// //
Дом arrow Статьи и публикации arrow Ружинский С.И. - Пенообразователи и газообразователи для получения строительной пены в производст
Ружинский С.И. - Пенообразователи и газообразователи для получения строительной пены в производст

Пенообразователи и газообразователи для получения строительной пены в производстве ячеистых бетонов.

http://www.ibeton.ru/a21.php

И последнее по порядку, но не по значению. С гордостью представляем Вам нового автора статей нашей рассылки - Сергея Руджинского. Освещаемая им информация актуальна, а язык прост и понятен. Читайте! 

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.

Теоретические основы пенообразования.
Пена — это ячеисто-пленочная система, отдельные пузырьки воздуха в которой разделены и связаны пленками пенообразователя в общий каркас. В процессе образования пены можно наблюдать три периода.
В первый период воздушные пузырьки отделены друг от друга толстыми пленками жидкости и могут свободно перемещаться. Это — более или менее вязкие, но текучие системы. В этот период пена обладает сходством с обычной концентрированной эмульсией. Со временем пузырьки теряют свободу перемещения, превращаясь в полиэдрические ячейки, разграниченные тонкими, несколько изогнутыми пленками жидкости; наблюдается количественное преобладание дисперсной фазы над дисперсионной средой с образованием у системы структуры. 
Во второй период пена похожа на желатинизированную эмульсию. Устойчивость пены в этот момент является не 
агрегативной, а определяется механической прочностью остова, образованного из пленок той жидкости, которая 
является дисперсионной средой. 
Третий период коалесценции соответствует превращению пены в две объемные фазы с минимальной поверхностью раздела.

Основным условием образования пены является образование неоднородных по составу пограничных слоев. Химически чистые жидкости практически не образуют пены. Если в них растворены другие вещества в молекулярном или в коллоидном состоянии, то раствор может вспениваться, когда концентрация растворенного вещества в поверхностном слое больше, чем концентрация в объеме раствора, т.е. при образовании адсорбционного слоя.Адсорбция может быть положительной или отрицательной в зависимости от того, происходит ли увеличение или уменьшение концентрации вещества в поверхностном слое. Существует определенная, термодинамическая, связь между адсорбцией — изменением концентрации раствора вблизи поверхности, - и поверхностной активностью - способностью растворенного вещества уменьшать свободную поверхностную энергию. Вещества, способные понижать поверхностное натяжение воды, называют поверхностно активными – сокращенно ПАВ. Чем эффективней ПАВ, тем слабее поверхностное натяжение воды и, соответственно, затраты энергии на формирование пены будут меньше.

Установлено, что ПАВ – это вещества, содержащие полярные группы молекул, которые химически активны как к одной фазе, в нашем случае это - вода, так и к другой фазе – воздуху. Например, группы ОН или СООН будут притягиваться к водной среде, а углеводородные к неполярной среде. В системе жидкость/газ водородные группы выталкиваются из воды. Причем энергия этого выталкивания для ПАВ различной природы зависит от многих факторов, описание которых выходит за рамки данной статьи. Но для наиболее популярных у пенобетонщиков пенообразователей на основе жирных и смоляных кислот сделаем исключение. Пенообразующая способность растворов на основе щелочных мыл жирных и смоляных кислот – сильно зависит от длины углеводородной цепочки. Зависимость эта не линейна. Она описывается правилом Таубе, которое гласит – «… в гомологическом ряду кислот, их поверхностная активность быстро возрастает с удлинением углеводородной цепи, - а именно в 3.2 раза на каждую прибавляющуюся СН2 - группу». 
(Читатель может меня упрекнуть, дескать, жили, сколько лет как без правила Таубе, так и без него самого – и ничего. Но далее я постараюсь показать, что именно это правило способно четко, исчерпывающе и предельно объективно охарактеризовать эффективность некоторых наиболее распространенных пенообразователей на основе жирных и смоляных кислот).

Пенообразующая способность растворов ПАВ зависит также и от вида катиона (вида щелочи, примененной для омыления кислоты), температуры, рН среды. Без учета всех этих факторов трудно получить хороший пенобетон. Еще трудней добиться стабильности его показателей. 

Учитывая, что достаточно сложные химические термины и понятия необходимо донести до неподготовленного читателя, дальнейшее повествование по теме «Пенообразователи и газообразователи для получения строительной пены в производстве ячеистых бетонов» я счел уместным выстроить в форме «Вопрос-Ответ». Простое, ясное и доступное изложение этих «Ответов» будет нести конкретную целевую направленность, содержать легко реализуемые технологии и рекомендации, рассчитанные на реальное воплощение.

Вопрос: Каковы общие принципы изготовления пенообразователей. Возможно ли приготовить простейшие пенообразователи самостоятельно?

Ответ: Издавна человечество применяет в быту мыло. Его изготовить очень просто – достаточно смешать любой растительный или животный жир с пеплом. В результате химической реакции образуется мыло и глицерин.С развитием промышленности стало возможным модифицировать этот процесс. Жир теперь используют не напрямую. Предварительно из него отделяют глицерин – ценный химический продукт. В остатке получается уже не жир, а жирная кислота. В состав растительных и животных жиров входят очень много разных жирных кислот. Но основную массу составляют все же олеиновая, линолевая, пальмитиновая и стеариновая кислоты. Если любую из этих кислот или их смесь соединить со щелочью – получим опять же мыло. В мыловарении при производстве мыла используют как натриевую, так и калиевую щелочь. Натриевые мыла получаются твердые – ими вы каждый день умываетесь. Калиевые мыла – жидкие, они удобны в парфюмерии и в других специальных случаях. В промышленности также очень широко применяют различные мыла, но в основном на натриевом основании. Просто едкий натр в несколько раз более дешев, чем едкое кали. Но если выход пены нужно значительно увеличить – используют все же мыла на калиевом основании, - они дают выход пены в 2 – 5 раз больше.

Используя в качестве пенообразователей мыла на основе жирных кислот очень многие начинающие пенобетонщики сложили головы. Из этой же темы и муссируемая на многих форумах по пенобетонам идея применять для получения пены специальным образом подготовленную воду. Один советует артезианскую, другой дистиллированную, третий вообще только освящённую в церкви предпочитает.Годами бьются – не могут толком понять почему. Почему пена получается распрекрасная, а пенобетон из неё – пшик. Все дело в том, что и калиевые и натриевые мыла жирных кислот в жесткой воде очень быстро осуществляют замещающие реакции с ионами кальция - превращаются в кальциевые мыла. А кальциевые мыла водонерастворимы! Вы пробовали мыть руки мылом в морской воде? – Точно, мыло почти не пенится. То же самое происходит и с уже готовой пеной. Будучи смешанной с цементной суспензией (а там кальция хоть отбавляй) она быстро разрушается.Что делать? Выход простой – пенообразователи на основе жирных кислот в традиционной технологии производства пенобетонов не применять категорически. ( Да простит меня глубокоуважаемый профессор Меркин и вся школа «сухой минерализации» - описание их, несомненно, заслуживающего внимания, метода оставим на последующие публикации).

Есть еще смоляные и нафтеновые кислоты. Их тоже можно омылить щелочами и получить соответствующие мыла. Причем эти мыла, в присутствии кальциевых солей свою пенообразующую способность не уменьшают, а увеличивают! Как раз то, что нужно. Но где ее брать, эту смоляную кислоту. Все очень просто. Смесь абиетиновой, дигидро-, тетрагидро- абиетиновой, паллюстровой и левопимаровой смоляных кислот – это всем известная канифоль. Если её омылить щелочью - получится канифольное мыло. Если тепловой полимеризацией из канифоли выделить абиетиновую кислоту, а затем ее омылить – получится абиетат натрия, он же советская СНВ (Смола Нейтрализованная Воздухововлекающая), он же американский «Винсол».Для изготовления пенобетонов вполне достаточно будет простого канифольного мыла. Но использовать его непосредственно для приготовления пенобетона не получится – пена получается не стойкая. В процессе перемешивания с цементной суспензией она разрушается. Для повышения стойкости получаемой пены необходимо увеличивать вязкость пенообразователя. Любой природный коллаген способен на это. В кулинарии и парфюмерии для увеличения стойкости получаемых пен используют агар-агар. В нашем случае будет вполне достаточно обыкновенного столярного клея.В итоге получаем так называемый клееканифольный пенообразователь. С достаточной уверенностью можно утверждать, что большая часть пенобетонов в СССР изготовлена именно с его помощью.

Технологический регламент приготовления клееканифольного пенообразователя.
(Инструкция И-194-54 МПСМХП от 1954 г.)
Состав: клей костный, канифоль, едкий натр (сода каустическая), вода.

На 1 кубометр пенобетона объемным весом 900 – 1200 кг/м3 требуется:
- канифоли - 0.060 кг
- едкого натра - 0.016 кг
- клея костного - 0.063 кг

Клееканифольный пенообразователь применяют в форме эмульсии. Для ее приготовления готовят отдельно клеевой раствор и канифольное мыло. Приготовление клеевого раствора состоит в том, что куски клея размером 2 - 4 см замачивают в воде в весовом отношении 1:10 в течении суток, после чего его нагревают в этой же воде при температуре на выше 60 град до полного растворения кусочков. Одновременно готовят канифольное мыло, для чего раствор едкого натра, удельным весом 1.17, кипятят. Во время кипячения, при непрерывном помешивании, в раствор постепенно высыпают канифоль, раздробленную и просеянную через сито с отверстиями до 5 мм. На 1 литр раствора едкого натра расходуется около 1.6 кг канифоли. Кипячение смеси продолжается 1.5 - 2 часа до полного растворения канифоли. Полученное канифольное мыло охлаждают до 60 градусов и выливают небольшими порциями в клеевой раствор, при тщательном перемешивании.

Смешение канифольного мыла и раствора клея производят в весовой пропорции 1:6.
Клееканифольная эмульсия пенообразователя считается готовой, когда канифольное мыло полностью растворится в клеевом растворе.

Вопрос: - Можно ли при приготовлении пенообразователя едкий натр заменить содой каустической?

Ответ: Да можно.Едкий натр NaOH производится в форме – технический (т.), чистый (ч.), чистый для анализов (чда.). Они отличаются друг от друга только количеством посторонних примесей. Для приготовления пенообразователя годится любой из них. В том числе и с маркировкой – технический.Технический едкий натр называют также содой каустической или каустиком.

Вопрос: - Влияет ли качество канифоли на качество пенообразователя?

Ответ: Да влияет. Причем достаточно существенно. Вполне вероятно, что в одних случаях, пенообразователь приготовленный по приведенному выше рецепту покажет блестящие результаты. А в других – не очень. И виновником такой нестабильности будет именно канифоль.

Все дело в том, что канифоль бывает трех видов – живичная, экстракционная и талловая. Качественный состав смоляных кислот различных видов канифоли практически одинаков. Количественные же соотношения между смоляными и жирными кислотами, а также, самое главное, содержанием в них неомыляемых продуктов имеют достаточно большие различия. Так в живичной канифоли смоляных кислот больше всего – до 96%. В экстракционной же их всего 70%. Остальное – жирные кислоты и другие примеси. Приведенная выше рецептура рассчитана именно на применение качественной живичной канифоли.Более правильной все же следует считать методику, когда количество щелочи, потребное на омыление канифоли рассчитывается по ее кислотному числу.

Вопрос: - Влияет ли длительное хранение на качество приготовленного клееканифольного пенообразователя?

Ответ: Да влияет.
Если количество щелочи взятой для приготовления пенообразователя оказалось больше чем потребно по кислотному числу канифоли (попалась некачественная канифоль например) то в процессе длительного хранения начинают омыляться также эфиры канифоли. И абсолютно непредсказуемо ведет в этом случае себя костный клей - некоторые его составляющие, в частности жирные кислоты, также могут полностью омылится при длительном хранении. В результате пенообразующая способность пенообразователя возрастет, а стойкость пены – снизится. Или наоборот. Кроме того клееканифольный пенообразователь склонен к загниванию. Поэтому его необходимо хранить в прохладном месте не более 20 – 30 дней.

Вопрос: - Как влияет клееканифольный пенообразователь на кинетику набора прочности пенобетоном?

Ответ: В начальный период, поверхностно-активные вещества, являющиеся основной частью пенообразователя, достаточно сильно влияют на гидратацию цемента. Происходит своего рода «отравление» цемента. Объясняется это тем, что в процессе кристаллизации новообразований из цементного геля, между ними образуются коллоидные адсорбционные оболочки из пенообразователя. Они препятствуют непосредственному срастанию зерен друг с другом и тормозят образование прочного пространственного каркаса. Для ускорения процессов гидратации цемента в бетоноведении, в том числе и при производстве  пенобетонов, обязательно следует использовать специальные добавки – ускорители. Помимо увеличения скорости набора прочности, эти добавки могут также существенно снизить «осадку» пенобетона, появление усадочных трещин и снижения отпускной прочности.

Анонсы будущих статей:

По теме «Пенообразователи и газообразователи для получения строительной пены в производстве ячеистых бетонов» находятся в процессе написания, и скоро будут подготовлены для рассылки следующие разделы:

1. Пенообразователи на основе гидролизованных белков и протеинов животного и растительного происхождения («Пенообразователь ГК», «Пенообразователь ПО-6», «Пенообразователь БС»

2. Пенообразователи на основе нафтеновых кислот ( «Клеенекалевый пенообразователь», «Алюмосульфонафтеновый пенообразователь», «Пенообразователь Сульфанол»)

3. Современные пенообразователи на основе синтетических ПАВ

Также в рамках будущих статей на сайте www.ibeton.ru планируется «поднять» и осветить и другие темы, касающиеся отдельных строительных технологий, видов работ, химических добавок и т.д. На сегодняшний день готовятся следующие темы:
1. Забытые «Ноу-хау» советской строительной индустрии.
1.1 Механохимия и механоактивация в строительной индустрии.
1.2 Омагничивание водных систем применительно к строительной индустрии.
1.3 Электрофизические эффекты в строительстве.
1.4 Специальные цементы (гидрофобные, пластифицированные, безусадочные, сульфатостойкие). Способы и технологии их рационального применения.
1.5 Вибрационная технология бетона.
1.6 «Раздельная» технология бетона.
2. Ведение строительных работ при отрицательных температурах.
3. Ведение строительных работ при высоких положительных температурах.
4. Подбор составов, рецептура и особенности «тяжелых» и «легких» бетонов.
5. Особенности работы с «тощими» растворами – кладочными и штукатурными.
6. Особенности изготовления стяжек и выравнивающих оснований.
7. Устройство гидроизоляционных стяжек.
8. Особенности производства дорожных бетонов и элементов мощения.
9. Индивидуальные химические добавки для строительства.
9.1 Пластификаторы и суперпластификаторы.
9.2 Стабилизаторы.
9.3 Ускорители схватывания и твердения.
9.4 Замедлители схватывания и твердения.
9.5 Кольмататирующие добавки.
9.6 Газообразующие добавки.
9.7 Воздухововлекающие добавки.
9.8 Пенообразующие добавки.
9.9 Противоморозные добавки.
9.10 Ингибиторы коррозии стали.
9.11 Гидрофобизаторы.
9.12 Бактерицидные добавки.
10. Полифункциональные химические добавки и 
комплексы.
11. Полимербетоны и бетонополимеры.
12. Строительные мифы, легенды и заблуждения.
13. Наследие …..
13.1 Ахвердов И.Н.
13.1 Батраков В.Г. 
13.2 Байков А.А.
13.3 Волженский А.В.
13.4 Миронов С.А
13.5 Москвин В.М.
13.6 Мчедлов-Петросян О.П.
13.7 Ратинов В.Б.
13.8 Ребиндер П.А.
13.9 Стольников В.В.
13.10 Файнер М.Ш.
13.11 Хигерович М.И.
13.12 Хинт Й.
13.13 Ходаков Г.С.
13.14 Шейкин А.Е.
13.15 Шестоперов С.В.

Сергей Ружинский, Харьков, Городок.
E-mail: ryginski@aport.ru


(Все права защищены, публикация данной информации в любом виде, без разрешения владельцев запрещена. С предложениями обращаться ibeton@mail.ru)
Copyright ї 1999-2003 ООО Строй-Бетон. Все права защищены.
www.ibeton.ru

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.