Произвести пенобетон без пенообразователя невозможно. Пенообразователь во многом определяет свойства пенобетона: его пористость, прочность, долговечность. Вполне естественно, что каждый производитель хочет использовать только лучший пенообразователь. Вот только что такое — лучший? Данный вопрос, размещенный на одном из активно посещаемых строительных форумов, дал удивительный результат.
Оказалось, что сформулировать требования к качеству пенообразователя потребители пенообразователей, как ни странно, не могут. В связи с этим есть резон поговорить подробней об этих продуктах. И начать разговор хочется со стереотипов, циркулирующих в среде производителей пенобетона.
- Чем дольше стоит пена – тем лучше пенообразователь.
Это заблуждение. И вот почему. Срок жизни пены, полученной из чистого раствора пенообразователя в воде – несколько секунд. Именно столько времени необходимо для того, чтобы пена, вышедшая из пеногенератора, смешалась с цементным тестом. А дальше…
А дальше пена будет уже не та. Потому что вода, в которой был растворен пенообразователь, за считанные секунды претерпит сильнейшие изменения. После смешения с цементом она станет сильнощелочной. До предела насытится химически активными солями и гидроксидами многовалентных металлов, главным образом — соединениями кальция. Обогатиться твердыми частичками, многие из которых будут иметь коллоидный размер.
И если поверхностно-активное вещество, с помощью которого была получена пена, окажется нечувствительным (индифферентным) к произошедшим изменениям, пена останется жить. Если нет – пена разрушится. Именно в силу обозначенных выше причин пена, полученная из обычного мыла, совершенно непригодна для производства пенобетона. Хотя в чистом виде такая пена может стоять сутками.
Каков же вывод: стойкость чистой пены не дает никакой информации ни о качестве пенообразователя, ни о его пригодности для производства пенобетона. Оценивать качество пенообразователя по этому критерию — значит вводить себя в заблуждение. Единственный критерий пригодности пенообразователя для получения пенобетона – это поведение пены непосредственно в цементном тесте.
О качестве пенообразователя можно судить по значению коэффициента устойчивости пены в цементном тесте
Можно ли доверять коэффициенту устойчивости пены в цементном тесте? Можно, если этот коэффициент измерен корректно.
Как обычно определяют коэффициент устойчивость пены? Смешивают, скажем, 1л пены с 1л цементного раствора и фиксируют объем полученного пенобетона. Берут это значение, делят на сумму исходных объемов (в нашем случае – 1л+1л=2л), и так получают искомый коэффициент. Например, если после смешения пены с цементным тестом объем пенобетонной массы получился равным 1,9 л, расчет коэффициента устойчивости даст значение 1,9/(1+1)=0,95.
Проблема в том, что такое определение проводят, смешивая пену с цементом шпателем / ложкой / просто подходящей палочкой. Смешивают, как правило, не спеша, рукой.
В реальном производственном аппарате смешение пены с цементом происходит совсем в иных условиях. При гораздо более высоких линейных скоростях и больших сдвиговых усилиях.
На что это влияет. Давайте посмотрим на таблицу. В ней под марками Пенообразователь 1, -2, -3 скрыты широко распространенные отечественные синтетические пенообразователи (по вполне понятным причинам торговые марки здесь не указываются). Из водных растворов этих пенообразователей получали пены (старались каждый раз получать пену одной и той же кратности), которые смешивали с цементным тестом. Сначала смешение производили вручную, с помощью деревянного шпателя. После чего измеряли плотность полученной пенобетонной массы. Затем эту пенобетонную массу дополнительно перемешивали миксером.
| Пенообразователь 1 | Пенообразователь 2 | Пенообразователь 3 | |
| Плотность пенобетонной массы, полученной ручным смешением цементного теста с пеной, сгенерированной из 1,0% водного раствора пенообразователя | 0,65 г/см3 | 0,45 г/см3 | 0,69 г/см3 |
| Плотность этой же пенобетонной массы после дополнительного 60-ти секундного перемешивания ее механической мешалкой | 0,63 г/см3 | 0,73 г/см3 | 1,01 г/см3 |
Что можно сказать о свойствах пенообразователей, глядя на эту таблицу? Если ориентироваться на плотность пенобетонной массы, приготовленной обычным способом (смешение пены с цементным тестом производилось вручную), то лучшим стоит признать состав №2. Ведь при прочих равных условиях плотность пенобетонной массы, полученной с пенообразователем №2, наименьшая. Т.е. пена этого пенообразователя при контакте с цементом разрушилась в наименьшей степени, а значит, коэффициент устойчивости пены пенообразователя №2 – вроде как наибольший из всех исследованных.
Но посмотрите, как меняется плотность пенобетонной массы после перемешивания ее не очень скоростной механической мешалкой. Плотность пенобетонной массы, полученной с пенообразователем №1, практически не изменилась. В то время как плотность пеномассы, полученной с использованием пенообразователей №2 и №3, увеличилась, соответственно, на 0,28 и 0,32 г/см3. В результате самым легким получился пенобетон с пенообразователем №1!
Можно ли было предвидеть такой результат, если опираться на плотность пенобетонной массы, полученной при обычном (ручном) смешении пены с цементным тестом? Очевидно, что нет.
Какой из этого можно сделать вывод: коэффициент устойчивости дает истинное представление о свойствах пенообразователя только в том случае, если он измерен в условиях, приближенных к производственным.
- Чем меньше размер ячеек пены, тем лучше.
Спорное суждение. Чтобы обойтись без математических формул, проиллюстрируем мысль на бытовом примере.
Допустим, у вас есть хлеб и Вы хотите приготовить из него сэндвич. Вы разрезаете кусок хлеба пополам и вкладываете между ними колбасу. Но у Вас еще есть сыр. Вы разрезаете каждую половинку хлеба пополам и между получившимися четвертинками вкладываете сыр. Но Вам хочется добавить еще и огурчик. Вы пытаетесь разрезать четвертинку пополам, но она не режется. Она мнется, крошиться, из нее выпадают целые куски. В конце концов, хлеб превращается в бесформенную кучу крошек…
Бетон по своей структуре очень похож на хлеб. Структура бетона – это пространственная решетка из цементного камня, заполненная зернами крупных и мелких заполнителей и пронизанная многочисленными микропорами и капиллярами, содержащими химически несвязанную воду, водяные пары и воздух. Поэтому, как и хлеб, бетон представляет собой пористый материал, в котором нарушена сплошность.
Теперь представьте себе, что Вы наполняете бетон пузырьками воздуха. Чем мельче пузырьки, тем их больше, тем больше перегородок требуется выстроить между ними, тем тоньше эти перегородки будут. При какой-то плотности пенобетона перегородки станут настолько тонкими, что прочность их резко упадет. Такой пенобетон запросто можно будет проткнуть пальцем.
В среде пенобетонщиков прочно закрепилось убеждение, что качественный пенобетон (особенно – пенобетон низкой плотности) можно получить только с белковыми пенообразователями. Но почему? Считается, что белковые пенообразователи в меньшей степени, чем синтетические, влияют на гидратацию цемента. Это так. Но это не все.
Мало кто обращал внимание на то, что белковые пенообразователи сообщают пенобетону достаточно крупную ячеистую структуру. Даже если исходная пена была очень мелкая, после смешения ее с цементным тестом в течение 15-25 минут происходит укрупнение ячеек до размера 1,0-2,0 мм. В этом легко убедиться, если поместить только что приготовленную пенобетонную массу в прозрачный пластиковый стаканчик.
Синтетические пенообразователи такой способностью не обладают. А поэтому в пенобетоне одинаковой плотности при использовании синтетического пенообразователя стенки между ячейками значительно тоньше, чем при применении белкового. Отсюда (вспоминаем пример с хлебом) – и меньшая прочность.
Во многом именно по этой причине синтетические пенообразователи, как правило, непригодны для получения пенобетона плотностью 400 кг/м3 и ниже.
- Лучший пенообразователь — тот, который лучше всего пенится (или у которого самый низкий расход).
Беспроигрышный аргумент! Простой и понятный каждому производителю. Вот только какова цена такой экономии?
Сегодня качество пеногенерирующего оборудования таково, что пену можно получить из чего угодно. Благо, и индивидуальные ПАВы можно купить прямо на заводе. И разных Фэрри и т.п. высокопенящихся препаратов в магазинах предостаточно. Вопрос, – какой пенобетон Вы получите? Рискнете из него сложить стену своего собственного дома или же нет?
Дело в том, что большинство синтетических поверхностно-активных веществ в той или иной степени замедляет твердение бетона. Происходит это потому, что вследствие адсорбции ПАВ на растущих гидратных новообразованиях происходит повышение дисперсности новых фаз, которые экранируют зерна вяжущих веществ и тем самым снижают скорость (и степень) их гидратации.
Можно ли этому противостоять? Можно. Но для этого в составе пенообразователя должны быть вещества, которые будут изменять химизм взаимодействия поверхностно-активных веществ с цементом. Однако анализ доступной информации говорит об обратном. При разработке новых пенообразователей внимание уделяется только получению максимального объема пены и ее устойчивости в цементном тесте. А все остальные вопросы, связанные собственно со свойствами конечного продукта – пенобетона, остаются «за бортом».
Проиллюстрирую свою мысль на примере. Рассмотрим рецептуру общеизвестного пенообразователя ПБ-2000 (заявка на изобретение RU2003126099).
— алкилсульфаты фракции С8-С10 (или С9-С11) ……….……………. 10,0-18,0
— алкилсульфаты фракции С12-С14 (или С11-С13) ……………..…… 3,0-7,0
— алкилэтоксисульфаты фракции С12-С14 ………………………….. 3,0-7,0
— высшие жирные спирты фракции С12-С14 или С11-С13 …..…. 1,5-3,5
— бутиловый спирт ………………………..……………………………. 5,0-9,0
— мочевина ……………….………….…………………………………… 5,0-13,0
— вода ……………………………………………………………………. до 100
Первые три компонента – это и есть те поверхностно-активные вещества, которые обеспечивают получение пены. Зачем они в составе пенообразователя – ясно без дополнительных разъяснений. Попробуем теперь разобраться, для чего нужны бутиловый спирт, высшие жирные спирты и мочевина.
Для этого обратимся к первоисточникам, к авторскому свидетельству № 967996 «Пенообразователь для пеногипсовой смеси» (СССР, 1981 год). В этом изобретении в состав пенообразователя, предназначенного для производства ячеистых строительных материалов, впервые были введены высшие жирные спирты, мочевина и бутиловый спирт. В те далекие времена коммерческой ценности информации в нынешнем ее понимании не было. Поэтому что и для чего вводилось в состав продукта — описывалось достаточно честно и подробно.
Так вот, согласно А.с. № 967996 состав пенообразователя таков:
— алкилсульфаты фракции С10-С13 ……….……………. 15,0-25,0
— высшие жирные спирты фракции С12-С16 ………. 1,0-3,0
— бутиловый спирт ………………………..………….. 8,0-12,0
— мочевина ………………..……………………………… 10,0-20,0
— вода ……………………………………………………… до 100
Как видим, состав этот очень близок к составу современного пенообразователя ПБ-2000.
Читаем описание изобретения: «Высшие жирные спирты вводятся в состав для повышения устойчивости пены». Действительно, высшие жирные спирты – общеизвестный стабилизатор пен. Они широко используются в составе разнообразных моющих средств: в шампунях, в пенах для ванн, в средствах для мытья посуды. Обеспечивают получение объемной высокоустойчивой пены.
Но есть только одно «но». Разрабатывая собственные пенообразователи для пенобетона, мы обнаружили, что высшие жирные спирты в составе пенообразователя ответственны за закипание и последующее падение пенобетонной массы. Вот и получается, что добавка эта сильно облегчает жизнь производителям пенообразователей (так как одним махом решает вопросы устойчивости пен), но создает проблемы производителям пенобетона. Как выразился один товарищ на строительном форуме allbeton.ru: «одним компонентом блоки просаживаем, поэтому вводим другой, ещё дороже, чтобы поднять их обратно».
Продолжим читать описание изобретения А.с. № 967996: «Мочевина улучшает сорастворимость компонентов пенообразователя», а «бутанол (он же – бутиловый спирт) способствует увеличению срока хранения пенообразователя и предотвращает выпадение в осадок сульфата натрия при низких температурах, что особенно важно при транспортировке и хранении пенообразователя в зимнее время».
О каком сульфате натрия идет речь? Наверное, о том, который присутствует в алкилсульфатах в качестве примеси. Если полистать старые советские справочники (например, справочник «Поверхностно активные вещества» под ред. А.А. Абрамзона, Л. «Химия», 1979 г.), можно обнаружить, что в далекие 80-е годы алкилсульфаты в нашей стране производились с очень большим содержанием сульфата натрия. Так при содержании алкилсульфатов в товарном продукте 30 мас.% количество сульфата натрия могло достигать 22-25 мас.%. Естественно, что когда для приготовления пенообразователя использовались такие алкилсульфаты, то и сульфата натрия в пенообразователе оказывалось достаточно много. Поэтому бороться с его выпадением в холодное время года действительно было необходимо. А, принимая во внимание тот факт, что высокая концентрация сульфата натрия затрудняет растворение поверхностно-активных веществ в воде, становится понятно, зачем в пенообразователе мочевина.
Но сегодня в алкилсульфатах, особенно в импортных, содержание сульфата натрия — менее 1-2%. Вопрос: зачем продолжать вводить в состав пенообразователя мочевину и бутиловый спирт? Просто потому, что кто-то когда-то уже сделал это? Следуя принципу «хуже не будет»? Действительно, в тех концентрациях, в каких мочевина и бутиловый спирт попадают в бетон с пенообразователем, они безобидны. Но как влияют эти вещества на негативное действие, оказываемое поверхностно-активными веществами на гидратацию цемента? Может быть, усиливают его?
Найти ответ на этот вопрос в доступных источниках нам не удалось. Что, по всей видимости, означает только то, что никто этим вопросом серьезно не занимался. Вроде бы мелочь. Но что сказали бы Вы, если бы Вам предложили поставить зубную пломбу из материала, действие которого на организм человека было бы не исследовано? Вы бы согласились?
Кажущаяся простота вопроса, доступность информации о составах различных высокопенных средств и иллюзия того, что производство пенообразователей – это «золотое дно», привела к тому, что сегодня пенообразователи пытается делать чуть ли не каждый, кому не лень смешать несколько компонентов с водой в горшке и разлить все это по бочкам. Вот только что на выходе? Почему, несмотря на заклинания, что «у нас используется только импортное сырье и поэтому у нас сверхвысокое качество пенообразователя…» обычный клееканифольный пенообразователь до сих пор дает фору своим синтетическим собратьям? Да, клееканифольный пенообразователь нестабилен в производстве. Плохо храниться. Не удобен в работе. Имеет достаточно высокий расход. Соответственно, не самая оптимальная экономика производства. Но пенобетон по-прежнему получается с ним заметно более высокого качества, чем с синтетическими пенообразователями.
Ответ достаточно прост. Клееканифольный пенообразователь изначально разрабатывался для работы с бетонами. Когда тщательному анализу подвергались и прочность пенобетона, и его водопроницаемость, и морозостойкость. Как говориться, каков подход, таков и результат.
А как же быть? Как выбрать для себя «лучший» пенообразователь? Ответ тот же, что и 100 лет назад: практика – критерий истины. Берите образцы, пробуйте, анализируйте, что у Вас получается. Составляйте свое личное мнение. Выбирайте то, что подходит лично Вам. Помните – сегодня производство пенобетона в нашей стране – это импровизация. В отсутствие единой технологии производства, когда исходный набор: цемент, наполнители, добавки (ускорители, пластификаторы и т.д.), В/Ц отношение, тип оборудования и т.д. и т.п. у каждого производителя свой, говорить о переносе чужого опыта на свое производство, все равно, что играть в кости. Может получиться, а может и нет — 50:50. Это касается и вопроса, а какой же пенообразователь мне использовать.
Выбирая пенообразователь, оцените производителя. Связана ли эта фирма со строительством или со строительной химией? Что производит кроме пенообразователя? Как позиционирует свой пенообразователь? Как продукт для решения конкретных задач или как «пенообразователь для всего» — и для баротехнологии, и для пеногенератора. Сколько лет этот пенообразователь производится? Как часто он обновляется? Можете ли Вы получить достойную консультацию по его применению или нет? Не боится ли производитель рассказывать об особенностях и ограничениях при применении пенообразователя? Может ли он рассказать о преимуществах своего продукта, сохранив достоинство по отношению к другим участникам рынка? Или вся его аргументация сводится к очернению продуктов конкурентов. Защищена ли разработка патентами? И т.д. и т.п.
Все это подскажет Вам, действительно ли выбранный Вами производитель компетентен в вопросах технологии производства пенобетона или же Вы имеете дело со случайным производителем.
И.А. Иванов. О критериях оценки пенообразователей или какой пенообразователь лучше // Материалы сайта goshlab.ru