Способ изготовления пенобетона и установка для его осуществления

Способ изготовления пенобетона и установка для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области строительных материалов и изделий, а именно к способам изготовления и характеристикам пенобетона, изделий, деталей, сборных и монолитных конструкций на основе пенобетона, а также к технологическому оборудованию для осуществления указанного способа.

Из уровня техники известен способ изготовления пенобетона на основе одной дисперсии: гидравлического вяжущего вещества, преимущественно цемента, воды, наполнителя, поверхностно-активного вещества для пенообразования и стабилизатора пены [1]. Преимущество этого способа - одноприемность и соответственно - один технологический агрегат, недостатки - высокая плотность пенобетона (не менее 700 кг/м³, несмотря на опубликованные в ряде работ уверения в достижении менее затратной по расходу компонентов пониженной плотности - до 400 кг/м³, однако последнее значение не подтверждается при воспроизведении этих способов), значительная неоднородность продукта, по стандарту достигающая 12% даже для автоклавного ячеистого бетона [2], а для неавтоклавного существенно превышающая эти значения, сравнительно невысокая прочность при данной плотности и невысокая стойкость против действия коррозионных агентов внешней среды.

Известен также способ изготовления пенобетона на основе двух дисперсий: первой - суспензии гидравлического вяжущего, а именно портландцемента или цементов на его основе и наполнителя в воде или водном растворе электролитов, второй - пены, а именно дисперсии газа в водном растворе пенообразующего вещества, посредством предварительной раздельной гомогенизации указанных дисперсий, причем второй - в пеногенераторе, совмещения указанных дисперсий, а именно введения второй из указанных дисперсий (пены) в первую (суспензию) и их перемешивания в бетоносмесителе до получения пенобетонной смеси с последующими укладкой ее в форму или опалубку и твердением изготовленного пенобетона [3]. Однако достигаемый прирост однородности (реальное снижение предела коэффициента вариации при твердении в автоклавном варианте и оптимальных исходных компонентах - извести, цементе и др. - до 10%) и соответствующее снижение минимальной плотности пенобетона до 500-600 кг/м³ не компенсируют все же слишком высокого уровня указанной минимальной плотности, а также низкой прочности пенобетона указанной плотности в производственных условиях - не выше 0,7 МПа без автоклавной обработки и 1,5-2 МПа - после автоклавной обработки через 28 суток последующего твердения в воздушно-влажных условиях.

Введение дополнительного количества воды в пенобетонную смесь иногда позволяет изменить форму пор - концентраторов напряжений в пенобетоне, заменяя остроугольную форму пор округлой и способствуя тем самым, в отличие от обычного тяжелого бетона (снижающего прочность пропорционально количеству добавленной воды), приросту прочности ячеистого бетона [4]. Однако для получения этого эффекта требуются высокоактивные ускорители твердения пенобетона, вводимые в воду затворения, в сочетании с высокоактивным цементом и весьма эффективными стабильными и долговечными пенами, а для технологического контроля одновременного соблюдения этих мероприятий в производственных условиях необходимо значительное повышение затрат инженерного труда при высокой квалификации специалистов. Все это обусловило отсутствие широкого промышленного внедрения данного способа.

Аналогом настоящего изобретения является способ изготовления пенобетона на основе раздельно приготавливаемых цементоводной суспензии и пены, получаемой из водного раствора пенообразующего вещества в пеногенераторе, посредством введения пены в указанную суспензию и их гомогенизации в бетоносмесителе до получения пенобетонной смеси с последующим ее твердением в форме или опалубке, характеризующийся тем, что совмещение суспензии и пены ведут при температуре пены 15-50°С, предпочтительно 20-40°С [5]. Достоинство способа в том, что он показывает преимущества работы с применением более устойчивой пены по сравнению с предыдущими. Однако с его помощью невозможно получить действительно стабильную пенобетонную смесь, сохраняющую все свои свойства в течение хотя бы одного часа, не говоря уже о более длительном времени, а также в неприменимости данного способа в отечественных условиях, поскольку указанную температуру пены сложно гарантировать в нелетний период, тем более что при вспенивании раствора пенообразующего вещества температура пены всегда снижается по сравнению с температурой указанного раствора (эффект Баруса [6]).

Наиболее близким к настоящему изобретению аналогом (прототипом) является способ изготовления пенобетона путем двухступенчатого перемешивания исходных компонентов, а именно гидравлического вяжущего вещества, преимущественно цемента и воды или цемента, воды и заполнителя, с получением цементоводной суспензии на первой ступени в поле центробежных сил, подачу ее на вторую ступень перемешивания с предварительно приготовленной пеной до получения пенобетонной смеси заданной плотности и транспортирование последней в форму или опалубку с последующим твердением изготовленного пенобетона, в котором предварительное перемешивание исходных компонентов на первой ступени осуществляют в поле центробежных сил с активацией цемента в составе цементоводной суспензии посредством введения в нее водного раствора аммиака (нашатырного спирта) в количестве 0,05-2% массы цемента и ее выдерживания от 20 мин до времени, соответствующего сроку начала схватывания цементного теста нормальной густоты, перед введением пены [7]. Цель этого способа - активировать гидратацию цемента посредством добавки указанного спирта и соответственно ускорить твердение и повысить прочность пенобетона. При этом, как показывают эксперименты, выполненные авторами настоящего изобретения, рН жидкой фазы перемешиваемой цементоводной суспензии после введения нашатырного спирта мгновенно возрастает от 10 до 11,4, что ускоряет образование гидросиликатов кальция в составе продуктов гидратации портландцемента. Кроме того, о чем авторам предложения [7] не было известно, аммиак временно связывает растворенную в воде затворения углекислоту по реакции: 2NH₃+СО₂→NH₂COONH₄→2NН₃↑+СО₂↓, то есть аммиак, испаряясь в атмосферу, а углекислота, связываясь в СаСО₃, разлагают временно существующий продукт реакции - карбонат аммония. Из-за фугитивности (летучести) аммиака степень указанной реакции в условиях, изложенных в [7], в каждый момент времени до начала схватывания остается стабильной до исчерпания запаса аммиака и не превышает 2-3%. Тем не менее, в принципе - это шаг в правильном направлении, поскольку одним из важнейших недостатков пенобетона является высокая степень карбонатизации возникающих гидратных новообразований цемента, о чем подробно сказано ниже. В то же время целью длительного выдерживания цементоводной суспензии перед введением пены, хотя в [7] об этом не упоминается, является, как принято считать [8], получение "цементного геля", служащего дополнительным стабилизатором пены. Однако известные из работы [7] критерии окончания выдерживания цементоводной суспензии - не менее 20 мин (срок, рассматриваемый как достаточный для образования "цементного геля", способного помочь стабилизировать пену) и не позднее начала схватывания - то есть не позднее момента коагуляции упомянутого геля - не гарантирует постоянства характеристик цементоводной системы. Более того - к моменту начала схватывания - не ранее 45 мин после затворения цемента водой - характеристики цементоводной суспензии существенно изменяются по сравнению с таковыми через 20 мин после затворения цемента водой. Именно поэтому постоянство характеристик пенобетонной смеси при этом не гарантируется. Отсюда следует, что однородность и постоянная прочность пенобетона, получаемого известным способом, также не могут быть гарантированы.

Задачей настоящего изобретения в части способа изготовления пенобетона является получение на основе активируемой цементоводной суспензии и высококачественной пены пенобетона особо высокой однородности (при коэффициенте вариации плотности не выше 5%), особо низкой средней марки по плотности (D 150-400 кг/м³) и повышенной прочности (не ниже 1,5 МПа при верхнем указанном уровне плотности через 28 суток - 1 мес. после укладки в форму при воздушно-влажном режиме хранения).

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления пенобетона путем двухступенчатого перемешивания исходных компонентов, а именно гидравлического вяжущего вещества - цемента и и воды или цемента, воды и заполнителя, с получением на первой ступени - в поле центробежных сил цементоводной суспензии, гомогенизацией ее на второй ступени с предварительно приготовленной пеной до получения пенобетонной смеси заданной плотности и транспортирования ее в форму или опалубку с последующим твердением, перемешивание на первой ступени осуществляют с кавитацией, интенсифицируемой поддувом указанной суспензии с ее барботированием сжатым воздухом под давлением 250-600 КПа при уровне динамической вязкости указанной суспензии в пределах 8-15 Па·с и связывании находящейся в последней атмосферной углекислоты гидролитической известью, выделяемой активируемым цементом, при степени начальной гидратации цемента в конце перемешивания на первой ступени, определяемой по критерию потерь при прокаливании, 4,5-11 мас.%, а гомогенизацию поданной на вторую ступень указанной суспензии с указанной пеной осуществляют с ограничением доступа атмосферной углекислоты до достижения степени начальной гидратации цемента, определяемой по тому же критерию, 6,5-15 мас.%, и получения в пенобетоне продуктов гидратации цемента, преимущественно свободных от неорганических карбонатов, определяемых по критерию наличия соответствующих AFm-фаз.

В варианте изобретения на первой ступени в процессе кавитации в указанную суспензию с поддуваемым воздухом вводят адсорбент углекислоты в форме аэрозоля водного раствора азотсодержащего органического вещества со значением коэффициента фугитивности, близким к нулю.

В другом варианте изобретения в качестве указанного цемента используют материал из группы: портландцемент, цемент низкой водопотребности, расширяющийся или безусадочный цемент, указанные цементы на основе промотированных клинкеров, смесь указанных цементов.

В следующем варианте изобретения в качестве указанного водного раствора азотсодержащего органического вещества используют водный раствор химического соединения, включающего нитрогруппу (-NO₂), нитрилогруппу (N≡С-), иминогруппу (=NH), аминогруппу (-NH₂), амидогруппу (-CONH₂) или их смесь между собой, а его содержание в указанной суспензии на первой ступени перемешивания выбирают в расчете на сухое вещество в пределах 0,08-0,8% массы клинкерной части цемента.

В варианте изобретения в указанную суспензию на второй ступени перемешивания вводят заполнитель мелкий и/или крупный.

В варианте изобретения в качестве заполнителя мелкого используют стандартный песок или особо мелкий песок, или барханный песок, или их смесь при мас. соотношении цемента и заполнителя мелкого от 1:0,3 до 1:1.

В варианте изобретения в качестве указанного заполнителя используют материал искусственного происхождения, приготовленный из вспученных горных пород, включающих алюмосиликаты - керамзит или стеклозит или перлит, или из искусственных пористых материалов - пенопорита.

В другом варианте изобретения в указанную суспензию в процессе кавитации и/или после ее окончания дополнительно вводят наполнитель.

В следующем варианте изобретения в качестве наполнителя используют порошкообразный материал с удельной поверхностью по методу воздухопроницаемости в пределах 200-1500 м²/кг.

В варианте изобретения в качестве указанного порошкообразного материала используют материал из групп: микрокремнезем, зола-унос, молотые песок или кирпичный бой, или стеклобой, или керамзит, пыль клинкерообжигательных печей, смесь указанных материалов, при мас. соотношении клинкерной части цемента и указанного порошкообразного материала от 1:0,05 до 1:1.

В другом варианте изобретения в указанную суспензию в процессе перемешивания вводят дополнительное количество воды, причем по крайней мере часть ее вводят в форме аэрозоля с указанным сжатым воздухом.

В следующем варианте изобретения в указанную суспензию в процессе указанной кавитации или после ее окончания дополнительно вводят по крайней мере одну добавку для бетонов из групп: пластифицирующие или водоредуцирующие; водоудерживающие или улучшающие перекачиваемость; замедлители схватывания и твердения; ускорители схватывания и твердения; кольматирующие поры; газообразующие; воздухововлекающие; противоморозные; гидрофобизирующие, в концентрации, составляющей 50-70 мас.% оптимальных значений, подобранных в условиях свободного доступа атмосферной углекислоты, и/или противоусадочную добавку - смесь неорганической основы - сульфоалюминатного клинкера и/или сульфата алюминия и пептизирующего компонента - композиции органических травителя и пленкообразователя, при массовом соотношении указанной неорганической основы и указанных травителя и пленкообразователя в противоусадочной добавке 100:(0,5-20):(0,3-15) и массовом соотношении клинкерной части цемента и противоусадочной добавки, вводимой в указанную цементоводную суспензию или продукты на ее основе, 100:(0,6-3,5).

В варианте изобретения в качестве пластифицирующей или водоредуцирующей добавки берут полиметиленполинафталинсульфонаты натрия или кальция или лигносульфонаты технические, или лигносульфонаты технические модифицированные, в качестве водоудерживающей или улучшающей перекачиваемость добавки берут метилцеллюлозу или полиоксиэтилен, в качестве замедлителя схватывания и твердения берут мелассу или ортофосфорную кислоту, или нитрилотриметиленфосфоновую кислоту, в качестве ускорителя схватывания и твердения берут поташ или хлорид кальция, или хлорид натрия, или хлорид алюминия, или сульфат натрия, или тринатрийфосфат, или их смесь, в качестве добавки, кольматирующей поры, берут сульфат алюминия или сульфат железа, или хлорид железа, в качестве газообразующей добавки берут алюминиевую пудру или пероксид водорода в смеси с оксихлоридом кальция, в качестве воздухововлекающей добавки берут смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую, или этилсиликонат натрия, в качестве противоморозной добавки берут нитрит натрия или нитрит-нитрат-хлорид кальция, в качестве гидрофобизирующей добавки берут раствор высокомолекулярных жирных кислот в минеральном масле или полигидросилоксаны, а в качестве указанной противоусадочной добавки берут смесь неорганической основы - сульфоалюминатного клинкера, включающего не менее 30 мас.% сульфоалюмината кальция, и пептизирующего компонента - композиции органических травителя и пленкообразователя - маннуроновой кислоты или маннитового спирта и стеарата кальция, или смесь неорганической основы - сульфата алюминия и указанного пептизирующего компонента.

В другом варианте изобретения гомогенизацию указанной суспензии с пеной на второй ступени перемешивания ведут с ограничением доступа атмосферной углекислоты путем непрерывной подачи пены, приготавливаемой на основе пенообразующего вещества в пеногенераторе, поверх слоя указанной суспензии с образованием исходной двухслойной постели, непрерывного перемешивания указанных слоев суспензии и пены в указанной постели с помощью сочетания ротационного и поступательного перемещении последней, причем ротацию осуществляют, взбивая приготавливаемую пенобетонную смесь путем переворачивания части указанной постели с настильным наложением перевернутой части указанной постели на исходную часть и постепенным приростом содержания в них пены и соответственно - высоты указанной постели, а поступательное перемещение последней ведут, ускоряя ее стекание в зоны пониженной ее высоты, затем повторяют указанные операции с реверсированием направлений ротации и поступательного перемещения приготавливаемой пенобетонной смеси до достижения на заданных порциях указанных суспензии и пены заданной средней плотности смеси или максимального ее объема.

В следующем варианте изобретения гомогенизацию указанной суспензии с пеной на второй ступени перемешивания ведут при частоте ротации 40-80 мин^-1, частоте реверсирования 0,5-2 мин^-1, конечном объеме пенобетонной смеси 0,7-3,5 м³ и уровне средней плотности последней в пересчете на марку пенобетона по средней плотности D в пределах 150-400 кг/м³.

В варианте изобретения в качестве пенообразующего вещества при получении указанной пены используют материалы из следующих групп: мыла сульфокислот или сульфоновых кислот; смесь канифоли синтетической, получаемой из таллового масла, и костного клея с нефтяными сульфокислотами - мылонафтом и гидроксидами металлов, преимущественно кальция; костный клей со средней молекулярной массой в пределах 5000 - 15000 Д с добавкой антисептика; конъюгат смолы древесной омыленной с хлорированными аминокислотами в присутствии гидроксида и/или хлорида кальция; указанный конъюгат с дополнительным присутствием хлорида натрия и/или калия, при суммарной концентрации указанных материалов в рабочем растворе пенообразующего вещества в пересчете на сухие вещества 15-50 г/л и содержании указанной пены в полученной пенобетонной смеси в количестве 40-160 кг/м.

В другом варианте изобретения используют пену, включающую указанный адсорбент углекислоты.

В следующем варианте изобретения в указанную пену, включающую указанный адсорбент углекислоты, последний в форме водного раствора, вводят в водный раствор пенообразующего вещества или эжектируют в сжатый воздух, применяемый для приготовления пены.

Сущность изобретения в части способа изготовления пенобетона заключается в преимуществах физико-химической активации цемента в цементоводной суспензии в условиях ее перемешивания в поле центробежных сил с интенсифицируемой кавитацией и введения адсорбента углекислоты путем поддува указанной суспензии сжатым воздухом по сравнению с предложенной по прототипу химической активацией последней при перемешивании в обычных условиях и последующем выдерживании указанной суспензии с пассивным приростом содержания продуктов гидратации цемента.

Первое преимущество состоит в том, что физико-химическая активация с интенсифицируемой кавитацией, равномерно воздействуя на весь объем обрабатываемой суспензии, позволяет обеспечить степень гидратации цемента в течение 60-120 с обработки не менее 4,5% (по критерию потерь при прокаливании), тогда как известно, что в присутствии более сильного ускорителя процесса гидратации цемента, чем нашатырный спирт, а именно хлорида кальция, даже через 60-90 минут после стандартного перемешивания степень гидратации цемента в составе цементоводной суспензии с В/Ц около 0,3 составляет, как показали электронно-микроскопические исследования, менее 1 мас.% в связи с индукционным периодом процесса гидратации [9]. Иными словами, скорость гидратации цемента в процессе активации по способу согласно изобретению по крайней мере в 270 раз выше, чем по способу согласно прототипу. Пластифицирующее действие полученного геля позволяет существенно снизить водоцементное отношение (В/Ц) получаемой суспензии с соответствующим повышением прочности продуктов на ее основе, в данном случае - пенобетона, по сравнению с известным из уровня техники.

Второе из указанных преимуществ состоит в том, что указанная активация цементоводной суспензии перед введением пены повышает однородность получаемого пенобетона и существенно снижает коэффициент вариации его строительно-технических свойств, а именно до 3-5% (против указанного выше значения 12% по стандарту). Столь радикальное повышение однородности позволяет пенобетону, изготавливаемому по способу согласно изобретению, превысить уровень однородности свойств тяжелых бетонов класса 12,5 и выше (марок 150 и выше), определяемый значением коэффициента вариации 9% в России [2] и 15% - в странах Евросоюза [10]. Это представляет собой беспрецедентный результат, ибо обычно у пенобетона, даже современного, уровень значений коэффициента вариации примерно вдвое превышает таковой для тяжелых бетонов и находится в пределах 14-18% [11]. Таким образом, в данном отношении способ изготовления пенобетона согласно изобретению характеризуется коренным преимуществом по сравнению с уровнем техники.

Третье преимущество заключается в том, что при повышении степени гидратации цемента в активируемой цементоводной суспензии по сравнению с уровнем техники, что показано выше, и росте при этом адгезионной способности указанной суспензии к поверхности рабочих органов смесителя, интенсифицируемая кавитация обеспечивает способу изготовления пенобетона согласно изобретению технологичность, снижая вязкость предельно разрушенной структуры указанной суспензии до уровня, равного 8-15 Па·с (термин "вязкость предельно разрушенной структуры" был введен для механически обработанных цементоводных и битумных суспензий в работе [12]) и допускающего проникание в суспензию и эффективную обработку последней барботирующим сжатым воздухом при его давлении в пределах 250-600 КПа. Это предопределяет отсутствие зарастания поверхности смесителя и необходимости его регулярной чистки.

Четвертым, в данном случае наиболее важным преимуществом способа изготовления пенобетона согласно изобретению, обусловленным интенсифицируемой поддувом кавитацией, является положительное влияние образующейся при активации цемента в указанной суспензии в повышенном количестве гидролитической извести и вводимого в варианте изобретения со сжатым воздухом в упомянутую суспензию адсорбента углекислоты на фазовый состав и микроструктуру продуктов гидратации цемента при последующем твердении материалов на основе активированной цементоводной суспензии - цементного камня, строительного раствора и бетонов. В состав атмосферы входит углекислый газ (СО₂) в количестве 0,04 мас.% (0,03% по объему), присутствующий при относительной влажности воздуха более 50% в основном в форме углекислоты (Н₂СО₃), растворенной в микрокаплях тумана. Наблюдения показывают, что гидролитическая известь, выделяемая цементом при взаимодействии с водой, а также аэрозоль адсорбента углекислоты, попадающий в варианте изобретения при поддуве сжатым воздухом в процессе интенсифицируемой кавитации, соприкасаясь в начале барботирования через первые пленки жидкой фазы цементоводной суспензии с первичными гидратами активируемого цемента, освобождают их от части примеси сорбированной последними углекислоты, содержавшейся в воде затворения. В дальнейшем, при увеличении содержания гидролитической извести, вода затворения и вновь образующиеся продукты гидратации цемента проходят очистку с ее помощью от оставшейся примеси СО₂. Механизм очистки несложен. Выделяемая цементом в течение 10-15 с после начала его затворения водой в жидкую фазу указанной суспензии Са(ОН)₂ (гидролитическая известь) реагирует с Н₂СО₃ и осаждает оксид углерода в форме СаСО₃ при барботировании. Тем самым активируемый в поле центробежных сил цемент продолжает очистку воды затворения от примеси атмосферной углекислоты, в варианте изобретения начатую адсорбентом углекислоты, вводимым через барботирующий воздух, и создает условия для своей дальнейшей гидратации в среде, практически свободной от углекислоты, и в то же время изолирует возникающие зародыши СаСО₃ друг от друга во время своей активации, не позволяя им образовывать сплошные, в частности видимые в оптический микроскоп, микроучастки зараженных этими зародышами гидратных фаз, что можно было бы обнаружить по двупреломлению, характерному для карбонатов, или по отклонению значений коэффициентов светопреломления в карбонизированных микроучастках от табличных значений. Этим окружающие продукты гидратации защищают от контактного заражения карбонатами. AFm-фазы, в частности гидроалюминаты кальция, зараженные карбонат-ионом, в этом случае, в отличие от пенобетона, полученного по способам, известным из уровня техники, в том числе по прототипу, не фиксируются в продуктах гидратации цемента в пенобетоне, полученном по способу согласно изобретению, даже с помощью рентгенофазового анализа. (Под AFm-фазами здесь и ниже подразумеваются гидроалюминаты "А", гидроферриты "F" и гидроалюмоферриты "AF" кальция, изоморфные моносульфату отсюда буква "m" в кратком обозначении, и гексагональным гидроалюминатам кальция состава С₄АН_13-19 и C₂AH_8-11 согласно классификации, введенной Х.Тейлором в 1980 г. [9]). Между тем известно, что при гидратации цемента водой, очищенной от растворенного СО₂, в атмосфере, освобожденной от примеси СО₂, фазовый состав не только AFm-фаз, но и продуктов гидратации цемента в целом становится иным: в нем Ю.С.Малинин и Н.Д.Клишанис в 1962 г. обнаружили целый комплекс гидратных фаз [13], который не встречается в присутствии СО₂, в том числе термодинамически наиболее устойчивый, прочный и не подверженный фазовым переходам и перекристаллизации гидросиликат кальция - афвиллит 3СаО·2SiO₂·3H₂О, который был независимо от них обнаружен также в свободных от СО₂ гидратных новообразованиях при гидратации алита (трехкальциевого силиката - основного минерала портландцементного клинкера) в условиях его мокрого домола в шаровой мельнице в 1956 г. Ст. Брунауэром и сотр. [14], хотя впервые в продуктах гидратации цемента афвиллит открыл В.Ф.Журавлев по порошковым рентгенограммам в 1951 г. [15], не подозревая о его связи с наличием или отсутствием примеси СО₂ в цементном камне. Кроме того, известно, что упомянутый комплекс гидратных новообразований цемента, свободных от примеси СО₂, придает твердеющему цементному камню, а также материалам на его основе - строительному раствору и бетонам - повышенные показатели прочности, а также сульфато- и морозостойкости [16].

Указанными преимуществами в конечном счете и обеспечиваются основные технико-экономические эффекты изобретения.

Отметим, что упомянутый поддув, обуславливая по крайней мере отсутствие разрежения в кавитационных кавернах, обеспечивает и защиту указанной цементоводной суспензии и продуктов на ее основе от доступа в них на первой ступени перемешивания неочищенного от примеси СО₂ атмосферного воздуха через загрузочное отверстие смесителя, в котором осуществляют перемешивание. Это отверстие при перемешивании по способу согласно изобретению и обрабатываемая суспензия находятся под небольшим избыточным давлением воздуха, прошедшего очистку от примеси СО₂ в процессе барботирования, что исключает доступ наружного воздуха к обрабатываемой суспензии.

Введение адсорбента углекислоты с водой затворения для полноты очистки требует столь высокого расхода адсорбента, что это существенно замедляет процесс гидратации цемента азотсодержащими соединениями и ведет к потере положительных эффектов от технологического приема введения адсорбента и, кроме того, повышает себестоимость пенобетона, а поэтому существенно менее эффективно по сравнению с введением адсорбента углекислоты по способу согласно изобретению - в форме аэрозоля с поддуваемым воздухом.

Следует отметить, что известно также введение адсорбентов углекислоты в цементную мельницу с целью снижения степени карбонатизации цементного камня, строительного раствора и бетонов [21], но в этом случае большая часть адсорбента расходуется на первичные гидраты, а на образующиеся в воде его уже недостаточно. Дополнительно повышает полезный эффект изобретения введение адсорбента углекислоты именно в форме аэрозоля с барботирующим воздухом благодаря максимальному защитному эффекту введения адсорбента углекислоты в момент ощутимого тиксотропного [22] разжижения указанной суспензии при барботировании. Это повышает равномерность распределения адсорбента в продуктах гидратации цемента. В качестве показателя разжижения суспензии целесообразно использовать его непосредственную физическую характеристику - вязкость предельно разрушенной структуры, характеризующую минимальную вязкость цементоводной суспензии и продуктов на ее основе при возрастающих механических напряжениях [12]. Указанные пределы (8-15 Па·с) соответствуют опытным данным для вязкости цементного теста с В/Ц 0,28-0,33 в сдвиговом вискозиметре при максимально возможных скоростях сдвига (0,2-0,3 м/с). Более низкие (менее 8) и более высокие (до 45) Па·с значения указанной вязкости не являются оптимальными, поскольку наблюдаются при слишком малом и повышенном расходе барботирующего воздуха, что затрудняет работу оборудования (смесителя), но не препятствуют положительным технологическим эффектам изобретения.

К этому следует добавить, что интенсифицируемая кавитация в поле центробежных сил обеспечивает практически одномоментное начало образования гидратных продуктов цемента, свободных от углекислых неорганических примесей, на всей внешней поверхности частиц цемента, служащих зоной их первичного контакта с водой. Одновременность образования бескарбонатных гидратных продуктов на всей поверхности частиц цемента существенно повышает их затравочное действие и соответственно усиливает указанный эффект Малинина по сравнению со способом, в котором адсорбент углекислоты вводят в цемент при его помоле [21], поскольку в последней работе сначала заведомо не хватает активной поверхности твердой фазы, на которой могли бы осесть молекулы адсорбентов углекислоты, чтобы потом защищать от примеси СО₂ продукты поверхностного взаимодействия цемента с водой. Поэтому в работе [21] начальные гидраты поглощают адсорбент углекислоты в большей степени, чем последующие, и возникает неравномерность распределения указанного адсорбента, причем последний в меньшей степени попадает в самые мелкие, наиболее быстро гидратирующиеся фракции цемента. В способе согласно изобретению наблюдается обратная зависимость: адсорбент углекислоты попадает в максимальном количестве именно в мелкие фракции цемента, наиболее энергично его поглощающие, то есть локально сосредотачивается именно там, где гидратные новообразования цемента в максимальной степени нуждаются в защите от атмосферной углекислоты и карбонатов, растворенных в воде затворения. Этим объясняется повышенный технический эффект изобретения по сравнению со способом, предусматривающим введение адсорбента углекислоты в цементную мельницу.

Барботирование цементоводной суспензии воздухом, очищаемым с помощью аэрозоля адсорбента и самоочищаемым от примеси СО₂, представляет собой гарантию однородности перемешивания и постоянства фазового состава продуктов гидратации цемента во всем объеме указанной суспензии и продуктов на ее основе, однородность и гомогенность микроструктуры полученных цементного камня, строительного раствора и бетонов согласно изобретению, что и обуславливает упомянутое снижение коэффициента вариации технических свойств продукта.

Наконец, необходимо отметить, что образованные на первой ступени перемешивания приготавливаемой цементоводной суспензии и продуктов на ее основе гидратные новообразования цемента, включая упомянутый комплекс свободных от СО₂ фаз улучшенного состава и специфической микроструктуры, согласно принципу наследования состава и микроструктуры гидратов цемента, выдвинутому Ю.С.Малининым [17], определяют улучшенные состав и микроструктуру гидратных фаз, образуемых цементом на второй ступени перемешивания, причем как при ограниченном, так и свободном доступе примеси СО₂ из атмосферы при последующем твердении пенобетона в контакте с внешней средой. Степень карбонатизации гидратных новообразований цемента при этом существенно, по крайней мере в 1,5 раза, снижается как по сравнению с наблюдаемой в материалах - цементном камне, строительном растворе и бетоне, полученными по прототипу (из цементоводной суспензии, активированной слабым раствором аммиака [7]), и продуктов на ее основе, так и по сравнению с наблюдаемой в тех же материалах, полученных посредством одностадийного перемешивания, известного из уровня техники.

Для заметного проявления указанного эффекта наследования по Малинину, как показывают эксперименты, необходимо и достаточно, чтобы после первой ступени перемешивания степень гидратации цемента по величине потерь при прокаливании (далее сокращенно - п.п.п.) составляла 4,5-11 мас.%, а после второй ступени перемешивания составляла 6,5-15 мас.%. В этом случае обычно не встречается двупреломления гидратных фаз в микропрепаратах, видимого под оптическим микроскопом. AFm-фазы, в частности, гидроалюминаты кальция, судя по значениям коэффициентов светопреломления и данным рентгенофазового анализа, свободны от загрязняющего карбонат-иона (СО₃ ^2-). В дополнение к этому и афвиллит после затвердевания цементного камня, строительного раствора и бетонов на его основе, полученных согласно способу по изобретению, надежно фиксируется в качестве индикатора присутствия всего упомянутого комплекса гидратных новообразований цемента в цементном камне и материалах на его основе по набору описанных в литературе характеристик минерала афвиллита согласно порошковым рентгенограммам [18, 19] и по его электронно-микроскопическим признакам [16]. Отметим, что в работе [19] приводятся трудности синтеза афвиллита в открытой атмосфере: в присутствии примеси СО₂ в среде он образуется лишь при выдержке в течение более месяца при высоких температурах и давлениях (выше 120°С и 3 ати), тогда как в отсутствие СО₂; он образуется и при комнатной температуре [14, 16, 18]. В принципе такое поведение афвиллита означает, что в цементоводной суспензии после первой ступени перемешивания накопилось необходимое количество гидратных фаз, свободных от примеси СО₂, чтобы после второй ступени перемешивания количество таких фаз возросло, и они стали достаточным и соответственно определяющим фактором механизма гидратации и твердения цемента в полученном цементном камне и указанных материалах на его основе, обеспечивающим пониженную степень карбонатизации последних и соответственно их повышенную стойкость против агентов среды и долговечность.

Введение адсорбента углекислоты для защиты гидратных новообразований цемента в составе перемешиваемой цементоводной суспензии и продуктов на ее основе на первой и/или на второй ступенях перемешивания обеспечивает повышение выхода продуктов гидратации цемента, свободных от примесей CO₂, в общем составе гидратных новообразований в цементном камне и пенобетоне на его основе и соответственно - снижение степени карбонатизации цементного камня и пенобетона.

Снижение степени карбонатизации имеет существенное значение для снижения усадки и повышения трещиностойкости этих материалов. Критически важным этот фактор является для пенобетона. Согласно Л.Д.Шаховой [20], степень карбонатизации гидратных новообразований цемента в пенобетоне при воздушно-влажном и воздушно-сухом хранении образцов, соответствующем реальным условиям службы пенобетонных блоков, составляет 50-60% и более. В то же время известно, что половина усадочных деформаций пенобетона и, следовательно, массовое трещинообразование в этом материале, в частности, в течение второй и третьей недель его твердения вызваны преимущественно карбонатизацией гидратных новообразований [3]. Поэтому эффект Малинина-Клишанис, особенно при существенном усилении его влияния по способу согласно изобретению, вносит существенный вклад в повышение прочности и долговечности пенобетона.

В вариантах изобретения его сущность в части способа получения цементного камня и материалов на его основе совершенствуется с помощью следующих дополнительных технологических приемов:

А. Введение наполнителя в