НАЗНАЧЕНИЕ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПЕНОБЕТОНА Способ изготовления пенобетонов основан на особых свойствах пены, получаемой из специальных веществ, носящих название пенообразователей. Назначением пены является образование ячеистого скелета, который служит основанием для получения затем цементного скелета, такого же ячеистого строения, как и сама пена. Так как пена и цементный раствор смешиваются совместно в мешалках, а цементный раствор затвердевает не сразу, то пена должна обладать особыми свойствами. Во-первых, пена должна быть достаточно упругой, чтобы не быть раздавленной тяжелым цементным раствором и, во-вторых, достаточно устойчивой против химического воздействия цемента. Выбор пенообразователя в известной мере обусловливает как технологию производства пенобетона, так и технические и эксплуатационные характеристики получаемой продукции. Различные свойства пены по-разному влияют на структуру образования, формирования и твердения пенобетонной массы, отражаются на последующие эксплуатационные характеристики зданий и сооружений, построенных из пенобетона. Для оценки качества пенообразующих растворов и приготовленных из них пен, в разных отраслях промышленности применяют разные критерии. Это могут быть и абсолютный объем получаемой пены с единицы пенообразователя (очистка котловых вод), и время «живучести» пены (кулинария), и биоцидность (фармакология), и несущая способность пены (флотация), и вязкость пены (пылеподавление), и стойкость к тепловому воздействию (пожаротушение), и смачивающая способность (очистка поверхностей), и время сохранения эффективного пенообразования (аэрозольные пены) и т.д. До настоящего времени нет универсального подхода к оценке эффективности того или иного пенообразователя. Для каждого конкретного случая применимости важны свои критерии оценки, свои, порой взаимоисключающие, характеристики. Так для производства пенобетонов наиболее важны следующие параметры пены: 1) кратность – отношение первоначального объема пены к объему раствора пенообразователя затраченного на её получение; 2) стабильность – время распада единицы объема пены за единицу времени; 3) дисперсность – величина, характеризующая средний размер пузырьков и их распределение по объему пены; 4) плотность – соотношение жидкой и газовой фаз; 5) структурно механические свойства – способность определенное время сохранять первоначальную форму; 6) несущая способность – способность пузырьков пены без разрушения удерживать на своей поверхности определенное количество иных веществ; 7) влияние на изменение пластической вязкости ячеистобетонной композиции; 8) гидрофобизация или гидрофолизация внутреннего порового пространства ячеистого бетона; 9) влияние компонентов пенообразователя на гидратацию цемента; 10) совместимость пены с другими компонентами, применяемыми для изготовления пенобетона (пластификаторы, ускорители, газовыделяющие, и гидрофобизирующие добавки и т.д.); Знание и понимание механизма пенообразования, влияния отдельных факторов на характеристики пены обуславливают и степень успешности производства пенобетона в целом. А пренебрежение основополагающими и фундаментальными закономерностями в этой области (или простое незнание) порождают или плохое качество производимого пенобетона или нестабильность его характеристик. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯМ ДЛЯ ПЕНОБЕТОНА Любой пенообразователь, существующий на рынке производства пенобетона должен удовлетворять следующим требованиям: - технико-экономические Расход пенообразователя в денежном выражении не должен превышать 3$ на 1 кубический метр производимого пенобетона. При превышении этого показателя его применение становится экономически нецелесообразным из-за большого влияния на себестоимость продукции. Причем, является очевидным, что более дорогие пенообразователи не увеличат качество продукции в соответствии с увеличенной стоимостью. Этот критерий сразу отсекает все импортные пенообразователи и оставляет Российские. - постоянство свойств, независимо от партии Пенообразователь должен иметь одинаковые характеристики, независимо от партии и времени выпуска. В противном случае понадобится постоянная перенастройка технологического процесса производства или, если ее не делать, продукция будет получаться пониженного качества. - достаточный срок хранения Пенообразователь должен иметь срок хранения не меньше 1 года. Если срок хранения меньше, то придется покупать пенообразователь маленькими партиями и постоянно докупать новые. Это может быть проблематичным, в связи с большим временем доставки по железной дороге и удаленностью некоторых производств. Также, при окончании строительного сезона и значительном снижении объема производства, невостребованный пенообразователь может вообще испортится до следующего сезона. - малый расход Расход пенообразователя не должен превышать 1,5 литров на 1 куб.м. производимого пенобетона. Это необходимо по двум причинам. Первая: для большего количества продукции получаемой из одной загрузки пеногенератора. Вторая: для меньшего влияния на процесс твердения пенобетона. Как известно, при большом количестве пенообразователя использованного для приготовления пенобетона, может увеличиваться время затвердевания пенобетона, понижаться его прочность, увеличиваться усадка. - простота приготовления Пенообразователь не должен быть многокомпонентным. Увеличение количества составляющих усложняет процесс приготовления рабочего раствора пенообразователя и снижает точность дозирования составляющих. Однокомпонентные пенообразователи имеют преимущества, особенно, при использовании в строительных условиях. А во избежание засорения трубопроводов и накопления осадка в рабочих емкостях, необходимо, чтобы пенообразователь был хорошо растворим в воде. - высокая кратность и стойкость Кратность пенообразователя и стойкость пены - это основные физические свойства технической пены, которые характеризуют качество пенообразователя. Они зависят от вида пенообразователя, устройства приготовления пены, которые в значительной мере влияют на физико-механические свойства поризованного бетона. Кратность пенообразователя, должна быть не менее 10. Это необходимо для уменьшения отрицательного действия пенообразователей на гидратацию вяжущего. Кратность пенообразователя определяется по простой формуле: надо объем полученной пены разделить на объем исходного пенообразователя. Зачастую пенообразователи поставляются в концентрированном виде и требуют разбавления водой. Тогда кратность определяется: объем полученной пены деленный на объем исходного водного раствора. На прочность пенобетона оказывает влияние количество вводимой в поризуемую смесь воды с пеной, которая приводит к дополнительному образованию капиллярных пор. Уменьшение В/Т (водо-твердое соотношение см. словарь) в поризуемом растворе изменяет значение С, что приводит к увеличению плотности получаемого пенобетона. Поэтому, в технологии пенобетона некоторые производственники используют относительно высокое значение В/Т. За счет такого технологического приема, увеличивая значение С, представляется возможным получить пенобетон меньшей плотности, уменьшая отрицательное воздействие пенообразователя на гидратацию вяжущего. Использование пен высокой кратности (так называемых условно "сухих пен") приводит к перераспределению воды из твердеющего раствора в межпленочные слои пузырьков пены. Такой эффект наблюдается при использовании определенных видов пенообразователей и пен повышенной вязкости. - соответствие санитарно-гигиеническим нормам Пенообразователи должны быть нетоксичны, невзрывоопасны и, согласно классификации по ГОСТ 12.1.007-76, относится к 3, 4-ому классу малоопасных веществ, и отвечать санитарно- и радиационно-гигиеническим требованиям. Биоразлагаемость разрабатываемых ПО должна удовлетворять требованиям предъявляемых при использовании ПАВ (Поверхностно активных веществ) в производстве строительных материалов. - достаточная стойкость пены в растворе Это один из важнейших показателей качества технической пены. Этот технологический параметр характеризуется коэффициентом стойкости пены в цементном тесте при лабораторных исследованиях, а в производственных условиях, коэффициентом использования пены. Значение этих коэффициентов отображает не только совместимость технической пены со средой твердеющего раствора, но и показывает объемную долю использования пены в приготовлении поризованного раствора. В лабораторных исследованиях определение коэффициента стойкости пены производится вручную при смешивании в течение 1 минуты в равных объемах (1 л) цементного теста (В/Ц=0,4) и пены, с последующим измерением полученного объема поризованного теста. Коэффициент стойкости пены в цементном тесте рассчитывают как результат среднего арифметического трех замеров. Проще говоря, берется 1 литр пены и 1 литр цемента. В течение 1 минуты они перемешиваются, и после этого измеряется объем полученной пеномассы. Объем полученной пеномассы делим на 2 и получаем некое число, назовем его С. Получаемую техническую пену можно считать удовлетворительной, если значение С от 0,8 до 0,85, а качественной: С = 0,95. Например, на основе пенообразователя Ареком можно приготовить пену с С = 0,96. Этот показатель стойкости пены связан с плотностью и прочностью получаемого пенобетона. Чем выше коэффициент стойкости пены, тем меньший объем пены необходим для получения пенобетона требуемой плотности и, соответственно, необходим меньший расход пенообразователя. Пенообразователь, как и любая добавка, в запредельном количестве на начальной стадии замедляет и может совсем приостановить твердение вяжущего. Количество пенообразователя, перешедшего в жидкую систему твердеющего вяжущего, зависит от С. Количество пенообразователя в жидкой фазе вяжущего можно определить через С. Поэтому необходимо использовать пены более высокой кратности, уменьшая объем пенообразователя, вводимого в бетонную смесь, но, сохраняя высокое значение С. Эти технологические параметры пены находятся во взаимосвязи и в противоречии. Поэтому, для каждого состава пенообразователя и технической пены необходимо определять приоритетное их влияние на технологические и физико-механические свойства пенобетона. - стойкость смеси во времени Стойкость поризованной смеси во времени характеризуется осадкой пенобетонной смеси. Можно предположить, что влияние на процесс осаждения оказывает изменение рН среды твердеющего бетона и перераспределение ПАВ (поверхностно активное вещество - пенообразователь) в дисперсной системе. При недостаточной структурной прочности межпоровых перегородок (результат действия ПАВ) происходит их прорыв и слияние. Такие изменения поризованной смеси во времени измеряют высотой осадки поризованной смеси к начальной ее высоте. Чем меньше осадка пенобетонной смеси, тем качественней пенообразователь и приготовленная техническая пена. Основные критерии оценки свойств пенообразователей: концентрация пенообразователя при приготовлении стойкой пены; кратность пены и коэффициент стойкости пены в вяжущем растворе. Эти показатели необходимо использовать для первоначальной оценки качества пенообразователя.
По установившейся традиции в конце книги или журнальной статьи помещают список литературы, в которой можно найти дополнительные сведения по тем или иным разделам темы. В этом отношении наша задача решается предельно просто. Мы назовем только две, но очень обстоятельные книги: В. К. Тихомиров. «Пены. Теория и практика их получения и разрушения» (М., Химия, 1983). Небольшая книга содержит информацию по всем вопросам, перечисленным в названии, обширный список литературы, включающий более 650 оригинальных работ, монографий, патентов. Вторая «молодая» книга принадлежит перу докторов химических наук П. М. Круглякову и Ю. Г. Ровину - это «Физикохимия черных углеводородных пленок» (М., «Наука», 1978).