Выбор оборудования для изготовления пенобетона

Пенобетон или как его еще называют ячеистый бетон, получают путем смешивания предварительно приготовленной стабильной пены с цементным или цементно-песчанным раствором. В результате этого в бетоне появляется огромное количество мельчайших пузырьков воздуха, что делает его намного легче (его плотность снижаться).

Хорошие физико-технические показатели (в первую очередь отличная теплоизоляция и шумоизоляция) и эксплуатационные характеристики (низкое водопоглощение, высокая морозостойкость) пенобетона, пенополистиролбетона, пеногазобетона, пеносиликата, обусловлены в первую очередь содержанием в нем до 80 % воздушной фазы, представляющей собой высокодисперсную пену. 

Структура пенобетона

 

Как правильно выбрать пеногенератор ?

 

Пена основной компонент пенобетона, она должна обладать высокой стабильностью и "жить" в течении всего времени перемешивания бетонной смеси. Существует много разных типов пен (некоторые даже запатентованы), на синтетической или протеиновой основе, все они с разным успехом используются для создания пенобетонов.

От качества пены напрямую зависит качество конечного продукта – ячеистого бетона. От качества производимой продукции зависит прибыль. А извлечение максимальной прибыли и есть успех в бизнесе.

Это и является убедительным ответом для тех, кто спрашивает: зачем нужен пеногенератор? Качественный пеногенератор - это прежде всего качественная пена.

Пена характеризуется следующими показателями:

  • Пенообразующая способность.
  • Кратность пены – максимально достижимый объем пены, образующейся из определенного объема жидкости ?= Vп /Vж,

где Vп - объем пены,

- объем пенообразователя, израсходованный на ее образование (рекомендованной концентрации, т.к зачастую пенообразователи поставляются в концентрированном виде и требуют разбавления водой).

Кратность пенообразователя должна быть не менее 10. Это необходимо для уменьшения отрицательного действия пенообразователей на гидратацию вяжущего.

На прочность пенобетона также оказывает влияние количество вводимой в поризуемую смесь воды с пеной, которая приводит к дополнительному образованию капиллярных пор.

  • Стабильность (стойкость) пены – время распада единицы объема пены, которое зависит от прочности ее пленочного каркаса. Стабильность (стойкость) измеряется временем самопроизвольного уменьшения столба h (или объема V) пены в два раза:

t 1/2 = h /2 (см./сек.)

Изменение пены со временем происходит вследствие вытекания жидкости из пены (синерезиса) и разрыва пленок.

  • Стабильность (стойкость) пены в растворе - значение этого показателя отображает совместимость технической пены со средой твердеющего раствора и показывает объем использования пены в приготовлении поризованного раствора.

Определение коэффициента стойкости пены в растворе производится путем смешивания в течение 1 минуты 1-го литра цементного теста (В/Ц=0,4) и 1-го литра пены, с последующим измерением полученного объема поризованного теста (пеномассы). Объем полученной пеномассы делим на 2 и получаем коэффициент стойкости пены, назовем его "С".

Получаемую техническую пену можно считать удовлетворительной, если значение "С" = от 0,8 до 0,85, а качественной: "С" = 0,95.

Чем выше коэффициент стойкости пены, тем меньший объем пены необходим для получения пенобетона требуемой плотности и, соответственно, необходим меньший расход пенообразователя.

Пенообразователь, как и любая добавка, в чрезмерном количестве на начальной стадии замедляет и может совсем приостановить твердение вяжущего. Количество пенообразователя в жидкой фазе вяжущего можно определить через "С". Поэтому необходимо использовать пены более высокой кратности, уменьшая объем пенообразователя, вводимого в бетонную смесь, но сохраняя высокое значение "С". Эти технологические параметры пены находятся во взаимосвязи и в противоречии. Поэтому для каждого состава пенообразователя и пены необходимо определять их приоритетное влияние на технологические и физико-механические свойства пенобетона.

  • Стабильность (стойкость) пены в смеси во времени - стойкость поризованной смеси во времени характеризуется осадкой пенобетонной смеси. Можно предположить, что влияние на процесс осаждения оказывает изменение рН среды твердеющего бетона и перераспределение ПАВ (поверхностно активное вещество - пенообразователь) в дисперсной системе. При недостаточной структурной прочности межпоровых перегородок (результат действия ПАВ) происходит их прорыв и слияние. Такие изменения поризованной смеси во времени измеряют высотой осадки поризованной смеси к начальной ее высоте.

Чем меньше осадка пенобетонной смеси, тем качественней пенообразователь и приготовленная на его основе техническая пена.

  • Плотность пены – соотношение жидкой и газовой фаз.
  • Структурно механические свойства - способность определенное время сохранять первоначальную форму.
  • Несущая способность - способность пузырьков пены без разрушения удерживать на своей поверхности определенное количество иных веществ (раствора).
  • Дисперсность – величина, характеризующая средний размер пузырьков и их распределение по объему пены.

Основные критерии оценки свойств пенообразователей:

  • концентрация пенообразователя для приготовления стабильной (стойкой) пены;
  • кратность получаемой пены;
  • коэффициент стойкости пены в вяжущем растворе.

Пена делается при помощи пеногенератора, устройства, где вода, воздух и пеноагент смешиваются. Пеногенератор работает от сжатого воздуха (требуется компрессор). Полученная пена подаются через сопло наружу. Количество пены в свою очередь определяет стоимость пенобетона. Обычный пенобетон содержит 400-500 литров пены на кубический метр (при плотности 900-1400 кг/куб.м).

На сегодняшний день на рынке строительного оборудования предлагается два типа пеногенераторов:

  • Пеногенераторы непрерывного действия (безресиверные);
  • Пеногенераторы циклического типа (ресиверные).

Хороший пеногенератор позволяет производить пенобетон более технологично, гораздо высшего качества и в больших объемах, причем получать меньшие плотности и большие прочности, чем на одностадийном кавитационном оборудовании. В отличие от одностадийных схем производства ячеистых бетонов, он позволяет управлять технологическим процессом пенообразования, устранять брак в работе. Кроме того, на хорошем пеногенераторе, можно добиться существенной экономии пенообразователя (в среднем 0,5 л/м3).

Важно знать и помнить, что расход пенообразователя не должен превышать 1,5 литров на 1 куб.м. производимого пенобетона. Это необходимо по двум причинам. Первая: для экономии пенообразователя. Вторая: для меньшего влияния на процесс твердения пенобетона. Как известно, при большом количестве пенообразователя, использованного для приготовления пенобетона, может увеличиваться время затвердевания пенобетона, понижаться его прочность, увеличиваться усадка.

Какой пеногенератор лучше?

Вы стоите перед выбором: какой пеногенератор покупать? С непрерывным режимом или цикличного типа режимом работы? Конечно, решать покупателю. Но об основных «подводных камнях» пеногенераторов с ресивером, вы должны знать. Основные различия между пеногенераторами непрерывного и цикличного типа (или прерывистого - дискретного действия) заключаются в следующем.

 

Пеногенераторы непрерывного действия. Безресиверные

 

Пена из пеногенератора, по желанию оператора, непрерывно поступает в пенобетоносмеситель. Принцип работы пеногенератора заключается в следующем.

Из емкости с раствором пенообразователя, электронасос подает пенообразующую жидкость к блоку управления и регулировок, а затем в смесительную камеру. Одновременно компрессор производит сжатый воздух и подает его к другому блоку регулировок. В блоке регулировок с помощью кранов и вентилей управления производится регулировка и управляемое распределение потоков воздуха и раствора пенообразователя. Затем поток направляется в смесительную камеру. В смесительной камере происходит турбулентное смешение потоков раствора пенообразователя и воздуха.

В результате получаем жидкостно-воздушную смесь. В процессе дальнейшего движения полученной жидкостно-воздушной смеси по каналу пеногенерирующего устройства, в результате прохода через расположенные в определенном порядке сегменты, происходит окончательная гомогенизация состава жидкостно-воздушной смеси.

В результате на выходе пеногенерирующего устройства получается пена, которая затем вводится в смеситель после всех компонентов.

Детали, контактирующие с раствором пенообразователя, выполнены из корозионностойких материалов или обычного металла. От этого зависит себестоимость и надежность эксплуатации агрегата, генерирующего пену.

ДОСТОИНСТВА ПЕНОГЕНЕРАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ:

Большая кратность пены, генерируемая пеногенераторами непрерывного действия, очень важна для гарантии качества конечного продукта. За счет повышенной кратности пеногенератор позволяет вводить меньшее количество пенообразователя при постоянном объеме пены. Большое количество пенообразователя замедляет процессы твердения цемента и ухудшает прочностные характеристики бетона и изделий.

Создают идеальные условия для равномерной диффузии газообразной фазы в раствор пенообразователя. Вследствие этого:

  • большая кратность получаемой пены;
  • максимальный коэффициент использования пены в пенобетоне;
  • высокая стойкость пены во времени в пенобетонной смеси;
  • сокращаются сроки схватывания и динамика гидратации цемента в присутствии пенообразователя;
  • увеличивается конечная прочность бетона;
  • Обеспечивают минимальный расход пенообразователя при высоких пенообразующих характеристиках и высокую стойкость пены.

Уменьшение В/Т в поризуемом растворе изменяет значение, приводит к увеличению плотности получаемого пенобетона. Поэтому в технологии пенобетона некоторые производители используют относительно высокое значение В/Т.

Производство и использование пен высокой кратности (так называемых условно "сухих пен") приводит к перераспределению воды из твердеющего раствора в межпленочные слои пузырьков пены. Такой эффект наблюдается при использовании определенных видов пенообразователей и пен повышенной вязкости. За счет такого технологического приема представляется возможным получить пенобетон меньшей плотности, уменьшая отрицательное воздействие пенообразователя на гидратацию вяжущего.

-Возможность использования недорогих отечественных пенообразователей.

Позволяет сохранять оптимальную концентрацию пенообразователя в поризуемом растворе при стойкости пены "С" не ниже 0,9. Вследствие чего, пропадает необходимость использовать дорогостоящие импортные пенообразователи, более высокой кратности и в большем объеме, или использовать ускорители схватывания раствора.

 

Пеногенераторы с ресивером или пеногенераторы с прерывистым режимом работы

 

10

Скрытый недостаток цикличного пеногенератора в том, что в отличие от пеногенератора непрерывного действия, где пенообразование происходит «на проходе» (без создания давления в герметичной емкости), не причиняя вреда технике, в пеногенераторах цикличного действия пенообразующую жидкость предварительно вручную заливают в ресивер. Это делается с помощью ведра или с помощью шланга, подсоединив его к водопроводной сети. После заправки ресивера жидкостью (пенообразователем) закрывают кран, расположенный на ресивере. После этого открывают кран подачи сжатого воздуха и принудительно создают в ресивере давление от 4 до 8 атмосфер (на разных пеногенераторах по-разному). При достижении заданной величины избыточного давления в ресивере закрывают кран подачи сжатого воздуха. И только после всех этих выполненных подготовительных мероприятий, пеногенератор цикличного действия будет готов к работе. Остается в нужный момент, открыть еще один кран, вмонтированный в корпус ресивера, и выпустить содержимое наружу через пеногенерирующую трубу. В результате получим долгожданную пену. Все вручную. И так каждый цикл. Вот такой принцип образования пены, в цикличном (ресиверном) пеногенераторе.

Задайте себе вопрос: Вам нужна такая суета?  Плюс вечно куда-то запропастившееся ведро, пролитый пенообразователь на пол, которого к концу смены, после каждой заправки ресивера, будет изрядное количество.

В пеногенераторах непрерывного действия никаких подготовительных работ перед каждым включением пеногенератора не требуется. Достаточно включить одну кнопку «Пуск». А после окончании работы пеногенератора, нажать копку «Стоп». Чувствуете разницу? Кроме того, на пеногенераторах нашей конструкции все это происходит в автоматическом режиме. Никакого человеческого фактора! Никаких дополнительных трудозатрат! И культура производства в порядке.

Не зная принципа действия подобных пеногенераторов, работающих в цикличном режиме, человек покупает «мину замедленного действия», в самом прямом смысле этого слова!

Суть взрыва ресивера (проще говоря, металлического баллона) заложена изначально в самой конструкции пеногенератора, такой уж у него принцип генерирования пены. Представьте себе сосуд, работающий под давлением, в котором должен аккумулироваться чистый сжатый воздух. Вместо этого, согласно инструкции, прилагаемой к пеногенератору, в него необходимо заливать щелочной раствор пенообразователя. Щелочь будет добросовестно выполнять свою функцию - при постоянном воздействии на внутренние металлические стенки сосуда (ресивера), начнет их «разъедать». При этом никто не в состоянии спрогнозировать срок службы ресивера. Тем более, если в пенообразователь добавлять стабилизаторы пены (наиболее распространенный - высокоактивная известь – кипелка). А вводить стабилизаторы необходимо именно в раствор пенообразователя, то есть в ресивер. Велик соблазн использовать такой недорогой и эффективный стабилизатор. Но как решить вопрос с защитной функцией ресивера, в котором пенообразователь с известью находится под немалым давлением? Да еще и жидкость - вещь не сжимаемая и при повышении избыточного давления, она пропорционально начинает давить на стенки сосуда (ресивера), помогая щелочи «разъедать» металл из которого сделан сосуд.

Вопрос: когда взорвется?

Можно конечно, еженедельно проверять ресивер, приглашая органы технического надзора. Но первый вопрос инспектора – «Где паспорт на сосуд?» И если даже паспорт существует и зарегистрирован органами гостехнадзора (как сосуд для сжатого воздуха), то все расчеты, приведенные в нем (расчет цилиндрической обечайки, расчет сферического дна, расчет сварного шва, прибавки на компенсацию коррозии) относятся к чистому сжатому воздуху, а не к агрессивной щелочной среде. Разрешит ли Вам инспектор технадзора, вообще эксплуатировать этот пеногенератор с его «гениально простым» принципом действия?

О качестве пены на пеногенераторе цикличного действия.

Качество пены оставляет желать лучшего. И вот доказательство тому. В начальный момент, после пуска пеногенератора, пенообразователь под давлением, к примеру 6 атмосфер (иначе не получится мелкодисперсная пена), подается в пеногенерирующую трубу, где и происходит пенообразование. По мере расхода воздуха, давление в ресивере снижается, предположим до 4 атмосфер, а значит автоматически изменяется в худшую сторону и параметры генерируемой пены, и в конечном итоге, изменяются главные ее критерии: прежде всего, кратность, дисперсность и устойчивость. А значит и конечный продукт пенобетон, пеносиликат или пенополистиролбетон. В начальный период, пена поступает в смеситель качественная, с плотностью 60 грамм в литре. Затем, вес пены увеличивается до 100 грамм в литре. Следовательно, пена ухудшается. И в конце такта работы пеногенератора, вес пены может увеличится до 140-200 грамм в литре. А иногда и значительно больше! Что совсем плохо, особенно при производстве легких ячеистых бетонов с плотностью D400.

 

Дозировка необходимого количества пены

 

Дозировка пены может осуществляться в ручную - по максимальному заполнению рабочего объема смесителя или автоматически - при помощи таймера-дозатора.

Наличие дозирующего устройства пены в пеногенераторе не более чем желание покупателя автоматизировать процесс получения пенобетона. Как показывает практика, в нем нет необходимости.

Наиболее точная дозировка пены осуществляется путем полного заполнения рабочего объема смесителя.

Например: рабочий объем смесителя - 200 литров производим пенобетон Д400 (марка по средней плотности). В данном случае дозировка осуществляется следующим образом:

  • цемент: 310 кг Х 0,2=62 кг
  • вода затворения: 140 л Х 0,2=28 л
  • пена: 800 л Х 0,2=160 л

Получаем на выходе - 200 литров готового аэрированного бетона - пенобетона.

Т.е. на выходе 200 литров готового пенобетона Д400 ни больше и не меньше, заметьте, дозировка осуществлена не "на глазок", а по заполнению рабочего объему смесителя - V=200 литров! Аналогично при любом другом объеме смесителя.

Теперь производим эту же марку пенобетона, но с применением таймера-дозатора:
Настраиваем дозатор на выработку 160 литров пены и тоже имеем полностью заполненный рабочий объем смесителя V=200 л. Все тоже самое, только есть два "но":

  • погрешность дозатора и не учтенный % разбитой пены лопастями (шнеком) смесителя во время перемешивания.
  • Вполне очевидно, то что, начинающий производитель доверяя таймеру-дозатору получит пенобетон плотностью отличную от запланированной.

Вывод, наиболее точной дозировкой, является дозировка, по максимальному заполнению рабочего объема смесителя!

 

Как правильно выбрать смеситель (растворосмеситель) для пенобетона ?

 

Хотя для приготовления пенобетона возможно использовать любые обычные бетоно/растворосмесители, наилучшее качество и скорость перемешивания показывают смесители принудительного типа с горизонтально расположенным валом.

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 начиная с 400 об/мин наблюдается монотонное уменьшение воздухововлечения.

Для обычной лопастной мешалки оптимальной оказалась скорость 345 — 380 об/мин. Дальнейшее её увеличение приводит 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 малы 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 добавками различных пенообразователей в течении - до 90 минут. Несомненно, увеличение продолжительности перемешивания должно сопутствовать росту воздухововлечения. Однако установлено, что со временем скорость насыщения массы пузырьков 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 вовлечения 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.

В современных растворосмесителях пренудительного действия смешивание компонентов осуществляется смесительным узлом в виде лопастей.

  

Как правильно выбрать компрессор для стабильной работы пеногенератора?

 

Для стабильной работы пеногенератора необходимо дополнительное оборудование - компрессор производительностью на выходе не менее 0,2 куб.м. в минуту (200 лит/мин) и давлением не менее 5 атм. Можно использовать компрессор любой марки с параметрами не ниже указанных.