Комментарии к Таблицам.

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.