Пенообразователь для пенобетонов
Владельцы патента RU 2465250:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)
Изобретение относится к области получения стойких пен, которые используются в промышленности строительных материалов для получения поризованных материалов на основе различных вяжущих веществ (цемента, гипса, сажи, глины, а также фибры и других волокон). Технический результат - получение устойчивой мелкодисперсной пены высокой плотности, увеличение ее несущей способности и времени синерезиса, уменьшение расхода пенообразователя. Пенообразователь для пенобетонов содержит, мас.%: первичные алкилсульфаты натрия фракции C12-C14 18,0-22,0, высшие жирные спирты фракции C12-C14 3,0-5,5, карбамид 9,0-10,0, бутанол 5,0-10,0, глицерин 5,0-10,0, желатина 2,0-5,0, ускоритель схватывания и твердения 0,5-10,0, умягчитель жесткой воды 0,0-1,0, вода до 100,0. Может быть использована техническая желатина Т-4 и Т-7. В качестве умягчителя воды может быть использован трилон Б или фосфаты натрия. 2 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 табл.
Изобретение относится к области получения стойких пен, которые используются в промышленности строительных материалов для получения поризованных материалов на основе различных вяжущих веществ: цемента, гипса, сажи, глины, а также фибры и других волокон.
Известен пенообразователь, используемый в промышленности строительных материалов, который содержит следующие компоненты, мас.%:
алкилсульфаты фракции С10-С11 | 10÷30 |
высшие жирные спирты фракции C12-C16 | 0,5÷5,0 |
мочевина | 10÷30 |
бутанол | 5÷15 |
вода | до 100 |
(Авторское свидетельство №1291585, бюл. №7,1987 г.)
Недостатком этого пенообразователя является низкая кратность пены, вызывающая повышенный расход пенообразователя, который отрицательно влияет на свойства пенобетонных изделия, а также вызывает большое водоотделение из бетонного теста в начальный период времени.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пенообразователь, включающий следующие компоненты, мас.%:
вторичные алкилсульфаты натрия фракции C10-C16 | 10÷26 |
высшие жирные спирты фракции C12-C16 | 0,1÷5,0 |
мочевина | 1,0÷8,0 |
бутанол | 0,5÷5,5 |
КООС (кубовые остатки органического синтеза) | 0,5÷10,0 |
глицерин | 0,5÷5,5 |
пластификатор | 0,2÷8,5 |
ускоритель схватывания и твердения | 0,5÷6,0 |
вода | до 100 |
(Патент №2150447, бюл. №16, 10.06.2000)
Недостатком этого технического решения является повышенное водоотделение в начальный период времени приготовления пенобетонного теста (34%), низкая устойчивость к вытеканию жидкости (синерезису), а также недоступность компонента КООС (кубовые остатки органического синтеза N-винилпирролидона, 1,4бутандиола, поливинилпирролидона, γ-бутиролактона, N-метилпирролидона и др.) в России из-за ликвидации этих производств. Поэтому организация производства пенобетонов с указанными характеристиками не представляется возможным.
Задача технического решения - получение устойчивой мелкодисперсной пены высокой плотности, ее несущей способности с повышенным временем синерезиса, а также уменьшение расхода пенообразователя с целью улучшения эксплуатационных характеристик пенобетона (например, прочности).
Поставленная задача решается за счет того, что пенообразователь, включающий первичные алкилсульфаты натрия фракции С12-С14, высшие жирные спирты фракции C12-C14, карбамид, бутанол, глицерин, желатину, ускоритель схватывания и твердения, умягчитель жесткой воды, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Первичные алкилсульфаты натрия C12-C14 | 18,0-22,0 |
Высшие жирные спирты фракции С12-С14 | 3,0-5,5 |
Карбамид | 9,0-10,0 |
Бутанол | 5,0-10,0 |
Глицерин | 5,0-10,0 |
Желатина | 2,0-5,0 |
Ускоритель схватывания и твердения | 0,5-10,0 |
Умягчитель жесткой волы | 0,0-1,0 |
Вода | до 100,0 |
Пенообразователь приведенного состава увеличивает время жизни пены за счет введения желатины (денатурированного коллагена соединительных тканей), способствует образованию устойчивой мелкодисперсной пены высокой плотности (62÷75 г/дм3), повышению вязкости пленок в пузырьках пены, увеличению ее несущей способности и времени синерезиса (до 12,5 мин). Применяется техническая желатина Т-4 и Т-7.
Кроме того, глицерин увеличивает кратность пены, повышает вязкость смеси, способствует также получению мелкодисперсной пены, активно влияет на процессы гидратации в бетоне.
В качестве ускорителя схватывания и твердения могут применяться нитрит натрия, моноэтаноламин (они еще и ингибиторы коррозии), а также сульфаты двух- и трехвалентных металлов. Предложенный предел введения этого ускорителя объясняется тем, что в противном случае уменьшается вспениваемость.
Карбамид (мочевина) повышает стойкость пены на воздухе и огнестойкость композиции, но в больших количествах снижает пластичность пенобетонного теста.
В качестве умягчителя жесткой воды рекомендуется использовать трилон Б, фосфаты натрия и др.
Технология приготовления осуществляется в три стадии: приготовление пены в пеногенераторе, приготовление цементно-песчаного раствора и введение пены в жидкое бетонное тесто. Для приготовления пены концентрат пенообразователя и воду дозируют по объему в смеситель. Готовый раствор перемещают в пеногенератор для получения пены. В бетоносмесителе готовят цементно-песчаную растворную смесь. Затем туда же подается пена и перемешивается в течение 3-5 минут. Далее посредством гибкого рукава транспортируется в формы или опалубку.
Пример конкретного выполнения:
Портландцемент марки 500 в количестве 800 г перемешивают с 950 г кварцевого песка в сухом состоянии, затем добавляют воду - 380 г и перемешивают до получения однородной массы (теста). Одновременно в пеногенераторе получают пену, загружая смесь из 532 г воды и 14 г пенообразователя состава (вариант №4 табл.1), мас.%:
Первичные алкилсульфаты натрия С12-С14 | 21,0 |
Высшие жирные спирты фракции С12-С14 | 3,0 |
Карбамид | 9,0 |
Бутанол | 6,0 |
Глицерин | 9,0 |
Желатина | 5,0 |
Ускоритель схватывания и твердения | 6,0 |
Умягчитель жесткой воды | 0,5 |
Вода | 40,5 |
Затем полученную пену тщательно перемешивают с цементно-песчаным тестом в течение 5 минут и заливают в формы 10×10×10 см и после выдержки в течение 16 часов пропаривают при 80°C в течение 8 часов. Затем охлаждают до комнатной температуры и выдерживают 4 часа при 20±5°C. Далее определяют характеристики пенобетона через 4 ч и 28 суток.
Примеры составов пенообразователей приведены в таблице 1, характеристики свойств пены - в таблице 2. Результаты испытаний пеноблоков на прочность при сжатии представлены в таблице 3.
Таблица 2. | ||||
Характеристика свойств пены | ||||
Состав пенообразователя | Кратность пены | Плотность пены, г/дм3 | Синерезис (время выделения первой капли жидкости из пены), мин | Водоотделение через 1 час, % |
1 | 16,0 | 62,5 | 6,7 | 30,0 |
2 | 16,6 | 60,3 | 7,5 | 30,2 |
3 | 15,6 | 64,0 | 6,5 | 31,0 |
4 | 14,4 | 74,7 | 12,0 | 22,3 |
5 | 13,5 | 74,0 | 8,0 | 25,0 |
6 | 15,9 | 63,0 | 9,0 | 25,0 |
7 | 13,4 | 75,0 | 12,5 | 22,0 |
8 | 16,4 | 61,0 | 8,0 | 31,0 |
9 | 15,9 | 62,0 | 8,0 | 30,0 |
10 | 16,2 | 61,8 | 8,5 | 30,0 |
прототип | 21,2 | 47,0 | 5,2 | 34,0 |
По норм. тех. док. для низкократных пен | Не более 20,0 | 60-80 | Не менее 8,0 | Не более 50,0 |
Таблица 3. | |||||||||
Характеристика пеноблоков | |||||||||
Характеристика пенобетона | Пенобетон 800-900 кг/м3 с использованием пенообразователя | ||||||||
Известного (прототип) | Предлагаемого | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
Состав пенобетона на 1 м3: | |||||||||
Портландцемент, кг | 420 | 410 | 420 | 420 | 420 | 410 | 420 | 400 | 410 |
Кварцевый песок, кг | 420 | 200 | 180 | 180 | 180 | 150 | 160 | 160 | 150 |
Пенообразователь (≤2%-ный водный раствор), л | 50 | 60 | 57 | 52 | 50 | 49 | 47 | 45 | 40 |
Вода, л | 145 | 150 | 160 | 160 | 160 | 160 | 150 | 160 | 160 |
Предел прочности при сжатии через 4 часа после пропарки, МПа | 3,8 | 3,8 | 3,9 | 3,9 | 3,9 | 3,8 | 3,9 | 3,6 | 3,6 |
То же через 28 суток | 5,1 | 5,3 | 5,5 | 5,7 | 6 | 5,8 | 6 | 5,8 | 6 |
При использовании пенообразователя указанного состава процесс изготовления пенобетонов становится технологичнее. Время выделения первой капли жидкости из пены увеличивается до 8÷12 минут (по известному - 5,2 мин), возрастает плотность пены до 60÷75 г/дм3 (по прототипу 47 г/дм3). За счет увеличения времени синерезиса увеличивается временной интервал для выполнения технологических операций. Кроме того, присутствие в композиции желатины стабилизирует пену и не позволяет оседать ей в процессе схватывания и пропарки.
Кратность пены на предлагаемом пенообразователе может регулироваться с помощью его дозировки в цементный состав. Экспериментально доказано, что наиболее низкие концентрации пенообразователя ≤2% обеспечивают повышение прочности пенобетона. Поэтому в предлагаемом техническом решении расчет по количеству вводимого пенообразователя выполняют исходя из концентрации ≤2%.
Уникальность пены, полученной на основе предложенного состава, состоит в устойчивой микропористой структуре, а также в том, что она способна сохранять пористость в смеси с цементно-песчаным тестом до затвердения без изменения объема.
Пеноблоки, полученные с использованием предложенного пенообразователя, отличаются высокими теплоизолирующими свойствами, обусловленные равномерностью распределения пор одинаковых размеров по всему массиву. Поры имеют почти 100%-ную закрытость, то есть в поры не проникает вода. Прочность пеноблоков находится на уровне мировых стандартов и составляет через 28 суток 5,5÷6,0 МПа.
1. Пенообразователь для пенобетонов, включающий алкилсульфаты, высшие жирные спирты, бутанол, глицерин, карбамид, ускоритель схватывания и твердения, воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит умягчитель жесткой воды и желатину, а в качестве алкилсульфатов используют первичные алкилсульфаты натрия фракции C12-C14 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
первичные алкилсульфаты натрия C12-C14 | 18,0-22,0 |
высшие жирные спирты фракции C12-C14 | 3,0-5,5 |
карбамид | 9,0-10,0 |
бутанол | 5,0-10,0 |
глицерин | 5,0-10,0 |
желатина | 2,0-5,0 |
ускоритель схватывания и твердения | 0,5-10,0 |
умягчитель жесткой воды | 0,0-1,0 |
вода | до 100,0 |
2. Пенообразователь для пенобетонов по п.1, отличающийся тем, что используют техническую желатину Т-4 и Т-7.
3. Пенообразователь для пенобетонов по п.1, отличающийся тем, что в качестве умягчителя он содержит трилон Б или фосфаты натрия.