СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУХОЙ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПЕНОГИПСА
METHOD FOR PREPARATION OF DRY RAW MIXTURE FOR FOAM GYPSUM

Одной из главных задач современной отрасли производства строительных материалов является производство эффективных современных материалов, изготовленных по упрощенной технологии или по таким, которые позволяют экономить дорогостоящее сырье. Данные смеси могли бы найти широкое применение в качестве звукоизоляционных и теплоизоляционных полов, в технологии изготовления пеногипса, а также для заполнения многослойных ограждающих конструкций при проведении теплоизоляционных работ в условиях строительной площадки.
о
о
Известен пенообразователь для изготовления поризованных изделий (пат. РФ №2203868, С04В38/10, опуб. 10.05.2003 г.), который получают следующим методом. Готовят водный раствор щёлочи необходимой концентрации. В предварительно отдозированный и подогретый пек при постоянном перемешивании вводят 2%-ный раствор NaOH. Количество пека в эмульсии составляет 10%. Процесс протекает при температуре 70-80С до получения однородной эмульсии. Полученную эмульсию перемешивают с жидким стеклом. Пена готовится способом прямого барботирования пенообразователя, подогретого до температуры 35-40С.
Недостатком аналога является то, что жидкие пенообразователи затрудняют точное дозирование компонентов, что вызывает большие сложности в производстве и нестабильность свойств пеногипсовой смеси.
о
о
Известен способ изготовления пеногипсовых изделий, композиция для изготовления пеногипсовых изделий (пат. РФ №2099305, С04В28/00, опуб. 20.12.1997 г.). Способ заключается в том, что при приготовлении в пеногенераторе пены из смеси поверхностно-активного вещества с водой и загустителем, загуститель предварительно смешивают с полимерным связующим, а в качестве добавок в пеногенератор дополнительно вводят отвердитель полимерного связующего и ускоритель твердения гипса. Пену взбивают до кратности 8-9, стабилизируют её смесью полимерного связующего с загустителем, смешивают с гипсом. Изделия подвергают двух стадийной сушке. На первой стадии поднимают температуру до 60-80С в течение не менее 4 часов и выдерживают изделие в течение 6-8 часов, а на второй стадии поднимают температуру теплоносителя до 80-100С в течение не менее 3 часов и выдерживают изделие в течение 4-6 часов.
Недостатком способа является: сложный процесс изготовления (несколько стадийный); необходимость сушки (происходит удорожание конечного продукта); длительный процесс получения.
Наиболее близким для предлагаемого способа приготовления сухой сырьевой смеси для пеногипса является способ приготовления сухой сырьевой смеси для пенобетона, включающего дозирование и перемешивание портландцемента и пенообразователя полученного по способу приготовления сухого тонкодисперсного пенообразователя (пат. РФ №2342347, МПК С04В38/10, опуб. 27.12.2008 г.), при следующем соотношении компонентов, мас.ч: портландцемент 250-400, концентрат пенообразователя 1,1-5,0, водопоглощающая добавка 3,0-22,0. Способ заключается в смешении концентрата пенообразователя с водопоглощающей добавкой, в качестве которой используют негашеную известь или её смесь с кремнезёмом или полуводный гипс, или гидроизоляционную добавку «Пенетрон Адмикс» при соотношении указанных концентрата и добавки 1: 1-8, осуществляют выдержку полученной смеси до завершения реакции гидратации.
Недостатком данного способа является необходимость дополнительного помола пенообразователя, что приводит к удорожанию компонентов, сложный процесс механоактивации (дополнительная обработка материала, необходимо дополнительное оборудование).
Задачей изобретения является разработка сухой сырьевой смеси с пенообразователем длительного хранения для приготовления пеногипса, которое позволило бы повысить технологичность его приготовления, обеспечить точное дозирование исходных компонентов пеногипса.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение стабильного по свойствам, однородного и прочного пеногипса.
Техническая задача решается в способе приготовления сухой сырьевой смеси для пеногипса, включающем предварительное приготовление сухого пенообразователя, дозирование и перемешивание сухого пенообразователя с вяжущим, при этом сухой пенообразователь получают перемешиванием в смесителе в течение 3-4 мин жидкого пенообразователя ПБНС с сорбентом – отходами дробления керамзитового песка зернового состава 0,315 - 1,25 мм при соотношении в мас.ч: 1:12, с последующим перемешиванием в течение 2-3 мин полученного сухого пенообразователя с вяжущим – полуводным строительным гипсом марки Г5Б-II, при следующем соотношении компонентов в мас.ч: пенообразователь ПБНС: указанные отходы дробления керамзитового песка : указанный гипс – 1:12:93.
Кроме того, дополнительно в полученную сухую сырьевую смесь вводят базальтовую фибру длиной 6мм в количестве 1,5 – 2,0%.
Способ приготовления сухого пенообразователя решается физико-химическим (сорбционным) – путем смешения с порошкообразным или гранулированным пористым сорбентом. Первым этапом является получение «сухого» пенообразователя. Для этого дозировано подаем в смеситель отходы дробления керамзитового песка и пропорционально подаем жидкий пенообразователь, одновременно перемешиваем. Для адсорбции и равномерному распределению достаточно перемешивание 3-4 минут. Далее на полученный состав «сухого» пенообразователя дозировано подается гипсовое вяжущее. Смесь перемешивают 2-3 минуты.
Весь цикл занимает примерно 12-15 минут, в зависимости от объема смесителя.
После перемешивания и получения однородной структуры сухую гипсовую смесь фасуют в клапанные мешки по 20-35 кг в зависимости от выбранного вида мешков.
Для функциональной добавки применили сорбенты (легкие заполнители) для гипсовых материалов, распространенные теплоизоляционные наполнители - перлит, вермикулит и керамзитовый песок:
3
1. Вспученный вермикулит производства ООО «Альтернатива». Объемный насыпной вес 150 кг/м и фракции 2,0 мм. Физико-механические показатели приведены в таблице 1.
2. Песок перлитовый вспученный марки ВПМ М75 ГОСТ 10832-2009 производства ООО «Альтернатива». Основные физико-механические показатели представлены в таблице 1, а химический состав представлен в таблице 3.
3. Отходы дробления керамзитового песка (КП) производства ООО «Уфимская гипсовая компания» марки по насыпной плотности М350, М400, соответствующий ГОСТу 32496-2013.
Таблица 1
№ п.п
Показатели
Характеристики различных видов сорбентов
Вермикулит
Перлит
Отходы дробления КП
1
Объемный насыпной вес в кг/м<sup>3</sup>
150
75
350-400
2
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С)
0,055
0,043
0,14
3
Влажность, %
3
2
0,5
4
Зерновой состав, мм
0,71-4
0,1-1,25
0,315-1,25
Химический состав сорбентов приведен в таблице 2.
Таблица 2
№ п/п
Материал
Содержание оксидов, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
K<sub>2</sub>O
N<sub>2</sub>O
FeO
TiO<sub>2</sub>
п.п.п
1
Керамзитовыйпесок
64,08
14,36
6,42
1,87
1,84
0,57
1,92
1,04
0,19
0,89
5,89
2
Перлит
73,2
13,1
1,0
0,7
0,3
-
4,1
3,8
-
-
3,5
3
Вермикулит
38,0
15,1
5,6
1,2
22,1
-
5,6
0,3
1,1
1,5
6,2
В качестве синтетического пенообразователя использовали: пенообразовательПБНС – водный раствор анионных поверхностно-активных веществ со стабилизирующими добавками ТУ 2481-002-31232365-2006. Пенообразователь синтетический, углеводородный, биоразлагаемый, предназначенный для получения устойчивой пены низкой кратности. Производится в ООО «Завод ТехноХимСинтез». Физико-механические показатели пенообразователя ПБНС представлены в таблице 3.
Таблица 3
Наименование показателя
Характеристики
Внешний вид 20-25°С
Прозрачная жидкость без осадка
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>
1000-1200
Водородный показатель (рН), в пределах
6,5-8,5
Температура застывания, °С
-3
Кратность пены рабочего раствора с объемной долей 4%, не менее
5 (лабораторная методика)
Устойчивость пены, с, не менее
300
Для исследования был использован полуводный строительный гипс марки Г5Б-II производства ООО «Уфимская гипсовая компания», произведенный по ГОСТ 125-79. Физико-механические показатели гипсового вяжущего приведены в таблице 4.
Таблица 4
№
Показатель
Единица измерения
Значение
1
Тонкость помола, остаток на сите
%
5-6
2
Нормальная густота
%
61
Сроки схватывания-начало-конец
мин
610
4
Предел прочности при изгибе:-через 2 часа -в высушенном до постоянной массы состоянии
МПа
2,55,2
5
Предел прочности при сжатии: - через 2 часа - в высушенном до постоянной массы состоянии
МПа
5,313,5
Для смешивания использовали лабораторную мешалку на высоких оборотах 1200-1300 об/мин. Водогипсовое отношение во всех составах использовали 1,0. Свойства пеногипса, полученного из «сухого» ПО с разными соотношением «жидкого» ПО и сорбента представлены в таблице 5. Например, если соотношение ПО : Сорбент 1:6, то с гипсом это будет ПО : Сорбент : Гипс 1:6:93.
Таблица 5
№ состава
Наименование сорбента
Соотношение ПО:Сорбента
Полученный объем пеногипса из 1 кг сухой смеси
Плотно-сть, кг/м³
Прочность, МПа
1
Перлит
1:6
2,7
390-410
0,31-0,39
2
Перлит
1:12
3,1
340-365
0,24-0,34
3
Перлит
2:3
3,4
301-335
0,11-0,12
4
Вермикулит
1:6
2,8
380-410
0,34-0,43
5
Вермикулит
1:12
2,5
435-451
0,45-0,51
6
Вермикулит
2:6
3,2
330-350
0,21-0,26
7
Отходы дробления КП
1:6
3,15
350
0,25
8
Отходы дробления КП
1:12
3,6
250
0,09
9
Отходы дробления КП
2:6
3,6
285-320
0,09-0,13
На основе полученных данных таблицы 5, в зависимости от видов сорбента и пенообразователя было выявлено оптимальное соотношение компонентов - состав №8 1:12 с использованием отходов дробления керамзитового песка.
Для определения эффективности полученного «сухого» ПО было исследовано влияние жидкого и сухого ПО на пеногипсовую смесь. В состав №8 вводили пенообразователь двумя способами. Первое жидким способом в воду добавляли ПО и потом перемешивали. И второй способ, в сухую смесь с определённой последовательностью. На рисунке 1 представлены результаты зависимости плотности от количества вводимого пенообразователя, где позицией 1 с жидким пенообразователем, а позицией 2 - с сухим пенообразователем.  Водогипсовое отношение взяли для всех составов 1,0.
На основе полученных данных видно, что увеличение количества пенообразователя больше 1 мас.ч. не целесообразно, так как при уже 1,5 мас.ч. происходит увеличение плотности получаемого пеногипса.
Для увеличения прочности в сухую смесь для пеногипса добавляли фибру стеклянную и базальтовую производства ООО «ТПК Композитные материалы» длиной 6 и 12 мм. Физико-механические характеристики стеклянного и базальтового фиброволокна представлены в таблице 6.
Таблица 6
Характеристики
Наименование фибры
Стекловолокно
Базальтовая
Диаметр волокна, мкм
2-20
7-23
Разрывная нагрузка, МПа
1400-3450
2900-4150
Удлинение при разрыве, %
4,8
3,3
Температурный диапазон эксплуатации,<sup>о</sup>С
от -60 до +460
от -260 до +600
Стойкость в кислотных/щелочных средах
Деградирует
Устойчив
Коррозиостойкость
Стойкий
Стойкий
Электропроводность
Диэлектрик
Диэлектрик
Стойкость к открытому пламени
Сгорание
Огнестойкость
Таблица 7
№
Наименование вида фибры
Коли-чество фибры, %
Физико-механические показатели
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Прочность, МПа
Объем полученного пеногипса
После заливки
сухой
1
Стеклянная фибра, 6мм
0,1
650; 575; 678
380; 340; 405
0,18; 0,11; 0,17
2,8
2
0,3
3
0,5
508; 502; 478
325; 325; 310
0,17; 0,13; 0,17
3,5
4
Стеклянная фибра, 12 мм
0,1
2,8
5
0,3
569; 527; 552
355; 315; 325
0,16; 0,16; 0,16
3,3
6
0,5
499; 535; 473
315; 345; 300
0,18; 0,19; 0,13
3,5
7
Базальтовая фибра, 6
0,1
610; 668; 631
360; 400; 380
0,14; 0,19; 0,15
3,1
8
0,3
9
0,5
683; 529
335; 340
0,1; 0,11
3,6
10
1,5
369
230-245
0,05
3,375
11
2,0
390-410
220-230
0,1
4,3
12
3,0
Не перемешивается
13
Базальтовая фибра, 12 мм
0,1
507; 548; 565
310; 325, 350
0,09; 0,1; 0,12
3,3
14
0,3
548; 616; 528
325; 370; 320
0,11; 0,16; 0,11
3,3
15
0,5
539; 541; 505
325; 330; 305
0,11; 0,13; 0,09
3,5
На основе полученных результатов таблицы №7, можно сделать вывод, что самый оптимальный вариант №10 и №11 с базальтовой фиброй, в количестве от 1,5-2,0%. А если сравнивать прочность, плотность и объем получаемого пеногипса,то состав №11 является самым лучшим составом.
3
На основе полученной сухой смеси (ССПГ) пеногипс обладает следующими характеристиками: плотность 220 - 350 кг/м, прочность 0,01 - 0,3 МПа и теплопроводность 0,075 - 0,11 Вт/(мК).
На основе полученных данных можно сделать вывод, что использование сухого пенообразователя показывает очень хорошие результаты по вспениванию. Сухой пенообразователь лучше смешивается в сухой смеси и равномерно распределяется. При одинаковых количествах пенообразователь в «сухом» виде показал лучший результат. Можно утверждать применение отходов дробления керамзитового песка для абсорбирования пенообразователя является самым оптимальным вариантом.