Сравнительная характеристика синтетических и органических пенообразователей

Внастоящее время в технологии изготовления неавтоклавного пенобетона большоераспространение получили пенообразователи, которые условно можно разделить надве группы — синтетические и органические.

Главнымитехнологическими показателями всех пенообразователей, используемых приприготовлении неавтоклавного пенобетона, являются высокая пенообразующаяспособность и высокая пеноустойчивость. Эти технологические показателипенообразователей обеспечивают получение качественного пенобетона с заданнымитехнологическими свойствами. Обычно эти показатели характеризуют свойстванепосредственно самих пенообразователей и не отражают их поведение при работе впенобетоне. Сами пенообразователи могут иметь высокую пенообразующуюспособность, но при смешении с цементно-песчаной суспензией терять значительнуючасть объема. Эти недостатки присущи большинству синтетических пенообразователеймарок ПО 3, ПО 6, ПО 6К. Органические пенообразователи СДО, СНВ, обладаявысокой пеноустойчивостью, не обеспечивают достаточной пенообразующейспособности. Большинство пенообразователей, используемых в настоящее время дляприготовления пенобетона, как правило, лишены этих недостатков.

Существеннымтехнологическим показателем свойств пенобетона является кинетика набора егопрочности. От этого показателя зависит продолжительность достиженияманипуляторной (разопалубочной) и марочной прочности. Однако вопросы влияниятипа пенообразователя на кинетику набора прочности неавтоклавного пенобетона внастоящее время недостаточно изучены. Можно только отметить, что основныетехнологические требования, предъявляемые к пенообразователям на стадииприготовления пенобетона, вступают в противоречие с технологическимитребованиями по ускоренному набору прочности неавтоклавного пенобетона. Образуяна поверхности зерен портландцемента плотный адсорбционный слой, пенообразователисильно замедляют процессы гидратации портландцемента и, соответственно, сильнотормозят набор прочности неавтоклавного пенобетона.

Намиизучалось влияние типа пенообразователя на кинетику набора прочности неавтоклавногопенобетона. Для приготовления неавтоклавного пенобетона марки D500использовался портландцемент марки ПЦ 400 Д0, органический пенообразователь«Биопор» и синтетические пенообразователи.

«Пионер»и ПБ 2000. В силу того, что синтетические пенообразователиобладают более высокой пенообразующей способностью, чем органические,пенобетон, приготовленный с их использованием, имел плотность меньшую, чем расчетная,что затруднило объективную оценку набора прочности. Для объективной оценкинабора прочности использовалась расчетную прочность пенобетона, приведенная кединой плотности 500 кг/м3. Поскольку зависимость прочности пенобетонаот его плотности адекватно аппроксимируется логарифмической функцией, припомощи данной функции осуществлялась линеаризация, определялся коэффициентпропорциональности линейной зависимости (тангенс угла наклона прямой), а припомощи коэффициента пропорциональности осуществлялся перерасчет прочности наединую плотность. Схема расчета выглядит следующим образом:

c=ln(?), (1)

r=ln(Rсж), (2)

k=r/c, (3)

R500=ek•ln(500), (4)

где ? —фактическая плотность пенобетона, кг/м3,

? — приведеннаялогарифмическая плотность,

Rсж — фактическая прочностьпенобетона при сжатии, МПа,

r — приведеннаялогарифмическая прочность,

k — коэффициент пропорциональности,

R500— прочность пенобетона при сжатии, приведенная к единой плотности.

На рис. 1приведена зависимость прочности пенобетонов, приготовленных на различныхпенообразователях, от продолжительности хранения в воздушно-сухих условиях.

Рис. 1.Зависимость прочности пенобетонов, приготовленных на различных пенообразователях,от продолжительности хранения в воздушно-сухих условиях.

Изприведенных данных видно, что пенобетоны, приготовленные с использованиемсинтетических пенообразователей, существенно уступают в наборе прочностипенобетону, приготовленному на органическом пенообразователе «Биопор».

В концентраторганического пенообразователя «Биопор», представляющий собой гидролизованнуюкровь, при приготовлении пенообразователя добавляется неорганическийстабилизатор. Возможно, неорганический стабилизатор и оказывает положительноевлияние на скорость набора прочности пенобетона.

Дляпроверки данного положения осуществлялся подбор состава сухого пенообразователяна клееканифольной основе с использованием симплекс-решетчатого планирования. Составклееканифольной основы оставался постоянным, а варьировалось содержаниекомплексной неорганической добавки. Комплексная неорганическая добавка состоялаиз смягчителя воды, нейтрализатора и стабилизатора. В соответствии ссимплексным планом осуществлялось варьирование указанных неорганическихкомпонентов, которые смешивались с клееканифольной основой. Из данной сухой композицииготовился пеноконцентрат, который после приготовления выдерживался в течениесуток для полного гидролиза протеинов. После выдержки концентрат использовалсядля приготовления пенообразователя при соотношении «концентрат — вода» 1:30. Уготового пенообразователя с помощью прибора, изображенного на рис. 2,определялась пенообразующая способность и пеноустойчивость. Пенообразующаяспособность оценивалась по продолжительности заполнения стакана пеной, с, апеноустойчивость, по количеству отделившейся воды от объема пены за 30 мин, мл.

Рис. 2. Прибор для определениясвойств пенообразователя. 1 — блокуправления с приводом, 2 — мерный стакан, 3— импеллер

На рис.3 представлен общий вид функции отклика для пенообразующей способности,а на рис.4 изолинии пенообразующей способности того же состава.

Рис. 3. Общий вид функции отклика для пенообразующей способности

Рис. 4. Изолинии пенообразующейспособности

На рис. 5представлен общий вид функции отклика для пеноустойчивости, а на рис. 6изолинии пеноустойчивости того же состава.

Рис. 5. Общий вид функции отклика дляпенообразующей способности

Рис. 6. Изолинииравной пенообразующей способности

Результаты испытанийсвидетельствуют, что при максимальном содержании в смеси стабилизаторанаблюдается наихудшая пенообразующая способность и пеноустойчивость (красныеобласти). На рис. 4 можно выделить две области,обладающие неплохой пенообразующей способностью (зеленые области). В этих жеобластях наблюдается неплохая пеноустойчивость. Для проведения дальнейших испытанийбыли выбраны два состава пенообразователя, отмеченные на рис. 4 точками A и B.

Выбранные пенообразователииспользовались для приготовления пенобетона и оценки кинетики набора прочностив соответствии с методикой, описанной выше. Результаты испытаний, приведенныена рис. 1, свидетельствуют, чтоклееканифольный пенообразователь A обеспечивает в равные сроки набор прочностипенобетона, в 2 раза превосходящей прочность пенобетона на пенообразователе ПБ2000. При этом следует отметить, что смягчитель обеспечивает полифункциональноедействие в пенообразователе, поскольку является одновременно ускорителем тверденияпортландцемента.

Для математической оценки продолжительностидостижения пенобетоном марочной прочности готовились растворы жидко-подвижнойконсистенции при соотношении «песок — цемент» 3:1 и водоцементном соотношении0,7. Растворы готовились с добавлением в воду затворения по 0,4 % исследованныхпенообразователей. Контрольный образец, по которому оценивалась марочнаяпрочность, готовился на чистой воде. Результаты испытаний растворовпредставлены на рис. 7.

Рис. 7. Кинетика набора прочности растворов, содержащих в воде затворения различныепенообразователи

Результатыданных испытаний подтверждают результаты испытаний пенобетонов и позволяютдополнительно отметить, что марочная прочность образцов с добавкой «Биопора» и клееканифольногопенообразователя Aвышеконтрольного образца. При помощи данных испытаний получены аппроксимирующиелогарифмические уравнения, адекватно описывающие поведение растворов притвердении:

Rсж(ПБ 2000) = –0,8546 + 3,0539lg(x), (5)

Rсж(Биопор) = –5,2303 + 9,2091lg(x), (6)

Rсж(Пионер) = –1,7186 + 4,3596lg(x), (7)

Rсж(Кл.-кан. B) = –3,2563 + 6,4982lg(x), (8)

Rсж(Кл.-кан. A) = –4,1292 + 8,5508lg(x), (9)

Rсж(Контр) = –5,2272 + 9,0806lg(x), (10)

где x —продолжительность твердения, сут.

Расчетыпри помощи формул 5–10 показывают, что образцы на пенообразователе ПБ 2000достигнут марочной прочности уровня контрольного образца лишь через два года.

Результатыработы убедительно свидетельствуют, что синтетические пенообразователи, широкоиспользуемые в настоящее время в практике приготовления пенобетона, оказываютсильное подавляющее действие на скорость набора его прочности.

Разработансухой клееканифольный пенообразователь, лишенный недостатков, присущихсинтетическим пенообразователям. Концентрат из сухого пенообразователя можноприготовить непосредственно на месте изготовления пенобетона.