file 0590

Шахова Л. Некоторые аспекты исследований структурообразования ячеистых бетонов неавтоклавного твердения // Строительные материалы. 2003 . №2 [приложение]. C. 4-7 Появление пенобетонов связано с развитием органической химии. Принцип их получения основан на введении в цементное тесто пенообразователей, являющихся в основном продуктами органического происхождения. Первый патент на получение пенобетона относится к 1925 г. и принадлежит Байеру [1]. В настоящее время пенобетоны переживают третье возрождение. Новое поколение исследований по пенобетону принадлежит школам под руководством профессоров Г.П. Сахарова (Москва), У.М. Махамбетовой (Казахстан), Л.Б. Сватовской (Санкт-Петербург), М.С. Гаркави (Магнитогорск), А.С. Коломацкого (Белгород) и др. Неавтоклавный бетон активно внедряется как кон-струкционно-теплоизоляционный и теплоизоляционный материал, имеющий ряд достоинств. За счет простой технологии его производство осуществляется как в стационарных условиях, так и на мобильных мини-заводах. Но при видимой простоте технологии процесс формирования макроструктуры ячеистого бетона трудно поддается управлению и регулированию. Это связано с необходимостью контролирования большого числа технологических параметров: качества и количества сырьевых компонентов, водотвердого отношения, температуры и рН среды, изменяющихся в процессе изготовления и твердения изделий. Поэтому реальные условия структурообразования пенобетонов часто отклоняются от оптимальных, что приводит к возникновению дефектов в структуре. Главный недостаток публикаций, посвященных изучению свойств пенобетонов, а также описанию разработанных технологий, состоит, по нашему мнению, в том, что они базируются на представлении о ячеистой структуре пеномассы как механической смеси пены со строительным раствором без учета минералогического и вещественного состава цемента, взаимодействия компонентов раствора с пузырьками воздуха и молекулами пенообразователя. Считается, что пена должна выполнять роль несущего каркаса, в котором твердые частицы раствора удерживаются во взвешенном со-стоянии силами вязкого трения. По нашим наблюдениям при неправильном выборе пенообразователя и типа вяжущего, а также способов получения пены и ее смешивания с твердыми компонентами пена часто разрушается до момента схватывания вяжущего, пеноцементная масса дает усадку, по высоте свеже-уложенного массива образуются сплошные каналы слияния пузырьков. В результате нарушается структура пенобетона, возрастает плотность и неравномерность теплофизических свойств по высоте изделия. Таким образом, технологию изготовления пенобетона можно отнести к тонким критическим технологиям, закономерности которых резко отличаются от закономерностей технологии тяжелых бетонов. Усовершенствование технологии пенобетона и оптимизация его строительно-технических свойств возможны только при глубоком понимании физико-химических процессов, протекающих в объеме пеноцементной системы на границах раздела фаз как на макро- так и на микроуровне, с первых минут ее получения. Поэтому вначале необходимо правильно идентифицировать пеноцементную массу и пенобетон как объект для исследований. В данной статье приводится попытка изложения теоретических представлений о природе, закономерностях и механизме основных процессов, происходящих в трехфазной полиминеральной полидисперсной пеноцементной системе, и общих факторах, определяющих скорость этих процессов, а следовательно устойчивость системы. Пеноцементную массу в первом приближении можно отнести к лиофобным грубодисперсным высоко-концентрированным системам, по-этому процессы, протекающие в ней, описываются законами коллоидной химии [2]. Центральной проблемой таких систем является агрегативно неустойчивость. Коллоидная химия объясняет агрегативную неустойчивость дисперсных систем достаточно большой и всегда положительной свободной поверхностной энергией, сосредоточенной на межфазных поверхностях системы. Этот избыток поверхностной энергии обусловливает протекание в системе различных процессов, ведущих к уменьшению дисперсности и в конечном итоге к разрушению дисперсной системы. Скорость протекания этих процессов и устойчивость определяются природой, фазовым состоянием и составом дисперсионной среды, а также дисперсностью и концентрацией дисперсной фазы. Устойчивость лиофобных дисперсных систем может меняться в широких пределах от практически полной неустойчивости до практически полной устойчивости. До момента затвердевания пеноцементная смесь является гетерогенной свободнодисперсной системой, включающей твердую, жидкую и газообразную фазы, в которых дисперсная фаза подвижна. Причем можно выделить две дисперсные подвижные фазы: дисперсную газовую фазу в дисперсионной среде в виде высококонцентрированного минерального раствора и дисперсную твердую фазу в водном растворе в виде дисперсионной среды. Частицы в данной системе сближены принудительно, поэтому данную систему можно условно отнести к свободнодисперсной концентрированной системе. Со временем она переходит в связнодисперсную систему с твердой дисперсной средой — цементным камнем. Управление агрегативной устойчивостью пеноцементных систем необходимо для оптимизации строительно-технических свойств пенобетонов. Эффективность технологических процессов получения, переработки и применения любых дисперсных систем в значительной степени определяется поверхностными явлениями. В связи с бурным развитием производства ячеистых бетонов неавтоклавного твердения все более важное и самостоятельное значение, как в научном, так и в прикладном отношении приобретают трехфазные высоконцентрированные пеноцементные системы, которые имеют свои особенности. Рассмотрим подробнее пеноцементную систему до затвердевания. Три основные фазы пеноцементной смеси образуют поверхности раздела: жидкость — газ, жидкость — твердое и твердое — газ. Каждая из поверхностей раздела характеризуется своим значением свободной поверхностной энергии, появление которой обусловлено неодинаковым притяжением молекул поверхностного слоя со стороны соприкасающихся фаз, при этом поверхностная энергия локализована в тонком поверхностном слое, толщина которого не-намного превышает размеры двух-трех молекул. Частицы фаз разделены тонкими прослойками дисперсионной среды. Как все неравновесные системы, такая система будет стремиться к равновесному состоянию с минимальной межфазной поверхностью. Для стабилизации дисперсных трехфазных систем необходимо обязательное применение поверхностно-активных веществ, которые ад-сорбируются на поверхности воздух — вода, изменяют поверхностную энергию и стабилизируют воздушную дисперсию (пену). Коллоидная химия выделяет три процесса разрушения дисперсных систем, сопровождающиеся уменьшением свободной поверхностной энергии межфазных границ: изотермический перегон вещества от малых частиц к более крупным, коалесценция (слияние частиц) и коагуляция (агрегирование частиц при их слипании) [2].

file 0590

Documents