Технология производства пенобетона методом мокрой минерализации

Характеристики легких бетонов на основе синтетического полимерного пенообразователя

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Абстрактные

Компоненты пенобетона оказывают существенное влияние на его свойства. Пенобетон на белковой основе используется гораздо чаще. Данное исследование направлено на оценку свойств пенобетона плотностью около 500, 700, 800 и 1000 кг/м 3 , сформированного с использованием пенообразователя на основе синтетического полимера. Оценивали распределение пор, влажную и сухую плотность и прочность на сжатие. Кроме того, были измерены деформации ползучести пенобетона различной плотности. Получена разница в плотности до 170 кг/м 3 для самых высоких плотностей. Пенобетон с большей плотностью (700 и 800 кг/м 3 ) показал сходные характеристики пор, которые отличались от таковых у образцов плотностью 500 кг/м 3 . Прочность на сжатие, равная 5.9 ± 0.2, 5.1 ± 0.2, 3.8 ± 0.3 и 1.4 ± 0.2 МПа, была получена для пенобетона плотностью 500, 700, 800 и 1000 кг/м 3 соответственно. Полученные значения прочности на сжатие были выше, чем найденные в литературе для пенобетона с той же плотностью. С увеличением плотности были получены меньшие деформации ползучести. Деформации ползучести составили 509, 495 и 455 мкЕ для образцов плотностью около 500, 700 и 1000 кг/м 3 соответственно. Деформация при длительном нагружении происходила до 90 суток независимо от плотности пенобетона.

Ключевые слова: пенобетон, легкий ячеистый бетон, пористый материал, синтетический пенообразователь, приготовленная пена, механические свойства, плотность, воздушно-пустотная структура, прочность на сжатие, ползучесть

1. Введение

Благодаря устойчивому развитию и связанному с этим снижению потребления энергии и выбросов CO₂ эмиссионный [1,2,3,4,5,6], все большее применение находят легкие бетоны, газобетоны и пенобетоны [7,8]. Пенобетон (ПБ) относится к легким бетонам с плотностью от 280 до 1800 кг/м 3 [9,10,11]) и с не менее 20% объема пор воздуха в вяжущей смеси [12,13] . Пенобетон изготавливали методом предварительного вспенивания с физическим вспениванием или перемешиванием и методом вспенивания с химическим вспениванием [14,15,16]. Пенобетон характеризуется текучестью, самоуплотняемостью и самовыравниванием, а также отличной тепло- и звукоизоляцией [17,18,19,20]. Прочность на сжатие составляет от 0.21 до 10.34 МПа при плотности от 300 до 1600 кг/м 3 [8,21,22,23], что связано с типичным его применением [24,25,26]. В последние годы наблюдается развитие пенобетона. Амран и др. [27], Фадила и соавт. [28], Канг [29], Фернандо и др. [30] и Портал и соавт. [31] произвели пенобетон для использования в стеновых панелях. Ром и др. [32] использовали пенобетон в качестве компонента профилированной композитной плиты. Кадела и др. [33,34,35], Drusa et al. [36,37,38], Тиан и соавт. [39] и Ли соавт. [40] использовали пенобетон в конструкции дорожного покрытия или пола для передачи нагрузки на грунт, в том числе на слабый грунт. Кроме того, пенобетон использовался в фундаментах зданий [20,41]. Кроме того, пенобетон может стать основным материалом, в котором отходы успешно используются в качестве замены цемента или мелкого заполнителя [42,43,44].

Компоненты пенобетона (вид цемента [45,46,47], вода [48,49], соотношение вода/вяжущее [50,51,52], добавки [53,54] и примеси [55,56,57 ]) оказывают существенное влияние на его свойства [58,59,60]. Даже пенобетон с пределом прочности при сжатии 70 МПа может быть изготовлен путем добавления полипропиленовой фибры и тонкодисперсного микрокремнезема и использован в высокоэффективном цементе [61]. Однако важную роль в характеристиках пенобетона играет пенообразователь, который используется для получения пены с последующим образованием замкнутых пор [62]. Пенообразователи можно разделить на две группы, пенообразователи на синтетической и природной основе [63], или на пять категорий: канифольные, синтетические, белковые, композитные и последнего типа [64,65,66]. Некоторые пенообразователи являются полимерными добавками [22,67]. В данном контексте пенобетон представляет собой особый вид полимерцементного бетона [68,69,70]. Синтетические пенообразователи представляют собой амфипротные вещества, сильно гидрофильные и легко растворяющиеся в воде с образованием пузырьков воздуха [71]. Синтетический агент снижает поверхностное натяжение раствора, что повышает устойчивость пузырьков воздуха. Однако при добавлении синтетического агента в сложную химическую среду, такую как бетон, совместимость поверхностно-активного вещества и частиц цемента имеет решающее значение для эффективного захвата желаемого содержания воздуха и микроструктуры бетона [71]. Это может быть причиной того, что пенобетон на основе белкового пенообразователя используется гораздо чаще [72,73,74]. В этом случае пузырьки воздуха вызваны деградацией белка. Когда пептидная связь больших белковых молекул разрывается, образуются более гидрофобные малые молекулы. Подобно синтетическому пенообразователю, этот процесс снижает поверхностное натяжение раствора и создает границу раздела с пузырьками воздуха. Протеиновая пена привела к меньшим изолированным сферическим пузырькам воздуха по сравнению с воздушными пустотами, полученными с синтетической пеной [71]. Это может привести к повышению прочности на сжатие пенообразователей на белковой основе более чем на 80% по сравнению с пенообразователями на синтетической основе [13]. Более того, Falliano et al. [65] получили гораздо более высокую прочность на сжатие пенобетонов с плотностью от 400 до 850 кг/м 3 для пенообразователя на белковой основе, чем для пенообразователя на синтетической основе. Это воздействие было гораздо более выраженным, чем то, которое наблюдал Панесар [71] на пенобетоне средней и высокой плотности. Между тем, Сан и др. [75] получили примерно на 43% и 11% более высокую прочность на сжатие для пенобетона на синтетической основе по сравнению с пенобетоном на органической основе, изготовленным из растительного и животного клея/крови соответственно. Более того, пенобетон, изготовленный на основе синтетического пенообразователя, в литературе встречается редко. Поэтому данное исследование направлено на оценку свойств затвердевшего пенобетона с низкой плотностью порядка 500, 700, 800 и 1000 кг/м 3 , сформированного с использованием пенообразователя на основе синтетического полимера. Оценка пенобетона была проведена для изучения распределения пор и таких свойств, как плотность во влажном и сухом состоянии и прочность на сжатие. Кроме того, в отличие от других ученых, мы измеряли деформации ползучести пенобетона различной плотности.

2. материалы

2.1. Подготовка образцов

Материалами, использованными в этом исследовании, были портландцемент (Górażdże Cement SA, Хорула, Польша), водопроводная вода и пенообразователь. Промышленным портландцементом был CEM I 42.5R согласно PN-EN 197-1:2012. Его химический состав, измеренный по ПН-ЕН 196-2:2013-11 (ПН-потери при прокаливании; НП-нерастворимый остаток), и физические свойства, измеренные по ПН-ЕН 196-6:2011, приведены в табл. 1 и табл. 2. соответственно. Прочность цемента на сжатие определяли согласно ПН-ЕН 196-1:2016-07. Фазовый состав рассчитывали по формуле Бога.

Технология производства пенобетона методом мокрой минерализации

Все технологии производства различных видов пенобетона заключаются в производстве поризованных и легкобетонных блоков, которые формируются путем введения в цементно-песчаную смесь специальной пены на уникальном оборудовании. Этот способ изготовления пенобетона называется методом мокрой минерализации. Используемая пена предварительно готовится на специальном оборудовании, которое производит пену для добавления в раствор. Этот способ производства имеет преимущество в большом диапазоне различной плотности изготавливаемого материала. Это возможно благодаря точной дозировке подаваемой пены прямо на месте проведения строительных работ.

Современный высококачественный пенобетон, производимый методом мокрой минерализации на специальном оборудовании, используется для заливки различных конструктивных элементов и формирования отдельных частей сборной конструкции, твердеющих естественным путем или с помощью термической обработки. Наиболее популярным способом производства является производство пенобетона неавтоклавного твердения. Этот метод не требует применения дополнительного оборудования для инжекции высокой температуры и давления, в отличие от автоклавного газобетона, где температура должна быть в пределах 175-200°С, а давление 0,8-1,3. XNUMX МПа.

Применение пенобетона в строительстве имеет ряд преимуществ перед другими видами строительных материалов.
Основные преимущества изготовления пенобетона:

отсутствие наполнителей в виде щебня, керамзита, извести или гравия;
Использование природного песка, не требующего дополнительной обработки;
максимальная степень подвижности готовой смеси, превышающая 60 см, дает возможность залить любую форму и заполнить все скрытые полости;
не требуются дополнительные процессы вибрационной заливки; позволяет заполнять внутренние несущие перегородки и вертикальную опалубку;
небольшие финансовые вложения для организации и осуществления производства разнообразных пенобетонных элементов для сборных конструкций на стройплощадке или предприятии (необходимо иметь только пеногенератор и концентрат для изготовления пены – пенообразователя);
Использование специальных бетононасосов значительно упрощает весь процесс производства и заливки;
возможность равномерно распределить готовую смесь позволяет в несколько раз сократить расходы на использование дополнительного оборудования.

Применение пенобетона в различных строительных целях
Применение пенобетона в строительстве позволяет соответствовать гораздо более строгим требованиям современных стандартов, которые предъявляются к показателям теплосохранения зданий. Высокие теплоизоляционные показатели пенобетона характеризуются специфической структурой материала, состоящей из мелких пор. Они образуются в результате использования специального оборудования, в состав которого входит смеситель и пеногенератор. Эти поры, распределенные абсолютно равномерно по всему объему материала, имеют одинаковый размер и степень закрытия, превышающую 90 %. Строительство из пеноблоков имеет самые высокие показатели комфорта и внутреннего уюта. Такие постройки отличаются:

приятная легкая прохлада в жаркое время года;
равномерный прогрев всей толщины материала;
отличные показатели звукоизоляции (60 дБ);
идеальная поверхность для отделочных декоративных работ;
высокий уровень пожарной безопасности;
отличные эксплуатационные показатели;
низкая степень влагопоглощения.
Такие достоинства материала присущи всем изделиям из пенобетонных смесей, которые изготавливаются на основе белковых пенообразователей, в частности белковых гидролизатов.

Использование белковых пенообразователей позволяет добиться минимальных показателей влагопоглощения материала. Среди представителей газобетона, газобетона на основе синтетических добавок и газобетона на белковых пенообразователях последний вариант впитывает наименьшее количество влаги в течение наиболее длительного периода времени. В этом легко убедиться, погрузив все три образца в емкость с водой на определенное время. Взвешивание всех образцов покажет минимальное поглощение влаги представителем пенобетона на основе белковых пенообразователей, в частности белковых гидролизатов. Такой эксперимент можно выгодно использовать в качестве уникального маркетингового хода при продаже бетонных блоков.

Благодаря отличной теплоизоляции материала стены здания, возведенного из пенобетонных блоков, можно значительно уменьшить по толщине.

Технологический процесс производства пенобетона классическим методом мокрой минерализации
Весь процесс изготовления пенобетона по технологии мокрой минерализации с применением специального оборудования в виде пеногенератора и смесителя состоит из четырех основных этапов. Они включают:

Подготовка и запуск миксера, который смешивает основные элементы, в виде воды, песка и цемента. Процесс замешивания цементно-песчаного раствора длится от 3 до 5 минут.
Не останавливая процесс перемешивания раствора, в смеситель подается пена из пеногенератора, которая имеет определенную степень плотности. Процесс пенообразования занимает около одной минуты.
Все компоненты смеси тщательно перемешиваются в миксере в течение пары минут.
Затем закрывают горловину смесителя и подают сжатый воздух, что способствует удобной транспортировке готового пенобетона к месту заливки с помощью гибкой системы эластичных шлангов.

Полный цикл технологических процессов производства пенобетона занимает от 7 до 12 минут. Практический опыт показывает, что скорость производства пенобетона зависит от общей напряженности труда и степени профессионализма персонала, выполняющего те или иные функции.

Стены здания, возведенного из пенобетонных блоков, могут быть оштукатурены, окрашены или оклеены обоями, исходя из требований заказчика объекта. Фасады здания, возведенные из пенобетона, прекрасно поддаются обработке любым видом отделки. Наиболее популярные виды отделки пенобетонных фасадов:

покраска специальной дисперсионной краской для фасадов с высокой степенью водостойкости;
Нанесение тонкого слоя декоративной штукатурки;
нанесение разнообразных грунтовок на основе песчаных смесей;
укладка в виде блока плитки для облицовки перед заливкой пенобетона;
прорисовка фактурного слоя из мелких камней, гальки и различного рода крошки;
добавление в пенобетонную смесь перед заливкой специальных красящих пигментов.

Процесс возведения отдельных элементов сборной конструкции
В проекте, не предусматривающем опалубки, общая конструкция здания монолитным способом осуществляется путем соединения отдельных частей сборных строительных элементов из пенобетона. Такие элементы могут изготавливаться на заводе-изготовителе или непосредственно на строительной площадке объекта.

Пенобетонные блоки марки Д600, которые характеризуются высокими показателями теплоизоляционной конструкции, имеют прочность на сжатие 20-25 кг на квадратный сантиметр. Для изготовления самых качественных пенобетонных блоков, которые называют биоблоками, требуется до 310 кг цемента М500, около 220 кг чистого песка фракцией 3 мм и 1.15 кг пенопласта.

Производство пенобетона неавтоклавного твердения соответствует всем нормам и требованиям действующего ГОСТ 25485-89.

Возможно, Вам также будет интересны

Пеногенератор для пенобетона SSM-FC-500

Пеногенератор для производства пенобетона SSM-FC-500 один из лучших на рынке, имеет регулируемую частоту пенообразования, от 6 до 50. Широкий диапазон регулировки плотности пены, от 20 до 200 грамм на литр. . Универсален, работает на всех типах пеногенераторов, как отечественных, так и зарубежных.