Метод сухой минерализации – вовсе не новинка. Ему уже за 40. Это разработка МИСИ, отцом которой по праву называют Адольфа Петровича Меркина.
Суть метода, кратко.
Если во всех остальных методах вода, как один из участников хим. реакции в результате которой будет сформирован цементный камень вводится в качестве самостоятельного ингридиента, то в методе сухой минерализации вода вводится в систему в составе пены.
Вот так все с ног на голову перевернули и оказалось, что в низкократную пену оказалось возможным вводить СУХУЮ смесь вяжущего и заполнителей.
Данный метод сулит ощутимые преимущества перед всеми остальными – ведь существенно упрощается такой сложный и капризный технологический передел, как пеногенерация. Но в нем есть и свои недостатки (о них далее), с которыми вполне вероятно сталкиваются производители на местах. Особенно если у них слаба теоретическая база в данном вопросе. (Но это дело мы уже «поправляем» в «Библиотеке строителя»
)
Производители оборудования для изготовления пенобетона как по традиционному методу так и по баротехнологии конечно могут надувать щеки, - утверждая, что, дескать, именно эти способы самые распространенные. И в чем-то они правы.
Если считать единичные установки – то, несомненно, полукустарные шарашки, в которых установлено именно такое оборудование, превалируют, - пенобетон сейчас не делает только ленивый.
Если же задаться целью посчитать именно объемы производимой продукции то «вдруг» оказывается, что по методу сухой минерализации производится процентов 90 всего пенобетона (Прошу не путать – я веду речь именно о пенобетоне – т.е. ячеистом безавтоклавном бетоне, в котором вяжущем выступает портландцемент, а организация поровой структуры осуществляется пеной).
Практически все крупные производители ориентированные на индустриальное (заводское) производство работают именно по способу сухой минерализации.
Теперь немного теории – из книжек, из старых книжек, из макулатуры, как говорят некоторые. Это информация «с кончика пера» - её можно потом проверить/уточнить/детализировать в лабораторном эксперименте, но её нужно знать «ДО ТОГО КАК». Чтобы велосипеды не изобретать по третьему разу.
Ну а книжную теорию я совсем чуть-чуть «оттеню» практикой – и вот тогда получится настоящий коктейль.
============================================================
==========================
1. Взаимосвязь структуры пены и свойств получаемого пенобетона.
Структура пены и её технологические характеристики существенно изменяются в зависимости от её кратности. Соответственно и пенобетон будет наследовать подобную изменчивость своих характеристик в зависимости от характеристик пены.
Поэтому туманное – «в методе сухой минерализации используются низкократные пены, с кратностью до 15» не может быть принято ни исследователем ни практиком, т.к. в таком широком диапазоне пена претерпевает очень существенные структурные изменения, которые неизбежно унаследует и пенобетон.
Низкократные пены (иногда их даже называют «мокрые пены») кратностью 2 - 6 характеризует сферическая форма пор, отсутствие жесткого структурного каркаса, повышенная текучесть и избыток воды. Такие пены легко приготавливаются уже при минимальных количествах пенообразователя (ориентировочно до 0.5% по отношению к воде) – соответственно и крайне отрицательное влияние ПАВ на кинетику гидратации цемента будет минимальным.
Такие низкократные пены крайне нестабильны. Но при введении в такую низкократную пену минерального порошка (заполнитель и (или) цемент) синерезис (истечения жидкости из пены) существенно замедляются либо прекращаются вовсе. Минеральный порошок закупоривает каналы Плато, на уровне сорбционных (и хемсорбционных!!!!! – это очень важно, но об этом далее) процессов упрочняет пенный пузырек (иногда говорят – «бронирует»). Кроме того, сорбция воды сухой минеральной смесью и связывание её в сольватные оболочки, а также в гидратные новообразования также существенно снижает количество «лишней» воды в системе. В результате всех выше описанных процессов стойкость пено-минеральной массы существенно выше чем пены.
Из-за того, что все эти процессы несколько растянуты по времени, формируются условия, при которых изначальная внутриструктурная подвижность низкократных пен обусловленная наличием излишней жидкой фазой (водой) в форме толстых пленок вокруг мелких сферических воздушных пор, тем не менее, предопределяет высокую устойчивость пено-минеральной массы даже при пониженных водотвердных соотношениях (В/Т < 0.5).
Помимо того, что уменьшение количества воды затворения в цементной системе само по себе является очень мощным фактором ускорения его схватывания и твердения, такие низкие В/Т (практически не достижимые при всех остальных способах приготовления пенобетона и весьма приближающиеся к оптиуму по В/Ц) позволяют существенно сократить цикл приготовления пеносмеси (вплоть до использования установок непрерывного цикла), использовать быстро- и особобыстросхватывающиеся вяжущие (в т.ч. и гипсовые, в т.ч. и с использованием «взрывных» ускорителей схватывания – силикат-натриевые композиции). Кроме того становится возможным применение внешнего вибрационного воздействия на пенобетонную смесь на стадии её укладки и формования.
Очень и очень важным фактором при производстве пенобетона по методу сухой минерализации, особенно на пенах кратностью до 6 является предельная простота и унифицированность всего оборудования.
Так как минерализация низкократной пены не меняет (как во всех других способах) а только фиксирует основные характеристики пены (объем вовлеченного воздуха, характер организации порового пространства, форму пор), то и управлять эксплуатационными характеристиками пенобетона становится возможным исключительно изменяя кратность пены.
При кратности пены 4 объем вовлеченного воздуха составляет примерно 75% (теоретический предел упаковки сферических пор одинакового размера – голая математика). Следовательно такая кратность является наиболее оптимальной для получения конструкционно-теплоизоляционного пенобетона с замкнутой структурой пор, мелкопористой структуры и с толстыми сплошными межпоровыми перегоодками (посредственная теплофизика, но максимально достижимая прочность при минимальном возможном водопоглощении).
Обычно при пене кратностью 4 получают пенобетон плотностью 600 – 900 кг/м3 при В/Т = 0.4-0.5
Еще один очень и очень существенный момент, которым порой неоправданно злоупотребляют производители (особенно начинающие, и особенно слепо доверяющие рекламной информации) – пены такой низкой кратности имеют очень толстые межпоровые пленки. И особенно толстые - в межузлиях воздушных пузырьков. Этот фактор, а также отсутствие жесткой фиксации смежных пор друг относительно друга порождает теоретическую возможность использования немолотых компонентов. Вплоть до использования крупных песков, которые из-за толстых пленок не способны «прорвать» (и нарушить сплошность) пенного пузырька. Теоретически все верно. И данная схема (без предварительного помола) была с успехом реализована как у нас, так и за рубежом (использовались барханные пески Средней Азии). Но на практике такой замечательной возможностью воспользоваться практически не удается (об этом далее).
-----------------------------------------------
Для пены кратностью выше 4 уже характерна полифракционная структура сферических пор – поры еще сохраняют сферическую форму, но они уже разной размерности. По мере увеличения кратности полифракционность возростает. Так при кратности пены 6, теоретически достижимая плотность упаковки пор составляет 83%.
Соответственно минеральная смесь, будучи введенной в такую пену, зафиксирует подобную полифракционность и унаследует от ней весь потенциал дефектности и несовершенства поровой организации. После отверждения пенобетона такая дефектность обусловит открытую пористость – в зоне соприкосновения пор разной размерности могут потенциально образовываться нарушения сплошности межпоровых перегородок (дырка, попросту). Возникновение этих точечных дефектов обуславливается тем, что в этих местах прослойки жидкой фазы между пенными пузырьками уже становятся меньше чем размер зерен минерального порошка и, соответственно, в этих местах минерализация и фиксация пенного пузырька вяжущим не произойдет.
Такие точечные дефекты еще не способны существенно отразится на прочности межпоровых перегородок (соответственно прочность пенобетона еще не сильно снизится), но они уже сформируют открытую пористость – отдельные, разной размерности, поры уже не разделены сплошной и целостной межпоровой перегородкой, а имеют возможность сообщаться между собой. Данный факт, с одной стороны обуславливает повышенную водопроницаемость такого пенобетона, с другой стороны - придает ему высокие звукопоглощающие характеристики в очень широком диапазоне частот.
С учетом всего вышесказанного метод сухой минерализации при использовании пены кратностью 6 широко используется при производстве т.н. «перегородочного» пенобетона плотностью 300 – 450 кг/м3, а также при производстве пеногипсовых звукопоглощающих и звукоизолирующих плит.
Кроме того, именно для подобной сферы применимости, когда предполагается облицовка (изменяется характер нагружения), становятся очень важны характеристики работы материала на изгиб. Вот именно в этом диапазоне применимости (а не всегда, как это активно муссируется на этом и других Форумах) имеет смысл реализации в пенобетоне различного рода мероприятий повышающих именно прочность на изгиб (армирование, микроармирование. введение водорастворимых полимеров и т.д.).
------------------------------------------------
У пены кратностью 9 количество вовлеченного воздуха теоретически составляет 89%.
Увеличение кратности до 14 увеличивает воздухосодержание пены уже до 93%
Если такую пену «зафиксировать» минерализатором, то возможно получение особо легкого теплоизоляционного пенобетона плотностью 150 – 250 кг/м3 ( причем с сохранением В/Т на уровне 0.5 – 0.6 !!!!!!!!!!! ).
Однако как уже говорилось выше, увеличение количества воздушной фазы (повышение кратности пены) обуславливает все возрастающее несовершенство поровой организации такой пены – она все больше и больше перестраивается в жесткую и плотную упаковку частично деформированных и (или) полностью деформированных сферических пузырьков которые разделяет хоть и множество, но тонких прослоек. В зонах соприкосновения таких пор прослойки вообще становятся плоскими и чрезвычайно тонкими. В таких сверхтонких прослойках уже недостаточно воды для нормальной гидратации цемента. Кроме того в такие тонкие прослойки не может внедриться минерализатор, чтобы «бронировать» пенный пузырек.
(Следующая стадия теоретически возможного существования пенных пузырьков – это их существование в форме многогранников, а не сфер – но это я уже в дебри полез, сейчас вообще до черных пленок договорюсь
).
Особенно заметным такое перестроение поровой организации пены начинается на рубеже кратности пены равной 9.
Применение для сухой минерализации пен кратностью 9 и выше влечет за собой уже очень серьезные последствия. Пониженная подвижность пенных пузырьков и наличие огромного количества тончайших контактных зон, в которых минерализация вообще невозможна предопределяют повышенную склонность таких пен к саморазрушению при минерализации, что является важным технологическим мотивом повышения В/Т > 0.7. Как одно из частичных решений для этого случая – применение вяжущих низкой водопотребности – например ВНВ. (Очень часто ВНВ изготавливают и используют на местах, вводя при помоле в качестве интенсификаторов помола и дезагрегататоров суперпластификаторы – но обычно об этом даже не догадываются)
Однако в любом случае пенобетон имеет явно выраженную дефектность межпоровых перегородок. Они уже перестают работать на сжатие (кессонная схема нагружения) а воспринимают нагружение только на изгиб. Это предопределяет их крайне низкие прочностные характеристики, которые, зачастую, не способны обеспечить даже самонесущие свойства. Поэтому пенобетон полученный на пене кратностью выше 9 обычно используется только при изготовлении т.н. «заливочного» пенобетона – в межстеновых проемах, для заполнения пустот многощелевых вибропрессованных камней и т.д.
-----------------------------------------------------
При дальнейшем увеличении кратности (свыше 15) пены уже представляют собой пространственно-ячеистые структуры, состоящие из многогранных пор связанных между собой в общий каркас тонкими разделительными пленками. В таких (высокократных) пенах уже практически отсутствует свободная жидкая фаза, поэтому они уже сами по себе имеют жесткое строение и проявляют известную стабильность (порой в несколько суток) за счет практически полного отсутствия синерезиса.
Высокократные пены с кратностью выше 15 вполне способны передать свою поровую организацию и пенобетону, но из-за недостатка в них жидкой фазы (воды) её приходится вводить в составе цементного раствора. При этом регулировка плотности получаемого пенобетона осуществляется не изменением кратности пены (как в методе сухой минерализации) а подбором соотношения между объемом высокократной пены и раствором вяжущего (традиционная схема) либо, что по сути то же самое, - моделированием процессами воздухововлечения в растворную смесь (баротехнология).
============================================================
==========
2. Особенности технологической реализации производства пенобетона по методу сухой минерализации.
2.1. Пенообразователь.
В технологии сухой минерализации присутствует такой замечательный парадокс – самый плохой пенообразователь, от которого плюются все без исключения пенобетонщики работающие по «традиционному» методу и по баротехнологии в данном случае оказывается наилучшим. Конечно же я веду речь о СДО. (Н.Новгород – дочитайте до конца, а потом пинайте меня ногами
).
Данный факт проистекает из того, что СДО – (Смола Древесная Омыленная) не есть пенообразователем моносостава. Этот отход пиролиза древесины при изготовлении уксусной кислоты содержит множество веществ, но основная доля – это омыленные смоляные и жирные кислоты. И именно комбинация смоляные+жирные кислоты обеспечивает не только адсорбционные эффекты упрочнения пенного пузырька, но и хемсорбционные – а это уже «тяжелая артиллерия».
Поясню.
Смоляные кислоты, и в первую очередь абиетинового ряда – прекрасные пенообразователи. Особенно в присутствии гидроокисей кальция. Иными словами практически на любой воде, а еще лучше если это будет жесткая минерализованная вода (еще лучше её дополнительно минерализовать !!!) процесс пеногенерации будет стабильным и устойчивым.
Жирные кислоты – тоже хорошие пенообразователи. Но вот в присутствии гидроокиси кальция (цемент) они свою пенообразующую способность утрачивают, т.к. переходят в кальциевые мыла, которые водонерастворимы.
Так вот такой переход растворимых мыл в водонерастворимые осуществляется в самой оболочке пенного пузырька в момент когда низкократная пена совмещается с цементом!!! В результате пенный пузырек «бронируется» не только прилипшими к нему мелкими минеральными частичками, но эти частички еще и склеиваются ультрамелкими новообразованиями кальциевых мыл жирных кислот!!!!
В результате на «плохом» и дешевом СДО сухая минерализация показывает прекрасную результативность, а вот применение «хороших» и жутко дорогих заморских супер-пупер доводит технолога до инфаркта.
Вот откуда «ноги растут» утверждения, что именно СДО самый массово применяемый пенообразователь – ведь большинство «заводских» производств пенобетона, которые и осуществляют, собственно, львиную долю его выпуска работают как раз на СДО.
Да не врет Н.Новгород, - это действительно так, - СДО - впереди.
Вот если бы они еще и объясняли почему это так, и для какого технологического регламента именно СДО оптимален…
2.2. Заполнитель.
При работе мо методу сухой минерализации теоретически возможно использовать немолотые пески или золы. Теоретически все красиво – взяли копеечный пенообразователь, изготовили низкократную пену – да хоть в стиральной машинке. Затем в соседнем карьере взяли мелкого песка, не пригодного ни на что больше, смешали его насухо с цементом, добавили к готовой пене – и все. – Это теория.
На практике – как правило брак. Потому что смешать цемент с песком насухо и обеспечить при этом гомогенность смеси практически невозможно. И если в традиционных технологиях гомогенизацию облегчает жидкая смазка – вода, то при смешении насухо обязательно начинаются процессы агрегатирования. Короче обычными способами обеспечить равномерность распределения цемента в наполнителе практически невозможно. Поэтому такой минерализатор, при его введении в низкократную пену, привносит с собой неравномерность структуры затвердевшей пеносмеси – в одном месте пузырек был минерализован смесью цемента с наполнителем (как нужно), - и там все нормально. В другом месте минерализатором был только заполнитель – какая с него прочность? Еще рядом оказался только один цемент – на стадии твердения здесь начинает деструктивные процессы, обусловленные протеканием влажностной и контракционной усадки «слишком жирного» вяжущего. В результате «плавающие» характеристики по прочности и водопоглощению. а технолог получает повторный инфаркт.
Выход прост. Именно его то и применяют в заводских технологиях. И во многом благодаря именно этому неизбежному решению, технология сухой минерализации практически невозможна в полукустарных условиях реализации. – Нужен помол.
Простейшая, простая как табуретка, шаровая мельница, или вибромельница не только отлично гомогенизируют смесь песка с цементом насухо, но и дополнительно их активизируют. Если вместо песка применяется зола-унос, или доменные шлаки, помол помогает «раскрыть» потенциал их вяжущих свойств. В итоге такая активированная и гомогенизированная смесь вяжущего и наполнителя
обладает очень высоким прочностным потенциалом, что позволяет изготавливать отличный пенобетон при весьма незначительном содержании вяжущего, или при использовании низкокачественных вяжущих, вплоть до т.н. «местных» (их делают из всяких отходов, вплоть до горелой шахтной породы).
Но это же обязательное условие – обязательный помол шихты предопределяет, что технология сухой минерализации возможна только в заводских промышленных условиях.
Выводы:
1. Осуществление производства пенобетона по методу сухой минерализации возможно исключительно на пенах кратностью до 15
2. Управление характеристиками пенобетона, получаемого по методу сухой минерализации осуществляется исключительно изменением кратности применяемой пены, а не её количеством, как во всех остальных методах.
3. Наиболее приемлемым для метода сухой минерализации является пенообразователь СДО (либо его искусственный аналог) реализующие хемсорбционные эффекты упрочнения пены.
4. Обязательным и непреложным атрибутом метода сухой минерализации является технологический передел по помолу сырьевой шихты.
Все, и так уже целая «внеплановая» рассылка получилась
, а на счёт молодца - не подкалывай. Вспенить гипс сложности нет, тем более для такого практика как ты, а вот технологию и производство отработать, да ещё и сбыт на сегодня это да.