Піноутворювач для поризації цементних сумішей при виготовленні ніздрюватих бетонів (пінобетонів)

Піноутворювач для поризації цементних сумішей при виготовленні ніздрюватих бетонів (пінобетонів) на основі продукту нейтралізації деревинних сухоперегонних піроконденсатів, меласної ба 29170 шляхом активації процесу піноутворення створенням органо-мінеральних комплексів в складі піноутворювача, підвищити кратність, зменшити щільність піни та підвищити міцність пінобетону на стиск, або знизити щільність пінобетону за зменшених ви трат теплової енергії в процесі тверднення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що піноутворювач, який містить продукт нейтралізації деревинних сухоперегонних піроконденсатів, меласну барду і воду, в якості продукту нейтралізації містить смолу деревинну омилену, а в якості барди - меласну післяспиртову барду та додатково містить солі роданіту та тіосульфату натрію за слідуючого співвідношення компонентів, мас. %: смола деревинна омилена 1,60-2,0 меласна післяспиртова барда 0,65-1,0 солі тіосульфату та роданіту натрію 1,85-2,0 вода решта. Смола деревинна омилена (СДО) - поверхнево-активна речовина чорного або темно-коричневого кольору - побічний продукт лісохімічної промисловості, отримується омиленням (реакція нейтралізації) лугами (NaOH) деревинних сухоперегонних піроконденсатів (розчинних смол пластичного деревинного пеку) зібраними за термічної високотемпературної обробки деревини хвойних та листяних порід у газогенераторах. Для отримання СДО пек омиляють розчином їдкого натру при температурі 100°С у співвідношенні по масі пеку та 20%-ного розчину лугу 1:1 [4]. Г устина 10%-ного розчину 1017 кг/м 3. Розчинні смоли містять 25-30% (в перерахунку на суху речовину) вугле водневі ангідриди гексоз, до 30% лактанів оксикислот, 10-20% летючих кислот, 15-20% фенолів [5]. Меласна післяспиртова барда утворюється в процесі ректифікації спирту і містить слідуючий речовинний склад, мас. %: гліцерин 6-12; бетаїн 920; амінокислоти 15-25; органічні кислоти 3-10; редукуючі речовини 4-6; колоїди 13-15; склад твердого залишку барди містить мінеральні сполуки на основі в мас. %: калію 8-12; натрію 1,5-2,5; кальцію 0,5-2,5; сульфатних іонів 0,6-16,6; іонів хлору 0,95,5. Густина 1035-1350 кг/м 3. Водний розчин солей тіосульфату та роданіту натрію - світло-коричнева рідина - нейтралізований відхід відпрацьованого поглинаючого розчину мокрої сіроочистки коксового газу, містить, мас. %: роданіт натрію 19-21; тіосульфат натрію 18-20; вода - решта [6]. Густина 1200-1290 кг/м 3. В запропонованому піноутворювачі солі тіосульфату та роданіту натрію застосовуються в умовах процесу піноутворення і проявляють властивості (підвищення кратності, зменшення щільності піни) що не проявляються і не впливають на кінцевий результат в умовах важкого бетону [6-10]. В запропонованому піноутворювачі Са і Na солі окси-, феноло-, й карбонових кислот СДО сприяють повітрявтягненню та утворенню піни з полідисперсних за розміром, замкнутих повітряних пор, розділених тонкими та щільними міжпоровими перетинками. Підвищена кратність піни досягається за рахунок взаємодії спиртових, кислотних та функціона льних груп СДО з сполуками барди, які в свою чергу утворюють органо-мінеральні комплекси з солями тіосульфату та роданіту натрію. Дані комплекси, у запропонованих межах, є інтенсифікаторами піноутворення, що сприяє зменшенню витрат смолистих речовин СДО для цього процесу, а також підвищує пластичність піни за рахунок хімічної взаємодії СДО з солями, що сприяє усуненню вібрації при вкладанні та ущільненні пінобетонної суміші. В процесі отримання піни у механічному (лопатевому) піногенераторі відбувається зростання температури піни від +20...+25°С (початкова температура розчину) до +40...+45°С (температура піни в кінцевій стадії піноутворення) за рахунок фізико-хімічних процесів взаємодії компонентів піноутворювача та переходу механічної енергії в процесі піноутворення в теплову. Пластифікуючий ефект піни (за зменшеними витратами СДО) при перемішуванні з цементним розчином забезпечується зростанням температури піни під час піноутворення від +20...+25°С до +40...+45°С, що в свою чергу сприяє збільшенню розчинності мінеральних компонентів піноутворювача, зменшенню критичної концентрації міцелоутворення (ККМ), зменшенню поверхневого натягу розчину піноутворювача, що приводить до збільшення кратності піни за низької її щільності. Це забезпечує можливість зменшити витрати СДО в піноутворювачі та її концентрацію в пінобетонній суміші, що сприяє в свою чергу прискореному росту міцності пінобетону на стиск за зниженою температурою тверднення (+50...+55°С). Із зменшенням загальної концентрації (кількості) СДО у запропонованому піноутворювачі відбувається не стільки зменшення міцел СДО, скільки зміна їх розмірів та форми внаслідок скорочення числа молекул в міцелі, що приводить до зворотного адсорбування молекул СДО на поверхні гідратних новоутворень цементу (явище часткової десорбції). В результаті не блокується доступ води для гідратації в'яжучого, внаслідок чого гідратація прискорено розвивається у часі та зростає міцність пінобетону на стиск за відносно низької (порівняно з аналогами та прототипом) температури тверднення. Введення солей тіосульфату та роданіту натрію в запропонованих межах в систему піноутворювача в результаті проникнення іонів солей в адсорбційний шар значно зменшує ККМ піноутворювача, що еквівалентно по дії збільшенню вмісту поверхнево-активних речовин СДО, що обумовлюється кінетичною дією, яка приводить до сповільнення витікання води із бульбашок піни, підвищує стр уктурно-механічні властивості адсорбційно-сольватних шарів, а також за рахунок термодинамічних факторів (розклинюючої дії), додатково зменшується сповільнююча дія міцел піноутворювача на гідратацію цементу, що сприяє прискоренню гідратації цементу та її повноти, що відповідно приводить до зростання міцності пінобетону на стиск за низької його щільності при скороченому режимі теплової обробки і зменшеній температурі за рахунок ранньої (прискореної) екзотермії цементу у порівнянні з аналогами та прототипом. Приклад 1270-1550гр. водного розчину солей тіосульфату та роданіту натрію, густиною 1200 кг/м 3 змі 2 29170 шують з 510-890 гр водного розчину меласної післяспиртової барди густиною 1300 кг/м 3 при температурі +20...+25°С, а потім отриману суміш змішують з 1800... 2500 гр водного розчину СДО густини 1075-1080 кг/м 3 при температурі +20...+25°С (№ п/п 1-7 табл. 1). Отриманий піноутворювач розчиняють водою при температурі +20...+25°С, доводячи його до густини 1030... 1050 кг/м 3 і подають у механічний (лопатевий) піногенератор, куди додатково вводиться вода до загальної її витрати разом з піноутворювачем 50-65 літрів, в залежності від проектної кратності та щільності піни. Піноутворення відбувається у піногенераторі протягом 8-10 хв., із зростанням температури від +20... +25°С (температура розчину піноутворювача) до +40...+45°С (температура піни в кінці процесу піноутворення). Отримана піна заданої кратності та щільності змішується з бездобавочним портландцементом М500 зволоженим за консистенції нормальної густини цементного тіста у змішувачі примусової дії протягом 2-3 хв., до змішування піни з розчином. Отримана пінобетонна суміш вкладається у форми та контрольні зразки-куби 100´100´100 мм без вібрації при самоущільненні. Вироби та зразки тверднуть у камері за режимом (1-2)+5+2 за температури +50...+55°С. В результаті фізико-механічних випробувань визначають середню щільність пінобетону за ГОСТ 27005 та міцність на стиск за ГОСТ 10180 та ГОСТ 18105. Кратність піни (Кп) визначається за формулою: V Кп = п , Vр де Vп – об'єм піни у циліндрі (об'ємом 1 л); Vр – початковий об'єм рідини піноутворювача. Щільність піни (r п) визначається за формулою: m rп = п , Vп де m п – маса піни; Vп – об'єм піни. Температура розчину піноутворювача та піни в процесі приготування визначається за допомогою термометра. Температура середовища під час тверднення пінобетону контролюється засобами автоматики. Вміст сировинних компонентів піноутворювача, мас. %, характеристики піни, середовища, та фізико-механічні властивості теплоізоляційного пінобетону наведені в табл. 1, табл. 2. За вмісту СДО в складі піноутворювача менше 1,6 мас.% зменшується кратність піни внаслідок недостатньої ціноутворюючої здатності, зростає відповідно щільність пінобетону, внаслідок часткового руйнування піни при її перемішуванні з цементним розчином при відповідному зменшенні міцності пінобетону на стиск. За вмісту СДО в складі піноутворювача більше 2,0 мас. % кратність піни зростає внаслідок збільшення загальної кількості поверхнево-активної речовини у комплексі піноутворювача, знижується щільність пінобетону, але міцність його на стиск зменшується внаслідок сповільнюючої та блокуючої дії міцел смоли в адсорбційному прошарку на гідратацію цементу у часі. За вмісту меласної післяспиртової барди у складі піноутворювача менше 0,65 мас. %, зменшується кратність піни за рахунок загального зменшення кількості поверхнево-активних речовин у комплексі піноутворювача, збільшується щільність пінобетону та зменшується його міцність на стиск за недостатньої кількості органо-мінеральних комплексів у складі піноутворювача. За вмісту меласної післяспиртової барди у складі піноутворювача більше 1,0 мас.% зростає кратність піни, щільність пінобетону відповідно зменшується, але міцність його на стиск знижується за рахунок сповільнюючої дії збільшеної кількості барди при підвищеній її концентрації на гідратацію цементу в часі. За вмісту солей тіосульфату та роданіту натрію у складі піноутворювача менше 1,85 мас. % зменшується кратність піни, збільшується відповідно щільність пінобетону при зниженні його міцності на стиск, коли недостатній вміст солей роданіту та тіосульфату натрію у складі піноутворювача не дозволяє нейтралізувати негативний вплив міцел СДО на гідратацію цементу в часі. За вмісту солей тіосульфату та роданіту натрію у складі піноутворювача більше 2,0 мас.% зменшується кратність піни, коли солі тіосульфату та роданіту натрію при збільшенні їх витрат зменшують піноутворюючу здатність поверхнево-активних речовин СДО, щільність пінобетону зростає за недостатнього росту його міцності на стиск. Джерела інформації 1. Авторское свидетельство СССР № 1486500, кл. С04В38/10; В28/02, 15.06.1989. 2. Авторское свидетельство СССР № 1217855, кл. С04В38/10, 05.03.1986. 3. Авторское свидетельство СССР № 1333671, кл. С04В38/10, 30.08.1987. 4. Справочник лесохимика (Издание 2-е, переработанное и дополненное. М., "Лесная промышленность" 1987. стр. 108). 5. Авторское свидетельство СССР № 1413097 A1, кл. С04В38/10, 30.07.1988. 6. Авторское свидетельство СССР № 1451122 А2, кл. С04В24/18, 15.01.1989. 7. Патент России № 2057735, кл. С04В28/04, 25.06.1993. 8. Авторское свидетельство СССР № 1248983 А1, кл. С04В24/18, 07.08.1986. 9. Патент України № 12783 С1, кл. С04В28/02, 28.02.1997. 10. Патент України № 12784 С1, кл. С04В28/04, 28.02.1997. 3 29170 Таблиця 1 Вміст сировинних компонентів піноутворювача, мас. % №п/п Смола деревинна омилена 1 2 3 4 5 6 7 1,600 1,800 2,000 1,800 1,800 1,800 1,800 8 9 10 11 12 13 1,100 2,500 1,800 1,800 1,800 1,800 Меласна післяспирСолі тіосульфату та това барда роданіту натрію В межах запропонованого 0,825 1,925 0,825 1,925 0,825 1,925 0,650 1,925 1,000 1,925 0,825 1,850 0,825 2,000 Поза межами запропонованого 0,825 1,925 0,825 1,925 0,150 1,925 1,500 1,925 0,825 1,350 0,825 2,500 Вода 95,650 95,450 95,250 95,620 95,275 95,525 95,375 96,150 94,750 96,125 94,775 96,025 94,875 Таблиця 2 Фізико-механічні властивості середовища, піни та пінобетону № п/п № п/п за табл. 1 Температура піни, +°С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 45 45 45 40 45 40 45 10 11 12 13 14 15 8 9 10 11 12 13 40 40 45 45 45 45 Кратність піни Щільність піни, кг/м 3 Температура середовища, +°С За прототипом 14,4 70,0 17,5 55,0 В межах запропонованого 15,0 66,6 17,0 58,8 20,0 50,0 16,0 62,5 19,0 52,6 18,0 55,5 18,5 54,0 Поза межами запопонованого 13,0 76,9 22,0 45,4 15,0 66,6 18,5 54,0 15,5 64,5 14,5 68,9 Щільність пінобетону, кг/м 3 Міцність пінобетону на стиск, МПа * * 370 395 1,31 1,55 55 55 55 50 55 50 55 350 275 150 320 250 300 260 2,00 1,65 0,50 1,85 1,35 1,75 1,45 50 50 55 55 55 55 370 130 340 240 320 350 1,40 0,10 1,10 0,60 0,95 1,20 Примітки. *загальновідома (+80...+85°С). __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4