Пенообразователь для поризации бетонной смеси
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве конструкционных и теплоизоляционных ячеистых бетонов. Технический результат - разработка пенообразователя, позволяющего получать пенобетон плотностью менее 500 кг/м3 и обеспечивающего при этом высокую прочность пенобетона. Пенообразователь для поризации бетонных смесей включает, мас.%: алкилэтоксисульфаты (в пересчете на 100% основного вещества) 7-28, органический растворитель - одно или несколько веществ, выбранных из ряда: н-бутиловый спирт, изобутиловый спирт, монобутиловый эфир этиленгликоля, монобутиловый эфир диэтиленгликоля, монобутиловые эфиры пропиленгликоля, технические продукты сложного химического состава, преимущественно состоящие из перечисленных выше веществ, например, кубовые остатки производства бутиловых спиртов или побочный продукт производства бутилцеллозольва 0-15; соль поливалентного металла - водорастворимая соль алюминия, железа, марганца, хрома или кальция 0,1-15; вода остальное. В качестве алкилэтоксисульфатов используют натриевые, аммониевые, моноэтаноламиновые или триэтаноламиновые соли сульфатированных оксиэтилированных первичных жирных спиртов фракций С6-С10, С10-С12, C12-С14 со степенью этоксилирования 2 или 3 или же смеси указанных солей. 1 з.п. ф-лы, 7 табл.
Настоящее изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве конструкционных и теплоизоляционных ячеистых бетонов (пенобетонов).
Известен пенообразователь для получения пенобетона на основе алкилсульфатов следующего состава, мас.%:
| Алкилсульфаты C10-С13 | 10-30 |
| ВЖС C12-C16 | 0,5-5 |
| Мочевина | 10-30 |
| Бутанол | 5-15 |
| Вода | остальное |
[А.с. №1291585 СССР, опубл. 23.02.1987, бюл. №7]
Недостатком данного пенообразователя является то, что он не обеспечивает высокой пенообразующей способности даже при значительном увеличении концентрации пенообразователя в пенообразующем растворе.
Известен пенообразователь следующего состава, мас.%:
| - натрий алкилсульфаты первичных высших жирных спиртов | |
| фракции С9-C10 или спиртов фракции С9-С11 | 10,0-18,0 |
| - натрий алкилсульфаты первичных высших жирных спиртов | |
| фракции C12-C14 или спиртов фракции C11-C13 | 3,0-7,0 |
| - натрий алкилэтоксисульфаты первичных высших жирных спиртов | |
| фракции C12-C14 со степенью этоксилирования 2 или 3 | 3,0-7,0 |
| - спирт бутиловый нормальный | 5,0-9,0 |
| - первичные высшие жирные спирты фракции С12-С14 или | |
| спирты фракции С11-С13 | 1,5-3,5 |
| - карбамид | 5,0-13,0 |
| - вода | до 100 |
[Заявка RU 2003126099, опубл. 20.02.2005, бюл. №5]
Недостатком пенообразователя является низкая прочность пенобетонов плотностью менее 500 кг/м3, получаемых с его использованием.
Наиболее близким к настоящему изобретению является пенообразователь следующего состава, мас.%:
| - Вторичные алкилсульфаты натрия фракции C10-C16 | 10-26 |
| - Высшие жирные спирты фракции C12-C16 | 0,1-5,0 |
| - Мочевина | 1-8 |
| - Бутанол | 0,5-5,5 |
| - КООС | 0,5-10 |
| - Глицерин | 0,5-5,5 |
| - Ускоритель схватывания-твердения | 0,5-6,0 |
| - Вода | остальное |
[патент RU 2150447, опубл. 10.06.2000]
Недостатком этого пенообразователя является низкая механическая прочность получаемых с его применением пен, что ограничивает его использование для производства пенобетона плотностью менее 500 кг/м3.
Задачей настоящего технического решения является разработка пенообразователя, позволяющего получать пенобетон плотностью менее 500 кг/м3 и обеспечивающего при этом прочность пенобетона, более высокую, в сравнении с известными пенообразователями.
Поставленная задача решается за счет того, что пенообразователь содержит в качестве поверхностно-активного вещества алкилэтоксисульфаты, в качестве органического растворителя - одно или несколько веществ, выбранных из ряда: н-бутиловый спирт, изобутиловый спирт, монобутиловый эфир этиленгликоля, монобутиловый эфир диэтиленгликоля, монобутиловые эфиры пропиленгликоля, технические продукты сложного химического состава, преимущественно состоящие из перечисленных выше веществ, например, кубовые остатки производства бутиловых спиртов или побочный продукт производства бутилцеллозольва, а в качестве соли поливалентного металла - водорастворимую соль алюминия, железа, марганца, хрома или кальция в следующих пропорциях, мас.%:
- алкилэтоксисульфаты (в пересчете на 100% основного вещества) - 7-28;
- органический растворитель - 0-15;
- соль поливалентного металла - 0,1-15;
- вода - до 100,
при этом в качестве алкилэтоксисульфатов используют натриевые, аммониевые, моноэтаноламиновые или триэтаноламиновые соли сульфатированных оксиэтилированных первичных жирных спиртов фракций С6-C10, C10-C12, C12-C14 со степенью этоксилирования 2 или 3 или же смеси указанных солей.
Характеристика используемого сырья:
1. Аммонийная соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов фракции С6-C10 со степенью этоксилирования 3. Продукт «Witcolate 1247Н» фирмы «Witco Corp.». Содержание основного вещества - 64-66%.
2. Аммонийная соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов фракции C10-C12 со степенью этоксилирования 3. Продукт «Witcolate 1276» фирмы «Witco Corp.». Содержание основного вещества - 52,5-53,5%.
3. Натриевая соль сульфатированных этоксилатов жирных спиртов лауриловой фракции (C12-C14) со степенью оксиэтилирования 2. Продукт «Texapon-70» фирмы «Cognis», содержание основного вещества 70%.
4. Натриевая соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов лауриловой фракции (С12-С14) со степенью этоксилирования 3. Продукт «Ungerol LES 3-70» фирмы «Bang & Bonsomer». Содержание основного вещества 70%.
5. Моноэтаноламиновая соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов лауриловой фракции (С12-С14) со степенью этоксилирования 3. Продукт «Zetesol LME» фирмы «Zschimmer & Schwarz». Содержание основного вещества 28%.
6. Триэтаноламиновая соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов лауриловой фракции (С12-С14) со степенью этоксилирования 3. Продукт «Zetesol LT» фирмы «Zschimmer & Schwarz». Содержание основного вещества 29%.
7. н-Бутиловый спирт, ГОСТ 5208-81 «Спирт бутиловый нормальный технический. Технические условия».
8. Изобутиловый спирт, ГОСТ 9536-79 «Спирт изобутиловый технический. Технические условия».
9. Монобутиловый эфир этиленгликоля, ТУ 6-01-646-84 «Бутилцеллозольв технический».
10. Монобутиловый эфир диэтиленгликоля, ТУ 6-05-10-50-86 «Бутилкарбитол».
11. Монобутиловые эфиры пропиленгликоля, ТУ 6-01-26-08-83 «Флотореагент ОПСБ». Состав продукта: - смесь монобутиловых эфиров пропиленгликоля.
12. Кубовые остатки ректификации бутиловых спиртов, ТУ 2421-101-05766575-2001 «Растворитель КОРБС».
13. Побочный продукт производства бутилцеллозольва, ТУ 24-34-131-00203335-2001 «Продукт «ППБ».
14. Алюминий сернокислый, ГОСТ 12966-85 «Алюминия сульфат технический очищенный. Технические условия».
15. Марганец сернокислый. ГОСТ 435-77. «Реактивы. Марганец (II) сернокислый 5-водный. Технические условия».
16. Марганец хлористый, ГОСТ 612-75 «Марганец (II) хлористый 4-водный, технические условия».
17. Железо сернокислое, ГОСТ 6981-94 «Купорос железный технический. Технические условия».
18. Хром сернокислый, ГОСТ 4472-78 «Хром (III) сернокислый 6-водный. Технические условия».
19. Кальций хлористый, ГОСТ 450-77 «Кальций хлористый технический. Технические условия»
20. Кальций азотнокислый, ГОСТ 4142-77 «Кальций азотнокислый 4-водный. Технические условия».
Приготовление пенообразователей осуществляли путем последовательного растворения в теплой воде органического растворителя, алкилэтоксисульфатов и соли поливалентного металла.
Чистые пены получали путем взбивания 2%-ного раствора пенообразователя быстроходной механической мешалкой. Для этого 40 мл раствора пенообразователя помещали в 1 л емкость и взбивали заданное время миксером, имеющим частоту вращения рабочего тела 1440 об/мин.
Испытания составов производились следующим способом: к 200 г цемента марки ПЦ500Д0 добавляли 80 г воды и тщательно перемешивали до получения однородного цементного теста. Одновременно из 2%-ного водного раствора пенообразователя получали пену кратностью 14±1. Время взбивания пены - 90 сек. Необходимое для получения заданной плотности пенобетона количество пены смешивали с цементным тестом, перемешивали в течение 3 минут, после чего замеряли плотность пенобетона. Свежеприготовленный пенобетон заливали в прямоугольные формы, имеющие линейные размеры 10×10×10 см, и выдерживали 28 дней, после чего определяли прочность образцов. Определение прочности осуществляли по ГОСТ 10180-90 «Методы определения прочности по контрольным образцам».
В качестве пенообразователя-прототипа использовали состав, составленный в соответствии с примером №1 описания к патенту RU 2150447.
Примеры 1-6 (таблица 1) показывают, что введение в состав пенообразователя сульфата алюминия позволяет получить пенобетон с прочностью до 18% более высокой по сравнению с той, что достигается с пенообразователем-прототипом. Максимальное количество сульфата алюминия в составе пенообразователя ограничено значением 15 мас.%, так как при большей концентрации прироста прочности уже нет, а чрезмерно вязкая консистенция пенообразователя не позволяет получать однородный продукт.
Примеры 7-11 (таблица 2) показывают, что прочность пенобетона остается практически неизменной при замене натриевой соли сульфатированных этоксилатов жирных спиртов лауриловой фракции на другие соли алкилэтоксисульфатов, в том числе и с более короткой длиной алкильного радикала. Это свидетельствует о взаимозаменяемости различных алкилэтоксисульфатов в рамках настоящего технического решения.
Примеры 12-19 (таблица 3) показывают влияние содержания органического растворителя в пенообразователе на кратность получаемых пен при неизменных условиях их получения. В отсутствие растворителя (пример 12) пены получаются невысокой кратности. Введение в состав пенообразователя бутилового спирта, изобутилового спирта, монобутилового эфира этиленгликоля, монобутилового эфира диэтиленгликоля, монобутиловых эфиров пропиленгликоля, кубовых остатков производства бутиловых спиртов, побочного продукта производства бутилцеллозольва позволяет при прочих равных условиях в 1,3-1,5 раза повысить кратность пен.
Примеры 20-23 (таблица 4) на примере н-бутилового спирта показывают, что повышение кратности пен при введении в состав пенообразователя органического растворителя обнаруживается уже при содержании бутилового спирта, равном 1 мас.%, и продолжает нарастать с увеличением массовой доли спирта в составе пенообразователя. В то же время по мере увеличения доли спирта прирост кратности замедляется, в связи с чем вводить спирт в пенообразователь в количестве, превышающем 15 мас.%, экономически нецелесообразно.
Примеры 24-28 (таблица 5) показывают, что повышение прочности пенобетона имеет место и при включении в состав пенообразователя водорастворимых солей других металлов: хрома, марганца, железа и кальция.
Примеры 29-33 (таблица 6) показывают, что при снижении содержания алкилэтоксисульфатов натрия в составе пенообразователя до 7 мас.% вспенивающая свособность пенообразователя снижается, что особенно заметно при коротком времени вспенивания. Поэтому понижать содержание алкилэтоксисульфатов ниже данного уровня нецелесообразно.
С другой стороны, при содержании алкилэтоксисульфатов 28 мас.% консистенция пенообразователя оказывается слишком вязкой, что делает весьма неудобным как производство такого состава, так и его использование.
Пример 34 (таблица 7) демонстрирует различие в поведении пенообразователя, собранного в соответствии с настоящим техническим решением (состав по примеру 20), и пенообразователя-прототипа. Как следует из приведенных данных, состав по примеру 20 пригоден для получения пенобетонов плотностью до 350 кг/м3, в то время как при прочих равных условиях с пенообразователем-прототипом можно получить пенобетон плотностью не ниже 500 кг/м3.
| Таблица 1 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | прототип | |
| состав пенообразователя, мас.% | |||||||
| Натриевая соль сульфатированных этоксилатов жирных спиртов лауриловой фракции (С12-С14) со степенью оксиэтилирования 2 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | - |
| Алюминий сернокислый | 0 | 0,1 | 5 | 10 | 15 | 17 | |
| Вода | 84,6 | 83,6 | 79,6 | 74,6 | 69,6 | 64,6 | |
| Консистенция продукта | жидкость | текучий гель | нетекучий гель | ||||
| Плотность пенобетона, кг/м3 | 450 | 440 | 455 | 460 | 440 | 470 | 450 |
| Прочность пенобетона на сжатие через 28 суток, кг/см2 | 10,0 | 10,5 | 11,7 | 12,1 | 12,3 | 12,1 | 10,4 |
| Таблица 2 | |||||
| Номер примера | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| состав пенообразователя, мас.% | |||||
| Аммонийная соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов фракции С6-C10 со степенью этоксилирования 3 | 15,4 | ||||
| Аммонийная соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов фракции C10-C12 со степенью этоксилирования 3 | 15,4 | ||||
| Натриевая соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов лауриловой фракции (C12-C14) со степенью этоксилирования 3 | 15,4 | ||||
| Моноэтаноламиновая соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов лауриловой фракции (C12-C14) со степенью этоксилирования 3 | 15,4 | ||||
| Триэтаноламиновая соль сульфатированных оксиэтилированных жирных спиртов лауриловой фракции (C12-C14) со степенью этоксилирования 3 | 15,4 | ||||
| Алюминий сернокислый | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| Вода | 74,6 | 74,6 | 74,6 | 74,6 | 74,6 |
| Плотность пенобетона, кг/м3 | 445 | 460 | 460 | 455 | 450 |
| Прочность пенобетона на сжатие через 28 суток, кг/см2 | 12,1 | 12,4 | 11,7 | 11,9 | 12,0 |
| Таблица 3 | ||||||||
| Номер примера | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
| состав пенообразователя, мас.% | ||||||||
| Натриевая соль сульфатированных этоксилатов жирных спиртов лауриловой фракции (С12-С14) со степенью оксиэтилирования 2 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 |
| Алюминий сернокислый | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| н-бутиловый спирт | 6,0 | |||||||
| изо-бутиловый спирт | 6,0 | |||||||
| монобутиловый эфир этиленгликоля | 6,0 | |||||||
| монобутиловый эфир диэтиленгликоля | 6,0 | |||||||
| монобутиловые эфиры пропиленгликоля | 6,0 | |||||||
| кубовые остатки производства бутиловых спиртов | 6,0 | |||||||
| побочный продукт производства бутилцеллозольва | 6,0 | |||||||
| Вода | 74,6 | 68,6 | 68,6 | 68,6 | 68,6 | 68,6 | 68,6 | 68,6 |
| Кратность пены после 60 с взбивания | 7,1 | 10,8 | 8,8 | 9,9 | 10,4 | 9,7 | 9,0 | 8,5 |
| Таблица 4 | ||||||
| Номер примера | 19 | 20 | 21 | 22 | ||
| состав пенообразователя, мас.% | ||||||
| Натриевая соль сульфатированных этоксилатов жирных спиртов лауриловой фракции (С12-С14) со степенью оксиэтилирования 2 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | ||
| Алюминий сернокислый | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | ||
| Бутиловый спирт | 1,0 | 10,0 | 15,0 | 20,0 | ||
| Вода | 73,6 | 64,6 | 59,6 | 54,6 | ||
| Кратность пены после 60 с взбивания | 7,7 | 12,1 | 12,7 | 12,9 | ||
| Таблица 5 | ||||||
| Номер примера | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 |
| состав пенообразователя, мас.% | ||||||
| Натриевая соль сульфатированных этоксилатов жирных спиртов лауриловой фракции (C12-C14) со степенью оксиэтилирования 2 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 | 15,4 |
| Бутиловый спирт | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 |
| Хром сернокислый | 6,0 | |||||
| Марганец сернокислый | 6,0 | |||||
| Марганец хлористый | 6,0 | |||||
| Железо сернокислое | 6,0 | |||||
| Кальций азотнокислый | 6,0 | |||||
| Кальций хлористый | 6,0 | |||||
| Вода | 72,6 | 72,6 | 72,6 | 72,6 | 72,6 | 72,6 |
| Плотность пенобетона, кг/м3 | 440 | 430 | 445 | 445 | 440 | 455 |
| Прочность пенобетона на сжатие через 28 суток, кг/см2 | 11,5 | 11,9 | 11,6 | 12,1 | 11,7 | 11,8 |
| Таблица 6 | |||||
| Номер примера | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 |
| состав пенообразователя, мас.% | |||||
| Натриевая соль сульфатированных этоксилатов жирных спиртов лауриловой фракции (C12-C14) со степенью оксиэтилирования 2 | 7,0 | 10,5 | 15,4 | 21,0 | 28,0 |
| Сульфат алюминия | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| Бутиловый спирт | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 |
| Вода | 77,0 | 73,5 | 68,6 | 63,0 | 56,0 |
| Консистенция пенообразователя | Жидкость | гель | |||
| Кратность пены после 10 с вспенивания | 3,9 | 8,13 | 9,18 | 9,31 | 9,44 |
| Кратность пены после 60 с вспенивания | 9,4 | 11,46 | 11,35 | 12,24 | 12,41 |
| Таблица 7 | |||||
| пример 33 | |||||
| состав по примеру 20 | |||||
| Плотность пенобетона, кг/м3 | 510 | 420 | 350 | 250 | |
| Осадка пенобетона, % | нет | нет | нет | 15% | |
| пенообразователь-прототип | |||||
| Плотность пенобетона, кг/м3 | 505 | 433 | 360 | 250 | |
| Осадка пенобетона, % | нет | 6% | 17% | пенобетон разрушился |
Таким образом данное техническое решение позволяет получить пенообразователь, пригодный для поризации бетонных смесей, позволяющий получать пенобетон плотностью от 350 кг/м3 с прочностью до 18% более высокой, чем с пенообразователем-прототипом.
1. Пенообразователь для поризации бетонных смесей, включающий поверхностно-активное вещество, органический растворитель и соль поливалентного металла, отличающийся тем, что содержит в качестве поверхностно-активного вещества алкилэтоксисульфаты, в качестве органического растворителя - одно или несколько веществ, выбранных из ряда: н-бутиловый спирт, изобутиловый спирт, монобутиловый эфир этиленгликоля, монобутиловый эфир диэтиленгликоля, монобутиловые эфиры пропиленгликоля, технические продукты сложного химического состава, преимущественно состоящие из перечисленных выше веществ, например кубовые остатки производства бутиловых спиртов или побочный продукт производства бутилцеллозольва, а в качестве соли поливалентного металла - водорастворимую соль алюминия, железа, марганца, хрома или кальция, в следующих пропорциях, мас.%:
| алкилэтоксисульфаты (в пересчете на 100% основного вещества) | 7-28 |
| органический растворитель | 0-15 |
| соль поливалентного металла | 0,1-15 |
| вода | до 100 |
2. Пенообразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве алкилэтоксисульфатов используют натриевые, аммониевые, моноэтаноламиновые или триэтаноламиновые соли сульфатированных оксиэтилированных первичных жирных спиртов фракций C6-C10, С10-С12, С12-С14 со степенью этоксилирования 2 или 3 или же смеси указанных солей.
