Научная статья на тему 'Поверхностное натяжение насыщенных растворов неор ганических вяжущих веществ в присутствии современных пенообразователей и его влияние на кратность и стойкость получаемых пен'

Поверхностное натяжение насыщенных растворов неор ганических вяжущих веществ в присутствии современных пенообразователей и его влияние на кратность и стойкость получаемых пен Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
455
65
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЕНОБЕТОН / ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ / ОЦЕНКА ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ / КРАТНОСТЬ ПЕН / СТОЙКОСТЬ ПЕН / FOAM CONCRETE / SURFACE-TENSION / FOAMING AGENTS ASSESSMENT / FOAM EXPANSION / FOAM STABILITY

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Юндин Александр Николаевич, Кучуев Евгений Викторович

Оценена пригодность синтетического пенообразователя ПБ-2000 и биологического Addiment SB3 для производства пенобетона на основе портландцемента, строительного гипса и магнезиальных вяжущих веществ. Показано неоднозначное влияние различных сред вспенивания на поверхностное натяжение растворов пенообразователей, кратность и стойкость получаемых пен.

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

Surface-tension of saturated solutions of the inorganic bbinding in the modern foaming agent presence and its impact on the expansion and stability of the obtained foams

The suitability of the synthetic (ПБ-2000) and biological (Addiment SB3) foaming agent sand used for the foam concrete production based on Portland cement, gypsum building plaster and magnesia cements is assessed. Nonunique influence of different foaming media on the surface-tension of the foaming agents solutions, expansion and stability of the obtained foams is shown.

Текст научной работы на тему «Поверхностное натяжение насыщенных растворов неор ганических вяжущих веществ в присутствии современных пенообразователей и его влияние на кратность и стойкость получаемых пен»

УДК 666.972.162

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ РАСТВОРОВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПРИСУТСТВИИ СОВРЕМЕННЫХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА КРАТНОСТЬ И СТОЙКОСТЬ ПОЛУЧАЕМЫХ ПЕН

А.Н. Юндин, Е.В. Кучуев

SURFACE-TENSION OF SATURATED SOLUTIONS OF THE INORGANIC BBINDING IN THE MODERN FOAMING AGENT PRESENCE AND ITS IMPACT ON THE EXPANSION AND STABILITY OF THE OBTAINED FOAMS

A.N. Yundin, E.V. Kuchuev

Оценена пригодность синтетического пенообразователя ПБ-2000 и биологического Addiment SB3 для производства пенобетона на основе портландцемента, строительного гипса и магнезиальных вяжущих веществ. Показано неоднозначное влияние различных сред вспенивания на поверхностное натяжение растворов пенообразователей, кратность и стойкость получаемых пен.

Ключевые слова: пенобетон, поверхностное натяжение, оценка пенообразователей, кратность пен, стойкость пен.

The suitability of the synthetic (ПБ-2000) and biological (Addiment SB3) foaming agent sand used for the foam concrete production based on Portland cement, gypsum building plaster and magnesia cements is assessed. Nonunique influence of different foaming media on the surface-tension of the foaming agents solutions, expansion and stability of the obtained foams is shown.

Keywords: foam concrete, surface-tension, foaming agents assessment, foam expansion, foam stability.

В состав всех используемых пенообразователей входят поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые при растворении в жидкостях существенно понижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз «жидкость - газ». Причиной понижения поверхностного натяжения является строение молекул ПАВ, которые состоят из полярных групп и неполярного углеводородного радикала. Полярная часть молекулы ПАВ гидрофильна, а неполярная гидрофобна. Вследствие этого, при введении в раствор пенообразователей молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности раздела фаз «жидкость - газ», что приводит к понижению свободной поверхностной энергии за счет замещения на поверхности молекул воды менее полярными молекулами и за счет увеличения в поверхностном слое межмолекулярного расстояния.

С понижением поверхностного натяжения раствора повышается кратность получаемых из него пен. Это связано с тем, что чем меньше поверхностное натяжение раствора, тем меньше работы нужно затратить на создание новых поверхностей раздела фаз «жидкость - газ», и, как следствие, получить больший объем пены [1].

Поверхностное натяжение также оказывает влияние на лапласовское давление воздуха в порах, которое оказывает противодействие давлению вяжущего теста и уплотняющее давление на него в межпоровых перегородках:

Р = 2а/г.

Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что поверхностное натяжение является одним из важнейших показателей качества пенообразователей. Оценке поверхностного натяжения растворов различных пенообразователей посвящено много работ, однако при этом исследуются, как правило, лишь их водные растворы. В данной работе приведены результаты исследования поверхностного натяжения пенообразователей в насыщенных растворах вяжущих веществ.

В качестве модельных в экспериментах использовали насыщенные растворы Са(ОН)2, Mg(OH)2, CaS04, раствор MgCl2 25 %-ной концентрации, дистиллированную воду, а также пенообразователи ПБ-2000 (синтетический) и Addiment SB3 (биологический). Поверхностное натяжение определяли сталагмометрическим методом. Изотермы поверхностного натяжения пенообразова-

теля ПБ-2000 в растворах электролитов представлены на рис. 1.

Значительное понижение поверхностного натяжения фиксируется уже при концентрации пенообразователя 0,23 %. Фактически при этой концентрации для всех исследуемых сред (за исключением М§С12) достигается критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). С повышением концентрации пенообразователя более 0,23 % поверхностное натяжение продолжает незначительно снижаться и достигает минимума при концентрации примерно 1,87 %. Минимальное значение поверхностного натяжения для всех исследуемых сред, кроме М§С12, составляет примерно 25 мН/м. Снижение поверхностного натяжения 25%-ного раствора ]У^С12 идет более медленными темпами и достигает примерно 40 мН/м.

Иной характер имеют изолинии поверхностного натяжения растворов электролитов и биологического пенообразователя АскйтеиЛ БВЗ (рис. 2).

Обращает на себя внимание монотонное снижение поверхностного натяжения с повышением концентрации пенообразователя, что затрудняет определение ККМ. Минимальное значение поверхностного натяжения достигается при концентрации ПО 3,16 % и составляет 48-53 мН/м. Поверхностное натяжение практически не меняется в зависимости от вида электролита.

Исходя из полученных результатов, можно предположить, что пены, полученные на основе синтетического пенообразователя, будут характеризоваться большей кратностью, чем пены на основе биологического АсМнпеп* БВЗ. С другой стороны, лапласовское давление воздуха в порах пены,

Концентрация ПО, % по сухому веществу

Рис. 1. Влияние концентрации пенообразователя ПБ-2000 на поверхностное натяжение растворов электролитов и дистиллированной воды

Концетрация ПО, % по сухому веществу

-Са(ОН)2

—■— -СаБ04

—*- -МдС12

-Мд(ОН)2

—ж- -Н20

Рис. 2. Влияние концентрации пенообразователя Ас1сНтеп1БВЗ на поверхностное натяжение растворов электролитов и дистиллированной воды

полученной на основе синтетического ПБ-2000, будет меньше, чем в пенах на основе АсШтегй БВЗ. Понижение лапласовского давления приведет к меньшему противодействию давлению вяжущего теста на воздушную пору и, как следствие, меньшему уплотняющему давлению на него в межпо-ровых перегородках, что может стать причиной снижения устойчивости пенобетонных смесей [2]. При этом стоит отметить, что поверхностное натяжение насыщенных растворов гидроксида кальция, гидроксида магния и сульфата кальция практически не отличается от поверхностного натяжения растворов пенообразователей в дистиллированной воде. Это дает основание полагать, что кратность пен, полученных из насыщенных растворов исследуемых вяжущих веществ, за исключением 25 %-ного раствора хлорида магния, не будет отличаться от кратности пен, полученных из дистиллированной воды.

С целью проверки сделанного предположения нами также были изучены кратность и стойкость пен, полученных из приведенных пенообразователей в модельных растворах.

Из данных, приведенных на рис. 3, следует, что среда вспенивания оказывает существенное влияние на кратность получаемых пен. Кратность пен, полученных из насыщенных растворов Са804, М§(ОН)2 и дистиллированной воды выше, чем

кратность пен из насыщенных растворов Са(ОН)2 и М^е12.

ККМ исследуемых растворов достигалась при концентрации пенообразователя 0,23 % в пересчете на сухое вещество. При этом, согласно Тихомирову, должна достигаться максимальная кратность получаемых пен. Кратность модельных растворов повышалась с увеличением концентрации пенообразователя выше ККМ. Кратность пен из всех исследуемых растворов в присутствии пенообразователя АййшетЛ 8ВЗ повышается при увеличении концентрации пенообразователя, достигая максимума при концентрации 2 %. Кратность полученных пен различается незначительно и находится в пределах 4,6-5,5. Стабильность получаемых пен оценивалась степенью сохранности пен по истечении определенного промежутка времени (4 мин). Результаты испытаний приведены в таблице.

Максимальная стабильность пен, получаемых из исследуемых растворов в присутствии АёсИтегЛ БВЗ, достигается при концентрации пенообразователя 2 %. Для пен из ПБ-2000 оптимальной в ряде случаев (растворы Са804, Mg(OH)2) является концентрация 1,5 %. Стабильность пен из дистиллированной воды возрастает до концентрации 1,25 %, при дальнейшем повышении концентрации стабильность пен начинает уменьшаться. Пены из биологического пенообразователя характеризуют-

х

ф

1=

л

о

о

х

го

о.

-Са(ОН)2 -Са804 -МдС!2 - Мд(ОН)2 -Н20

Концентрация ПО, % по сухому веществу

Рис. 3. Влияние концентрации пенообразователя ПБ-2000 на кратность пен Влияние концентрации пенообразователей на сохранность пен

Конц. ПО, % Сохранность пен из ПБ-2000, % Сохранность пен из АскЦтехй БВЗ, %

Са(ОН)2 СаЭ04 МёС12 М§(ОН)2 н2о Са(ОН)2 СаБ04 МЕС12 Мё(ОН)2 Н20

0,25 16 17,5 17 21 19,5 22,5 31 39 26 24,5

0,5 19 23 22,5 35 32 27 38 48,5 26,5 27,5

0,75 31 45 27,5 50 51,5 36 40 56 31 30,5

1 32,4 49 29,5 52 80,5 49 65,5 75,5 41,5 36,5

1,25 37,5 52,5 31,5 64,5 91 64 81 93 57 66

1,5 37 66 38 67,5 86,5 80 97 94 64,5 69

2 44,2 59 70 60 65 95 97 96 90 77

х

ф

с

л

5

О

х

*-

ге

о.

ы

-Са(ОН)2

-СаБСН - МдС12 -Мд(0Н)2 -Н20

Конц ПО, % по сухому веществу

Рис. 4. Влияние концентрации пенообразователя АсШгте^ БВЗ на кратность пен

ся более высокой стойкостью, чем пены из синтетического ПБ-2000.

Исходя из полученных результатов можно сделать вывод, что для синтетических пенообразователей низкое значение поверхностного натяжения насыщенного раствора используемого вяжущего не всегда является достаточным условием получения пен высокой стабильности и кратности. Кратность и стойкость пен, полученных из насыщенного раствора гидроксида кальция, меньше, чем у пен, полученных из дистиллированной воды, при практически одинаковых значениях поверхностного натяжения. Причиной понижения кратности пен из насыщенных растворов гидроксида кальция и хлорида магния может быть уровень pH, отличный от уровня pH пенообразователя, а также

взаимодействие ПАВ с растворенными ионами, что может привести к связыванию поверхностноактивного иона пенообразователя и образованию труднорастворимых солей. Кратность пен, полученных из пенообразователя АскШпевЛ БВЗ, а также поверхностное натяжение исследуемых растворов, практически не зависят от среды вспенивания (рис. 4).

Литература

1. Тихомиров, В. К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения / В.К. Тихомиров. - М.: Химия, 1975. -264 с.

2. Шахова, Л.Д. Роль пенообразователей в технологии пенобетонов / Л.Д. Шахова // Строительные материалы. — 2007. -№ 4. -С. 16-19.

Поступила в редакцию 1 марта 2010 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.