Моб.: +38 067 537 17 20
Тел.: 8(044)23-23-920
E-mail: alpha-prime@ukr.net

Главная» Пенобетон» Статьи о пенобетоне» Взаимосвязь структуры пены и свойств пенобетона

 
 

Взаимосвязь структуры пены и свойств пенобетона

Результаты научно-исследоватекских работ, проведенных в МИСИ им. В.В. Куйбышева (МГСУ) и анализ технической литературы показали, что характер структурного строения и технологические свойства пены для производства пенобетона меняются вместе с ростом ее объемной кратности. При этом формируются три условные разновидности пеноструктуры:

      низкократные пены (кратность 2-6) отличаются введением небольшого количества пенообразователя, а также характеризуются сферической формой пор, отсутствием жесткого структурного каркаса и текучестью, обусловленными наличием свободной, не перешедшей в адсорбционные слои, жидкой фазы. Истечение последней (синерезис) определяет нестабильность этих пен после приготовления, поэтому они не находили практического применения. В тоже время метод сухой минерализации позволяет стабилизировать эти пеноструктуры и изготавливать на их основе пенобетонные материалы. Метод предусматривает минерализацию низкократной пены сухим порошком вяжущего при перемешивании, и ее стабилизацию предотвращением синерезиса за счет бронирования воздушных пузырьков, закупорки каналов твердыми частицами и сорбции свободной воды сухим вяжущим.

     Внутриструктурная подвижность низкократных пен и наличие свободной жидкой фазы в виде толстых пленок вокруг мелких сферических пор обуславливает устойчивость воздушного пузырька и в целом пены при сухой минерализации в условиях пониженного В/Т ? 0,5, позволяет сократить цикл приготовления смеси до минимума, использовать непрерывные пенобетоносмесители, цементные и быстротвердеющие гипсовые вяжущие, а также применить кратковременную вибрацию на стадии приготовления и формования пеномассы с целью повышения устойчивости пены при минерализации и снижении В/Т. Кроме того низкий расход пенообразователей - синтетических ПАВ (0,2-0,4% от массы воды) - минимизирует их замедляющее действие на кинетику набора прочности пенобетона.

     Важным фактором является предельная простота аппаратурного оформления метода: приготовление пены и ее последующую сухую минерализацию вяжущим можно осуществить в одном высокоскоростном турбулентном смесителе. Он же с незначительным изменением может использоваться для приготовления пеномассы в непрерывном режиме путем постепенного совмещения сухих компонентов с низкократной пеной, непрерывно подаваемой пеногенератором. При необходимости пеносмеситель снабжается пневматической или гидравлической системой перекачивания пенобетонной смеси к месту укладки.

     При кратности пены 4 объем вовлеченного воздуха составляет около 75%, что соответствует теоретическому пределу упаковки соприкасающихся сферических пор одинакового размера. Следовательно, структура пены и пенобетонной смеси на ее основе с кратностью менее 4 при любом размере пузырьков образуется из сферических пор, разделенных жидкими прослойками. Следовательно, эти пены являются лучшей основой для получения конструкционно-теплоизоляционной и перегородочных пенобетонов с замкнутой мелкопористой структурой с толстыми перегородками средней плотностью 600-900 кг/м3 при В/Т = 0,5-0,4.

     Пены данной кратности имеют наиболее толстые пленки, особенно в зонах между узлами, где их толщина повышается в несколько раз. Этот фактор и отсутствие жесткого пространственного закрепления смежных пор низкокраных пен позволяют вести бездефектную минерализацию последних с помощью немолотых песков, используемых совместно с вяжущим в качестве заполнителя, что достигается за счет вытеснения и закрепления зерен песка, а также крупных частиц вяжущего из сравнительно тонкостенных пленок пены в центре межузлия в процессе перемешивания без "прорезки" стенки пор и деформации пузырька.

     Изготовление материалов по данной технологии было реализовано в России, а также в странах Ближнего Востока.

     Пены и смеси на их основе с кратностью выше 4 характеризуются полифракционной сферической пористой структурой, возрастающим количеством соприкасающихся пор по мере роста кратности. Теоретическому пределу плотной упаковки такой структуры соответствует пористость около 83% и кратность 6. Пенобетонные материалы сухой минерализации, фиксируя такую структуру, после отверждения приобретают открытую пористость за счет образования точечных дырок в зоне соприкосновения сферических пузырьков пены. Эти точечные пленки не минерализуются из-за их несоизмеримости по толщине с частицами вяжущего. Минимальный размер дырок почти не влияет на прочностные характеристики материала. Результаты акустических исследований, проведенных в НИИСФ, показали, что наличие открытой пористости придает этому виду пенобетона (средняя плотность 300-450 кг/м3 и прочностью 0,9 МПа.

     Пены кратностью 9-14 имеют объем воздушной фазы 89-93% и могут служить идеальной основой для получения особо легких (150-250 кг/м3) пенобетонных теплоизоляционных материалов при В/Т = 0,5-0,6 на обычном цементном вяжущем. Однако увеличение воздушной фазы в пенах с кратностью выше 6 приводит к постепенному ухудшению их технологических свойств за счет перестройки структуры в плотную и жесткую упаковку частично деформированных сферических пузырьков со множеством тончайших пленок повышенной площади в зонах соприкосновения пор. Особенно чувствительны эти изменения при кратности выше 9. Пониженная подвижность, ограниченный объем жидкой фазы и наличие тончайших контактных пленок определяют повышенную склонность этих пен к нерегулируемому разрушению при минерализации и неэффективность применения виброминерализации.

     В тоже время в условиях метода сухой минерализации нецелесообразно применение высокократных пен (кратность не менее 15). Они представляют собой пространственную ячеисто-пленочную структуру, состоящую из пор многогранников, связанных между собой в общий каркас разделительными тонкими пленками. В отличие от низкократных пен в них практически отсутствует жидкая фаза. Они имеют жесткое строение и проявляют стабильность после приготовления за счет отсутствия синенрезиса в определенном промежутке времени.

     Пены с такими структурно-технологическими характеристиками используются для поризации пенобетонной смеси с водным раствором вяжущего. Эта схема является основной в производстве пенобетона. При этом регулирование средней плотности пенобетона достигается не изменением кратности пены, а подбором соотношения объемов пены заданной кратности (обычно 15-20) и раствора вяжущего.

     В результате основная схема производства пенобетона базируется не на фиксации структуры минерализуемой высокократной пены, а на ее трансформации в пеноструктуру с заранее заданной низкой кратностью, например при получении легкого бетона конечная кратность пеномассы должна соответствовать 8-12 при коэффициенте трансформации 1,25-2,5.

     Процесс трансформации происходит при перемешивании компонентов путем разделения пеноструктуры и новой пространственной переориентации пузырьков в условиях физико-механических воздействиях на тонкопленочную структуру пены раствором вяжущего, крупными частицами песка (применяется при плотности пенобетона более 500 кг/м3), рабочими поверхностями мешалки. Эти факторы приводят к разрушению значительного объема пены, а при получении низкоплотных пенобетонов - к образованию неоднородной открытой ячеистой пористости. Увеличение коэффициента использования пены в основной схеме производства пенобетона достигается такими приемами, как - повышением В/Т, применением специальных добавок - стабилизаторов и загустителей пены, а также низкоскоростного режима перемешивания в горизонтальных мешалках циклического действия.

     Статья подготовлена на основании публикации "Взаимосвязь структуры пены, технологии и свойств получаемого пенобетона" Кобилзе Т.Е., Коровяков В.Ф., Киселев А.Ю., Листов С.В.