Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы

На качество пенобетона значительное влияние оказывает дисперсность и устойчивость пен, которые в зависимости от формы и толщины пленок подразделяются на три вида: шаровые - состоящие из почти сферических пузырьков, разделенных достаточно толстыми пленками жидкости; полиэдрический, и промежуточного типа - микрогазовые эмульсии, внутренняя фаза которых образована скоплением газовых пузырьков [130]. Оптимальное соотношение пенообразователя является одним из основных факторов, влияющих на строительно-технические характеристики пенобетона.

При этом худшими по условиям сохранения качества ячеистой структуры пены являются пенобетоны низких марок по средней плотности, что связано с увеличением свободной влаги в их составе, а также с возрастанием концентрации пенообразователя на единицу вяжущего вещества, замедляющего структурообразование в пенобетонной смеси на ранней стадии. Поэтому предлагается 131 производство ячеистого бетона низкой плотности с использованием комплексного порообразователя (пенообразователь + газообразователь), обеспечивающего более стабильные технологические характеристики, однако остается проблема горбушки. Для получения устойчивой пены важно, чтобы пленка не только была упругой, но и отличалась высокой поверхностной вязкостью, что уменьшает скорость стекания пленки на границу Плато. Адамсоном показано 130, что скорость стекания пленки через границу Плато резко уменьшается, если адсорбированная пленка ПАВ по типу приближается к твердой пленке. Поэтому для повышения устойчивости пен в пенобетоне целесообразно использовать стабилизаторы в виде высокодисперсных минеральных компонентов типа тонкомолотого цемента, микрокремнезема, частиц глинистой фракции, извести и других, а также применять затворитель с повышенной температурой, ускоряющей схватывание цементной системы и придающей пене состояние, соответствующее псевдотвердому.

Если для приготовления пены используют центробежные пеногенераторы (героторные насосы) и скоростные пеновзбиватели миксерного типа, то стабилизаторы пены в жидком виде целесообразно вводить в раствор пенообразователя, что позволяет получать устойчивые тонкодисперсные пены, обеспечивающие высокие свойства пенобетона. Кроме того, стабилизатор пены в жидком виде рационально дополнительно вводить в бетоносмеситель в оптимальном количестве одновременно с минеральным (цементным или шлаковым) компонентом, что повышает коэффициент использования порообразующей способности пеноконцентрата, а также устойчивость пены в процессе приготовления пенобетонной смеси за счет утолщения пленки и их повышенного сродства. Значимое влияние на устойчивость пены и повышение ее дисперсности оказывает также применение стабилизатора минерального типа за счет повышения поверхностной вязкости и перевода их в псевдотвердое состояние. Однако их использование обеспечивается только при приготовлении пены в пенообразователях миксерного типа. При этом наиболее эффективными являются скоростные бетоносмесители - пеновзбиватели принудительного типа, в которых процессы приготовления пены и пенобетонной смеси совмещены. В этом случае используется более устойчивая «свежая» пена, водосодержание пенобетона является более низким относительно технологии с пеногенератором, а его свойства - наиболее высокими. Однако, такая технология приготовления пенобетонной смеси не может быть эффективно использовано для получениия шлакосиликатного пенобетона ввиду повышенного содержания в его составе ПАВ - силикатного затворителя.

При выборе оптимального вида пенообразователя необходимо учитывать, что некоторые из них могут оказаться несовместимыми с принятыми видами вяжущих, приводящих к различным негативным явлениям, в частности, может произойти гашение пены. Например, пенообразователь окись амина приводит к коагуляции частиц портландцемента с образованием крупных агрегатов, что способствует снижению прочности пенобетона. Поэтому при использовании амина практически не удается получить плотности ниже 800 кг/м³. При применении пенообразователя - Пенострома, использующегося для портландцементных пенобетонов, в составе шлакосиликатного пенобетона наблюдается интенсивное гашение пены и пенобетон не формируется.

Перспективными для пенобетонов являются шлакосиликатные цементы [132], для которых характерны высокая прочность (80-120 МПа) и высокий темп твердения на ранней стадии. Наиболее эффективными пенообразователями для шлакосиликатного пенобетона являются окись амина и лаурил сульфат натрия. Однако их высокая водопотребность для приготовления раствора пенообразователя оказывает негативное влияние на деформации усадки и трещинностойкость такого вида пенобетона, которые являются повышенными для шлакощелочных вяжущих, изготавливаемых с использованием низкомодульного силикатного затворителя. Для снижения деформаций усадки и повышения трещинностойкости в таких пенобетонах можно вводить щелочестойкое стекловолокно, золу, микрокремнезем, применять поверхностное армирование стеклосеткой, а для сохранения тонкодисперсной структуры пор - химические и минеральные ускорители твердения. При этом использование минеральных модификаторов повышает устойчивость пены и качество структуры пенобетона, в частности, проседание образцов не наблюдалось даже при плотности пенобетона 150 кг/м³ и ниже. Также уменьшается деформация усадки в 2 и более раз и соответственно составляет 1,7; 2,3 и 2,9 мм/м для пенобетона средних марок по плотности D 500; D 350 и D 250, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 25485 (к ячеистому бетону автоклавного твердения), прочность при сжатии и изгибе превышает требования этого стандарта (табл. 4), а марка по морозостойкости для пенобетонов при плотности D 500 и D 350 соответственно составляет F35 - F50 и F25.

Таблица 4. Характеристики шлакосиликатных пенобетонов

Согласно ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» усадка при высыхании неавтоклавных пенобетонов не должна превышать 3 мм/м. Такая величина влажностной усадки приводит к образованию трещин, особенно у крупноразмерных изделий, монолитных стен и покрытий. Систематические многолетние исследования пенобетонов проводимые Е.С. Силаенковым [133] показали, что ширина раскрытия таких трещин доходит до 3-5 мм. При этом усадку в пенобетонах можно разделить на две составляющие: первая - усадка, обусловленная давлением воды в капиллярах цементного камня при ее испарении, вторая - за счет действия физико-химической контракции. Для анализа причин усадки неавтоклавного пенобетона в результате происходящих физико-химических процессов рассмотрим данные В.В. Михайлова [134], который разделяет этот процесс на 3 основные стадии: 1) на первой стадии клинкерные минералы после контакта с водой интенсивно диспергируются, образуя цементный гель; 2) на второй стадии гель пересыщается, и в нем начинают закристаллизовываться новообразования и в результате контракции образуются контракционные поры; 3) на третьей стадии цемент расширяется и гидросульфалюминаты кальция как добавка-модификатор сосредотачиваются на поверхности стенок новообразований в контракционных порах. Гидросульфалюминаты кальция после гидролиза интенсивно гидратируют с образованием игольчатых кристаллов, наиболее характерным из которых является эттрингит. Сосредоточение игольчатых кристаллов, заполнивших контракционные поры, сопротивляется усадке цементного камня в момент перехода его из пластичного в упругое состояние. Данный механизм реализован в технологии неавтоклавного пенобетона [135] из цемента марки ПЦ-500 DO, песка речного мытого с модулем крупности М_к = 1,1, пенообразователя «Пеностром-М». В качестве добавки-модификатора использовали модификатор «Алак» и сульфалюминатный цемент Пашийского металлургическо-цементного завода (Пермская область), при рабочей плотности пенобетона - 700 кг/м³. Суммарное количество добавки составляет от 3 до 10% от массы цемента. Добавки сульфалюминатного типа в составе сырьевой смеси проявляется как ускоритель твердения и как компенсатор усадки пенобетона.

Теплоизоляционный пенобетон «Экстрапор» фирмы НТЦ ЭМИТ имеет [136] среднюю плотность в сухом состоянии 250-350 кг/м³, прочность при сжатии 0,75-1,4 МПа, теплопроводность 0,075-0,085 Вт/(м°С), сорбционное увлажнение -6-10%. При изготовлении используются: активация цементного теста; ускорители твердения цемента; полимерные добавки на основе акриловых сополимеров, которые, после 30-60 минутного затвердевания, модифицируют и упрочняют структуру материала, а также волокнистые наполнители. Так как наибольшую прочность может иметь пенобетон только с мелкопористой структурой, то для ее формирования применялись стабилизирующие добавки в виде акриловых сополимеров. При ведении во вспененную композицию гидрофобизирующих добавок улучшаются показатели по сорбционному увлажнению и водопоглащению материала. Для изготовления использовалась мобильная пеногенераторная установка с ручной загрузкой компонентов на базе модернизированного растворосмесителя СБ-133. На валу смесителя вместо перемещивающего рабочего органа закрепляется турбина с реверсивным вращением. С ее помощью при вращении в одну сторону производится приготовление пенобетона, а при вращении в другую сторону происходит разгрузка с подачей смеси к месту укладки. В схеме непрерывного раздельного приготовления пены, получения и активации цементного теста, их смешения и подачи к месту укладки (рис. 23), в отличие от известного оборудования, используются пеногенератор и смеситель без вращающегося рабочего органа. У смесителя предусматривается силовой привод только при приготовлении бетона с высокой плотностью. Для подачи жидких компонентов (вспенивающего раствора и стабилизатора) применены дозирующие насосы, а пена, готовится и перемещается с помощью сжатого воздуха. При этом сжатый воздух и стабилизирующая добавка, препятствующая коалесценции пузырьков позволяют получать мелкозернистую структуру пенобетона, тогда как механическое перемешивание пены и смеси всегда формирует структуру пенобетона с разным размером пор, в том числе со значительным количеством воздушных пор большого размера, которые являются концентраторами напряжений и снижают прочность.

Рис. 23. Схема непрерывного раздельного приготовления пены, получения и активации цементного теста, их смешивания и подачи к месту укладки пенобетона

Для повышения несущей способности и теплоизоляционных свойств пенобетонов предлагаются [137] термоблоки (пат. 2030527 Россия) - изделия размером 390х190х188 мм, включающие оболочку из высокопрочного плотного песчанного бетона и заполнитель из минерализованной цементом технической пены объемной массой 150 кг/м³. Блок-опалубку выполняют из песочного бетона марки М 400 с объемной массой 2300 кг/м³. Оболочка изготавливается на вибропрессующем оборудовании, предназначенном для изготовления щелевых блоков (например, на вибропрессах - ВИП-2 ПБ, ВИП-4ПБ и импортных вибропрессах с подъемной матрицей - SHLOSSER, MASA, MULТIMAT. На этих вибропрессах одновременно изготавливается 3-12 оболочек, которые затем «по сырому» заполняются минерализованной пеной и после пакетирования направляются в камеру тепло-влажностной обработки. Использование пены в качестве заполнителя позволяет исключить применение в технологии иных базовых материалов кроме цемента и песка. Для получения пены объемной массы в 150 кг/м³ необходимо уменьшить размеры частиц цемента заводского помола за счет дробления крупных частиц и дезагрегации мелких. Использование цементов общестроительных назначений приводит к расслоению суспензии и снижению ТИ свойств. Измельчение и активация поверхности цемента достигается в результате мокрого помола в баросмесителе, снабженном гидрокавитационной турбиной. При этом крупные частицы попадают в зону воздействия лопаток гидрокавитационной турбины. Процесс измельчения интенсифицируется в барокамере, а использование в составе минерализованной пены хлористого кальция позволяет не только ускорить твердение пены, но и содействует распаду зерен в процессе мокрого помола.

Сырьевые смеси для приготовления пенобетонов отличаются большим разнообразием применяемых компонентов, например смесь для изготовления пенобетона (а. с. 120 4602 СССР, СО4В 28/02, 14/06, опубл. 15. 01. 1986) содержит (мас.%): цемент - 45-55; молотый кварцевый песок - 10-20; древесную омыленную смолу - 0,2-0,3; нитрит-нитрат хлорида кальция (марки ННХК) -0,3-0,6; мелассную упаренную последрожжевую барду - 0,08-0,12; вода-остальное. В другом варианте (а. с. 1217855 СССР, С04В 38/10, опубл. 15. 03. 1986) вместо песка используют тонкодисперсные отходы дробления гранитных пород, а вместо ННХК - хлористый кальций - 0,1-0,14 и известь пушонку -0,2-0,5.

Сырьевая смесь для приготовления ячеистого бетона (а. с. 1244124 СССР, СО4В 28/02, опубл. 16. 01. 1986) содержит (мас.%): алинитовый цемент - 30-31; клееканифольный пенообразователь - 0,15-0,25; вода - 33-34; зола ТЭС - остальное. Клееканифольный пенообразователь включает костный клей, сосновую канифоль и NaOH.

Состав строительного раствора (заявка 63-43332 Япония, СО4В 22/00, 24/00 опубл. 08. 03. 1988) содержит 7-12% портландцемента и белого цемента; 0,01-0,2% органических и 4-10% неорганических добавок для удобоукладываемости бетонной смеси; 0,01-0,5% пенообразователя, а остальное - тонкоизмельченный заполнитель с размером частиц менее 5 мм.

Сырьевая смесь для приготовления пенобетона (а. с. 1548179 СССР, СО4В 38/10, опубл. 07. 03. 1990) содержит (в%): цемент 45-55; мелассную упаренную последрожжевую барду 0,08-0,12, древесную омыленную смолу 0,2-0,3; воду.

Состав для монолитной теплоизоляции (а. с. 1599350 СССР, СО4В 38/10, опубл. 15. 10. 1990) содержит (мас.%): цемент - 60-67; окись алкилдимителамина (ОАДА) -0,02-0,29; вода-остальное. В водный раствор пенообразователя - окиси АДА, вспененный в пеногенераторе, вводят цементное вяжущее при перемешивании до получения гомогенной массы.

Для изготовления упроченного ячеистого бетона (заявка 1317373 Япония, СО4В 38/00, опубл. 18. 12. 1989) цемент затворяют водой с температурой 40-75°С, в полученную смесь вводят пенообразователь и добавку с эксзотермическим действием, далее вспененную композицию заливают в формы с тонким отделочным слоем, штабелируют формы друг на друга, выдерживают и извлекают готовые изделия.

Внутренние поверхности форм и опалубки должны быть чистыми и смазанными. Смазочный состав должен предохранять поверхность форм от прилипания пенобетона, не создавать на поверхности изделий открытых пор и раковин. Возможные составы смесей для смазки форм при производстве пенобетона (в частях): 1) петролатумно-керосиновая смесь (1:2,5); 2) солидол (100%); 3) смесь автола с керосином (1:1); 4) смесь кулисного и машинного масла (1:3).

Для повышения прочностных и усадочных характеристик пенобетонов предлагается [138] использовать стабилизацию пен минеральными высокодисперсными микропористыми наполнителями, например карбонатными шлаками ТЭС. Для приготовления пенобетонной смеси рекомендуются составы при следующих содержаниях компонентов (мас.%): портландцемент М400 - 35-50; карбонатный шлам - 5-20; пенообразователь «Унипор» - 3-5; вода - остальное.

В качестве компонента пенобетонов возможно использование мелкодробленого (с удельной поверхностью 200-250 м²/кг) мела и других карбонатных материалов [139] при применении анионактивных пенообразователей, что расширяет диапазон содержания карбонатных материалов в пенобетонах, ограниченный строительными нормами (СН 277-80. Инструкция по приготовлению изделий из ячеистого бетона. - М.: Стройиздат, 1981. - 47 с.).

В качестве наполнителя в ТИ пенобетонах могут использоваться поризованные стеклогранулы различных фракций, например пенобетон на легких заполнителях (заявка 2391177 Фракция, СО4В 28/02, Е04В 1/62, опубл. 19. 01. 1979) содержит цемент, пористые стеклянные гранулы, тонкоизмельченные частицы вспученной глины или шлака. При получении пенобетона отдельно приготавливают смесь цемента с крупным заполнителем и устойчивую пену, а затем все смешивают и используют в качестве среднего слоя в многослойных панелях.

В способе изготовления строительных изделий из ячеистого бетона (заявка 1320280 Япония, СО4В 38/08, опубл. 26. 12. 1989) в смеситель, оборудованный двумя крыльчатками с противоположным друг другу вращением, загружают капсулированные шарики из пеностекла и гранулированный пенообразователь, перемешивают, далее подают цементный шлам, полученную вспененную смесь заливают в форму кассетного типа и выдерживают.

Пенобетоны могут быть изготовлены с керамзитовым наполнителем, например сырьевая смесь для изготовления поризованного керамзитобетона (а. с. 1301822 СССР, СО4В 38/10, опубл. 07. 04. 1987) содержит (мас.%): цемент - 24,1-30,7; керамический гравий - 46,6-47,9; раствор пенообразователя - 0,04-0,05; фосфогипс - 2,97-9,55; вода - остальное. Последовательность загрузки в растворосмеситель: пористый заполнитель, вяжущее, раствор пенообразователя, вода. Продолжительность перемешивания - 3 мин. Пенообразователь - водный раствор смолы древесной омыленной и сульфитно-дрожжевой бражки. Изделия пропаривают по режиму 4-8-3 часа (подъем-изотермический прогрев-охлаждение) при температуре изотермического прогрева 90°С.

Теплоизоляционная строительная смесь (пат. 280523 ГДР, СО4В 20/06, опубл. 11. 07. 1990) при изготовлении предполагает введение в цементную смесь 55 об.% керамзита и 3 об.% пенообразователя. Например, исходную пластическую смесь, содержащую 300 кг цемента, до 40 кг золы - уноса и 65 л воды, добавляют 580 кг керамзита и затем пенообразователь, с последующим перемешиванием.

В способе приготовления керамзитопенобетонной смеси (пат. 2059587 Россия, С04В 28/02, опубл. 06. 04. 1992), заключающемся в последовательной загрузке в смеситель и перемешивании керамзита, цемента, воды и пенообразователя, для повышения качества пенобетона, пенообразователь подают в смеситель в виде концентрированного раствора путем разбрызгивания сверху.

В качестве сырьевого материала при изготовлении пенобетонов можно использовать аглопорит, который получают [140] из песчанно-глинистых пород и отходов промышленности, из карбонато-глинистых пород (лесса), из кусковых и пылевидных топливных шлаков и зол, из глинистых пород. При этом сырье смешивают с углем, измельчают, гранулируют и обжигают на агломерационной машине при температуре до 1400°С. Полученные поризованные гранулы можно использовать в качестве наполнителя в легких поризованных бетонах.

В качестве наполнителя можно также использовать вспученный вермикулит, который получают из минералов группы гидрослюд [141], например из Вишневогорских месторождений (Челябинской области), путем дегидратации при нагревании до температуры 850-1100°С, созданием в замкнутых межслоевых пространствах давления, за счет образовавшихся при этом паров воды. На основе вспученных гранул вермикулита можно производить пеновермикулитобетоны на цементе, жидком стекле и других вяжущих.

Одним из недостатков пенобетонов является осадка массы, что ведет к увеличению средней плотности и расхода материалов. Для стабилизации пенобетонной массы используют жидкое стекло (см. гл. 4.3), кальцинированную соду, гипс, карбамид. Оптимальный эффект достигается при использовании жидкого стекла, причем температура тепловой обработки не должна превышать 60°С. При этом на плотность и прочность пенобетона значительное влияние оказывает способ введения жидкого стекла: если оно вводится в растворную часть, то наблюдается осадка массы на 50-60%, а если в готовую пену-то прочность повышается (оптимальная плотность жидкого стекла 1,1-1,12 г./см³.

Перспективным вариантом (однако достаточно энергоемким) повышения прочности и влагостойкости пенобетона является введение в сырьевую массу легкоплавких глазурей с последующим обжигом. Например, для производства пористого бетона (заявка 1298079 Япония, СО4В 38/10, опубл. 01. 12. 1989) воду добавляют к смеси 7,5-65% цемента, 10-85% песка и 7,5-80% глазурного состава. Затем в смесь вводят пенообразователь и производят вспенивание массы в смесителе. Отформованные изделия после схватывания обжигают 15-60 мин при температуре 400-1600°С.

Технологические приемы при приготовлении пенобетонов отличаются большим разнообразием, например в способе изготовления методом литья ТИ панелей (заявка 46-19226 Япония, СО4В 28/00, опубл. 29. 05. 1971) с использованием разъемных форм, осуществляется введение в отверстие формы, с помощью инжектора, вспененного пенобетона.

В способе приготовления пеноматериалов (заявка 2364749 Франции, В28ВС 5/00, 7/06, опубл. 19. 05. 1978) используется вещество, способствующее проведению реакций (связующее), жидкость и пенообразователь. При этом используют небольшое количество жидкости, по сравнению с окончательным, добавляют пенообразователь и готовят пену. В готовую пену добавляют остальную жидкость, не прекращая перемешивания для продолжения пенообразования, после этого постепенно добавляют сухое вяжущее.

В способе непрерывного приготовления быстросхатывающегося пористого строительного раствора (пат. 54-40097 Япония, В28С 5/38, опубл. 10. 12. 1979) вспениватель и водную дисперсию, содержащую 2-30% (мас) быстродействующего отвердителя цемента (в пересчете на содержание цемента в растворе), смешивают по отдельности в бетономешалке и быстро подают к месту укладки, смешивая эти два компонента во время выдачи из бетономешалки.

В способе производства пенобетона (пат. 4203674 США, В28С 5/00, опубл. 20. 05. 1980) предусматривается смешение цемента и песка с добавлением порошкообразного воздухововлекающего компонента и последующее затворение смеси водой при перемешивании. В качестве воздухововлекающего агента используют высушенную цельную кровь и ее компоненты. Получаемые строительные материалы содержат 0,1-1 мас.% воздуха из расчета на массу цемента.

В способе приготовления вспененного строительного раствора (заявка 2503617 Франция, В28С 5/00, СО4В 21/00, опубл. 15. 10. 1982) приготовленную в резервуаре пену добавляют в приготовленный в бетономешалке раствор и полученную смесь продолжают перемешивать в ней до образования однородной массы.

В способе и устройстве для приготовления пористого раствора большого объема или с низким удельным весом (заявка 3222033 ФРГ, В28С 5/06, 5/38, опубл. 15. 12. 1983) к массе раствора подают сжатый воздух при одновременном увеличении площади воздействия на массу и перемешивают. Воздух подают (рис. 24) под давлением 0,8-1,5 МПа или непосредственно перед зоной перемешивания или раздельно в нескольких местах по ее длине. В устройстве имеются приспособления, расположенные последовательно в трубопроводе или выполненные из перфорированного-листового металла, с помощью которых массу раствора распределяют в потоке воздуха, а затем опять объединяют. Благодаря подаче сжатого воздуха и при наличии кольцевых отверстий в перфорированном листе обеспечивается интенсивное перемешивание массы раствора. В трубопроводе могут быть расположены приспособления непосредственно перед потребителем раствора, так что транспортирование раствора, не содержащего воздух, значительно упрощается.

Рис. 24. Способ и устройство для приготовления пористого раствора

В способе изготовления ячеистой строительной смеси (а. с. 1183480 СССР, СО4В 28/02, опубл. 07. 10. 1985), включающем смешивание под давлением пены и сухих порошков, для упрощения технологии предварительно смешивают пенообразователь, воду и сухие порошки, активируют в распылителе-активаторе полученный раствор и пропускают его под давлением 0,2-1 МПа через комплект сеток. Проводят вспенивание гипсового раствора, при этом в растворосмеситель со скоростью вращения вала 60 об/мин одновременно подают гипс, воду и ПВА (ПО-3А) в количестве 0,2% от массы гипса и перемешивают в течение 2 мин. Полученный раствор подают через сетку в распылитель-активатор с распылением на капли. Далее поток подают на сетки с размером ячеек 5 и 2,5 мм, на которых, за счет эжектирования воздуха из атмосферы происходит вспенивание смеси. Давление подачи смеси составляет 0,2-1,0 МПа. Образцы пеногипса высушивают при температуре 50°С.

В способе приготовления ячеистобетонной смеси (а. с. 1214627 СССР, СО4В 28/02, опубл. 08. 02. 1986), заключающемся в перемешивании твердых компонентов в турбулентном смесителе с введением пенообразующего ПАВ и сжатого воздуха под давлением 0,2-0,3 МПа, для повышения скорости поризации смеси и снижения объемной массы бетона, предварительно подвергают перемешиванию а течение 0,5-1 мин твердые компоненты с 30-40% воды затворения и 20-30% ПАВ, затем оставшееся количество воды затворения с растворенным в ней оставшимся количеством ПАВ и дополнительно щелочной добавкой в количестве 0,2-0,4% к массе твердых компонентов вводят вместе со сжатым воздухом в процессе поризации в течение 3-5 мин.

В способе и установке для приготовления пены и пенобетона (пат. 4872913 США, СО4В 24/14, опубл. 10. 10. 1989), основанном на перемешивании отдозированного пенообразователя с водой, получении пены при подаче в раствор воздуха под давлением и введении пены в бетоносмеситель, в количестве пенообразователя используют метилцеллюлозу, а образование пены происходит, когда сжатый воздух и пенообразователь попадают в камеру установки, где давление падает. Для получения пены с равномерной мелкой пористостью ее пропускают через сито, на 1 м³ бетона используется до 0,5-5 м³ пены. Размер пор в пенобетоне составляет 5-25 мкм.

Для изготовления прочного пенобетона предлагается (заявка 1298083 Япония, СО4В 38/10, опубл. 01. 12. 1989) композиция, содержащая цемент, заполнитель (речной песок), воду и пенообразователь на основе поливалентной карбоновой кислоты (малеиновой или фумаровой). При этом кислоту растворяют в воде и заливают в пенообразующее устройство со сжатым воздухом. Пену инжектируют в цементное тесто или раствор, перемешивают и полученную смесь укладывают в форму и выдерживают. В пенообразователь рекомендуется вводить алкиленгликоль, неионноактивные ПАВ и другие добавки, интенсифицирующие и стабилизирующие пенообразование. В другом варианте (заявка 1298081 Япония, СО4В 38/10, опубл. 01. 12. 1989) в пенообразователь добавляют небольшое количество кремнийорганического соединения, например диметилгидроксисилана.

В способе изготовления легкого ячеистого бетона (заявка 26376 Япония, СО4В 38/10, опубл. 10. 01. 1990) быстро набирающего прочность, портландцемент смешивают с водой и заполнителем (кварцевым песком) и в полученную смесь вводят пенообразователь, вспучивающую добавку и карбонат натрия. Полученную массу тщательно усредняют и формируют традиционным способом. Карбонат натрия вводят в виде тонкого порошка или концентрированного водного раствора. В другом варианте (заявка 26377 Япония, С04В 38/10, опубл. 10. 01. 1990) в бетонную смесь вводят жидкого стекло в количестве 3-15 мас. ч. на 100 ч. вяжущего. Для создания в полученной смеси пузырьков в процессе перемешивания в нее вводят вспенивающую добавку. Полученную композицию формируют, и она твердеет в нормальных условиях. Добавка жидкого стекла обеспечивает повышение интенсивности твердения пенобетона.

Для получения плит из пенобетона с замкнутой пористостью (заявка 214889 Япония, СО4В 38/10, опубл. 18. 01. 1990) предложено использовать смесь природных протеиновых пенообразователей с синтетическими ПАВ желательно в соотношении от 4:1 до 1:1. Пенобетон готовят, смешивая цементное тесто с предварительно полученной пеной из смеси пенообразователей в одном пеногенераторе или из отдельных пенообразователей в разных пеногенераторах.

В способе изготовления ТИ пенобетона (пат. 277068 ГДР, СО4В 18/04, опубл. 21. 03. 1990), в опалубку заливается сначала смесь вяжущего с пеной, а затем загружаются насыщенные водой легкие заполнители с размером зерен более 4 мм, вытесняющие указанную смесь в пространство между зернами. Полученная масса не уплотняется или подвергается слабому уплотнению путем осторожного перемешивания. После твердения в естественных условиях или при тепловой обработке образуется материал, состоящий из однородного скелета, образованного зернами заполнителя, промежутки между которыми заполнены затвердевшей пеномассой. Раздельно получают водоцементную смесь (В/Ц = 0,35-0,4) и пену с объемной массой 40-90 г./л на основе протеинового пенообразователя и воды при их соотношении 1:30-1:40. После перемешивания водоцементной смеси и пены масса заливается в опалубку, куда загружают заполнитель.

В методе уплотнения пенобетона (заявка 226882 Япония, СО4В 38/10, опубл. 29. 10. 1990) для обеспечения полного заполнения формы пенобетоном предложено форму с пенобетонной смесью, содержащую не менее 40% по объему воздуха, помещать в сосуд, в котором создается давление до 0,2 атм. После выдерживания в течение заданного времени давление в сосуде снижают до атмосферного и расширяющиеся воздушные пузырьки обеспечивают плотное заполнение формы бетонной смесью.

В способе приготовления технической пены (а. с. 1648937 СССР, СО4В 38/02, 40/00, опубл. 15. 05. 1991, МИСИ), включающем взбивание циркуляцией раствора пенообразователя, содержащего древесную омыленную смолу и стабилизатор, до получения пены заданной средней плотности, для повышения стойкости пены в цементном тесте и бетонной смеси, раствор пенообразователя взбивают до получения пены средней плотностью 310-360 кг/м³, затем снижают подсос воздуха на 50-90% и продолжают циркуляцию пены в течение 20-60 сек. Используют 8-10%-ный раствор смолы древесной омыленной и известкового молока 8-10%-ный концентрации, которые перемешивают в соотношении 1:1 по объему. Полученный раствор пенообразователя подают в пневматический пеногенератор и взбивают принудительной циркуляцией по замкнутому циклу до достижения средней плотности пены 310-360 кг/м³, затем снижают подсос воздуха через имеющийся в пеногенераторе всасывающий патрубок на 50-90%, путем уменьшения сечения трубки с помощью вентиля.

В способе получения пенобетона (а. с. 1662988 СССР, СО4В 40/00, опубл. 15. 07. 1991), включающем введение в пену сухих компонентов, вяжущего и заполнителя с последующим перемешиванием, для повышения производительности при высокой прочности, предварительно вводят в пену 55-75% сухих компонентов и перемешивают со скоростью 450-600 об/мин в течение 55-60 с, затем пеномассу дополнительно перемешивают со скоростью30-40 об/мин в течение 5-7 сек, после чего добавляют остальное количество сухих компонентов и перемешивают с пеномассой со скоростью 300-400 об/мин в течение 45-50 сек, причем сухие компоненты вводят с интенсивностью 1,5-3,5 кг/мин на 1 л воды. Реализуется двухстадийное приготовление пеномассы, что позволяет на первой стадии предварительно упрочнить пену путем частичного ее бронирования и стабилизировать пеномассу в процессе дополнительного перемешивания, а на второй стадии получить равномерную структуру, что гарантирует сокращение времени перемешивания и увеличение интенсивности минерализации. Использовался состав пенобетонной смеси (мас.%): цемент - 32-45, песок - 18-31; ПАВ - 0,2-0,29; при соотношении вода / твердое В/Т = 0,55 и объемах смесителей 110 л и 90 л.

В одностадийном способе получения пенобетона с турбулентно-кавитационным перемешиванием пенобетонной смеси (пат. 2081099 России, опубл. 10.06.1997), предложенном фирмой Фибробетон, выделяют период гомогенизации (с малой скоростью вращения вала смесителя) и период поризации (с большей скоростью вращения вала). В процессе поризации пеномасса постепенно увеличивается в объеме и разгоняется, при этом уменьшается относительная скорость прохождения лопастей через пеномассу. Для уменьшения этого эффекта на концах лопастей и на внутренней боковой поверхности емкости смесителя располагают кавитационные насадки, которые тормозят и поризуют смесь. Время поризации пеномассы объемом до 0,5 м³ не более 1,5 мин.

Ответственными элементами любой пенобетонной установки являются смесители, конструкции которых связаны с технологией производства пенобетона и отличаются большим разнообразием. Например в способе смешивания пенообразователя и установке для его осуществления (пат. 3558107 США, В28С 5/12, опубл. 26. 01. 1971) узел смешивания содержит кожух, в котором смонтированы две вращающиеся спирали, одна из которых располагается внутри другой. Спирали приводятся во вращение специальным приводом. Узел сконструирован так, что осевое расстояние между соседними точками спирали непрерывно меняется (рис. 25).

Смеситель для перемешивания цемента с водой и водным раствором вспенивателя (заявка 2234919 Франции, В28С 5/14, ВО1F 7/02, опубл. 28. 02. 1975) имеет корпус удлиненной формы и транспортер в виде двойного винта, который может поворачиваться внутри корпуса с целью перемещения материала к разгрузочному концу последнего. Транспортер имеет внутренний винт, окруженный наружным винтом, приспособление для вращения винтов с различными скоростями и третий винт, установленный с возможностью вращения внутри корпуса у его загрузочного конца с целью подачи материала в транспортер с двойным винтом. Способ позволяет перемешивать материалы, предотвращая выделение пузырьков воздуха и отделение воды.

Рис. 25. Способ и установка для смешивания компонентов пенобетона

Установка для приготовления смесей пенобетона (заявка 2246169 Франции, В28С 58/38, ЕО4G 21/02, опубл. 30. 05. 1975) содержит объемные насосы, насадку для образования пены, расположенную на рабочей поверхности, трубопроводы, присоединяющие насосы к одному коллектору и смеситель.

В способе получения ТИ материала (пат. 4185923 США, В28С 5/00, 5/12, опубл. 29. 02. 1980) используется мобильное устройство, содержащее расходной бак, заполненный водой и пенообразующим веществом, а также компрессор, нагнетающий сжатый воздух. С расходным баком и компрессором соединен пенообразующий узел. Устройство имеет дозировочную емкость для жидкого цементного теста, разделенную вертикальной перегородкой на два отсека. В каждом отсеке расположены лопасти мешалки, вал которой вращается вокруг горизонтальной оси и к нему радиально прикреплены лопасти. В обоих отсеках расположены выпускные трубы с клапанами для попеременной выгрузки цементного теста. Пенообразующий узел соединен трубопроводом с дозировочной емкостью для поочередной подачи пены в отсеки этой емкости. Из дозировочной емкости приготовленная пенобетонная смесь подается насосом к месту применения (рис. 26).

Рис. 26. Способ получения теплоизоляционного пенобетона

Смеситель для приготовления поризованных строительных смесей, содержащий корпус, в котором размещены рабочие органы в виде лопастей, прикрепленных к валу посредством кронштейнов [142] для повышения качества смеси, выполнен так, что каждый рабочий орган изготовлен со вставкой из сетки, которая отогнута под прямым углом к лопасти, а размеры ячеек ее возрастают в направлении к оси вала (а. с. 982934 СССР, В28С 5/16, опубл. 23. 12. 1982). При вращении вала в корпус смесителя загружают компоненты бетонной смеси с добавкой пенообразователя. Процесс поризации смеси осуществляется не только за счет движения лопастей, но и за счет ее прохождения через сетки и их вибрации.

В способе и установке для приготовления и транспортировки пеносмесей (заявка 2529823 Франция, В28С 5/38, СО4В 21/00, ЕО4G 21/02, ЕО4G 21/02, опубл. 13. 01. 1984) пена из пеногенератора 1 (рис. 27) поступает непосредственно в канальный смесительный аппарат 2, где смешивается со связующими и добавками. Полученная смесь транспортируется насосом 3 к месту использования. Лопатки смесительного аппарата вращаются в канале 2, сообщающемся с пеногенератором 1, в результате чего пена входит в состав взвеси до остановки циркуляционного насоса.

Рис. 27. Способ для приготовления и транспортировки пеносмесей

В смесителе для приготовления ячеистобетонной смеси, содержащем корпус, размещенный в нем полый цилиндр с закрепленными поярусно лопастями, вал с закрепленным на его конце перемешивающим органом, расположенным в полости цилиндра, приводы вращения цилиндра и вала (а. с. 321042 СССР, В01F 7/24, опубл. 1969), для улучшения качества перемешивания и повышения надежности смесителя в работе, полый цилиндр снабжен вертикальными стойками, посредством которых лопасти нижнего яруса соединены с лопастями вышерасположенного яруса, причем перемешивающий орган расположен в зоне, ограниченной стойками (а. с. 1084147 СССР, В28С 5/16, опубл. 07. 04. 1984). Смеситель состоит из корпуса, полого цилиндра, расположенного внутри него и соосно с ним вала, перемешивающего органа в виде гидроцилиндра, верхних и нижних лопастей, соединенных с верхними лопастями стойками, совмещенного подшипникового узла лопастного вала и вала гидровинта, приводов лопастного вала и гидровинта, загрузочного и разгрузочного устройств. При вращении полого цилиндра в корпус через загрузочное устройство дозируют песок и воду (в соотношении В:Т в 1,1 раза меньше, чем в обычном смесителе). Затем дозируют цемент и перемешивают его с песком в течение 0,5 мин, после чего включают привод гидровинта и дозируют в корпус известково-песчанное связующее.

В турбулентном растворосмесителе (а. с. 1144890 СССР, В28С 5/16, опубл. 15. 03. 1985) содержащем корпус с загрузочным и выгрузочным отверстиями, установленный на приводном валу ротор, приспособление с распределительными элементами для подачи сжатого воздуха и отражательные перегородки, для интенсификации процесса поризации, используется вибрационное устройство в виде сетки, установленной в корпусе, и радиально на нем закрепленных пальцев, размещенное между ротором и отражательными перегородками, а распределительные элементы приспособления для подачи воздуха расположены между вибрационным устройством и ротором по окружности в нижней части корпуса.

В устройстве для поризации перемешиваемых материалов (а. с. 1178609 СССР, В28С 5/16, опубл. 15. 09. 1985), содержащем дозатор, расположенный в смесительной емкости приводной вал с закрепленными на нем лопастями с соплами, для повышения качества смеси за счет устойчивого истечения воздуха в смесь, сопло выполнено в виде трапецеидального в сечении насадка, жестко прикрепленного основанием к торцу полой лопасти, при этом его передняя по ходу вращения грань расположена перпендикулярно плоскости вращения и направлена радиально полому валу, а каждая грань, смежная с передней расположена к ней под острым углом.

В установке для получения аэрированных вяжущих составов (пат. 4624574 США, В28С 5/06, опубл. 25. 11. 1986) содержится смесительная камера, связанная с атмосферой, а также загрузочное устройство для подачи в эту камеру цемента, вспенивателя и жидкости. В камере размещена мешалка, обеспечивающая перемешивание компонентов, а также насос для подачи полученной смеси в необходимое место и засасывание воздуха в эту камеру. При этом производительность насоса выше производительности загрузочного устройства, благодаря чему происходит засасывание воздуха в смесь. Загрузочное устройство связано с системой управления, регулирующей производительность хотя бы части этого устройства, и содержит конвейер для подачи в камеру цемента и вспенивателя, а также сопло для подачи в нее жидкости. Мешалка выполнена в виде шнека, обеспечивающего подачу смеси к насосу. Привод загрузочного устройства, мешалки и насоса осуществляется от одного двигателя (рис. 28).

Рис. 28. Установка для получения аэрированных вяжущих составов

Устройство для получения пористого бетона (пат. 4637731 США, В28С 5/08, опубл. 20. 01. 1987) при смешении воды, цемента и порообразователя, содержит (рис. 29) цилиндрический смесительный бак, в котором с возможностью вращения установлена мешалка, причем ее ось совпадает с осью бака. Мешалка имеет лопатки, расположенные по спирали вокруг ее оси. Наружные кромки лопастей находятся рядом с внутренней поверхностью бака. Каждая лопасть составлена из двух криволинейных полосок, расположенных эквидистантно. Вторая полоска расположена радиально, снаружи от первой, и по всей длине наклонена под углом 90° к соседней внутренней поверхности бака. Боковая кромка второй полости расположена рядом с внутренней стенкой бака.

Рис. 29. Устройство для получения пористого бетона

В смесителе (а. с. 1308504 СССР, В28С 5/16, опубл. 07. 05. 1987) для приготовления ячеистобетонной смеси, поризованной пеной, содержащем корпус с загрузочным и выгрузочным отверстиями, размещенные внутри корпуса приводной ротор, отражательные перегородки, вибрационное устройство с цилиндрическим сетчатым цилиндром, размещенным между ротором и перегородками, с целью интенсификации процесса поризации смеси и упрощения конструкции, он снабжен дополнительным сетчатым цилиндром, расположенным эксцентрично основному, причем сетки цилиндров выполнены из сетки панцирного типа с шагом спирали, определенным по формуле:

S = 0,45 D/d, (14)

где S - шаг спирали, см; D - диаметр корпуса смесителя, см; d - заданный диаметр расплыва смеси по вискозиметру Суттарда, см.

При этом основной сетчатый цилиндр размещен эксцентрично вертикальной оси ротора. Смеситель содержит корпус 1 (рис. 30), в котором на валу 2 установлен ротор 3 с перемешивающими лопатками 4, а в месте перехода цилиндрической части корпуса в конусную размещены отражательные перегородки 5.

Рис. 30. Смеситель для приготовления ячеистобетонной смеси, поризованной пеной

В нижней части корпуса 1 (рис. 30) между ротором 3 и отражательными перегородками 5 с эксцентриситетом относительно ротора 3 установлены сетчатые цилиндры 6 с сеткой панцирного типа, закрепленные в каркасах 7 и полностью охватывающие ротор 3. Смеситель снабжен выгрузочным люком 8 и устройством его привода 9, а также приводом, состоящим из электродвигателя 10 и клиноременной передачи 11. При работе включают привод вращения ротора 3 и в корпус подают всю воду затворения с добавками пенообразователя, а затем сразу же загружают отдозированные твердые компоненты. Смесь с вовлеченным в нее воздухом отбрасывается лопатками 4 ротора 3 на сетчатые цилиндры 6, при прохождении которых в смеси образуется пена. Поризованная вовлеченным воздухом и пеной смесь далее попадает на конусную часть корпуса 1 и отражательной перегородки 5 и при одновременном вращении совершает движение вверх, а затем вниз в направлении к верхней части сеток сетчатых цилиндров 6 и ротору 3, при этом происходит захватывание в смесь воздуха и крупные пузырьки и включения измельчаются сетками и ротором 3 на более мелкие. При взаимодействии смеси с эксцентрично установленными относительно ротора 3 сетчатыми цилиндрами 6 происходит вибрация последних, что интенсифицирует процессы поризации и перемешивания смеси. Готовая смесь, поризованная до заданного объема, с помощью выгрузочного устройства 9 выгружается из смесителя через люк 8.

В устройстве для поризации строительных растворов (а. с. 1308505 СССР, В28С 5/16, опубл. 07. 05. 1987), содержащем дозатор, размещенный в смесительной емкости, полный вал с закрепленными на нем лопастями с расположенными в их торце соплами, для повышения качества перемешивания, соседние по высоте ряды сопел расположены на расстоянии, определяемом по формуле:

(15)

где n - число оборотов в минуту полого вала; l - длина проекции на горизонтальную плоскость расстояния от сопел до оси полого вала; F - площадь сопла; g - ускорение свободного падения.

Устройство содержит смесительную емкость 1 (рис. 31), полый вал 2 с полыми лопастями 3, которые примыкают к последнему своими торцами, образуя полость. Лопасти 3 направлены от оси полого вала 2 радиально. В торцах полых лопастей 3 размещены сопла 4. Лопасти 3 с соплами 4 расположены в нескольких уровнях по высоте параллельно или наклонно к горизонтальной плоскости. В верхней части смесительной емкости 1 расположен дозатор 5, патрубки: 6 - ввода воды с пенообразователем и 7 - для выхода избытка воздуха. На полом валу 2 закреплены приводной элемент 8 и распылительный диск 9. В нижней части смесительной емкости 1 расположен выпускной лоток 10 с затвором 11. При работе смесительная емкость 1 через патрубки 6 заполняется водой с пенообразователем до уровня, находящегося между нижним и расположенным над ним рядом сопел 4. Затем приводится во вращение полый вал 2, и из дозатора 5 на распылительный диск 9 поступает сухая смесь компонентов, которая после распыления попадает в водно-пенный раствор. При вращении полого вала 2 с полыми лопастями 3 у нижнего ряда сопел 4 создается разряжение, вследствие чего смесь насыщается воздухом, засасываемым полым валом 2 из атмосферы. При истечении воздуха из нижнего ряда сопел 4 происходит порицания смеси, которая увеличивается в объеме, постепенно перекрывая последующий по высоте ряд сопел. В этот момент давление столба смеси перекрывает истечение воздуха из нижнего ряда сопел и начинается истечение воздуха в смесь из соседнего вышележащего ряда сопел. Вследствие этого процесс поризации продолжается до тех пор, пока верхний уровень поризованной смеси не перекроет последующий ряд сопел. Готовая смесь выгружается через выпускной лоток 10.

Рис. 31. Устройство для поризации строительных растворов

Смеситель для приготовления поризованной бетонной смеси (а. с. 1308600 СССР, СО4В 38/08, В28С 5/38, опуб. 07. 05. 1987), содержащий корпус с загрузочным и выгрузочным отверстиями, полый вал с полыми лопастями, имеющими сопла, он дополнительно снабжен смесительным органом в виде шнека, расположенным соосно полому валу, а корпус выполнен в виде соединенных конической обечайкой цилиндров, диаметр второго из которых превышает диаметр первого, при этом шнек размещен в первом цилиндре, а полый вал с полыми лопастями - в конической обечайке. Смеситель содержит (рис. 32): полый вал 1, установленный внутри корпуса переменного сечения с помощью опорных 2 и упорного радиально-сферического 3 подшипников и уплотнительных манжет 4. Вал 1 снабжен электроприводом 5, шнеком 6 во входной цилиндрической части 7 корпуса и полыми лопастями 8 с соплами 9 в конической обечайке 10 корпуса (баросмесительной камере). Входная цилиндрическая часть 7 снабжена загрузочными отверстиями 11, а выходная цилиндрическая часть 12 корпуса - выходным отверстием 13. В качестве недостатка можно указать на возможность засорения отверстий в лопатках.

Рис. 32. Смеситель для приготовления поризованной бетонной смеси

Установка для приготовления поризованного раствора (а. с. 1315333 СССР, В28С 5/38, опубл. 07. 06. 1987), например из цемента или порошка фосфогипса, содержит (рис. 33) емкость для вяжущего с дозатором, основную смесительную камеру с рабочим перемешивающим органом и со штуцером подачи воды с замедлителем или пластификатором, емкости для раствора замедлителя и пенообразователя, насос-дозатор и пеногенератор.

Рис. 33. Устройство для приготовления поризованного раствора

Для повышения производительности, установка снабжена дополнительной смесительной камерой в виде пистолета, соединенной с пеногенератором и основной смесительной камерой посредством гибких трубопроводов с поршневым насосом, а штуцер для подачи воды с замедлителем или пластификатором расположен в средней части основной смесительной камеры. При этом, перемешивающий орган выполнен в виде двухшнековых лопастей и расположенной между ними рамочный лопасти, закрепленных на валу. Установка состоит из емкости для вяжущего 1 (рис. 33) с дозатором 2, основной смесительной камеры 3 с приводом 4, поршневого 5 и центробежного 6 насосов, двух емкостей 7 для замедлителя или пластификатора с водой, емкости 8 для раствора пенообразователя, насоса-дозатора 9, пеногенератора 10 и дополнительной смесительной камеры 11 в виде пистолета. Емкости 7 соединены между собой центробежным насосом 6 и трубопроводами с задвижками 12 и 13. На валу 22 основной смесительной камеры 3 закреплены рамочная 23 и шнековые 24 и 25 лопасти. При работе из емкости 1 дозатором 2 подается вяжущее в камеру 3, куда одновременно подаются насосом 6 растворы замедлителя с водой по трубопроводам. Установка штуцера 26 в средней части камеры 3 исключает возможность преждевременного схватывания. С помощью насоса-дозатора 9 из емкости 8 пенообразователь подается в пеногенератор 10, где сжатым воздухом генерируется пеносмесь, которая в смесительной камере 11 перемешивается с раствором и образует поризованную растворную смесь.

Смеситель для приготовления бетонных смесей ячеистой структуры (а. с. 1328210 СССР, В28С 5/16, опубл. 07. 08. 1987), содержит водораспределительное устройство, корпус с загрузочным и выгрузочным патрубками, внутри которого расположен перфорированный патрубок с закрепленными на нем одним над другим дисками и расположенным между ними концентрично цилиндром из металлокерамики с диаметром пор от 8 до 300 мкм. Для повышения надежности работы смеситель снабжен лопастями, закрепленными на нижнем диске и расположенными со стороны наружной поверхности цилиндра, причем последний установлен в корпусе с возможностью вращения. Устройство содержит корпус 1 (рис. 34) с загрузочным 2 и выгрузочным 3 патрубками, причем последний выполнен в виде диффузора. В емкости 1, у загрузочного патрубка 2, установлено водораспределительное приспособление 4, выполненное в виде форсунки-распылителя для подачи воды и ПАВ, а также насадки 5 устройства для разогрева бетонной смеси, перемешивающий рабочий орган, выполненный в виде полого перфорированного патрубка 6 с закрепленными на нем один над другим дисками 7, причем на нижнем диске закреплены лопасти 8. На патрубке 6 у его хвостовика установлен прерыватель 9, подключенный к системе принудительной подачи паро-газо-воздушной смеси и пенообразователя в полость патрубка 6. Концентрично патрубку 6 установлен цилиндр 10 из металлокерамики с диаметром пор 8-300 мкм.