durcal 1, где D50 составляет 2,5 мкм и максимальный размер частиц составляет 20 мкм (номер партии ADD-0613);
- Durcal 1, где D50 составляет 3,5 мкм и максимальный размер частиц составляет 20 мкм (номер партии ADD-00662);
- Socal 31, где D50 составляет 90 нм (номер партии MCC-265).
Загуститель представлял собой биополимер, поставляемый на продажу под фирменным наименованием Kelco-Crete 200 от компании CP Kelco.
Ускоритель представлял собой нитрит кальция, поставляемый на продажу под фирменным наименованием SET 02 от компании Chryso.
LiCO3 представлял собой карбонат лития от компании Aldrich.
Вода представляла собой водопроводную воду.
Оборудование
Смесители от компании Rayneri
- Смеситель модели R 602 EV (2003), поставляемый компанией Rayneri. Данный смеситель составляют шасси, на которых установлены резервуары емкостью от 10 до 60 литров. Для резервуара объемом 60 л используется мешалка лопастного типа, приспособленная к объему резервуара. Эту лопасть приводит в действие электромотор, работающий с переменной скоростью от напряжения 380 В. Мешалка создает вращательное движение вокруг себя в сочетании с планетарным движением вокруг оси резервуара.
- Смеситель Turbotest (MEXP-101, модель Turbotest 33/300, серийный номер 123861), поставляемый компанией Rayneri. Данный смеситель имеет вертикальную ось.
В следующих примерах излавливали девять минеральных пеноматериалов согласно настоящему изобретению. Они имеют номера от 1 до 9. Каждый цементный раствор и каждый водный раствор пенообразователя имеет такой же номер, как полученный минеральный пеноматериал.
1. Изготовление минеральных пеноматериалов 1-5 согласно настоящему изобретению, включающих цемент и содержащий алюминат кальция цемент (вариант 1)
Изготовление цементных растворов и содержащий алюминат кальция цемент:
Таблицы 1 и 2, приведенные ниже в настоящем документе, представляют химические составы различных цементных растворов и водного раствора пенообразователя, которые были использованы.
Раствор портландцемента и содержащего алюминат кальция цементного раствора изготавливали с использованием смесителя Rayneri R 602 EV.
Таблица 1
Составы цементных растворов и растворов содержащего алюминат кальция цемента<sup>(1)</sup>
<u>1</u>
<u>2</u>
<u>3</u>
<u>4</u>
<u>5</u>
Цементный раствор
ЦементCEM I 52.5 R
42,34
42,34
55,7
56,15
56,15
Betocarb HP Entrains
38,48
38,48
0
0
0
Durcal 1(партия ADD-0613)
0
0
22,41
22,59
22,59
Сульфат кальция (CaSO<sub>4</sub>)
2,12
2,12
3,90
2,81
2,81
Вода
16,94
16,94
17,82
18,02
18,02
Пластификатор
0,13
0,13
0,16
0,17
0,17
Раствор содержащего алюминат кальция цемента
Содержащий алюминат кальция цемент
73,8
73,8
73,8
73,8
73,8
Вода
25,83
25,83
25,83
25,83
25,83
Лимонная кислота
0,37
0,37
0,37
0,37
0,37
<sup>(1)</sup>Количества в таблице 1 приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе каждого раствора.
Таблица 2
Состав водного раствора пенообразователя<sup>(3)</sup>
<u>1</u>
<u>2</u>
<u>3</u>
<u>4</u>
<u>5</u>
Пенообразователь:Propump 26<sup>(2)</sup>
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
Вода
95,5
95,5
95,5
95,5
95,5
<sup>2)</sup>Количество Propump 26 представляет собой количество активного материала в товарном продукте.
<sup>(3)</sup>Количества в таблице 2 приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе водного раствора пенообразователя (вода + пенообразователь).
Изготовление вспененного цементного раствора согласно настоящему изобретению
Изготовление растворов вспененного цемента (1 до 5) осуществляли в непрерывном режиме. Каждый из заблаговременно полученных цементных растворов выливали в отдельный буферный резервуар и перемешивали, используя смеситель модели Turbotest (MEXP-101) от компании Rayneri, включающий дефлокулирующую лопасть (переменная скорость лопасти могла составлять от 1000 об/мин до 400 об/мин в зависимости от объема раствора). Растворы перекачивали при скоростях потока, приведенных в таблице 3, используя объемный насос типа Муано (Moineau):
- одновинтовой насос Seepex™ MD 003-12 (комиссионный номер 245928) для содержащего алюминат кальция цементного раствора; и
- одновинтовой насос Seepex™ BN025-12 (комиссионный номер 244921) для цементного раствора.
Таблица 3, приведенная ниже в настоящем документе, представляет значения скорости потока каждого ингредиента (цементный раствор и водный раствор пенообразователя), которые использовали для изготовления вспененных цементных растворов согласно настоящему изобретению.
Таблица 3
Скорости потоков цементных растворов, растворов содержащего алюминат кальция цемента и водного раствора пенообразователя
<u>1</u>
<u>2</u>
<u>3</u>
<u>4</u>
<u>5</u>
Цементный раствор<sup>(4)</sup>
1584
2906
3197
3302
3370
Содержащий алюминат кальция цементный раствор<sup>(4)</sup>
30,95
58,4
124,28
124,28
184,67
Водный раствор пенообразователя<sup>(4)</sup>
288,18
288,18
263,4
279,92
288,18
Медианный диаметр (D50) пузырьков минерального пеноматериала (мкм)
250
250
250
250
250
Скорость воздушного потока (л/мин)
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
<sup>(4)</sup>Скорости потоков приведены в г/мин.
Изготовление водного раствора пенообразователя
Водный раствор пенообразователя пропускали через пенообразующее устройство (слой из стеклянных шариков SB30, имеющих диаметр от 0,8 до 1,4 мм и помещенных в трубку длиной 100 мм и диаметром 12 мм) вместе со сжатым воздухом под давлением от 1 до 6 бар (от 0,1 до 0,6 МПа), используя T-образное соединение. Водный раствор пенообразователя получали в непрерывном режиме при скорости потока, приведенной в таблице 3.

Цементный раствор и содержащий алюминат кальция цементный раствор объединяли, получая третий цементный раствор. После этого третий цементный раствор объединяли с водным раствором пенообразователя, который уже циркулировал в технологическом контуре. Таким образом, получали вспененный цементный раствор согласно настоящему изобретению. Использовали статический смеситель типа Kenics, поставляемый компанией Robbins & Myers Inc., имеющий 16 элементов, диаметр 20 мм и длину 260 мм.
Получали пять вспененных цементных растворов, имеющих номера от 1 до 5; их составы представлены в настоящем документе в приведенной ниже таблице 4.
<u>Таблица 4</u>
Составы вспененных цементных растворов<sup>(6)</sup>
<u>1</u>
<u>2</u>
<u>3</u>
<u>4</u>
<u>5</u>
Цемент CEM I 52.5 R
35,24
36,33
49,68
50,14
49,29
Сульфат кальция (CaSO<sub>4</sub>)
1,76
1,82
3,48
2,51
2,46
Содержащий алюминат кальция цемент
1,20
1,77
2,56
2,48
3,59
Betocarb HP Entrains
32,02
33,01
0
0
0
Durcal 1 (партия ADD-0613)
0
0
19,99
20,18
19,83
Пластификатор
0,11
0,11
0,15
0,15
0,15
Лимонная кислота
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
Пенообразователь<sup>(5)</sup>
0,68
0,53
0,33
0,34
0,34
Вода
30,34
27,48
24,53
24,89
25,00
Соотношение CaSO<sub>4</sub> и цемента
0,05
0,05
0,07
0,05
0,05
Соотношение содержащего алюминат кальция цемента и CaSO<sub>4</sub>
0,68
0,97
0,73
0,98
1,46
<sup>(5)</sup>Количество пенообразователя представляет собой количество активного материала в товарном продукте.
<sup>(6)</sup>Количества в таблице 4 приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе каждого раствора.
Изготовление минеральных пеноматериалов согласно настоящему изобретению
Вспененные цементные растворы 1-5 затем выливали в колонки из органического стекла (Plexiglas), имеющих высоту 1 или 2 м и диаметр 10 см, или в кубы из полистирола, имеющие стороны 10×10×10 см. Материалы из кубов извлекали через 24 часа и выдерживали в течение 28 суток в условиях относительной влажности 100% и температуры 20°C. Материалы из колонок извлекали через 24 часа и выдерживали в течение 7 суток в условиях относительной влажности 100% и температуры 20°C, а затем высушивали при 45°C до тех пор, пока масса не становилась постоянной.
Устойчивость минеральных пеноматериалов согласно настоящему изобретению
После высушивания при 45°C и достижения постоянной массы из колонок получали срезы на расстоянии 2 см от низа и 2 см от верха колонки. Эти срезы имели высоту 10 см. Срезы тщательно измеряли для вычисления их плотностей. Плотности, полученные внизу колонок, и разность плотностей между верхом и низом колонок представлены в таблице 5.
<u>Таблица 5</u>
Устойчивость колонок
<u>1</u>
<u>2</u>
<u>3</u>
<u>4</u>
<u>5</u>
Плотность сухого вещества внизу колонки (кг/м<sup>3</sup>)
271
447
467
466
471
Разность плотностей между верхом и низом однометровой колонки (%)
0,4
7,5
н.о.
н.о.
н.о.
Разность плотностей между верхом и низом двухметровой колонки (%)
н.о.
н.о.
17,6
14
17,63
н.о. означает «не определено»
Теплопроводность минеральных пеноматериалов согласно настоящему изобретению
Теплопроводность измеряли с использованием устройства для измерения теплопроводности CT-metre (сопротивление 5 Ом, проволочный зонд 50 мм). Образцы высушивали в сушильной печи при 45°C до тех пор, пока их масса не становилась постоянной. Образец затем разрезали на две равные части, используя пилу. Измерительный зонд помещали между двумя плоскими сторонами этих двух половин образца (на месте распила). Тепло передавали от источника по направлению к термопаре через материал, окружающий зонд. Увеличение температуры термопары измеряли с течением времени для вычисления теплопроводности образца.
Значения представлены в таблице 6.
Таблица 6
Теплопроводность
<u>1</u>
<u>2</u>
<u>3</u>
<u>4</u>
<u>5</u>
Теплопроводность (Вт/(м⋅К))
0,114
0,188
0,159
0,166
0,164
Механическая прочность при сжатии минеральных пеноматериалов
Механическую прочность исследовали, используя кубы, имеющие стороны 10×10×10 см. К каждому образцу прикладывали механическое напряжение сжатия до разрушения образца, используя пресс Zwick™ (PRES-0018-1997/03). При этом измеряли максимальное усилие, приложенное к поверхности образца. Вычисляли прочность при сжатии. Измерения осуществляли в условиях постоянной температуры 23°C и относительной влажности 50%. Полученные результаты представлены в таблице 7. Каждое значение представляет собой среднее значение результатов трех измерений.
Таблица 7
Прочность при сжатии
<u>1</u>
<u>2</u>
<u>3</u>
<u>4</u>
<u>5</u>
Прочность при сжатии (Па)
0,21
1,29
2,73
2,66
2,83
2. Изготовление минеральных пеноматериалов 6-8, содержащих цемент и тонкодисперсные частицы согласно настоящему изобретению (вариант 2)
Изготовление растворов портландцемента
Приведенные ниже таблицы 8 и 9 представляют химические составы цементных растворов (таблица 8) и водного раствора пенообразователя (Таблица 9), которые были использованы.
Таблица 8
Состав цементных растворов<sup>(7)</sup>
<u>6</u>
<u>7</u>
<u>8</u>
Цемент CEM I 52.5 R
58,88
58,88
56,42
Durcal 1 (партия ADD-00662)
22,08
22,08
21,08
Socal 31
0
0
4,23
Пластификатор
0,26
0,26
0,34
Замедлитель
0,24
0,24
0,23
Вода
18,53
18,53
17,71
Водоцементное отношение
0,31
0,31
0,31
Соотношение тонкодисперсных частиц и цемента
0,375
0,375
0,373
Соотношение ультрадисперсных частиц и цемента
0
0
0,2
<sup>(7)</sup>Количества в таблице 8 приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе каждого раствора.
Таблица 9
Состав водного раствора пенообразователя<sup>(9)</sup>
<u>6</u>
<u>7</u>
<u>8</u>
Пенообразователь Propump 26<sup>(8)</sup>
4,24
4,5
4,24
Ускоритель
15,38
0
15,28
Загуститель
0,07
0
0
Вода
80,32
95,5
80,47
<sup>(8)</sup>Количество Propump 26 представляет собой количество активного материала в товарном продукте.
<sup>(9)</sup>Количества в таблице 9 приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе водного раствора пенообразователя (вода + пенообразователь).
Изготовление вспененного цементного раствора согласно настоящему изобретению
Изготовление вспененных цементных растворов (6-8) осуществляли в непрерывном режиме. Каждый из заблаговременно полученных цементных растворов выливали в отдельный буферный резервуар и перемешивали, используя смеситель модели Turbotest MEXP-101 от компании Rayneri, включающий дефлокулирующую лопасть (переменная скорость лопасти могла составлять от 1000 об/мин до 400 об/мин в зависимости от объема раствора). Растворы перекачивали при скоростях потока, приведенных в таблице 10, используя объемный насос типа Муано (Moineau) (одновинтовой насос Seepex™ MD 003-12, комиссионный номер 245928).
Приведенная ниже таблица 10 представляет скорости потоков для каждого ингредиента (цементный раствор и водный раствор пенообразователя), которые использовали для изготовления вспененных цементных растворов согласно настоящему изобретению.
Таблица 10
<u>6</u>
<u>7</u>
<u>8</u>
Цементный раствор (г/мин)
3370
4296
4072
Водный раствор пенообразователя (г/мин)
296
276
314
Медианный диаметр (D50) пузырьков водного раствора пенообразователя (мкм)
251
250
250
Скорость воздушного потока (л/мин)
5,2
5,2
5,2
Изготовление водного раствора пенообразователя
Водный раствор пенообразователя пропускали через пенообразующее устройство (слой из стеклянных шариков SB30, имеющих диаметр от 0,8 до 1,4 мм и помещенных в трубку длиной 100 мм и диаметром 12 мм) вместе со сжатым воздухом под давлением от 1 до 6 бар (от 0,1 до 0,6 МПа), используя T-образное соединение. Водный раствор пенообразователя получали в непрерывном режиме при скорости потока, приведенной в таблице 10.
Цементный раствор объединяли с водным раствором пенообразователя, который уже циркулировал в технологическом контуре. Таким образом, получали вспененные цементные растворы согласно настоящему изобретению. Использовали статический смеситель типа Kenics, поставляемый компанией Robbins & Myers Inc., имеющий 16 элементов, диаметр 20 мм и длину 260 мм.
Таблица 11Составы вспененных цементных растворов<sup>(11)</sup>
<u>6</u>
<u>7</u>
<u>8</u>
Цемент CEM I 52.5 R
54,94
55,47
52,62
Durcal 1 (партия ADD-00662)
20,60
20,80
19,66
Socal 31
0
0
3,95
Пластификатор
0,12
0,12
0,16
Замедлитель
0,05
0,06
0,05
Загуститель
0,005
0
0
Пенообразователь <sup>(10)</sup>
0,08
0,07
0,08
Ускоритель
0,31
0
0,26
Вода
24,23
23,48
23,23
Соотношение тонкодисперсных минеральных частиц и цемента
0,37
0,37
0,37
Соотношение ультрадисперсных минеральных частиц и тонкодисперсных минеральных частиц
0
0
0,20
<sup>(10)</sup>Количество пенообразователя представляет собой количество активного материала в товарном продукте.
<sup>(11)</sup>Количества в таблице 11 приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе каждого раствора.
Изготовление минеральных пеноматериалов согласно настоящему изобретению
Вспененные цементные растворы 6-8 затем выливали в колонки из органического стекла (Plexiglas), имеющие высоту 1, 2 или 3 м и диаметр 20 см, или в кубы из полистирола, имеющие стороны 10×10×10 см. Материалы из кубов извлекали через 24 часа и выдерживали в течение 28 суток в условиях относительной влажности 100% и температуры 20°C. Материалы из колонок извлекали через 24 часа и выдерживали в течение 7 суток в условиях относительной влажности 100% и температуры 20°C, а затем высушивали при 45°C до тех пор, пока масса не становилась постоянной.
Устойчивость минеральных пеноматериалов 6-8 согласно настоящему изобретению
После высушивания при 45°C и достижения постоянной массы из колонок получали срезы на расстоянии 2 см от низа и 2 см от верха колонки. Эти срезы имели высоту 10 см. Срезы тщательно измеряли для вычисления их плотностей. Плотности, полученные внизу колонок, и разность плотностей между верхом и низом колонок представлены в таблице 12.
Таблица 12
<u>6</u>
<u>7</u>
<u>8</u>
Плотность сухого вещества внизу колонки (кг/м<sup>3</sup>)
487
537
568
Разность плотностей между верхом и низом однометровой колонки (%)
7,6
8,9
10,7
Разность плотностей между верхом и низом двухметровой колонки (%)
16,4
15
17
Разность плотностей между верхом и низом трехметровой колонки (%)
23
24
24
Теплопроводность минеральных пеноматериалов 6-8 согласно настоящему изобретению
Теплопроводность измеряли с использованием устройства для измерения теплопроводности CT-metre (сопротивление 5 Ом, проволочный зонд 50 мм). Образцы высушивали в сушильной печи при 45°C до тех пор, пока их масса не становилась постоянной. Образец затем разрезали на две равные части, используя пилу. Измерительный зонд помещали между двумя плоскими сторонами этих двух половин образца (на месте распила). Тепло передавали от источника по направлению к термопаре через материал, окружающий зонд. Увеличение температуры термопары измеряли с течением времени для вычисления теплопроводности образца. Значения представлены в таблице 13.
Таблица 13
Теплопроводность
<u>6</u>
<u>7</u>
<u>8</u>
Теплопроводность (Вт/(м⋅К))
0,132
0,172
0,168
Механическая прочность при сжатии минеральных пеноматериалов 6-8
Механическую прочность исследовали, используя кубы, имеющие стороны 10×10×10 см. К каждому образцу прикладывали механическое напряжение сжатия до разрушения образца, используя пресс Zwick™ (PRES-0018-1997/03). При этом измеряли максимальное усилие, приложенное к поверхности образца. Вычисляли прочность при сжатии. Измерения осуществляли в условиях постоянной температуры (23°C) и относительной влажности 50%. Полученные результаты представлены в таблице 14. Каждое значение представляет собой среднее значение результатов трех измерений.
Таблица 14
Прочность при сжатии
<u>6</u>
<u>7</u>
<u>8</u>
Прочность при сжатии (Па)
н.о.
2,31
2,96
н.о. означает «не определено»
3. Изготовление минерального пеноматериала 9, включающего цемент согласно настоящему изобретению (вариант 3)
Минеральный пеноматериал 9 изготавливали, осуществляя такой же способ, как в случае пеноматериалов 6-8. Этот минеральный пеноматериал 9 изготавливали, используя цемент, полученный из клинкера, который описан в международной патентной заявке WO 2006/018569 (цемент A).
Цементный раствор имел следующий химический состав:
<b>9(12)</b>
Цемент A
72,22
Загуститель
0,02
Пластификатор
0,65
Вода
27,11
<sup>(12)</sup>Количества приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе каждого раствора.
Водный раствор пенообразователя имел следующий химический состав:
<b>9(14)</b>
Пенообразователь: Propump 26<sup>(13)</sup>
4,5
LiCO3
0,11
Вода
95,4
(13) Количество пенообразователя представляет собой количество активного материала в товарном продукте.(14) Количества в таблице приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе водного раствора пенообразователя (вода+пенообразователь).
Скорости потоков цементного раствора и водного раствора пенообразователя
<u>9</u>
Цементный раствор (г/мин)
4016
Водный раствор пенообразователя (г/мин)
259
Медианный диаметр (D50) пузырьков в водном растворе пенообразователя (мкм)
250
Скорость воздушного потока (л/мин)
5,3
Состав вспененного цементного раствора
<u>9(16)</u>
Цемент A
67,84
Пластификатор
0,31
Загуститель
0,005
Пенообразователь<sup>(15)</sup>
0,07
Карбонат лития
0,0016
Вода
31,78
<sup>(15)</sup>Количество пенообразователя представляет собой количество активного материала в товарном продукте.
<sup>(16)</sup>Количества приведены в массовых процентах по отношению к суммарной массе вспененного цементного раствора
<u>9</u>
Плотность сухого вещества внизу колонки (кг/м<sup>3</sup>)
536
Разность плотностей между верхом и низом однометровой колонки (%)
1,3
Разность плотностей между верхом и низом двухметровой колонки (%)
19,4
Разность плотностей между верхом и низом трехметровой колонки (%)
21
Полученное значение теплопроводности составляло 0,117 Вт/(м⋅К). Полученная прочность при сжатии составляла 1,88 Па.