Научная статья на тему 'Использование вихревого струйного аппарата в качестве пеногенератора в производстве пенобетона'

Использование вихревого струйного аппарата в качестве пеногенератора в производстве пенобетона Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
75
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВИХРЕВОЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ / ГЕНЕРИРОВАНИЕ ПЕНЫ / ПЕНОБЕТОН / УСТОЙЧИВОСТЬ ПЕНЫ / СТОЙКОСТЬ ПЕНЫ / ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ ПЕНОБЕТОНА / ПРОЧНОСТЬ ПЕНОБЕТОНА / VORTEX JET APPARATUS / GENERATION OF FOAM / FOAM CONCRETE / FOAM STABILITY / FOAM FIRMNESS / WATER ABSORPTION BY FOAM CONCRETE / STRENGTH OF FOAM CONCRETE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Абиев Руфат Шовкетович, Некрасов Виктор Алексеевич, Панова Дарья Дмитриевна

Исследовано новое устройство для генерирования пены - вихревой струйный аппарат. Генерируемая с его помощью пена обладает повышенной устойчивостью и стойкостью. Кратность при исследованных режимах лежит в диапазоне от 12 до 20, что позволяет использовать вихревой струйный аппарат как для тушения пожаров, так и для производства пенобетона. Испытания пенобетона, приготовленного с использованием сгенерированной вихревым струйным аппаратом пены, подтвердили его полное соответствие требованиям ГОСТ 12852.0-77. Применение вихревого струйного аппарата позволяет осуществлять контроль и регулирование теплофизических и механических свойств пенобетона за счет варьирования кратности пены как при инжектировании газа, так и при его принудительной подаче в вихревой струйный аппарат.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Абиев Руфат Шовкетович, Некрасов Виктор Алексеевич, Панова Дарья Дмитриевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

USE OF VORTEX JET APPARATUS AS FOAM GENERATOR FOR FOAM CONCRETE PRODUCING

A new device for generating foam - a vortex jet apparatus - is studied. The foam generated with the help of vortex jet apparatus has high stability and durability. The gas void fraction at modes studied is in the range from 12 to 20, allowing the use of the vortex jet apparatus for fires extinguishing, and for the production of foam concrete. Tests of foam concrete prepared using the generated foam, confirmed its full compliance with the requirements of GOST 12852.0-77. Application of the vortex jet apparatus has a good opportunity for the management of thermal and mechanical properties of the foam by varying the gas void fraction during the foam injection of gas or its forced submission to the vortex jet apparatus.

Текст научной работы на тему «Использование вихревого струйного аппарата в качестве пеногенератора в производстве пенобетона»

УДК 69.002.5 + 666.973.6 + 691.32

Р.Ш. Абиев1, В.А. Некрасов2, Д.Д. Панова3

Введение

В последнее время, как в России, так и за рубежом, повышенный интерес уделяется производству неавтоклавного ячеистого бетона, получаемого по пенной технологии, то есть пенобетону. Пенобетон выпускается с объемной массой в сухом состоянии от 300 до 1600 кг/м3. Он обладает рядом преимуществ по сравнению с другими материалами: малой энергоемкостью изготовления, высокой огнестойкостью, экологической безопасностью, биостойкостью, а также отличными изоляционными свойствами [1-3].

Одна из главных составляющих технологии -приготовление устойчивой пены, которая обуславливает и ее стабильность при подаче по трубопроводам, и высокое качество приготавливаемого пенобетона. Под устойчивостью пены в общем случае понимают ее способность сохранять неизменными во времени основные параметры: дисперсность пузырьков, содержание жидкости (кратность) и объем пены в целом. В качестве простейшей количественной меры устойчивости используют время разрушения пены на 50 %.

В настоящее время приготовление пенобетона осуществляют двумя принципиально различными способами. Первый основан на отдельном приготовлении пены и последующем ее смешении либо с растворной смесью (классический метод), либо с сухими сырьевыми компонентами (сухая минерализация пены), во втором же пена отдельно не приготавливается, а воздух непосредственно вовлекается в раствор, содержащий пенообразователь (турбулентно-кавитационный метод, пенобаротехнология) [2, 4].

Классический (традиционный) метод, заключается в раздельном приготовлении высокократной пены и поризуемого раствора, последующего их смешивания в

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИХРЕВОГО СТРУЙНОГО АППАРАТА В КАЧЕСТВЕ ПЕНОГЕНЕРАТОРА В ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕНОБЕТОНА

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

Исследовано новое устройство для генерирования пены - вихревой струйный аппарат. Генерируемая с его помощью пена обладает повышенной устойчивостью и стойкостью. Кратность при исследованных режимах лежит в диапазоне от 12 до 20, что позволяет использовать вихревой струйный аппарат как для тушения пожаров, так и для производства пенобетона. Испытания пенобетона, приготовленного с использованием сгенерированной вихревым струйным аппаратом пены, подтвердили его полное соответствие требованиям ГОСТ 12852.0-77. Применение вихревого струйного аппарата позволяет осуществлять контроль и регулирование теплофизических и механических свойств пенобетона за счет варьирования кратности пены как при инжектировании газа, так и при его принудительной подаче в вихревой струйный аппарат.

Ключевые слова: вихревой струйный аппарат, генерирование пены, пенобетон, устойчивость пены, стойкость пены, водопоглощение пенобетона, прочность пенобетона.

отдельном смесителе, или в смесителе для приготовления раствора.

Метод сухой минерализации пены заключается в раздельном приготовлении низкократной пены и ее минерализации сухими компонентами смеси, путем постепенного и равномерного введения их в приготавливаемую пеномассу при одновременном перемешивании в смесителе. Основными технологическими параметрами, определяющими свойства пенобетонной смеси, а в последующем и пенобетона, являются кратность пены и водоцементное отношение смеси. При использовании этого метода необходима согласованность работы оборудования по подаче сухих компонентов, их равномерное распределение в пене (пенобетонной смеси) без ее разрушения. Этот метод приготовления смеси при соответствующем аппаратном сопровождении позволяет получить пенобетон с высоким значением коэффициента конструктивного качества. Однако при использовании метода приготовления пенобетонной смеси сухой минерализацией отмечен ряд недостатков, связанных с нестабильностью работы аэродинамических пеногенераторов по приготовлению пены, что приводит к колебанию плотности изготавливаемых пенобетонных изделий.

Существует технологическая линия по производству пенобетонных изделий, которая предусматривает новую компоновку оборудования, а в качестве пенобето-носмесителя используется герметичный смеситель принудительного действия, работающий под избыточным давлением [5].

Метод приготовления пеномассы аэрированием (турбулентно-кавитационный) основан на воздухововле-чении раствором вяжущего и кремнеземистого компонента с пенообразователем при их совместном высокоскоростном перемешивании. При данном способе приготовление поризованной пенобетонной смеси происходит при

1 Абиев Руфат Шовкетович, д-р техн. наук, профессор, зав. каф. оптимизации химической и биотехнологической аппаратуры, rufat.abiev@gmail.com

2 Некрасов Виктор Алексеевич, канд. техн. наук., доцент каф. оптимизации химической и биотехнологической аппаратуры, nekrasov_v_a@mail.ru

3 Панова Дарья Дмитриевна, студ. каф. оптимизации химической и биотехнологической аппаратуры, cap-dashkin@mail.ru

Дата поступления - 12 января 2012 года

пониженном давлении, примерно 0,8 ат (абс.). Такие условия достигаются благодаря эффекту турбулентной кавитации, являющимся следствием образования каверны за кавитационной насадкой вблизи лопасти действующего смесителя. Давление в каверне ниже атмосферного, в результате чего на ее границе формируются мельчайшие пузырьки воздуха размером 0,1-0,5 мм. По окончании перемешивания давление поднимается до атмосферного, что стабилизирует образовавшиеся пузырьки. При приготовлении пенобетонной смеси данным методом нет необходимости в использовании пеногенератора. Однако в связи с тем, что все процессы поризации смеси совмещены в одном агрегате (в высокооборотном смесителе), то к нему предъявляется ряд компромиссных технических требований.

Пенобаротехнология базируется на предыдущем методе, но в этом случае поризация смеси всех сырьевых компонентов происходит под избыточным давлением.

Таким образом, все способы производства пенобетона включают стадию генерирования пены. При этом традиционные аппараты не гарантируют высокой стабильности пены.

Как и другие дисперсные системы, пена может быть получена путем "конденсации" либо диспергирования. При так называемом конденсационном способе пена получается вследствие образования газовых пузырьков в жидком растворе при уменьшении давления или повышении температуры (выше точки насыщения раствора), а также в результате химической реакции. При диспергаци-онном способе пена образуется в результате дробления газа на пузырьки при подаче его в раствор пенообразователя через капиллярные трубки, пористые пластины и т. п. или при продувании газа через орошаемые раствором сетки.

В производстве пенобетонов наибольшее распространение получили аппараты, вовлекающие воздух в раствор за счет эффекта кавитации (высокоскоростные аппараты с мешалками) и эжектирования воздуха движущимся потоком жидкости (пеногенераторы струйного типа). Пеногенераторы обоих типов не лишены недостатков, связанных с широким распределением размеров пор, а также с недостаточной стабильностью (устойчивостью) получаемой пены.

Целью настоящей работы является исследование характеристик нового устройства для генерирования пены - вихревого струйного аппарата (ВСА) [6, 7], изучение стойкости, кратности и устойчивости получаемой в нем пены, приготовление образцов пенобетона и исследование их физико-механических характеристик согласно действующим стандартам.

Принцип действия и технологические преимущества ВСА

В работе [8] приведены результаты анализа механизмов диспергирования газа, показывающих, что ВСА может использоваться в качестве устройства для получения стабильной пены. Особенностью ВСА является тангенциальный ввод рабочей среды - воды (раствора пенообразователя), и осевой подсос атмосферного воздуха. За счет конструктивных особенностей (тангенциальному вводу рабочей среды, уменьшению радиуса вращения в конфузоре, размещению наконечника сопла вблизи горловины, плавному расширению потока в диффузоре) и при оптимальных режимах работы в ВСА складывается ряд условий, благоприятствующих формированию в нем стабильной пены с мелкодисперсными пузырьками.

Общий вид ВСА изображен на рисунке 1. Раствор пенообразователя, подаваемый насосом через тангенциальный патрубок 5, приобретает вращательное движение с большой скоростью, направленной под углом к поперечному сечению А-А корпуса ВСА. По мере движения жидкости по конфу-зору 2 к горловине 3 окружная составляющая ее скорости увеличивается приблизительно в соответствии с уравнением сохранения момента количества движения, т. е. обратно пропорционально радиусу [6]. Кроме того, за счет сужающейся

формы конфузора 2 в горловине 3 достигает максимума и осевая составляющая скорости. Таким образом, в зоне входа в горловину и осевая, и окружная составляющие скорости жидкости имеют максимальные значения. В соответствии с законом сохранения энергии давление в этой зоне становится минимальным, то есть вблизи среза сопла 1 возникает большое разрежение, степень которого может быть отрегулирована его осевым перемещением относительно корпуса ВСА. В результате этого вблизи выхода из сопла 1 складываются условия (высокая скорость вращательного и осевого движения, значительное разрежение), способствующие передаче осевого импульса и момента импульса от раствора пенообразователя к всасываемому газу, вследствие чего возрастает коэффициент инжекции. Дисперсная фаза (газ) приобретает мощный импульс от вращающейся жидкой сплошной фазы и интенсивно закручивается в горловине 3, служащей камерой смешения, где образуется тонкодисперсная система жидкость - газ. За счет высокоскоростного вихревого течения в горловине и локализованного вблизи горловины поля высоких касательных напряжений происходит тонкое диспергирование газообразной дисперсной фазы, что, в конечном счете, приводит к увеличению устойчивости и кратности образующейся в предлагаемом устройстве пены.

Газ

Рисунок 1. Схема вихревого струйного аппарата: 1 - сопло; 2 - конфу-зор; 3 - горловина; 4 - диффузор; 5 - тангенциальный патрубок; 6 -пена.

Образовавшаяся в горловине закрученная газожидкостная смесь (пена) движется далее через диффузор 4, в котором происходит частичное преобразование кинетической энергии осевого и вращательного движения в потенциальную. При необходимости подачи пены с высокой скоростью в диффузоре 4 устанавливают обтекатель со спрямляющими лопат-

ками, что позволяет преобразовать вращательное движение потока в осевое с минимальными потерями энергии [7].

Таким образом, ВСА сочетает функции струйного аппарата (эжектора) и устройства для диспергирования и может, по-видимому, использоваться для смешения, если применять метод сухой минерализации пены.

Совокупность факторов, благоприятствующих формированию в нем стабильной мелкодисперсной пены, может быть представлена следующем в виде:

1) Стабильность пены достигается за счет получения довольно мелких пузырей с узким дисперсным составом.

2) В свою очередь, мелкодисперсная газожидкостная эмульсия образуется благодаря удачной комбинации гидродинамических условий, возникающих в ВСА:

- закрутке потока (циклонный эффект, понижение давления на оси вихря);

- сужению потока в сопле;

- усиленному взаимодействию потока со стенками

камеры;

- удлиненному пути диспергирования вдоль винтовой линии по поверхности диффузора.

В первой части данной работы выполнены подробные эксперименты по определению гидродинамических характеристик ВСА и генерируемой пены при использовании пенообразователя ПО-6СП, во второй части экспериментов (с пенообразователем FoamCem) исследованы характеристики пены и получаемого на ее основе пенобетона.

Экспериментальная часть

Определение стойкости и кратности пены с пенообразователем марки ПО-6СП

Для проведения лабораторных исследований ВСА была собрана пеногенераторная установка, включавшая стеклянную модель ВСА с диаметром широкой части 50 мм и диаметром горловины 10 мм. Длина горловины составляла 20 мм, углы при вершине: конфузора - 30°, диффузора - 10°. Общая длина корпуса ВСА - 375 мм. В качестве сопла использовалась медная трубка внутренним диаметром 4 мм и наружным диаметром 6 мм, которая была смонтирована в уплотнительном устройстве, допускавшем регулировку осевого положения сопла.

На пеногенераторной установке были определены следующие характеристики:

- зависимость производительности пеногенератора от расхода жидкости;

- зависимость кратности пены от расхода жидкости;

- зависимость стойкости пены от кратности;

- определения влияния погружения диффузора в жидкость на кратность получаемой пены и эжекционный эффект.

Методика экспериментов составлена с учетом требований ГОСТ Р 50588-93 «Пенообразователи для тушения пожаров. Общие технические требования и методы испытаний». Эксперименты проводили с 6 % раствором пенообразователя ПО-6СП (синтетический углеводородный биоразлагае-мый пенообразователь общего назначения), предназначенного для тушения пожаров классов А и В с применением пены низкой и средней кратности, а также для приготовления раствора смачивателя.

В результате проведенных экспериментов были получены зависимости (некоторые из них представлены на рисунках 2 и 3), характеризующие эффективность работы струйного аппарата. Кроме того, выполнены измерения стабильности и кратности пены (рисунок 4). Отметим, что при не погруженном в жидкость диффузоре ВСА происходит подсос воздуха через больший диаметр диффузора, что приводит к увеличению производительности по пене. На рисунке 5 показана фотография экспериментальной установки со сгенерированной пеной (объем пены - около 25 л).

Зависимость вакуума на линии всасывания ВСА от расхода воздуха при положении сопла -5 мм

эе-

♦ 80

70

60

*

А ■ т 40

*- 20—

» 16 6-

♦ 1,4 мЗ/час ■ 1,2 мЗ/час А 1,0 мЗ/час

• 0,8 мЗ/час

1.00Е-04 1.00Е-03 1.00Е-02

Расход воздуха, мЗ/час

Рисунок 2. Зависимость вакуума на линии всасывания ВСА от расхода воздуха при положении сопла - 5 мм. Линии соответствуют расходу жидкости от 0,.8 до 1,4 м^/ч.

Зависимость производительности по пене от расхода жидкости

Расход жидкости, мЗ/час

Рисунок 3. Зависимость производительности ВСА по пене от расхода жидкости при погруженном и не погруженном в пену диффузоре.

3900

о 3800

5

т. ф 3700

с

О 3600

1Г)

(К 3500

ф

г с 3400

к

5 4) 3300

о.

00 3200

3100

¥ ■

у

/

Г

7 9

Кратность пены

11

♦ При непогруженном эжекторе ■ При погруженном эжекторе

Рисунок 4. Зависимость стабильности пены от ее кратности при различных положениях диффузора (погруженном и не погруженном в жидкость).

4 Эксперименты, описанные в п. 1, проводились при участии А.В. Шувалова и Е.М. Береговой

Рисунок 5. Общий вид экспериментальной установки со сгенерированной пеной.

Исследования на данном этапе привели к следующим результатам:

1) В ВСА может достигаться разрежение до 0,8-

0,9 атм (в зависимости от положения сопла, см. рисунок 2), что позволяет инжектировать воздух в ВСА без использования компрессора, по крайней мере, для пен низкой кратности.

2) В ВСА возможно получение тонкодисперсной пены высокой стабильности. В данной части исследований использовался пенообразователь марки ПО-6СП, предназначенный для пены низкой кратности, что обусловило кратность пены в экспериментах не более 12. Полученная пена обладала устойчивостью (время падения на 50 %) от 3200 до 3800 с, что в пять раз выше норм ГОСТ Р 5058893. Это позволяет рассчитывать на сохранение стабильности пены при ее транспортировке по технологическим трубопроводам на расстояния до нескольких десятков метров, что может быть использовано как при тушении пожаров, так и при производстве пенобетона.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Высокая стабильность пены достигнута, главным образом благодаря тонкому диспергированию пузырей в мощном сдвиговом поле, а также в пределах вязкого подслоя близи поверхности стенок [8]. Размеры пор полученной пены составляли от 1-2 мм до 3-4 мм. Регулирование размеров пор, как следует из [8], возможно при проектировании ВСА путем выбора оптимальной геометрии, а при его эксплуатации - главным образом, за счет изменения расходов подаваемых жидкости и газа.

Определение стойкости, кратности и устойчивости пены с пенообразователем FoamCem

Эксперименты проводились на установке, описанной выше, с использованием белкового пенообразователя FoamCem (1_аБ1:оп ИаНапа Б.р.А, Италия). Этот пено-концентрат разработан исключительно для производства пенобетона; в опытах использовался 3 % пенообразующий раствор.

В опытах определяли положение сопла по отношению к горловине, при котором характеристики пены были оптимальны. Эти данные были использованы при дальнейших экспериментах по приготовлению пенобетона и исследований его свойств.

Определялись следующие характеристики:

- зависимость кратности пены от времени работы аппарата при различных величинах зазора;

- зависимость стойкости пены от времени работы аппарата;

- зависимость устойчивости пены от ее кратности. Методика экспериментов составлена в соответствии с требованиями ГОСТ [9].

Устойчивость пены определялась как время разрушения 50 % объема пены. Стойкость пены рассчитывали по формуле

Сп = Лы/Лъ (1)

где Лп - высота столба отобранной пены, мм; Лп1

- высота столба пены по истечении одного часа, мм.

Кратность пены определяли как отношение

Кп = К/ ^р (2)

где 1/п - объем пены, отобранный в емкость, дм3; Ур - объем раствора пенообразователя, пошедшего на образование пены, дм3 (численно равен массе пены тп в кг).

Коэффициент водопоглощения определяли как отношение массы воды тз, поглощенной образцом пенобетона, к площади их контакта 5

ш = т&/Б (3)

Характеристики пены были оптимальны при расположении сопла на расстоянии Л = 8 мм и при времени

работы установки £ = 2 мин. Это объясняется тем, при

уменьшении зазора Л возрастало сопротивление аппарата, а при его увеличении уменьшался подсос воздуха в результате отдаления сопла от зоны минимального давления в вихре. Оптимум времени связан с выходом системы на режим, а снижение эффективности при большем времени объясняется вторичным подсосом пены в насос и изменением структуры пены в нем при одновременном снижении давления на выходе из насоса.

Исследование механических характеристик пенобетона

Приготовление пенобетона производилось с расчетом его плотности, равной 1200 кг/м3. Пропорции составляющих рекомендованы заводом «Стройбетон» (Санкт-Петербург). Водоцементное соотношение для требуемой плотности принято В/Ц = 0,53 (с учетом воды в составе пены).

Для приготовления образцов пенобетона (трех пеноблоков размером 150x150x150 мм и двух пеноблоков размером 150x150x80 мм) получали пену при Л = 8 мм и t = 2 мин. Масса песка (речной намывной фракции менее 2,0 мм), цемента марки М500Д0, объем воды для приготовления составляла соответственно тпес = 7,61 кг; тц = 6,09 кг; Ув = 2,28 л. В приготовленную бетонную смесь добавляли, равномерно перемешивая, полученную пену в объеме Уп = 11,99 л. Пенобетонную массу заливали в заранее подготовленные формы. По истечении 28-дневного твердения проводили исследования механических характеристик пеноблоков по методике [9]. Определены характеристики пенобетона: прочность при сжатии; плотность; коэффициент водопоглощения; открытая пористость. Фотографии полученных пеноблоков представлены на рис.

6.

Рисунок 6. Фотографии пеноблоков, полученных с использованием пеногенератора ВСА.

Результаты и их обсуждение

Результаты исследований пены и пеноблоков, полученных с использованием пенообразователя Foam-Сет, представлены в таблицах 1-2. Кроме того, испытания показали, что средняя плотность образцов составила (1172±71) кг/м3, открытая пористость 15,3 %, прочность при сжатии (3,78±0,05) МПа.

Таблица 1. Устойчивость, кратность и стойкость пены при положении сопла Л = 8 мм (пена получена с использованием пенообразователя ________________________________________________________1юатСет)

№ эксперимента с к со о н та с >•. Ъ т О ю а р к м е р со 2 ъ н е п 0 н 1 а р ю о & м е ю О Масса пены, г < м, м ы н е п о н н а р ю р о а ю р с ы т о с ы со < м, м а, с а т и и н е £ ст и О п ы н е п а ю р с а т о с ы со Время падения 50% пены (устойчивость пены), с Кратность пены Стойкость пены

1 120 0.272 21.435 60 52 6720 12.69 0.867

2 240 0.304 22.62 67 32 5400 13.44 0.478

3 480 0.327 15.875 72 10 3480 20.60 0.139

4 960 0.304 25.22 67 13 4800 12.05 0.194

Таблица 2. Экспериментальные данные по водопоглощению _______________образца пенобетона с размерами 70x70 мм.

Время проведения опыта, ч Масса образца поглощенной водой, г Масса поглощенной воды, г Коэффициент водопоглощения, кг/м2

0 840.20 0 0

0.25 845.47 19.94 4.069

0.5 847.87 21.94 4.478

1 850.23 24.30 4.959

2 853.59 27.66 5.645

4 856.98 31.05 6.337

24 870.60 44.37 9.055

Первоначальная масса образца 825,93 г, масса образца с парафиновым покрытием 840,20 г, площадь поверхности контакта с водой 4,9-103 м2.

Как видно из таблицы 1, со временем работы пеногенератора кратность пены увеличивается с 12-13 до 20, а ее устойчивость и стойкости монотонно снижаются.

По-видимому, такое снижение устойчивости и стойкости при увеличении кратности можно объяснить уменьшением толщины стенок пленки (а значит, и их прочности) жидкости между пузырьками в пене, а кажущийся рост при кратности меньше 13 лежит в пределах погрешности экспериментов. Небольшой рост этих параметров в последней строке таблицы 1 связан, как уже отмечалось, с вторичным подсосом пены в насос и ее редиспергированием, хотя сравнение строк 1 и 4 показывает, что ни устойчивость, ни стойкость не восстанавливаются до исходных значений. Это явление объясняется изменением дисперсного состава пузырей при редиспергировании: несмотря на сохранение средней кратности в пене, прошедшей через насос, по-видимому, присутствует все еще большое количество крупных пузырей, нарушающих однородность пены по размерам пузырей. Как известно из коллоидной химии, за счет разности капиллярных давлений в соседних пузырьках разного размера происходит рост крупного, а мелкий исчезает. В итоге происходит увеличение количества крупных пузырей, стенки пленок утончаются, и пена распадается.

Результаты испытаний полученного пенобетона позволили отнести его к виду конструкционных бетонов. По всем параметрам полученный пенобетон соответствует нормам стандарта [9].

Таким образом, предложенный способ генерирования пены с использованием ВСА позволяет получить пенобетон, полностью соответствующий действующему стандарту, при этом генерируемая пена обладает повышенной устойчивостью и стойкостью, что позволяет снизить требования к времени хранения пены, а также позволяет транспортировать ее по трубам. Кроме того, применение ВСА открывает возможности по гибкому варьированию кратности пены путем инжектирования газа либо его принудительной подачи в ВСА компрессором либо газодувкой, что позволит довольно просто управлять теплофизическими и механическими свойствами пенобетона.

Выводы и перспективы исследований

1. Разработано и испытано новое устройство для генерирования пены - вихревой струйный аппарат, способный всасывать воздух с разрежением до 0,9 атм, а также диспергировать газ, создавая пену с расчетным начальным диаметром пузырей менее 1 мм.

2. Стабильность полученной пены превышает требования ГОСТ Р 50588-93 в пять раз. Стойкость, устойчивость, кратность, плотность, водопоглощение и механическая прочность полученного пенобетона полностью соответствуют ГОСТ 12852.0-77.

3. Применение ВСА открывает хорошие возможности по управлению теплофизическими и механическими свойствами пенобетона за счет варьирования кратности пены при инжектировании газа либо его принудительной подаче в ВСА. Использование ВСА позволит в перспективе перейти к непрерывному способу производства пенобетона.

4. Для сохранения высокой стабильности и устойчивости пены не следует допускать ее редиспергирования (повторного пропускания через насос).

5. Как показали предварительные испытания, важной особенностью ВСА является возможность управления кратностью пены за счет подачи воздуха с заданным расходом (путем инжекции или нагнетания компрессором). В дальнейшем планируется детально исследовать эти возможности как с точки зрения управляемости технологическим процессом генерирования пены, так и с позиции выпуска пенобетона с заданной пористостью и физико-механическими и теплофизическими характеристиками.

Авторы выражают благодарность К.М. Мизёву и доценту кафедры химии и технологии строительных и специальных вяжущих веществ СПбГТИ(ТУ) П.В. Зозуле за помощь в проведении экспериментов и испытаниях образцов.

Литература

1. Пинскер В.А. Пенобетон в современном строительстве // Строительная альтернатива. 2002. № 1. С. 1012.

2. Рязанов А.В. Пенобетон его производство // Строительная альтернатива. 2002. № 1. С. 16-22.

3. Прошин А.П., Береговой В.А., Краснощеков A.A., БереговойA.M. Пенобетон ( состав, свойства, применение). Пенза: ПГУАС. 2003.162 с

4. Пылаев А.Я. Технологии непрерывного приготовления и транспортирования пенобетонной смеси // Строительные материалы. 2005. № 12. С. 28-30.

5. Глушков А.М., Удачкин В.И., Смирнов В.М. Технологическая линия по производству пенобетонных изделий // Строительные материалы. 2004. № 3. С. 10-12.

6. Вихревой струйный аппарат и способы его включения (варианты): пат. № 2262008 Рос. Федерация. № 2004101919/06; заявл. 21.01.2004; опубл. 10.10.2005. Бюл. 28.

7. Устройство для генерирования пены: пат. № 2297260 Рос. Федерация. № 2005130836/12; заявл. 04.10.2005; опубл. 20.04.2007. Бюл. 11.

8. Абиев Р.Ш., Берегова Е.М., Шувалов А.Е. Исследование вихревого струйного аппарата в качестве генератора пены // Проблемы управления рисками в техносфере. 2009, № 4(12). С. 46-56.

9. ГОСТ 12852.0-77. Бетон ячеистый. Общие требования к методам испытаний. М.: 1977.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.