CC BY
48
УДК 691.327.333
Ю.Г. Иващенко, А.В. Страхов, Д.Ю. Багапова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ФОРМОВАНИЯ ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ И ИЗДЕЛИЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КОНЕЧНОЙ ПРОДУКЦИИ
Рассматривается зависимость времени и скорости формирования пены и перемешивания пенобетонной смеси на качество и физико-механические показатели готовых изделий из эффективного теплоизоляционного пенобетона.
Пенобетон, гидродинамический режим пенообразования, стабилизатор, пена
Yu.G. Ivashchenko, A.V. Strakhov, D.Y. Bagapova
THE INFLUENCE OF FORMING MODES FOR FOAM CONCRETE MIXTURES AND WORK-PIECES ON THE PROPERTIES OF END PRODUCTS
The paper considers the dependence of time and rate for formation of foam and foam concrete mixture on the quality and physico-mechanical properties of the finished products manufactured from the effective insulating foam.
Foam, hydrodynamic regime foam stabilizer, foam
Эффективные изделия на основе теплоизоляционного пенобетона относятся к группе ячеистых бетонов, которые имеют ячеистую структуру за счет образования в цементно-песчаном растворе пор, наполненных вовлеченным воздухом. Ячеистую структуру композиционных материалов можно получить химическим или механическим способами [1].
Пенобетон, изготовленный по установленному технологическому режиму с соблюдением всех заданных параметров, обладает равномерной ячеистой структурой - все поры имеют схожие друг с другом размеры с незначительными отклонениями. В случае нарушения технологических процессов формирования пены пенобетон обладает неравномерной структурой - ячейки имеют неправильную (некруглую) форму, межпоровые перегородки разорваны, а размер ячеек весьма неравномерен с сообщающимися между собой порами [4].
Структура пенобетона оказывает значительное влияние на физико-механические показатели готовых изделий из эффективного неавтоклавного теплоизоляционного пенобетона. При производстве неавтоклавного пенобетона получение пористой структуры происходит механическим способом. В данной работе использовалось приготовление пенобетонной смеси способом мокрой минерализации.
Способ мокрой минерализации подразумевает под собой, первоначальное отдельное изготовление пены и цементного (цементно-песчаного) теста, с последующим их смешиванием.
Создание наиболее развитой ячеистой структуры пенобетона обеспечивается соблюдением требований к гидродинамическому режиму работы пеногенератора с образованием подвижной пены, за счет высокой интенсивности процессов взаимодействия жидкости (водного раствора пенообразователя) и газа (вовлеченного в смесь воздуха) [2].
Пена - дисперсная система «газ - жидкость», как и другие дисперсные системы, например суспензии и эмульсии, пена имеет сильно развитую межфазную поверхность, что определяет ее свойства. В качестве «газа» рассматривается воздух [3].
Основными показателями при выборе технологических параметров пенообразования являются: плотность пены, кратность пены.
Кратность пены зависит от линейной скорости воздуха поступающего во время процесса пенообразования непосредственно в пену. В данной работе рассматривались зависимости различных режимов работы смесителя турбулентного типа - скорость вращения лопастного активатора и время формования пены на изменение свойств пены и пенобетонной смеси.
Концентрация белкового пенообразователя «GreenFroth» во всех составах являлась постоянной величиной и составляла 0,75% от содержания воды. Измерения производились при постоянной температуре воды 20±3оС.
Таблица 1
Зависимость характеристик пены от режимов формования пены
№ п.п. Скорость вращения лопастного активатора, об./мин. Время пенообразования, сек. Кратность пены Плотность пены, г/см3
1 2 3 4 5
1 400 4 145
2 600 4 144
3 800 90 6 132
4 1000 7 91
5 1200 7 89
6 400 6 99
7 600 6 96
8 800 120 9 84
9 1000 12 72
10 1200 12 73
11 400 9 84
12 600 9 81
13 800 180 14 76
14 1000 18 65
15 1200 18 64
16 400 8 98
17 600 8 95
18 800 240 8 81
19 1000 10 74
20 1200 10 71
В результате анализа данных табл. 1 можно сделать вывод, что наиболее эффективным режимом пенообразования является приготовление пены в течение 3 минут при вращении лопастного активатора в пределах 800-1200 об ./мин.
Эффективность данного режима объясняется тем, что всплывающие к поверхности жидкости пузырьки воздуха при малых оборотах лопастного активатора обладают незначительной массой и малой скоростью. Следовательно, пузырьки воздуха обладают малой кинетической энергией, величины которой не достаточно для преодоления механической прочности адсорбционного слоя на поверхности раздела «жидкость - газ». В этом случае над слоем жидкости образуются слои малоподвижной пены, имеющей ячеистую структуру. С увеличением скорости вращения лопастного активатора ячейки пены (пузырьки) уменьшаются, а подвижность пены возрастает. При скоростях вращения лопастного активатора 1200 об./мин. более 3,5 минут происходит уменьшение объема пены, имеющей подвижный вихревой характер, с последующим разрушением пены.
Одной из причин усадки пенобетонной смеси является несовершенство структуры пор в процессе формования и приготовления пенобетонной смеси. Для выбора наиболее оптимального и эффективного режима приготовления и формования пенобетонной смеси были рассмотрены различные режимы перемешивания пены и цементного раствора с наполнителями, а также продолжительность процесса перемешивания. Исследованию подвергались смеси постоянного состава, приведенного в табл. 2, при постоянной температуре смеси 20±3оС.
Таблица 2
Состав сырьевой пенобетонной смеси
Наименование
компонента Цемент, г. Вода, мл. Пенообразователь, мл. Наполнитель, г
Содержание 300 150 2 3
компонента в смеси
Таблица 3
Зависимость характеристик пенобетона от режимов перемешивания и формования смеси
№ Скорость вращения вала смесите- Время перемешива- Кратность пенобе- Плотность пенобе-
п.п. ля, об./мин. ния, сек. тонной смеси тона, кг/м3
1 2 3 4 5
1 45 4 340
2 50 4 340
3 55 90 3 360
4 60 2 380
5 65 2 380
6 45 7 320
7 50 6 325
8 55 120 6 325
9 60 4 340
10 65 4 340
11 45 3 360
12 50 3 360
13 55 150 3 365
14 60 2 380
15 65 2 385
16 45 3 365
17 50 2 385
18 55 240 2 385
19 60 2 390
20 65 2 410
В результате анализа данных табл. 3 можно сделать вывод, что наиболее оптимальным режимом формования и приготовления пенобетонной смеси является работа смесителя при скорости вращения смесительного вала в 45 об ./мин. в течение 2 минут.
Эффективность данного режима объясняется тем, что при введении в пену цементного теста с наполнителями и при большей продолжительности перемешивания пенобетонной смеси устойчивость пены снижается вследствие разрушения части межпоровых перегородок за счет механического воздействия при перемешивании, а также вследствие химического взаимодействия пенообразователя с цементом.
Таким образом, можно сделать вывод, что при производстве эффективного теплоизоляционного пенобетона по двухстадийной технологии мокрой минерализации наиболее эффективными режимами пенообразования является приготовление пены в течение 3 минут при вращении лопастного активатора в пределах 800-1200 об ./мин., а при приготовлении пенобетонной смеси является работа смесителя при скорости вращения смесительного вала в 45 об ./мин. в течение 2 минут.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дворкин Л.И. др. Практическое бетоноведение в вопросах и ответах: справочное пособие/ Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин, О.М. Бордюженко, Ю.В. Гарницкий, В.В. Житковский; Под. ред. Л.И. Дворкина. СПб: ООО «Строй-бетон», 2008. 328 с.
2. Кругляков П.М., Ексерова Д.Р. Пена и пенные пленки. М.: Химия, 1990. 432 с.
3. Тарат Э.Я., Мухленов И.П., Туболкин А.Ф., Е.С. Тумаркин. Пенный режим и пенные аппараты. Л., «Химия», 1977. 304с.
4. Laukaitis A. Influence of technological factors on porous concrete formation mixture and product properties / Summary of the research report presented for habilitation // Kaunas University of Technology, 1999. 70 c.
Иващенко Юрий Григорьевич - Yuri G. Ivashchenko -
доктор технических наук, профессор, Dr. Sc., Professor
заведующий кафедрой «Строительные материалы Department of Building Materials
и технологии» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. Страхов Александр Владимирович -кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные материалы и технологии» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
and Technologies
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Alexander V. Strakhov -
Ph. D., Associate Professor
Department of Building Materials
and Technologies,
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Багапова Диана Юрьевна -
ассистент кафедры «Строительные материалы и технологии»
Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Diana Yu. Bagapova -
Assistant Lecturer, Department of Building Materials and Technologies,
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Статья поступила в редакцию 11.11.14, принята к опубликованию 25.12.14
