Роль пенообразователей в технологии пенобетонов
В эксперименте в качестве анионактивного ПАВ использовали альфаолефинсульфонат (АОС), катионактиное ПАВ было представлено пенозолином, амфотерное ПАВ — белковым пенообразоватем Неопор. В качестве минерализаторов использовались мономинеральные добавки: реактив MgO (х. ч.) с зарядом поверхности +3,804 мВ и мытый песок кварцевый молотый с зарядом поверхности -19,337 мВ. Содержание минеральной добавки варьировалось в пределах 1—50% от объема рабочего раствора пенообразователя.
Влияние заряда поверхности твердых минеральных частиц на кратность пен представлено на рис. 2.
Как видно по рис. 2, кратность пены повышается, если в пену вводится минеральный порошок, который имеет одинаковый знак заряда поверхности с зарядом поверхности воздушного пузырька. Таким образом, между пенными пузырьками и минеральными частицами отмечается электростатическое взаимодействие, которое определяется величиной заряда поверхности минеральных частиц и активностью гидрофильного радикала ПАВ и влияет на кратность и устойчивость пены. Пены из амфолитных пенообразователей наименее подвержены влиянию заряда поверхности минеральных частиц.
Сложность удержания воздушных пузырьков в системе цементный раствор — пена заключается в том, что на поверхности цементных частиц происходят кроме физической адсорбции процессы хемосорбции, гидролиза и гидратации. В результате этого в межпоровой воде изменяется ионный состав (рН повышается до 11,5—12), что ведет, в свою очередь, к изменению электрокинетического заряда цементных частиц.
Адсорбционные явления на поверхности раздела твердое - жидкость можно оценить величиной дзетапотенциала, который дополнительно характеризует стабильность коллоидных систем. В пеноцементных системах в качестве твердой фазы выступает полиминеральное вяжущее — цемент, содержащий четыре основных клинкерных минерала, и двуводный гипсовый камень. Силикатные минералы (алит и белит) и их гидратные новообразования имеют отрицательно заряженные поверхности. Алюминаты, алюмоферриты и их гидратные новообразования, в том числе с двуводным сульфатом кальция (эттрингит), имеют положительно заряженные поверхности [5]. В результате притяжения к заряженной поверхности ионов противоположного знака на границе раздела минерал — вода образуется двойной электрический слой, характеризуемый электрокинетическим или дзетапотенциалом (ξ). Заряд поверхности и определяемый им потенциал играют большую роль при взаимодействии растворенных реагентов и молекул воды с минералом, а также при взаимодействии с пенными пленками.
Нами определялось значение электрокинетического потенциала, возникающего на плоскости скольжения при
отрыве диффузионного слоя в цементных суспензиях методом измерения потенциала протекания. Он имеет тот же порядок, что | — потенциал частиц типичных золей.
Исследование проводили на цементах разного вещественного состава, а также на основных клинкерных минералах C3S, С3А и C4AF. Изменение электрокинетического потенциала в цементных и мономинеральных суспензиях представлено в табл. 3.
Как видно по результатам, синтетические пенообразователи активно адсорбируются на поверхности алюминатных фаз цемента с изменением их заряда поверхности. Это ведет к коалесценции воздушных пузырьков и повышению плотности пеноцементной смеси, а также к «отравлению» активных центров на поверхности этих минералов и замедлению процессов схватывания и твердения. Именно процессы активной адсорбции молекул анионактивных низкомолекулярных ПАВ определяют ограничения по содержанию С3А в цементе. Следует отметить отрицательное влияние на кратность и устойчивость пены применения лежалых цементов. Как правило, при применении таких цементов, особенно на синтетических пенообразователях, не удается получать пенобето- ны проектной плотности при прочих равных условиях.
Термодинамическое равновесие в пенной системе дополнительно определяется давлением Рк внутри пузырька воздуха в форме шара, которое в соответствии с первым законом капиллярности равно [1]:
где δг-ж — поверхностное натяжение на границе воздух—жидкость'; Rn - радиус пузырька.
Как показали результаты определения поверхностного натяжения, высокомолекулярные ПАВ понижают поверхностное натяжение воды всего на 10—15%, тогда как синтетические пенообразователи — почти в два раза (рис. 3).