Устойчивость газовой фазы и структура поризованного бетона

В качестве пенообразователей для поризации бетон­ных смесей обычно используются различные поверхно­стно-активные вещества (ПАВ) синтетического или природного происхождения, как правило, анионоактивного типа [1]. Соединения ПАВ обладают различной пенообразующей способностью, а образуемые с их по­мощью пенные системы — различной устойчивостью. Однако до настоящего времени в технологии поризо­ванного бетона отсутствовала единая методика подбора концентрации пенообразователя. В практике изготов­ления поризованного бетона расход пенообразователя для получения строительных изделий разной плотнос­ти, как правило, подбирается опытным путем, в зависи­мости от технологии их приготовления.

Известно [2], что пенообразующая способность вод­ных растворов ПАВ экспериментально определяется высотой столба полученной пены и в значительной ме­ре характеризуется величиной поверхностного натяже­ния раствора, зависящего от его состава, концентрации и температуры. С увеличением концентрации водных растворов ПАВ их поверхностное натяжение, как пра­вило, закономерно уменьшается, достигая для мицеллообразующих ПАВ предельных минимальных величин при критических концентрациях мицеллообразования (ККМ). При этом самым низким значениям поверхно­стного натяжения водных растворов ПАВ соответствует их наиболее высокая пенообразующая способность.

Поверхностная энергия системы вода+ПАВ при добавлении в нее песка не изменяется, так как молеку­лы частиц песка Si02 имеют отрицательный заряд, как и молекулы анионоактивного ПАВ, и их взаимодей­ствие, очевидно , сведется к отталкиванию друг от дру­га. Однако при добавлении в систему вода+ПАВ це­мента поверхностная энергия может существенно из­мениться, поскольку в состав цемента входят ионы Са2+, имеющие положительный заряд. При этом они могут взаимодействовать с отрицательно заряженны­ми ионами анионоактивного ПАВ. Известно [3], что связывание анионоактивных ПАВ с солями кальция приводит к образованию слаборастворимых солей, в результате чего концентрация свободного ПАВ умень­шается, что приводит к увеличению поверхностного натяжения раствора и снижению его пенообразующей способности.

Исследования влияния цемента и песка на пенообразующую способность систем вода+ПАВ проводились с использованием водных растворов ПАВ «Пеностром». Задача исследований заключалась в определении ККМ растворов в системах вода+ПАВ, вода+ПАВ+песок, вода+ПАВ+цемент. При этом величина ККМ оценива­лась как концентрация, при которой достигалось мини­мальное значение поверхностного натяжения водных растворов ПАВ.

Зависимости поверхностного натяжения систем вода+ПАВ, вода+ПАВ+песок и вода+ПАВ+цемент от концентрации ПАВ представлены на рис. 1. Из анализа полученных результатов следует, что при увеличении концентрации ПАВ происходит уменьшение поверх­ностного натяжения растворов Пеностром, при этом характер влияния цемента и песка на величину поверх­ностного натяжения, а следовательно, и на пенообразующую способность различный. Поверхностное натяже­ние и ККМ растворов в системе вода+ПАВ+песок по сравнению с системой вода+ПАВ не изменяется, при этом не изменяется и их пенообразующая способность. При одинаковых концентрациях ПАВ в системе во­да+ПАВ+цемент в отличие от системы вода+ПАВ наб­людается значительное повышение поверхностного на­тяжения раствора (уменьшение пенообразующей спо­собности) вследствие адсорбции части молекул ПАВ на поверхности цементных частиц. При введении в систе­му вода+ПАВ цемента происходит смещение значения ККМ водного раствора ПАВ с 0,15 до 0,35%. Увеличе­ние концентрации растворов ПАВ Пеностром в системе вода+ПАВ+цемент до 0,35%, по нашему мнению, свя­зано с необходимостью их дополнительного насыще­ния молекулами ПАВ, обеспечивающих компенсацию процесса хемосорбции части молекул ПАВ на поверх­ности цементных частиц.

Как и следовало ожидать, при концентрациях С=0,06% в системах вода+ПАВ, вода+ПАВ+песок (кривые 1 и 2) и С=0,12% в системе вода+ПАВ+цемёнт (кривая 3) начинается формирование насыщенных ад­сорбционных слоев. Завершение формирования адсо­рбционных слоев в этих системах происходит при кон­центрациях растворов, соответствующих значениям их ККМ, равным 0,15% и 0,35% соответственно.