Сухие смеси для производства ячеистого бетона: получение эффективной порообразующей добавки

В статье приводятся результаты работы, направленной на получение эффективной порообразующей добавки с максимальной кратностью пены и ее высокой устойчивостью в пенобетонной смеси, позволяющей получить материал с качественной структурой. Был использован сухой концентрат, полу-ченый из белкового пенообразователя «Биопор», в качестве стабилизирующей добавки – сульфат железа. Установлено, что сухой концентрат пенообразователя, полученный из раствора пенообразователя «Бипор» может быть использован в сухих смесях для производства пенобетона.

Структура, пенообразователь, стабилизатор, объем пустот, температура.

В материалах ячеистой структуры объем пустот, образуемых пеной, составляет 40–80 %, поэтому свойства используемого пенообразователя являются одними из факторов, определяющих технологию и свойства готовой продукции. Поэтому, при получении сухих смесей для производства пенобетона высокого качества, наиболее важным является выбор пенообразователя с максимальной кратностью пены и ее высокой устойчивостью в пенобетонной смеси, и позволяющего получить материал с качественной структурой (с равномерно распределенными сферическими порами одинакового диаметра). Свойства используемого пенообразователя оказывают непосредственное влияние и на технико–эксплуатационные показатели полученного материала.

В производстве ячеистых бетонов используются в основном жидкие пенообразователи, получаемые из различного сырья (растительного и животного происхождения, из пищевых продуктов, из отходов промышленности и др.). Ранее широко применялись следующие пенообразователи: смолосапо-ниновый, алюмосульфонафтеновый, омыленный древесный пек, гидролизо-ванная кровь (ПО–6), характеризуемые содержанием в бетоне 2–9 кг/м³, а в последние годы – неапор, пеностром, ПБ–2000 и др., расход которых находится на уровне 0,8-1,2 кг/м³.

Применяются пенообразователи и в твердом порошкообразном виде, такие как СНВ - омыленная едким натром техническая абиетиновая смола, сульфитно-спиртовая барда (ССБ), сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), сульфанол хлорный - натриевая соль алкилбензолсульфокислоты, лаурил-сульфат натрия, оксиэтилированный лаурилсульфат натрия.

Перечисленные выше сухие пенообразователи имеют как положительные, так и отрицательные качества. Одним из недостатков большинства по-рообразователей является их дороговизна, а что касается пенообразователей из отходов целлюлозно – бумажной промышленности – малая кратность и устойчивость получаемой на их основе пены.

Получение твердого концентрата пенообразователя для сухих пенообразующих смесей из известных жидких концентратов путем выпаривания растворителя не представляется возможным из–за потери основных свойств пенообразователей. Сухой концентрат использованный в данной работе был получен из белкового пенообразователя «Биопор», разработанного в МГУ им. Н.П. Огарева. Выпаривание раствора пенообразователя начинается при температуре 100°С и завершается при 140°С (рис. 1).

Эффективность поверхностно–активных веществ (ПАВ), применяемых в технологии строительных материалов, определяется комплексом свойств, основным из которых является пенообразующая способность водного раствора ПАВ. В свою очередь пенообразующие свойства ПАВ зависят от концентрации раствора, продолжительности и интенсивности вспенивания раствора, наличия стабилизирующих добавок и др.

Одним из важнейших свойств пенообразователя, применяемого для производства ячеистых бетонов, является возможность получения из него высокократной (не менее 10) и устойчивой во времени пены, что позволяет получить растворную смесь без осадки и расслоения. Как известно, разрушение пены происходит в результате истечения жидкости пенных пленок по так называемым каналам Плато, расположенным в местах стыков пленок, действия капилярных сил, дренирования, уменьшения толщины пленки и ее разрыва. Наиболее простой и действенный, а поэтому и самый распространенный способ повысить жизнеспособность пен – стабилизация пен специальными добавками. Этот метод предусматривает добавление в растворы ПАВ химических веществ – стабилизаторов, в качестве которых могут быть использованы растворы различных клеев, жидкое стекло, лигносульфонаты, органические вещества, соли содержащие ионы многовалентных металлов и т.д.

В данной работе в качестве стабилизирующей добавки в сухую смесь пенообразователя «Биопор» использован сульфат железа (II).

Для установления оптимальных условий получения высокократной и устойчивой пены, а также определения необходимого для этого количества стабилизатора проведена их оптимизация, с помощью метода математического планирования эксперимента. Была принята математическая модель в виде трехфакторного ортогонального плана второго порядка. Выходными параметрами оптимизации были кратность пены и водоотделение из пены (в зависимости от количества стабилизатора, продолжительности вспенивания и концентрации раствора пенообразователя).

Установлено, что на кратность раствора пенообразователя существенное влияние оказывают все три исследуемых фактора. Кратность повышается с увеличением: концентрации до 3% ; количества стабилизатора до 20 % (от массы сухого пенообразователя); продолжительности вспенивания раствора пенообразователя до 4 мин (дальнейшее увеличение времени приводит к разрушению пены) (рис 2–4).

Увеличение пенообразующей способности с ростом концентрации связано с повышением содержания ПАВ на границе раздела раствор – воздух и при достижении критической концентрации мицелообразования (ККМ) наблюдается максимальный объем пены. В области ККМ, как известно, происходит завершение формирования адсорбционного слоя с максимальной механической прочностью. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ в растворе выше (ККМ) скорость диффузии молекул в поверхностный слой уменьшается, чем и объясняется, по – видимому, некоторое снижение пенообразующей активности.

Таблица 1

Свойства пенообразователя	Температура воды, °С
	0	20	40	60	80
Кратность	19	21	16	13	11
Водоотделение, %	0	0	1	7	15

На основании полученных результатов можно заключить, что сухой концентрат пенообразователя, полученный из раствора пенообразователя «Бипор» может быть использован в сухих смесях для производства пенобетона.