ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПЕНОБЕТОНОВ Российский патент 2012 года по МПК C04B38/10 

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.

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.

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.