«петербургцемент».
Древне римские добавки в бетон
Древний Рим
Книга «Римский бетон». Глава Ⅱ. Опус цементум – римский бетон.
Очевидно, что римлян с их интенсивным строительством не устраивала не только низкая прочность бетонов и растворов на воздушной извести, но и то, что они твердели только на воздухе и не могли твердеть в условиях влажной среды. Потребности в гидравлических вяжущих веществах подтолкнули античных строителей к выявлению принципиально новых добавок для бетонов и растворов, с помощью которых можно было избавиться от перечисленных недостатков.
Сегодня мы хорошо знаем, что для того чтобы улучшить качество бетонов и растворов на воздушной извести, надо слабый и растворимый в воде гидроксид кальция (известковое тесто) перевести в более стойкое и нерастворимое соединение,например, в гидросиликат кальция. Для этого необходимо добавить в него активный кремнезем. Реакция в этом случае идет только в присутствии воды, хотя полученное новое соединение — гипросиликат кальция — почти не растворяется в воде.Активный кремнезем в отличие от пассивного — обыкновенного кварцевого песка, получил название гидравлической добавки за свою способность твердеть и набирать прочность не только на воздухе, но и в воде.
Римляне, конечно, не подозревали о сложных процессах, происходящих при смешивании воздушной извести с гидравлической добавкой, но, используя опыт этрусков и греков, они хорошо знали, что если к известковому тесту добавить не просто обыкновенный песок и камни, а кирпичный песок и кирпичные камни, то такое соединение будет способно твердеть в воде, а полученный при этом искусственный камень окажется гораздо прочнее, чем бетон или раствор на одной воздушной извести с обыкновенным песком и галькой. Впоследствии кирпичную или черепичную добавку стали называть цемянкой.
Обычно цемянку применяли в виде тонкомолотого порошка или пыли для водонепроницаемых штукатурок, бетонных полов и подобных покрытий, главным образом в сырых местах. Кроме этого, ее использовали в виде муки в штукатурках водопроводных каналов, давильных площадок для вина и резервуаров виноделен, рыбозасолочных ванн, а также для защиты бетонных сооружений от износа и разрушения.
Помимо цемянок, т. е. искусственных гидравлических добавок, Римляне широко применяли естественные добавки вулканического происхождения. Им даже приписывали честь открытия этих добавок, точнее, их действия на воздушную известь, так как вулканические камни использовались в строительной практике очень давно.
Витрувий описывает эти добавки следующим образом: …существует определенный порошок естественного происхождения, используя который можно добиться великолепного результата. Его находят в Байях и в землях вокруг Везувия. Это вещество при смешивании с известью и камнем не только, придает прочность сооружению, но даже при устройстве дамб в открытом море прочно схватывается под водой
.
К таким добавкам относились: санторинская земля, добываемая на греческом острове Тире, рейнский трасс, расположенный на территории Германии, и туфф, залегающий мощными пластами почти по всей Италии. К ним также относились многие другие горные породы вулканического происхождения, получившие общее название пуццоланы.
Особенно широкое применение получили такие добавки, залегавшие в районе древних Путеол (совр. Поццуоли). Однако название свое — пуццолана, ставшее родовым для всех гидравлических добавок вулканического происхождения, они получили не поэтому, а потому что широко использовались в строительстве очень важного для древней Италии порта в Путеолах, бывшего к тому же долго центром торговли пуццоланой. Впервые термин «pulvis puteolanus» встречается у философа Сенеки (4 г. до н. э.— 65 г. н. э.) в его труде «Естественно-научные вопросы», и упоминается Плинием Старшим.
Одним из первых сооружений, при строительстве которого была использована пуццолана в качестве гидравлической добавки в бетон, был волнолом в окрестностях Неаполя близ Путеол, сохранившийся до наших дней (см. рис. 6). Несмотря на то, что туфовые блоки из этого волнолома подверглись эрозии, сам пуццолановый раствор между ними хорошо сохранился.
В зависимости от назначения раствора или бетона римляне применяли различные соотношения между известью и пуццоланой. Однако наиболее распространенным был состав 1:2 — на 1 часть извести, 2 части пуццоланы. Прочность такого бетона, вероятно, составляла 5—10 и более МПа.
Итальянскую пуццолану, как и греческую санторинскую землю, в большом количестве применяют и теперь в гидротехническом строительстве в разных странах. На Канарских островах, где пуццолана, как и в Италии, встречается повсеместно, соотношение между известью и пуццоланой принималось 1 : 5. Из бетонов таких составов построены гидротехнические и ирригационные сооружения, которые стоят в течение многих веков.
Воздушная известь в сочетании с пуццоланой и другими гидравлическими добавками была практически единственным гидравлическим цементом того времени, поскольку гидравлическая известь и роман-цемент применялись, как полагает большинство ученых, эпизодически и в ограниченном количестве. Таким образом, в применении гидравлической добавки к воздушной извести заключена одна из главных отгадок секрета долговечности римского бетона. Американские ученые уже давно заинтересовались этим вопросом и в середине 70-х годов нашего века получили новое вяжущее — геополимерный цемент — аналог древнеримского известково-пуццоланового вяжущего. По мнению зарубежных специалистов, новые цементы более долговечны и прочны, чем современные портландцементы.
Источник книга «Римский бетон». Автор В.А.Кочетов
Известковый раствор с цемянкой
Вы знаете, не ожидала такого ответа. Была о Вас хорошего мнения и как о специалисте, и как о человеке.
Было интересно мнение людей, работающих с известковыми растворами, ведь все новое – хорошо забытое старое. Думаю, нам есть чему учится у наших предков.
Если бы хоть немного поинтересовались тем, о чём написала…. то увидели бы, что использование так называемой цемянки способствует карбонизации раствора по всей глубине штукатурного слоя, и этот процесс протекает быстрее нежели при её отсутствии.
И феншуй тут ни при чём.
А по поводу санкций…. Так родилась и живу в Киеве.
Добавлено через 6 минут
Похожую технологию используют немцы в своём производстве:
Rotkalk Grund
Известковая базовая штукатурка
для внутренних и наружных работ
Rotkalk Grund – известковая штукатурка, содержащая каолин и кирпичную муку, применяется в качестве базовой штукатурки для внутренних и наружных работ. Особо рекомендуется для объектов, где предъявляются особые требования к качеству жилья. Идеальный материал для реставрации памятников архитектуры, известковая штукатурка которых должна соответствовать историческому прототипу.
– Регулирует влажность и микроклимат
– Поглощает и связывает оксиды азота и органические соединения
– Предотвращает появление плесени
– Для внутренних и наружных работ
– Для ручной и механизированной обработки
– Красно-коричневый цвет
Какая цена на цемянку из кирпича?
Цемянка не такой востребованный материал, рынок цемянкой явно не перенасыщен.
Кирпичные заводы продают цемянку (в розницу не встречал ни разу), мешок весом 40-кг, стоит 700-т рублей. (Санкт-Петербург).
Фракция от нуля до полутора миллиметров.
Подобный товар спортивные клубы где есть теннисные корты закупают, а в “домашнем” ремонте её практически не используют.
Или стоимость не так существенна, что бы этим заниматься?
Да, стоимость копеечная, нет смысла возиться с ней.
Можно ли ее сделать самостоятельно?
В принципе можно, если речь идёт о не большом количестве.
Цемянка, это мелкая, даже перемолотая кирпичная крошка.
Нужен или пресс, или что -то типа мельничных жерновов.
В домашних условиях таких механизмов нет, предлагаю свой вариант:
Берём плотный материал, типа брезента, или мешковины, вовнутрь битый красный кирпич.
А дальше уже наносим удары молотком, или к примеру придавливаем гирей, затем просеиваем через сито.
Для побелки таким методом можно добыть нужное количество цемянки, если есть необходимость в большом количестве цемянки, то лучше купить.
Сапониновый и клее-некалевый пенообразователи – стройбетон
На заре становления пенобетонных технологий, – 60 лет назад, еще не существовало высокоэффективных синтетических пенообразователей, применяемых сейчас. И, тем не менее, пенобетон, изготовленный нашими дедами, по многим параметрам не уступает, а то и превосходит продукцию внуков. Главный секрет, конечно же, в высоком профессионализме предков. Немаловажен и правильный подбор рецептуры пенобетонной массы. И в первую очередь, конечно, природа и состав пенообразователя. Еще совсем недавно в качестве пенообразователей применялось всего два состава – клееканифольный (мы его рассмотрели ранее) и сапониновый.
Главная прелесть сапониновых пенообразователей, особенно для сельской глубинки – дешевизна и доступность. Килограмм обыкновенных каштанов, после простейшей обработки, даст полтора куба высококачественной мелкоячеистой пены. А пара-тройка каштановых деревьев решит проблему местных пенообразователей и для колхозного минизаводика.
Сапонинами называются вещества растительного происхождения, обладающие ярко выраженной способностью к пенообразованию в водных растворах подобно мылу (Sapo – по латыни мыло). Сапонины известны давно – первые упоминания о них, как о мыльных веществах относятся к 1575 г. Из-за способности к обильному пенообразованию сапонины, с незапамятных времен, применяются как моющие средства. В особенности они хороши для стирки нежных и окрашенных тканей, которые не могут стираться мылом. Многие средства для чистки одежды и выведения пятен содержат сапонины. Их также употребляют для производства эмульсий, паст для бритья, средств для мытья волос и т.д. Большое значение сапонины имеют в медицине. Вследствие этого сведения о сапонинах чаще встречаются в медицинской и фармацевтической литературе, чем в технической.
Для получения чистых сапонинов из растительных веществ предложено множество способов. Но все они основаны на обработке различными реагентами водных или спиртовых вытяжек, полученных путем кипячения растительного сырья. Ввиду того, что для получения пены при производстве пенобетонов чистые сапонины не нужны – процесс их получения значительно упрощается.
Получение сапониновых пенообразователей очень просто – следует извлечь природный сапонин их растений его содержащих. Делается это путем длительного вымачивания растительного сырья в воде. При повышении температуры, а тем более в случае кипячения, процесс значительно ускоряется.
Всякий раз, равновесная концентрация сапонина в исходном сырье и в воде выравнивается. Иными словами за один раз извлечь весь сапонин не получится. Нужно слить воду с перешедшим в ней некоторым количеством сапонина в отдельную ёмкость, а сырье вновь залить чистой водой. И так несколько раз.
Полученные водные растворы, со всё уменьшающимся количеством растворенного в ней сапонина нужно смешать вместе. Полученный раствор будет иметь некую усредненную концентрацию и готов к непосредственному применению.
Вопрос: Какие растения содержат сапонины?
Сапонины довольно распространены в растительном мире. Они обнаружены в растениях, относящихся приблизительно к 70 семействам и 400 видам, произрастающих в самых разнообразных климатических условиях – от тропиков до умеренного пояса. Но практическое значение имеют только растения со значительным содержанием сапонина, а именно:
1. Lychnis Chalcedonica – мыльная трава (татарская мыльная трава). Произрастает в степной полосе европейской части России, на Украине, Кавказе, Западной и Восточной Сибири. Встречается по сырым лугам возле воды. Наибольшее количество сапонинов содержат листья – до 23%
2. Sapindus Saponaria – мыльное дерево. Произрастает в тропических странах. У нас растет в Закавказье. Для извлечения сапонинов наиболее пригодны плоды – до 38% сапонинов.
3.Aesculus Hippocastanum – конский каштан. Разводится в декоративных целях и хорошо растет в умеренном климате России и Украины. Наиболее богаты сапонином плоды. В скорлупе – до 11%, а в мякоти плодов до 6 % сапонинов.
4. Acantophyllum Glandulosum – мыльный корень. Дикорастущее многолетнее травянистое растение, произрастающее в Средней Азии и Закавказье. В корнях этого растения содержится до 32% сапонина.
5. Cyclamen Lbericum – альпийская фиалка. Произрастает в предгорьях Кавказа и Закавказья. Сапонин, до 25% содержится в корнях растений, имеющих форму клубней.
6. Saponaria Officinalis – мыльнянка, многолетнее дикорастущее растение, произрастающее в южной и средней части России и Украины. Корни мыльнянки, толщиной 2 – 3 см содержат до 36% сапонина.
7. Melandrium Album – горицвет. Дикорастущее растение широко распространено в Украине, на Кавказе, Сибири и европейской части России вплоть до Московской обл. Корни горицвета содержат до 28% сапонина очень хорошего качества. Поэтому данное растение искусственно культивируется как сырье для фармацевтической промышленности.
Вопрос: Как воздействуют сапонины на человека и окружающую среду?
Ядовитость действия сапонинов на человеческий организм зависит от их природы. Наиболее активные (и вместе с тем наиболее ядовитые) сапонины называются сапотоксинами. Они содержатся в змеином яде.
Сапонины, содержащиеся в растениях, для человека практически безопасны – только их внутривенное введение способно отразиться на здоровье. В виде пыли сапонины действуют раздражающим образом на слизистые оболочки дыхательных органов, вызывая сильное чихание и ощущение царапания в горле. Сапонины имеют острый, часто жгуче горький, долго остающийся вкус.
На всех рыб сапонины действуют ядовитым образом даже в ничтожнейших дозах. Этот фактор является одним из методов качественного определения наличия сапонинов.
Вопрос: Каков срок пригодности пенообразователя на основе водной вытяжки из сапонинсодержащих растений?
Водные экстракты из сапонинсодержащих растений представляют собой хорошую питательную среду для различных бактерий. Кроме того, в раствор переходят особые ферменты, расщепляющие сапонины. Если не применять специальных мер, то даже при непродолжительном хранении, под воздействием бактерий и ферментов, сапонины разлагаются. При этом наблюдается помутнение раствора и образование осадка. Пенообразующая способность очень сильно падает, что является первопричиной некачественного пенобетона.
Для повышения сохранности водных растворов сапонинов их подвергают кипячению в течении 1 – 2 часов. В процессе кипячения, или непосредственно после него, к раствору следует добавить консервант. Экспериментально установлено, что наилучшими консервантами для водных вытяжек сапонинов являются фенол или формалин в дозировке 0.2 – 0.3% от массы сапонина (по сухому веществу).
Вопрос: Какова оптимальная концентрация сапонина в пенообразователе для изготовления пенобетона?
Зависимость выхода пены от концентрации сапонина в растворе проверялась по методу Штипеля, принятому в Московском филиале ВНИИЖ-а, механическим взбалтыванием 10 мл раствора в градуированной делительной воронке и отражена в нижеследующей таблице:
Таблица 1
Из приведенной таблицы следует, что выход пены из растворов сапонинов не линейно повышается с увеличением их концентрации до 1%. При дальнейшем увеличении концентрации выход пены уменьшается.
Для технических целей следует признать оптимальной концентрацию 0.05% – дальнейшее её повышение, объем пены увеличивает незначительно.
Вопрос: Какие существуют способы улучшения пенообразователя на основе природных сапонинов?
Для изучения влияния отдельных модификаторов на свойство пениться сапониновых растворов были исследованы некоторые вещества – типичные представители своих групп: контакт Петрова (нефтяные сульфокислоты), ализариновое масло (жирные кислоты), сода (минеральные соли). Установлено, что минеральные соли несколько увеличивают пенистость сапонинов – на 10 – 15%, жирные кислоты примерно на столько-же её снижают, а нефтяные – оставляют неизменной.
При вымачивании растительного сырья, в раствор кроме сапонинов переходит и достаточно много красящих и дубильных веществ, способных даже в малых концентрациях очень сильно снижать скорость набора прочности пенобетоном. С целью их удаления, в водные вытяжки сапонинов следует добавлять известь – помимо окиси кальция в ней обязательно присутствует и небольшое количество окиси магния, которая хорошо связывает и осаждает красящие и дубильные вещества. После отстаивания осадок легко отфильтровывается от основной массы раствора.
Клее-некалевый пенообразователь.
В качестве вступления…..
Ко мне во множестве приходят письма типа: “ ….. мы изобрели новый революционный пенообразователь….”, “…мы делаем моющие составы для бытовых нужд, хотим их предложить в качестве пенообразователей….”, “…. мы получаем хорошие результаты на таком-то составе и хотим его предложить на рынок …” и т.д. и т.п. Завершает подобные письма стандартная просьба – испытать пенообразователь.
Хочу предвосхитить подобные просьбы на будущее и ответить сразу всем – прежде чем высылать пробные образцы, будьте готовы к тому, что подобного рода исследования очень длительны, ресурсоемки и дороги. И никто в трезвом уме и здравой памяти не возьмется проводить любые, даже самые элементарные, исследования без должного финансового обеспечения работ со стороны заказчика.
И пока у Вас не будет на руках результатов комплексных испытаний – Ваш состав, с коммерческой точки зрения, представляет интерес только для Вас самих.
Приводимые ниже выдержки из комплексного исследования клее-некалевого пенообразователя (а это всего примерно треть первоисточника) помогут определиться Вам с примерным объемом и перечнем необходимых исследований. И отрезвят горячие головы – ориентировочная стоимость выполненных подобных работ, в нынешних условиях – больше 35 тыс. дол. И, слава Богу, что еще 40 лет назад они были проведены в рамках целевой научно-исследовательской программы и за счет государства.
Эти материалы, я надеюсь, также убедят сомневающихся – можно всячески критиковать социализм, но отказываться от его научного наследия просто глупо.
Некаль представляет собой комплексное соединение, полное химическое название которого – дибутилнафталинмоносульфокислый натрий. Его получают нейтрализацией едким натром продукта взаимодействия нафталина, серной кислоты и бутилового спирта.
В промышленности Некаль обычно получают и используют в форме темно-коричневого водного раствора 16 – 20% концентрации. В процессе синтеза Некаля часть серной кислоты остается в нем и, при нейтрализации едким натром, дает сернокислый натрий, содержание которого в товарном Некале достигает 10%. Кроме того, в растворе находится некоторое количество хлорида натрия. Удельный вес 18%-ного раствора Некаля при температуре 20оС равен 1.110 – 1.113.
Наличие в Некале тяжелого органического радикала и сильного электролита делает его поверхностно-активным веществом, что обуславливает эмульгирующие, пенообразующие и моющие свойства. Это позволяет широко применять Некаль как заменитель мыла в текстильной промышленности.
При комнатной температуре из 17 – 20%-ного водного раствора Некаля выпадает осадок, который при нагревании вновь переходит в раствор. Водный раствор Некаля может храниться длительное время, он огне- и взрыво- безопасен. В зависимости от производителя и особенностей конкретного производства в товарном Некале может присутствовать значительное количество сопутствующих солей, значительно снижающих его пенообразующую способность.
Ход и некоторые результаты комплексного испытания клее-некалевого пенообразователя для производства пенобетонов.
1. Добавка Некаля влияет на кинетику гидратации цемента. Это влияние отражено в нижеследующей таблице построенной на результатах испытания цементного раствора:
Таблица 2
Примечание:
– водный раствор некаля применялся с плотностью 1.115 (содержание некаля по сухому веществу – 24.52%);
– В/Ц цементного раствора во всех случаях – 0.27, что соответствовало нормальной густоте для данного цемента;
– испытания на сжатие велись на кубиках 2х2х2 см (в соответствии со стандартами на момент проведения исследований);
– метод испытания образцов на прочность – “ускоренный”.
2. Эксперименты показали, что пена из Некаля легко поддается стабилизации различными коллагенами. Из всех исследованных веществ по соотношению цена/эффективность наилучшие показатели у клея столярного. Результаты отражены в таблице:
Таблица 3
Примечание:
– Клей и некаль смешивались в указанных весовых соотношениях. Затем отмерялся 1 гр. полученной смеси и растворялся в соответствующем количестве воды. Приготовление пены осуществлялось в цилиндрическом металлическом сосуде объемом 18 литров по стандартной методике.
– Осадка пены определялась на приборе ЦНИИПС (результаты в данном обзоре не отражены);
3. По результатам предыдущих исследований возникла потребность определить влияние на кинетику гидратации цемента добавки к некалю клея.
Таблица 4
Примечание:
– за 100% принята прочность, полученная с учетом снижения прочности без добавок.
4. В качестве сравнении, в абсолютно идентичных условиях были проведены исследования сапонинового,
клееканифольного, алюмосульфонефтяного, и ГК пенообразователей. Пример по сапониновому приводится ниже, остальные в данном обзоре не отражены.
Таблица 5
5. На основании проведенных исследований выстроена градация расхода различных пенообразователей.
Таблица 6
В соответствии с полученными результатами и стоимостью отдельных пенообразователей выстраивается обоснование их применимости в тех или иных условиях с экономической точки зрения (в данном обзоре не отражено).
6. После изучения кинетики гидратации на период схватывания и твердения, исследователи перешли к проверке как влияет клеенекалевый пенообразователь на прочностные показатели пенобетона в период набора прочности.
Таблица 7
Эксперименты показали, что наиболее сильно, некаль оказывает воздействие на кинетику набора прочности на отрезке 3 – 7 суток. В дальнейшем его тормозящий эффект значительно нивелируется, и к, примерно, 3-х месячному возрасту исчезает полностью для дозировок 0.03 % (ранее установлено, что 0.03 – 0.05 % как раз и есть оптимальные дозировки).
7. Дальнейшие исследования были посвящены изучению поведения клеенекалевого пенообразователя на различных вяжущих и заполнителях. Для начала определились с номенклатурой вяжущих (взяли три типовых) и определили их характеристики – чтобы была возможность сравнения с ранее проведенными или последующими исследованиями.
Таблица 8
Примечание:
– Местное вяжущее – продукт совместного помола в вибромельнице М200 извести комовой негашеной – 20%, боя красного керамического кирпича (цемянка) – 70%, гипса строительного – 5%, портландцемента М400 – 5%;
– химико-минералогический, гранулометрический и петрографический состав используемых вяжущих в данном обзоре не отражен
8. Испытание пенобетона на вяжущих без инертных заполнителей проводилось по стандартной методике. Результаты для портландцемента М400 отражены в таблице.
Таблица 9
То же самое для шлакопортландцемента:
Таблица 10
9. Теперь наступил черед испытать пенообразователь добавив к вяжущему инертный заполнитель. Для сопоставимос
ти полученных результатов, заполнители также подвергли предварительному исследованию.
Таблица 11
Примечание:
– выбор конкретных заполнителей отражает реалии типичных местных условий
10. Испытание пенобетона на вяжущих с инертными заполнителями проводилось по стандартной методике.
Таблица 12
11. А если пропарить …..
Таблица 13
12. А если применить местное вяжущее, а потом пропарить ….
Таблица 14
13. А что будет через сутки, через месяц, через год?
Таблица 15
14. А если не пропаривать, а в автоклав запихнуть?
Таблица 16
Логическим завершением темы о пенообразователях может послужить их сравнительно-оценочная характеристика. Причем она обязательно должна отвечать определенным критериям, а именно:
1. Для минимизации тенденциозности в оценках, обусловленной рекламистскими соображениями, исследования должны быть комплексными, проведенными солидными государственными научными учреждениями и в рамках целевых государственных научно-исследовательских программ, финансируемых исключительно государством.
2. Руководить подобными работами (и “подписываться” под полученными результатами) должны ученые, авторитет которых в данной области непререкаем. А “громкость имени” среди специалистов настолько высока, что не позволит пойти на поводу у коньюктурщины.
3. Исследования должны быть не слишком древними – чтобы современные вещества в них были отражены достаточно полно, но и не ультрасовременными, – уж слишком активно в нашу повседневность стал последнее время внедряться лозунг – “все покупается и продается”.
4. Результаты исследований должны быть сопоставимы. Для этого они должны быть проведены по единым правилам, в одинаковых условиях и на строго научно обоснованных методиках проведения экспериментов.
5. Исследования обязательно должны быть легко проверяемы в условиях типичной строительной лаборатории, понятны для строителей-практиков с “серийным” инженерно-строительным образованием и носить ярко выраженную практическую ориентацию. А разные термокинетики гидратации, спектроскопии и прочие “хроматографии” следовало оставить на растерзание узким специалистам – поверьте, съезжаясь на свои сходки-конференции, они не только водку пьют.
Задавшись приведенными выше ограничениями я перерыл горы литературы – все не то. Тут явно торчат “рекламные” уши; это не внушает доверия самим стилем написания – явно не специалист работал; здесь сенсационные исследования, претендующие на серьезные научные дивиденды в будущем, а “продолжения” нет – или коммерция перевесила и тему “закрыли”, или всё фикция, – в любом случае не подходит.
Много “молодых да ранних”. Блеснул яркой звездочкой на научном небосклоне и пропал – ни слуху, ни духу. Толи плюнул на аспирантуру и ушел на рынок торговать, толи не блеснул, а просто звонко тявкнул из-под забора на старого матерого кобеля, поди разберись, – “на карандаш” конечно, возьму, но популяризировать то, в чем и сам сомневаюсь, не рискну.
Вот примерно так рассуждая и “вычеркивая” претендентов, я остановился на книге Гаджилы Р.А. и Меркина А.П. [2]. Первый – представитель Азербайджанской нефтехимической школы. Его имя мало знакомо в научных строительных кругах. Зато, заслышав имя второго, любой уважающий свой бизнес пенобетонщик должен стать по стойке смирно и внимать словам МЭТРА.
Адольф Петрович Меркин, основатель “сухой минерализации” в пенобетонах, и предводитель московского легкобетонного дворянства – безусловный авторитет. Его совместные труды с Хигеровичем [3] и Таубе [4] (сталинская академическая профессура знатных кровей, заложившая основы современного бетоноведения для всего мира, с кем зря водиться, не станет) также свидетельствуют о его научной значимости.
Приводимые ниже незначительные выдержки – обобщенный результат комплексной научно-исследовательской программы Азербайджанской нефтехимической промышленности по поиску, разработке и продвижению на социалистический рынок продуктов нефтехимии. Чтобы не утомлять читателя ненужными подробностями я умышленно ограничил список исследованных пенообразователей 9 наименованиями (в первоисточнике их 26) – либо типичными представителями своего класса либо массово применяемые в пенобетонном производстве.
Учитывая предполагаемую читательскую аудиторию, весьма далекую как от проблем нефтехимии, так и, порой (чего греха таить), от научно-методологического обоснования технологии производства пенобетона, я счел уместным приводимые ниже результаты исследований сопроводить своими комментариями, обозначив их курсивом.
Эффективность поверхностно-активных веществ, применяемых в технологии строительных материалов, определяется комплексом факторов. Наряду с основополагающим – снижением поверхностного натяжения, немаловажны и такие, как пенообразующая способность водных растворов ПАВ, их агрегативная устойчивость в зависимости от концентрации пенообразователя и добавок загустителей и электролитов (стойкость “пустых пен”). Влияние ПАВ на кинетику гидратации вяжущего, гидрофолизирующее либо гидрофобизирующее воздействие на вяжущие и цементный камень, растворимость в воде, способность эмульгироваться и эмульгировать и т.д. непосредственно отражаются на последующих строительно-эксплуатационные свойства готовой продукции. Именно по эти основным критериям и проводились комплексные исследования различных пенообразователей.
Учитывая щелочной характер среды при поризации воздухововлечением цементно-песчаных и известково-песчаных (в данном обзоре из-за недостатка места поризация известково-песчаных смесей не отражена), основные характеристики ПАВ были изучены как в чистой воде, так и в насыщенном растворе гидроокиси кальция, что отражает реалии производственного процесса. Анализ нижеприведенной таблицы показывает, что умышленное либо неумышленное пренебрежение такой вроде бы не существенной “мелочью” как щелочность среды пенообразования, весьма существенно отражается на кратности и стойкости получаемой пены и позволяет направленно манипулировать степенью эффективности тех или иных пенообразователей в рекламных целях.
При анализе нижеприведенных таблиц следует также учитывать, что ПО-1, за исключением всех остальных, это не индивидуальное ПАВ, а готовый товарный пенообразователь, в состав которого уже введён стабилизатор. Следует ожидать, что СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая) после добавки соответствующего стабилизатора превратится в клее-канифольный пенообразователь, кратность и, особенно, стойкость пены которого значительно улучшатся. Эти рассуждения справедливы также и для Некаля и клее-некалевого пенообразователя.
Кратность и стойкость пены из нафтеновых кислот (мылонафт и асидол-мылонафт) в щелочной среде насыщенной гидроокисями кальция рассматривать бессмысленно – в результате обменно-замещающих реакций по кальцию, эти ПАВ из водорастворимых натриевых солей нафтеновых кислот переходят в кальциевые соли. А они уже водонерастворимы, выпадают из раствора в форме осадка и быстро теряют свою пенообразующую способность. Это также вполне справедливо и для пенообразователей на основе жирных кислот, либо таких, в чьем составе они превалируют в качестве ПАВ ( SDO-L).
ЦНИИПС-1 – омыленные древесные пеки переработки хвойной древесины на уксусную кислоту – по-нынешнему СДО (смола древесная омыленная). Их вещественный состав весьма разнится от партии к партии, но всегда справедливо одно – смоляных кислот всегда намного больше чем жирных. А общеизвестно, что смоляные кислоты в щелочной среде свою пенообразующую способность увеличивают, а жирные, наоборот, снижают (химизм процесса, как и для нафтеновых кислот – см. выше).
В омыленных древесных пеках из лиственных пород древесины, жирных кислот, наоборот, больше чем смоляных. И их, по праву, можно отнести к ПАВ, не обеспечивающих нужного для производства пенобетона пенообразования в щелочной среде. Этот факт, тем не менее, играет весьма положительную роль в тяжелых бетонах, где излишнее воздухововлечение наоборот вредно. Стремясь дистанцироваться от традиционного СДО, обозначить свою “тяжелобетонную” ориентацию, но остаться в разрешительно-рекомендующем лоне отечественных нормативных документов, некоторые производители стали именовать свою продукцию на манер SDO или SDO-L. (Весьма красивое и оригинальное решение, следует признать, ловко обыгрывающее идентичность фонетики русской и английской транскрипции. Оно наверняка не останется без последователей, и в ближайшем будущем следует ожидать нашествие клонов типа – S-3 (C-3), SNV (СНВ), GKJ-11N (ГКЖ-11Н), LST (ЛСТ), DOFEN (Дофен) и т.д. и т.п.).
Кратность пены в зависимости от концентрации пенообразователя, и щелочности среды пенообразования
Таблица 17
Стойкость пены в зависимости от концентрации пенообразователя, и щелочности среды пенообразования
Таблица 18
Способность к воздухововлечению различных пенообразователей в зависимости от концентрации пенообразователя, и длительности перемешивания.
Таблица 19
Комментарии к Таблице 4.
Воздухововлекающая способность ПАВ изучалась на цементно- и известково-песчаных растворах (соответственно Ц:П = 1:1.5 и И:П = 1:3 – в данном обзоре все данные приведены частично, только для цементно-песчаных растворов). В таблице 4 приведены данные для В/Ц=0.5, концентрации добавки (пенообразователя) по отношению к вяжущему – 0.05% и 0.15% (по сухому веществу). Растворы перемешивались в мешалке с сетчатыми лопастями при скорости вращения вала n=250 об/мин
Внимание!!! Налицо серьезное упущение авторов – не корректно ссылаться только на скорость вращения вала смесителя, не указывая при этом его геометрические размеры (авторы ссылаются на “…стандартный смеситель”.) Правильней было бы указать окружную или угловую скорость.
Действие воздухововлекающих добавок связано с поверхностными явлениями на границе раздела жидкой и газообразной фаз и на границе раздела твердой и жидкой фаз. Со снижением поверхностного натяжения водных растворов ПАВ увеличивается их пенообразующая, а в цементно-песчаных смесях – воздухововлекающая способность. Однако при определенных концентрациях поверхностное натяжение водных растворов ПАВ достигает своего предельно-максимального значения, и дальнейшее увеличение концентрации не вызывает значимого изменения поверхностного натяжения. Проведенные эксперименты показали, что для всех добавок, повышение концентрации от 0.05 до 0.10% вызывает монотонно возрастающее воздухововлечение. В интервале 0.10 – 0.15 оно достигает максимума. Повышение концентрации сверх 0.15% не приводит к увеличению пенообразования. Это явление объясняется насыщенностью поверхностного слоя, и затрудненности дальнейшей адсорбции молекул ПАВ к границе раздела вода/воздух. В результате замедляется снижение поверхностного натяжения, что и приводит к стабилизации пенообразования, а, следовательно, и воздухововлечения.
Влияние температуры раствора на объем вовлеченного воздуха является одним из решающих факторов в механизме воздухововлечения. Увеличение температуры массы от 17оС до 70оС приводит к неуклонному уменьшению объема воздухововлечения. При этом суммируются два явления: уменьшение поверхностного натяжения растворителя и изменение адсорбции ПАВ в поверхностном слое. Повышение температуры оказывает большое влияние на адсорбцию ПАВ, сильно её уменьшая. В этом главная причина резкого снижения воздухововлечения с повышением температуры. С другой стороны увеличение температуры массы, хотя и сильно уменьшает объем вовлеченного воздуха, но зато очень резко увеличивает скорость воздухововлечения.
С точки зрения практической применимости, зависимость скорость и объема воздухововлечения от температуры можно очень эффективно использовать – в начале цикла перемешивания температура смеси должна быть как можно выше, а в конце – как можно ниже. Например, использование подогретого раствора пенообразователя или воды и охлажденных заполнителей и т.д.
Влияние водо/цементного (В/Ц) соотношения на процессы воздухововлечения при перемешивании изучалось в широком диапазоне, от В/Ц=0.3 до В/Ц=0.65. Выбор именно этого диапазона объясняется тем, что это типичные значения для различных приемов заводского производства ячеистых бетонов.
Исследованиями установлено, что увеличение В/Ц от 0.3 до В/Ц=0.65 приводит к возрастанию объема воздухововлечения. Причем “пик” воздухововлечения для различных добавок различен, но он всегда ближе к большим показателям В/Ц (для ПО-1 этот “пик” находится при В/Ц=0.55) По достижению “пика”, дальнейшее увеличение В/Ц сопровождается незначительным снижением воздухововлечения.
Особенно велико влияние В/Ц на объем воздухововлечения в начале процесса перемешивания. Так, например, за 2 и 5 минут перемешивания при В/Ц=0.4 объем вовлеченного воздуха для Азолята А в цементно-песчаной смеси составляет 7% и 13% соответственно. А при В/Ц=0.5 эти цифры возрастают уже до 36% и 40% соответственно. Такое явление объясняется существенным изменением значений вязкости и предельного напряжения сдвига растворов при переходе от В/Ц=0.4 к В/Ц=0.5.
Это же объясняет и то, почему сравнительно слабые пенообразователи (а в щелочной среде и вообще никакие – мылонафт, асидол, асидол-мылонафт, а также новоявленный SDO-L) в случае их применимости в качестве пенообразователей для варианта воздухововлечения в процессе перемешивания водоцементных суспензий, показывают достаточно неплохие результаты. Все они достаточно мощные гидрофобизаторы, способные очень сильно изменять пластическую вязкость и тем самым, опосредованно, влиять и на воздухововлечение.
(Я сильно отвлекаюсь от темы, заинтересовавшихся данным аспектом отсылаю к [6 – 15], но торговцам SDO-L из “ВНЕШХИМчегото” рекомендую, всё же начать с [16] и не дискредитировать хороший продукт неумелой рекламой).
Влияние скорости перемешивания на объем вовлеченного воздуха изучалось на мешалках, как с сетчатыми, так и с обычными лопастями.
Для мешалки с сетчатыми лопастями увеличение скорости перемешивания от 70 до 250 об/мин приводит к непрерывному нарастанию объема вовлеченного воздуха. Дальнейшее поднятие оборотов до 326 об/мин не дает заметных изменений. А уже начиная с 400 об/мин наблюдается монотонное уменьшение воздухововлечения.
Для обычной лопастной мешалки оптимальной оказалась скорость 345 – 380 об/мин. Дальнейшее её увеличение приводит к снижению воздухововлечения.
Вовлечение воздуха в смесь из пространства над её поверхностью происходит в результате образования каверн лопастями смесительного агрегата, что зависит от интенсивности нарушения сплошности поверхности смеси. Поэтому при малых скоростях объём вовлекаемого воздуха незначителен. При увеличении скорости перемешивания сверх оптимальной разрыв пузырьков и выход воздуха на поверхность происходят интенсивнее, нежели процесс образования и дробления новых. В результате этого чрезмерное увеличение скорости перемешивания приводит к уменьшению объёма вовлеченного воздуха.
Влияние длительности перемешивания на объём вовлеченного воздуха изучалось при перемешивании цементно-песчаного раствора с добавками различных пенообразователей в течении – до 90 минут. Несомненно, увеличение продолжительности перемешивания должно сопутствовать росту воздухововлечения. Однако установлено, что со временем скорость насыщения массы пузырьками неуклонно снижается, и дальнейшее перемешивание массы приводит к её стабилизации. После достижения некоторого “критического воздухововлечения” возможно даже незначительное уменьшение объема вовлеченного воздуха.
Влияние типа смесительного агрегата на объём вовлеченного воздуха изучалось на мешалках с различным видом смесительного устройства: сетчатым, лопастным и червячным.
Опыты показали, что мешалка с сетчатым смесителем оказалась наиболее эффективной. Самый низкий объём вовлеченного воздуха наблюдался в мешалке с червячным смесителем. Большое воздухововлечение в мешалке с сетчатыми лопастями объясняется тем, что в нем область перемешивания, т.е. число точек соприкосновения лопасти и раствора, увеличивается, в результате чего объем вовлеченного воздуха возрастает.
Влияние вида вяжущего на воздухововлечение в процессе перемешивания изучалось при одних и тех же условиях на цементно-песчаном и известково-песчаном растворах. Экспериментом установлено, что воздухововлекающая способность ПАВ в цементно-песчаном растворе намного больше (в 1.5 – 3.0 раза, в зависимости от вида ПАВ), чем в известково-песчаном.
Известно, что в производстве ячеистобетонных изделий воздухововлекающие ПАВ могут быть введены в смесь на различных стадиях технологического цикла. Поэтому наряду с введением водных растворов ПАВ непосредственно в смеситель была изучена и возможность их введения в мельницу при мокром помоле песка. В результате лабораторных опытов и их натурной апробации на Сумгаитском заводе бесцементо-вяжущих силикатных изделий и конструкций было установлено, что добавки ПАВ очень сильно интенсифицируют помол. Кроме того, полученный в результате помола пенно-песчаный шлам легко транспортируется по трубопроводам и способен сохраняться до 24 часов без признаки осадки, что свидетельствует об отсутствии седиментационных явлений в песчаном шламе с вовлеченным воздухом.
Использованная литература:
1. Сапонины как моющие средства. Сборник работ ВНИИЖ-а. Пищепромиздат. Москва, 1936 г.
2. Гаджилы Р.А., Меркин А.П. Поверхностно активные вещества в строительстве. 1981 г.
3. Меркин А.П., Таубе П.Р. Непрочное чудо. Книга о пене. 1983 г.
4. Хигерович М.И., Меркин А.П. Физико-химические методы исследования строительных материалов. 1968 г.
5. Фролов Г.М., Шабуров М.А. Производство уксусной кислоты. 1978 г.
6. Хигерович М.И. Гидрофобный цемент и гидрофобно-пластифицирующие добавки. 1957 г.
7. Стольников В.В. Воздухововлекающие добавки в гидротехническом бетоне. 1953 г.
8. Гидрофобный цемент и гидрофобно-пластифицирующие добавки в бетонах и растворах. 1953 г.
9. Алентьев А.А., Клетчетков И.И., Пащенко А.А. Кремнийорганические гидрофобизаторы. 1962 г.
10. Андреева А.Б. Пластифицирующие и гидрофобизирующие добавки в бетонах и растворах. 1988 г.
11. Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. 1989 г.
12. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. 1990 г.
13. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. 1989 г.
14. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. 1983 г.
15. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. 1979 г.
16. Цветков Л.А. Эксперимент по органической химии в средней школе. 1959 г.
17. Ячеистые бетоны на клеенекалевом пенообразователе..// В сборнике материалов по обмену опытом в строительстве. Новое в производстве строительных материалов. Дориздат. 1956 г.
18. Исследование влияния некоторых добавок на свойства цемента. Сборник трудов НИИЦемента №3, 1953 г.
Сергей Ружинский, Харьков, Городок. E-mail: ryginski@aport.ru
Дополнительная информация:
1. Описание протеинового пенообразователя Laston
2. Описание и все характеристики белкового пенообразователя GreenFroth
3. Статья Критерии для сравнения пенообразователей
4. Статья Практика применения белкового пенообразователя
Сертификаты на строительные материалы
профили оцинкованные КНАУФ