Пенообразователи при производстве пенобетона

Назначение технической пены при изготовлении пенобетона – удерживать частицы минералов в дисперсной системе с определенной степенью объемного заполнения. Метод "холодного" вспенивания включает операции раздельного приготовления пены из водных растворов ПАВ и суспензии из тонкодисперсных частиц минеральной композиции. Суспензия смешивается с пеной в специальных мешалках, снабженных устройствами для дополнительного воздухововлечения в формовочную смесь, а в одностадийном способе приготовления ячеистобетонной смеси обработка осуществляется в скоростных пеногенераторах [74, 75].

Все пенообразователи – это органические соединения с дифильным строением молекул, содержащие гидрофильные (полярные) группы и углеводородные радикалы (аполярная часть). Качественно эффективность ПАВ может быть охарактеризована значением гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ). Число ГЛБ отражает соотношение массовых долей гидрофильной и гидрофобной частей молекулы и, соответственно, состав и строение органического соединения. В зависимости от активности функциональной группы, ГЛБ органических веществ распределены в диапазоне чисел от 0 до 40. По убыванию этих чисел гидрофильные группы располагаются в следующей последовательности [76-79]: -SO₄Na – 38,7; -SO₃Na – 31,1; -COOK – 21,1; -COONa – 19,1; -N (четвертичный амин) – 9,4; -О (эфирная группа) – 6,8; -СООН – 2,1; -ОН – 1,9. Значения поверхностного натяжения и ГЛБ удовлетворительно объясняют поведение ПАВ в водных растворах. Установлено, что адсорбционные свойства органических соединений повышаются с увеличением длины углеводородного радикала, но ограничения в применении веществ, содержащих цепи с числом углеродных атомов более 18, связаны с трудностью их растворения в воде. В целом пенообразователи должны отвечать следующим требованиям: резко снижать поверхностное натяжения воды; сохранять устойчивость пены; обеспечивать высокий показатель кратности пены; создавать высокую степень дисперсности пены.

Свойства некоторых пенообразователей рекомендуемых [80] для производства пенобетонов (соответственно поверхностное натяжение, мН/м; относительный объем пены через 30 минут хранения, %; кратность пены; воздухововлечение, % ): 1) азолят А (Na-соли смеси алкилбензолсульфокислот – 50-60 % от массы раствора) – 27; 22; 25; 75,2; 2) нейтрализованный черный контакт – НЧК (смесь Ca⁺ и Na⁺ сульфосолей Ca(RSO₃)₂) - 27,2; 30; 13,75; 74,9; 3) сульфанол хлорный (Na-соль алкилбензолсульфонат RarSO₃ONa) – 24,8; 17,2; 16,2; 59,2; 4) мылонафт – 29; 13,1; 13; 63,4; 5) ДАС (Na-соль диалкилсульфоянтарной кислоты ROOC-CH-SO₂-ONa, ROOC-CH₂) – 32,1; 21,7; 23; 71,7; 6) ПО-1 (смесь алкилсульфатов натрия и костного клея) – 31,2; 97,1; 24,7; 69,4; 7) смола нейтрализованная воздухововлекающая - СНВ (абиетиновая смола (канифоль), омыленная каустической содой) – 36,7; 31; 11; 73,2; 8) омыленный древесный пек – ЦНИПС-1 (жирные кислоты, омыленные едким натрием) – 37,9; 60,5; 5,6; 44,1. Для пенобетонов в качестве пенообразователей рекомендуется анионогенные вещества, содержащие активную основу: алкилсульфаты RSO₄Me, алкилсульфонаты RSO₃Me, алкиларилсульфонаты RarSO₃Me, терпинеолы, соли абиетиновых кислот. Из катионоактивных чаще других используются соли аминов, например RNH₃Cl, RR₁N₂Cl, и четвертичных аммониевых соединений RR₁R₂R₃NCl.

Однако, в чистом виде синтетические пенообразователи не применяются из-за низкой устойчивости пен. С целью повышения структурной вязкости в состав дисперсионной среды вводят добавки-загустители (KMЦ, жидкое стекло, костный клей), образующие коллоидные растворы.

Целью пенного метода получения ТИ материалов является создание и сохранение в дисперсной системе ячеистой структуры - пространственной сетки из минеральных частиц. При этом схема строения формовочной массы пенобетона включает (рис. 1): 1-раствор ПАВ и стабилизаторов в воде; 2-частицы минерала на поверхности пузырьков; 3-частицы цемента в растворе; 4-частицы кремнезема (песка) и глины в растворе; 5- комплексы молекул ПАВ (мицеллы). Теория и практика применения пен [65] позволяет выделить ряд технологических приемов, повышающих устойчивость поризованных масс [81-83]:

1. Повышение механической прочности и эластичности адсорбционных слоев. Выбор пенообразователя с сильными гидрофильными группами (число ГЛБ не ниже 18) связан с их активной гидратацией, которая приводит к образованию молекулярных комплексов, включающих значительные объемы воды. Возникающая в результате адсорбции и гидратации ПАВ структурированная оболочка вокруг воздушного пузырька может быть усилена гидрофильными добавками-загустителями, например глицерина, этиленгликоля или метиллцеллюлозы. При этом молекулы этих веществ, встраиваясь в "частокол" молекул пенообразователя, связывают их в прочные объединения.

Рис. 1. Схема строения формовочной массы пенобетона

2. Повышение вязкости пленочного раствора. Применение высокоэффективных ПАВ, позволяющих значительно снизить поверхностное натяжение воды, еще не гарантирует высокую устойчивость пен: только в присутствии стабилизаторов возможно получение обильных "долгоживущих" пен. Введение в пеноконцентрат органических веществ, способных образовывать коллоидные или полуколлоидные растворы, в десятки раз повышает структурную вязкость пленочной жидкости. В качестве стабилизаторов используют мыла, желатин, костный клей, крахмал, жидкое стекло, глицерин, продукты производства целлюлозы – ССБ, СДБ, КМЦ. Особенно перспективными считаются [74] ПАВ, сочетающие функции пенообразователей и стабилизаторов, например пенообразователи белкового происхождения типа "Ниапор", "Эдема" (Германия) и "Ниэт" (Казахстан). Механизм действия стабилизатора-загустителя состоит в образовании в растворе молекулярных агрегатов (мицелл) с углеводородным ядром в центре и обращенными наружу гидрофильными группами, окруженными гидратными оболочками. Коллоидные частицы, входящие в адсорбционный слой пузырьков, выполняют барьерные функции в диффузионном переносе воздуха в пене. Кроме того, адсорбированные на поверхности твердых частиц молекулы стабилизатора образуют двусторонние коллоидные пленки, препятствующие седиментации.

3. Развитие расклинивающегося давления в пленке. При равенстве давлений в дисперсной среде и в воздушных пузырьках достигается определенное равновесное состояние в системе. Давление на стенки пузырьков со стороны жидкости создается взаимным отталкиванием коллоидных частиц из молекул ПАВ и твердой фазы, несущих адсорбированные слои с одноименными зарядами. Эффект расклинивающего действия усиливается при введении в систему тонкодисперсной глины, частицы которой образуют развитые гидратные оболочки с аномально высокой вязкостью. При определении состава пенных масс необходимо учитывать то, что условием возникновения расклинивающего давления в пленочной жидкости являются активные гидратационные процессы и ионизация частиц.

4. Бронирование пузырьков воздуха твердыми частицами смеси. Насыщение минеральными частицами адсорбционных слоев, окружающих воздушные пузырьки, способствует агрегативной устойчивости ячеистой системы. Частицы твердой фазы прочно прилипают к пузырькам, встраиваясь в адсорбционный слой молекул пенообразователя в том случае, если их поверхность гидрофобизирована. Для частиц портландцемента, несущих в водной среде положительный заряд, гидрофобизатором является сам пенообразователь – ионоактивный ПАВ. Этим объясняется преимущественная адсорбция цемента на пузырьках воздуха в пенобетонных массах, содержащих песок и другие компоненты. Зерна кварца, глин и других минералов кислого характера с отрицательным зарядом на поверхности подвергаются гидрофобизации в растворах катионоактивных химреагентов. Наиболее распространенными ПАВ этого вида являются соли алифатических аминов и четвертичных аммониевых оснований, а также другие сложные органические соединения, содержащие азот и фосфор. При диссоциации в водных растворах солей аминов образуется катион, включающий углеводородную группу. Адсорбция сложного катиона дегидратированными кислородными участками кислого минерала сопровождается образованием насыщенного слоя молекул ПАВ, ориентированных углеводородными "хвостами" в окружающую среду. Эффективность бронирующего действия минеральных частиц, окружающих воздушные пузырьки, подтверждается тем, что введение в раствор СНВ гидроксида кальция увеличивает время жизни пены более чем в 6 раз, а время существования пены, полученной на основе того же пенообразователя в суспензии цемента 1:10, возрастает в 40 раз [84]. Устойчивость системы достигается в первом случае посредством формирования пленок из труднорастворимых кальциевых солей – продуктов взаимодействия гидроксида кальция с ПАВ, а во втором случае – за счет отвердения минерализованных цементом оболочек и образования из них пространственной сетки.

5. Сужение каналов Плато. Равномерное распределение и устойчивое положение частиц твердой фазы в межпузырьковом пространстве сокращает свободное сечение каналов, уменьшая истечение воды из пеномассы. Стабилизирующее действие на систему оказывают гидрофильные ПАВ, такие как ССБ, СДБ, КМЦ и неорганические электролиты (Na₂SiO₃, NaOH и другие). Введение их в раствор усиливает взаимодействие частиц с водой. Первые связывают свободную воду в комплексные образования (коллоиды), а вторые, избирательно адсорбируясь на поверхности частиц минерала, участвуют в образовании вокруг них двойного электрического слоя. Такие лиофильные минералы, как силикаты, алюмосиликаты и вещества с кислотными группировками на поверхности в водной среде, несут отрицательный заряд. Электрический заряд на поверхности кремнезема создается слоем ионов SiO₃^2-, образующихся в результате гидратации кремневой кислоты. Ион водорода переходит в раствор и участвует в формировании слоя противоионов. На зернах глинообразующего минерала заряд возникает в результате адсорбции из раствора гидроксильных групп (OH^-). Положительный заряд частиц гидратированного цемента обусловлен адсорбцией ионов кальция, причем одноименный заряд несут в водной суспензии и частицы гидрооксида кальция. В водных растворах заряженные частицы минералов ведут себя как макроионы, создавая в окружающем электростатическом поле двухслойные катионные оболочки [85]. Разность потенциалов между заряженной сферой адсорбционного слоя и дисперсионной средой определяет величину электрокинетического потенциала (дзета-потенциала), представляющего часть общей разности потенциалов двойного электрического слоя. Связь частицы с окружающей средой зависит от толщины диффузного слоя, который экранирует действие межмолекулярных сил притяжения. Поэтому дзета-потенциал может служить в определенной мере показателем устойчивости дисперсной системы. Стабилизирующий эффект, связанный с введением в раствор электролитов-активаторов, обусловлен адсорбцией на зернах минерала катионов, например Na⁺, имеющих собственные гидратные оболочки. Включение их в общий гидратный слой частицы расширяет диффузную область и соответственно увеличивает дзета-потенциал. Наличие водородных и гидроксильных ионов, определяющих pH среды, существенно влияет на величину электрокинетического потенциала. Необходимая корректировка этого показателя для конкретной системы должна устанавливаться экспериментально. Вода в гидратных оболочках частиц и молекулярных комплексах ПАВ (коллоидных образованиях) обладает повышенной плотностью 1,28-1,4 г/см³, а следовательно, и вязкостью. При использовании в качестве компонентов минеральной смеси цемента, гидроксида кальция и карбонатов, в жидкой фазе образуются нерастворимые осадки из кальциевых солей и продуктов кристаллизации, вносящие дополнительный вклад в закупорку каналов Плато.

Необходимо иметь в виду, что традиционные и "гипсовые" пенообразователи, а также разработанные для пожаротушения, не учитывают специфику пеноцементных бетонов (минералогический состав твердеющих систем и высокое pH жидкой фазы, сравнительно медленное твердение, наличие песка и др.). Вместе с тем объем пустот, образуемый пеной, составляет 40-80 % пенобетонных изделий, и соответственно свойства пенообразователя и получаемой из него пены относятся к главным факторам, определяющим технологию и свойства изделий. Однако, пригодность пенообразователей часто оценивают по двум показателям (кратность и стойкость пены) и иногда дополнительно по коэффициенту использования пены (последний показатель используется только для экономической оценки применения пенообразователей). Опыт показывает [86], что данных показателей недостаточно для того, чтобы оценить рациональность применения пенообразователя для производства пенобетона, поскольку они не отражают влияние пенообразователя на характеристики пенобетона. Практически все пенообразователи являются ПАВ и в силу своей природы оказывают влияние на физические свойства, скорость твердения и прочностные показатели пенобетона. Причем, за исключением пластифицирующего эффекта, это влияние является, как правило, негативным, вызывает замедление процесса твердения цемента и ухудшает прочностные характеристики бетона и изделий. Следует также отметить, что пенообразователи, позволяющие получить при сравнительно низкой рабочей концентрации качественную пену, характеризуются, как правило, низкой стойкостью пенобетонной массы или ощутимым отрицательным воздействием на гидратацию цемента. Например, типичный представитель "гипсовых" пенообразователей «Поток» при рабочей концентрации 2 % обеспечивает получение пены с кратностью 20-22, однако стойкость пенобетонной массы составляет всего 12 мин. При применении пожарного пенообразователя ПО-6К при рабочей концентрации 5-6 % получают пену с кратностью 15-18 % и стойкостью пенобетонной массы около 100 мин, но пенобетон твердел в первые сутки в 4-5 раз медленнее. ОАО "Ивхимпром" разработал [86] наиболее приемлемый при производстве различных видов пенобетона пенообразователь ПБ-2000. Этот пенообразователь является биологически мягким продуктом (степень биоразложения больше 90 %) и представляет собой водный раствор смеси анионоактивных ПАВ, обладающих гидрофобным радикалом различного строения, с добавками, повышающими устойчивость пены рабочего раствора в цементном тесте и улучшающими физические свойства концентрата. Отличительной особенностью этого пенообразователя является то, что в нем воплощено оптимальное сочетание компонентов, обеспечивающее получение высокократной и устойчивой в цементном тесте пены, а отрицательное влияние пенообразователя на гидратацию цемента и конечную прочность пенобетона сведено к минимуму. В то же время, применение ПБ-2000 требует определенной корректировки технологии и оборудования для получения пены и изготовления пенобетона, связанной с относительно высокой вязкостью получаемой пены. Например, необходима дополнительная настройка пеногенератора и принятие мер по предотвращению агрегирования частиц цемента при приготовлении пенобетона, особенно низкой плотности. Последнее достигается более интенсивным перемешиванием или введением добавок, улучшающих смачивание и распределение цемента в пенобетонной массе (диспергатор НФ, разжижитель НФС-3 и др.)

В качестве пенообразователя при производстве пенобетонов можно использовать [62, 74]: смолосапониновые, клееканифольные, казеиноканифольные (канифольное мыло) пенообразователи, а также синтетические моющие средства или сульфированные углеводороды. При изготовлении пенобетонов по одностадийной технологии применяют в качестве пенообразователей аминоактивные синтетические ПАВ, например: пожарные (ПО-1, ПО-3НП, ПО-6НП) и синтетические ("Пеностром", "Прогресс", немецкий "Неопор" и др.) Пенообразующие ПАВ - "Пеностром", "Морпен", ПО-6К эффективно понижают величину поверхностного натяжения раствора – до (27-30)×10³ Н/м, что предопределяет их высокую пенообразующую способность. Для обеспечения равномерности распределения газовых пузырьков в бетон вводят агент для повышения вязкости, ускоритель пенообразования (щелочи), агент для стабилизации и диспергирования воздушных пузырьков. В качестве стабилизаторов применяют метилцеллюлозу и другие водорастворимые высокомолекулярные соединения, например пенообразователь ПО-6 стабилизируется карбоксилцеллюлозой. Для стабилизации пеномассы также используют синтетические вещества на основе модифицированного крахмального вяжущего, регулирующие вязкость поризуемого раствора. На активность пенообразователей сильно влияет концентрация ионов и pH среды, причем увеличение этого показателя до pH = 8-10 способствует пенообразованию. Важное значение имеет температура воды затворения, например для пенообразователя "Неопор" оптимальная температура воды – 19-25 °С, так как при более низкой температуре пена плохо поризуется, а при более высокой – происходит разрушение пены и осаждение пенобетонной массы. Для большинства перечисленных пенообразователей на органической основе температура воды может быть увеличена до 60°С.

Применение природных органических пенообразователей считается [87] малоэффективным, так как получаемые из них технические пены отличаются короткой жизнеспособностью, нестабильностью и "отравляющим" воздействием на цементы и имеют весьма ограниченную сырьевую базу. Такие пенообразователи незначительно снижают поверхностное натяжение воды (с 73 до 50-60 Н/м), что влечет за собой недобор прочности материалов.

Использование в качестве пенообразователей синтетических ПАВ – продуктов нефтехимического синтеза позволяет в 2,5-2,8 раза снизить поверхностные натяжения воды (до 27-30 Н/м), что предопределяет их значительную пенообразующую способность и стабильность получаемых пен. Эти свойства обеспечивают существенное снижение расхода синтетических ПАВ для получения пенобетонов и, как следствие, отсутствие "отравляющего" действия на вяжущие или значительное ослабление этого действия. Синтетические ПАВ представляют собой анионактивные вещества, используемые в производстве моющих средств. К ним относят: сульфанолы – смесь натриевых солей алкилбензосульфокислот, в виде порошка или 45 %-ого раствора, со стабильными свойствами и с неограниченным сроком хранения; вещество "Прогресс" – смесь солей сернокислых эфиров вторичных спиртов – ПАВ-компонент большинства моющих средств; пенообразователь ПО-1 и другие его модификации – нейтрализованный керосиновый контакт на основе сульфокислот, выпускаемый для противопожарной техники; вещество "Эффект" – триэтаноламиновая соль лаурилсульфата – промышленный продукт, используемый в качестве пенообразователя.

В качестве пенообразователей при генерации воздушно-механических пен (полученных механическим смешением воздуха и водного раствора пенообразователя) в пожарном деле используют [88] различные синтетические и природные вещества. Например, пенообразователь ПО-6 содержит гидролизат крови, гидрооксид натрия, сульфат железа (+2) и фторид натрия. В состав пенообразователей ПО-1 входят соли сульфонафтеновых кислот, этанол, столярный клей. Смеси ОП-1А и ОП-1Д готовят на основе алкилсульфатов и алкиларилсульфонатов. Для стабилизации таких пен применяют протеины, получаемые из различных отходов – крови, рыбной чешуи, муки из рогов, копыт и костей и др. Концентрация таких пенообразователей в противопожарных пенах достигает 6%. В качестве стабилизаторов применяют высшие спирты, органические соединения и некоторые полисилоксаны (пат. 3480546 США, опубл. 1969). Твердеющие пены получают на основе гидролизованных продуктов животного происхождения.

Для производства пенобетона плотности 400-1200 кг/м³ рекомендуют [89] пенообразующую добавку "Ника", а для плотности – 600-1200 кг/м³ - добавку "Квин". Следует применять цементы, размеры частиц которых соизмеримы с параметрами межпоровых перегородок (на уровне 40-60 мкм), а начало сроков схватывания которых не превышает 2 часов. Сравнительные исследования поведения пеноконцентратов в пеномассе и в пеногенераторе показывают преимущественно последних.

Производству сверхлегкого пенобетона (СПБ) со средней плотностью 100-200 кг/м³ мешают следующие факторы [90]: отсутствуют качественные пенообразователи, позволяющие получать стабильную пену в широком диапазоне плотностей, нестабильность пенобетонной смеси. Рекомендуют в качестве пенообразователей ПАВ на основе триэтаноламиновых солей алкилсульфонатов первичных жирных спиртов (ПО-6ТС, ПО-6ЦТ, ПО-6ТМ, ТЭАС, Пеностром) и протеиновые пенообразователи марки Неопор. Наибольшей стабильностью обладают те пены, которые не разрушаются в широком диапазоне плотностей, т.е. способны удерживать значительное количество воды. Пены на основе ТЭАС и Пеностром взбиваются в лопаточных миксерах в диапазоне плотностей до 60 г/л, а при больших плотностях эти пены интенсивно разрушаются. При соотношении объем ПО-6ТС – 3 мл на 150 мл воды и частоте вращения лопастей миксера 100-150 об/мин возможно получить 4,5 л пены со стабильностью 120 мин.

Древесная смола омыленная (СДО) представляет собой ПАВ черного цвета, получаемое омылением щелочью растворимых древесных смол, собранных при термической обработке древесных пород в газогенераторах. Растворимые смолы (жижка) содержат 25-30 % (в пересчете на сухое вещество) углеводородов-ангидридов гексоз, до 30 % лактанов оксикислот, 10-20 % летучих кислот и 10-20 % фенолов. Кальциевые и натриевые соли окси-, феноло- и карбонатовых кислот способствуют воздухововлечению в растворы и образованию в объеме полидисперсных по размеру, замкнутых пор, разделенных тонкими и плотными перегородками.

Характеристики некоторых пенообразователей представлены в табл. 2 и являются ориентировочными, так как кратность пены и ее количество зависят от применяемого оборудования для получения пены, а также от вида применяемых стабилизаторов. В качестве стабилизаторов пены применяют жидкое стекло, сернокислое железо, смолу древесную омыленную, а также в виде твердых частиц – известь, тонкодисперсный портландцемент, микрокремнезем, высокодисперсные золы ТЭС, доменные гранулированные шлаки.

При соприкосновении раствора ПАВ с воздухом на поверхности пузырька воздуха образуется адсорбционный слой. Цепи алифатических углеводородов в растворенном ПАВ направлены внутрь воздушного пузырька, а гидрофильные группы обращены в сторону водной фазы. С уменьшением толщины пленки замедляется вытекание жидкости из нее, происходящее в результате действия капиллярных сил, и стабильность пены увеличивается. Низкое поверхностное натяжение, высокая поверхностная вязкость и постепенное снижение поверхностного натяжения повышают стабильность пены [66]. Для пенобетонов предпочтительно использование нейтральных ПАВ со стабильным пенообразующим действием.

Составы некоторых синтетических моющих средств (в %) [91-94]: 1) «Мир» – алкиларилсульфонат – 4,5; вода – 95,5; 2) «ОМО» – алкиларилсульфонат – 12; алкилсульфат – 6; полифосфаты (Р₂О₅) – 17; силикаты – 4; карбонаты – 0,5; 3) «Персил» – алкиларилсульфонат, лаурилсульфат, цетилсульфат – 17; пирофосфат – 18; тетраполифосфат – 6; перборат – 5; силикат – 3,5; сода – 8,5; сульфат натрия – 32,4; 4) «Тайд» – лаурилсульфат – 12; алкиларилсульфонат – 5; сульфат натрия – 15; высокомолекулярные фосфаты – 45; силикат – 9; лауриловый спирт – 1,5; 5) «Бриз» – продукт конденсации жирной кислоты – 30; сульфат натрия – 64; карбонат натрия – 1; хлористый натрий – 4,6.

Таблица 2 - Характеристики пенообразователей для производства пенобетона

Пенообразователь	Характеристики
Количество воды на 1 м3 бетона, л	Расход пенообразователя, кг/м3	Кратность	Устойчивость, мин	Синерезис, мин
Клееканифольный		3,6
Смолосопониновый		7,5
Алюмосульфонаф-теновый
ГК
Пеностром	25-30	1,2-1,5
Окись амина	45-50	1-1.2
Пожарный (ПО-6, ПБ-2000)		1,4-1,5

Для приготовления клееканифольного пенообразователя применяют канифоль, клей костный или мездровый, едкий натр и воду, и используют следующие операции: получение клеевого раствора, варку канифольного мыла и смешивание его с клеевым раствором. Для получения клеевого раствора клей разбивают на куски размером 2-3 см, укладывают в бак, заливают водой с температурой 15-20 °С в пропорции 1:1 по массе и оставляют на 24 часа. После набухания клея клеевой раствор варят в сосудах, обогреваемых горячей водой или паром при температуре 40-50 °С в течение 1,5-2 часов до полного его растворения. Причем количество содержащейся в клее воды определяют выпариванием. Для варки канифольного мыла приготовляют водный раствор едкого натрия с плотностью 1,16 (166 г на 1 л раствора) или едкого калия (226 г/л), углекислого натрия (210 г/л), углекислого калия (248 г/л). Канифоль дробят, просеивают через сито с отверстием 5 мм и при непрерывном перемешивании постепенно засыпают в кипящий раствор едкого натрия. Соотношение канифоли (по массе) и раствора едкого натрия (по объему) – 1:1. Смесь канифоли и едкого натрия кипятят до полного растворения канифоли (1,5-2 ч) и получения однородной массы, затем добавляют горячую воду (70 °С) до первоначального объема смеси (до кипячения). В клеевой раствор, нагретый до 30°С, постепенно вливают канифольное мыло с температурой 60°С в соотношении 1,4:1 (по массе) при тщательном перемешивании. Полученный канифольный пенообразователь хранят в закрытых стеклянных сосудах при t = +5 °С. Срок хранения в холодное время года – более 20 суток, а в жаркое время – 10 суток. Перед использованием пенообразователь разбавляют горячей водой (50 °С) в соотношении 1:5 (по объему). Применение вместо мездрового костного клея казеинового клея ускоряет процесс варки, а более тонкое измельчение канифоли (просеивается через сито с отверстием 2,5-3 мм) сокращает время растворения канифоли в кипящей щелочи до 5-7 мин. Для получения казеинового клеевого раствора сухой казеиновый клей разводят водой комнатной температуры до однородной массы. Причем воды берут в 3-5 раз больше, чем казеинового клея (по массе). Приготовленный водный раствор казеинового клея тонкой струей вливают в горячее канифольное мыло при непрерывном перемешивании до получения однородной смеси казеинового клея и канифоли состава 3:1 (по массе). Пену из казеиноканифольного пенообразователя получают добавлением к нему известкового теста и воды в соотношении 1:0,5:12 (по объему) при непрерывном перемешивании смеси до однородной массы. Пенообразователь на основе канифоли можно получить с использованием вместо клея жидкого стекла. При этом в жидкое стекло с плотностью 35-38 °С по Боме, нагретое до 50-60 °С, вливают при непрерывном перемешивании канифольное мыло и нагретое до 60 °С. Полученную смесь раствора жидкого стекла с канифольным мылом хранят при положительной температуре в закрытых стеклянных банках, при сроке хранения – не более 10 дней.

Для клееканифольного пенообразователя количество воды на 1 м³ пенобетона достигает 25 л, а количество концентрированного пенообразователя на 1 м³ пенобетона – 3-4,2 л. Расход компонентов пенообразователя на 1 м³ пенобетона (г): клей – 200; канифоль – 1400; едкий натр – 24 (при средней плотности пенобетона 600-800 кг/м³). Свойства пен из клееканифольного пенообразователя: кратность – 22; стойкость – 10; синерезис – 23. К недостаткам клееканифольного пенообразователя следует отнести сравнительно сложную технологию, длительность приготовления пены, короткие сроки хранения и необходимость помола компонентов до крупности песка. Пенобетон на таком пенообразователе в естественных условиях твердения характеризуется замедленным ростом прочности. Клей в составе пенообразователя не позволяет применять кислые добавки из-за его свертывания и разрушения пены, к тому же клей и канифоль являются дефицитными материалами.

Процесс изготовления алюмосульфонафтенового пенообразователя включает следующие последовательные операции: 1) приготовление 20%-го водного раствора едкого натрия; 2) приготовление водного раствора сернокислого глинозема; 3) получение натриевой соли нефтяных сульфокислот нейтрализацией керосинового контакта щелочью; 4) подщелачивание натриевой соли нефтяных сульфокислот; 5) получение смеси натриевой соли нефтяных сульфокислот и водного раствора сернокислого глинозема. При этом сернокислый глинозем предварительно измельчают на куски размером 3-5 см, укладывают в деревянный бак и заливают горячей водой в соотношении 1:2. Затем через раствор сернокислого глинозема пропускают пар в течение 2-2,5 ч или выдерживают в горячей воде 20-24 ч до плотности 1,16. Раствор может быть использован после его остывания до 15 °С.

Далее в керосиновый контакт, разбавленный водой в соотношении 1:2 (по объему), постепенно вливают при перемешивании заранее приготовленный 20%-й водный раствор едкого натрия. При этом свободная серная кислота переходит в сульфат натрия, а нефтяные сульфокислоты – в натриевые соли нефтяных сульфокислот. Завершение реакции нейтрализации устанавливают посредством лакмусовой бумаги. После нейтрализации для ускорения процесса расслоения керосиновый контакт нагревают до температуры 80-90 °С. При нагревании керосин, маслянистые вещества и побочные продукты нейтрализации в виде хлопьевидной массы собираются в верхнем слое жидкости, который удаляют. Основную массу нижнего слоя жидкости составляет водный раствор натриевых солей нефтяных сульфокислот (плотностью 1,06-1,07), который после остывания до температуры 15 °С нейтрализуют введением 50-60 % (по объему) водного раствора едкого натрия плотностью 1,12 и используют для приготовления рабочего состава пенообразователя. Образующийся при этом гидрат окиси алюминия улучшает качество пены. Перед смешиванием раствор сернокислого глинозема и раствор натриевых солей нефтяных сульфокислот необходимо охладить, в противном случае пена не будет взбиваться. Водный раствор сернокислого глинозема хранится в деревянных бочках, а раствор натриевых солей нефтяных сульфокислот, подщелоченный едким натрием – в стальных емкостях. Смешивание этих растворов производят в объемном соотношении 1:1,35 ((раствор натриевых солей сульфокислот : раствор сернокислого глинозема) в пенобетономешалке непосредственно перед использованием, так как предварительное смешивание растворов отрицательно влияет на пенообразование. Компоненты такого пенообразователя могут храниться длительное время без снижения качества. Количество воды на 1 м³ пенобетона с использованием алюмосульфонафтенового пенообразователя достигает 40 л, а количество концентрированного пенообразователя на 1 м³ пенобетона равно 8-11 л. Расход компонентов такого пенообразователя на 1 м³ пенобетона составляет (г): керосиновый контакт – 1200-1700; сернокислый глинозем – 1200-1700; едкий натр – 160-200. Свойство пены из алюмосульфонафтенового пенообразователя: кратность – 20; стойкость – 2; синерезис – 6. Можно отметить, что данный пенообразователь отличается достаточно сложной технологией, однако он менее дефицитен, по сравнению с клееканифольным, и имеет сокращенные сроки (в 1,5-2 раза) приготовления пены. Основное его преимущество – длительность хранения без снижения качества.

Пенистость пенообразователей и особенно устойчивость образующейся пены могут быть значительно повышены добавками гидрофильных коллоидов – загустителей (столярный клей) и активаторов (щелочные электролиты). Мыльные пенообразователи обеспечивают больший начальный объем пены, но с крупными ячейками. По степени пенистости пенообразователи можно расположить в ряду: нафтеновое мыло > канифольное мыло > карбоновое мыло > сапонин > керосиновый контакт. Высококачественная тонкодисперсная однородная ячеистая структура с утолщенными перегородками обеспечивается использованием пен пониженной кратности (до 8). Клееканифольная эмульсия замедляет процессы схватывания и твердения неавтоклавного ТИ пенобетона.

Возможно применение в пенобетоне раствора хозяйственного мыла с оптимальной концентрацией 30-50 г/л в количестве 35-40 л/м³. Качественные показатели мыльного пенообразователя не только е уступают смолосапониновому, но и имеют большие технологические преимущества: недефицитность, стабильность свойств при транспортировании и долгом хранении, отсутствие запаха и токсичности, длительная стойкость пеносмеси во времени. На основе пенообразователя из хозяйственного мыла и жидкого стекла можно получать [74] бетоны с плотностью 200-350 кг/м³ и прочностью 0,2-1,0 МПа.

Технология производства пенобетона немецких фирм Нопор и Egama включает использование пеноконцентратов белковой природы из биополимеров, построенных из остатков аминокислот, связанных между собой длинными полипептидными цепями (составы и способы приготовления пеноконцентрата эти фирмы держат в секрете). В 1996 г. технология Неопор была выкуплена фирмой Кунайстройсервис (Казахстан), и сейчас на территории СНГ она известна под названием «Унипор».

В качестве вспенивателя в пенобетоне используют (акц. заявка 48-1408 Япония, СО4В16/00, опубл. 17.01.1973) диэтаноламид жирной кислоты формулы:

где группа RCO – насыщенный или ненасыщенный ацил с 8-18 атомами углерода нормального изостроения.

Пенообразователь (а.с. 990722 СССР, СО4В 15/02, опубл.25.06.1981) содержит следующие компоненты (масс.%): жирные кислоты 0,25-0,3; едкий натрий 0,1-0,2; карбонат натрия 0,05-0,1; кремниефтористый натрий – 10-30; вода – остальное. Смесь предварительно подогревается до 60°С для равномерного растворения жирных кислот.

Пенообразователь для поризации бетонной смеси (а. с. 992464 СССР, СО4В 15/02, опубл.30.01.1983) содержит следующие компоненты (масс.%): пасту алкилсульфатов синтетических жирных спиртов 0,1-0,15; жидкое стекло 0,25-0,75; вода – остальное.

Пенообразователь для поризации бетонных смесей (а. с. 1152946 СССР, СО4В 28/02, опубл. 30.04.1985) содержит (масс.%): древесный омыленный пек – 3-6; в качестве стабилизатора – глиняный порошок – 16-18; и воду – остальное.

Пенообразователь для легких бетонов (а. с. 1161498 СССР, СО4В 28/02, опубл. 15.06.1985) содержит (масс.%): ПАВ – додецилбензолсульфонаты – 7,3-10,6; несульфированные соединения – 0,35-3,0; сульфат натрия – 3-10; оксид фосфора – 7,5-14,9; оксид кремния – 0,45-2,1; вода – остальное.

Пенообразователь для изготовления ТИ бетона (а.с. 1183481 СССР, СО4В 28/02, опубл. 07.10.1985) содержит (масс.%): древесный омыленный пек – 3-4; мелассную упаренную последрожжевую барду – 0,5-1,5; воду – остальное.

Пенообразователь для поризации бетонных смесей (а. с. 1184835 СССР, СО4В 28/02, опубл. 15.10.1985) содержит (масс.%): в качестве ПАВ – триэтаноламиновую соль лаурилсульфата – 0,08-0,32 и дополнительно мездровый клей – 0,2-10; вода – остальное. При этом соль разводят в воде с температурой 30-40 °С, отдельно готовят раствор клея в воде при t=50-60°С, смешивают оба раствора и осуществляют вспенивание механическим или аэрационным способом.

Пенообразователь для поризации легких бетонов (а. с. 1189844 СССР, СО4В 28/02, опубл. 07. 11. 1085) содержит (масс.%): древесную омыленную смолу – 3-5; гидравлическую известь – 3-13; мездровый клей – 0,3-1,0; едкий натр – 0,2-0,5; вода – остальное. При изготовлении при непрерывном перемешивании в воде последовательно растворяют едкий натр (марки РД-2), смолу древесную (марки СДО) и клей, затем добавляют известь гидравлическую. В смесителе при числе оборотов мешалки 3000 об/мин из пенообразователя получают пену в течении 15-20 сек.

Пенообразователь для поризации гипсобетонных смесей (а. с. 1252321 СССР, СО4В 38/10, опубл. 23.08.1986) содержит (масс.%): алкилароматические сульфонаты – 75-95; сульфат оксида железа – 5-25.

Пенообразователь (а. с. 1268552 СССР, СО4В 38/10, опубл. 07. 11.