пенообразователь для пенобетонов

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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, -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.