Пенообразователи
Важнейшим процессом в технологии ячеистых бетонов на обнове пены является получение стойкой и упругой строительной пены посредством взбалтывания водного раствора пенообразователя. Пенообразователь снижает поверхностное натяжение воды, чем и объясняется большая пенообразующая способность раствора.
В основу исследований по пенообразователям для ячеистого бетона были положены работы Института физической химии Академии наук по поверхностно-активным веществам, дисперсным системам и адсорбции мельчайших частиц на поверхностях раздела твердой, жидкой и газообразной фаз (труды акад. П. А. Ребиндера и его школы).
Пена — это скопление мельчайших замкнутых воздушных пузырьков с тончайшими оболочками из водного раствора пенообразователя. Воздушные пузырьки обладают определенной упругостью, поэтому пена некоторое время не разрушается. Введение различных стабилизаторов и минерализаторов в водной раствор пенообразователя увеличивает стабильность, прочность и вязкость пены.
Смешивание такой пены со строительным (цементно-песчаным, известково-песчаным и др.) раствором дает после схватывания и затвердевания искусственный мелкопористый камень-ячеистый бетон на основе пены (пенобетон, пеносиликат и т. п.).
Большая адсорбционная способность оболочек пузырьков пены предохраняет ее от разрушения.
При смешивании со строительным раствором пена выдерживает, не разрушаясь, давление твердых частиц раствора в течение 2-Зчас. Дисперсные твердые частицы раствора внедряются в водные оболочки пены и благодаря коллоидно-химическим процессам частицы вяжущего схватываются и твердеют, превращая оболочки пены в прочные скорлупки. Поэтому акад. П. А. Ребиндер с полным основанием называет ячеистый бетон «затвердевшей пеной».
Большая кратность пены обеспечивает достаточный выход ячеистой смеси при данном расходе пенообразователя.
Кратность пены тем больше, чем больше поверхностная активность пенообразователя, т. е. чем меньше поверхностное натяжение водного раствора пенообразователя. С увеличением до известного предела концентрации пенообразователя кратность пены повышается.
Важнейшим свойством строительной пены является ее устойчивость во времени. Пена с хорошей устойчивостью позволяет получить ячеистую смесь без осадки и расслоения.
Устойчивость пены должна быть тем больше, чем меньше заданный объемный вес ячеистого бетона, больше крупность песка или другого заполнителя, медленнее схватывается вяжущее (цемент, известь и др.), больше высота изделия и ниже температура выдерживания изделия после заливки в форму ячеистой смеси.
На устойчивость пены влияют следующие факторы: скорость вытекания жидкости из пленок пены, объемный вес пены, диаметр воздушных пузырьков, толщина пленок пены, их состав и структурно-механическая прочность, а также упругие свойства пены, которые характеризуются прочностью пленок пены, напряжением при сдвиге, вязкостью пены и ее несущей способностью.
Для обеспечения максимальной механической прочности адсорбционных пленок пены водный раствор пенообразователя должен иметь оптимальную степень коллоидности, дающую двухмерную коагуляцию гидратированных поверхностно-активных веществ пенообразователя в адсорбционном слое, что приводит к образованию коагеля. Чем больше образуется двухмерного гидратного коагеля в пленках пены, тем лучше условия образования пены и выше ее устойчивость.
Устойчивость или стойкость пены определяется измерением объема или высоты столба пены через определенные промежутки времени, в результате чего выявляется кинетика устойчивости пены или время ее разрушения на определенную высоту или объем. Устойчивость пены обусловлена существованием на поверхности раздела жидкость — воздух адсорбционного слоя молекул, ориентированных своими полярными группами к воде, а углеводородными группами к воздушной фазе.
Устойчивость пены тем выше, чем больше до известного предела выделяется жидкости из пленок пены вниз — на дно сосуда (явление синерезиса), так как по мере повышения концентрации молекул пенообразователя и их гидратации в поверхностных слоях пленок пена все более приближается к оптимальной степени коллоидности. В результате образуются двухмерные гелеобразования, обеспечивающие высокую устойчивость пены.
На устойчивость пены влияет также адсорбционная способность пенообразователя: чем она выше, тем устойчивее пена.
Важным условием устойчивости пены является неполное насыщение адсорбционных поверхностных слоев пены. В этом случае получается наибольшая гидратация полярных групп ориентированных дифильных молекул пенообразователя, что приводит к гелеобразованию и затвердеванию адсорбционного слоя.
Значительно увеличивается прочность и вязкость пены с введением в водный раствор пенообразователя стабилизаторов и минерализаторов: жидкого стекла, клея, сернокислого глинозема, портландцемента, каменноугольной пыли, золы, сернокислого железа и др. В связи с этим большое значение имеет адсорбирующая способность пены при смешивании с различными минерализаторами.