Typer og ydelsessammenligning af betonskummende midler: systematisk analyse af animalsk protein, planteprotein og andre typer skummiddel

Som et letvægts porøst byggemateriale, skumbeton er meget udbredt inden for bygningsenergibesparelse på grund af dens fremragende varmeisoleringsevne, gode seismiske ydeevne og lave tæthed. Som et nøglemateriale til fremstilling af skumbeton påvirker skummidlets ydeevne direkte porestrukturen og den endelige ydeevne af skumbeton. Med den stigende efterspørgsel efter grønne byggematerialer og forbedringen af ​​miljøbeskyttelseskravene i byggebranchen er udviklingen af ​​højtydende og miljøvenlige betonskumningsmidler blevet et forskningshotspot.

På nuværende tidspunkt er de konkrete skummidler på markedet hovedsageligt opdelt i tre typer: animalsk protein, planteprotein og syntetisk. Der er betydelige forskelle i kilden til råmaterialer, produktionsproces, ydeevne og påføringseffekter af forskellige typer skummidler. Dette papir har til formål systematisk at analysere forberedelsesprocessen, virkningsmekanismen og ydeevnekarakteristika for forskellige typer af betonskummidler og give et teoretisk grundlag og teknisk reference til at vælge egnede opskumningsmidler til tekniske applikationer gennem sammenlignende undersøgelser.

Klassificering og grundlæggende egenskaber af betonskummidler

Betonskummende midler kan opdeles i tre kategorier alt efter råmaterialekilde og kemisk sammensætning: proteinskummidler (herunder animalsk protein og planteprotein), syntetiske overfladeaktive skummidler og sammensatte skummidler. Proteinskumningsmidler er hovedsageligt afledt af hydrolysat af animalske og planteproteiner og har god biologisk nedbrydelighed og miljøvenlighed; syntetiske opskumningsmidler er overfladeaktive stoffer fremstillet ved kemiske syntesemetoder og har karakteristika af stærk opskumningsevne og stabil ydeevne; sammensatte skummidler er sammensat af forskellige typer skummidler ved fysiske eller kemiske metoder, med det formål at kombinere fordelene ved hver komponent.

Virkningsmekanismen for skummende midler i beton omfatter hovedsageligt tre aspekter: reduktion af overfladespænding, dannelse af retningsbestemt adsorptionsfilm og forøgelse af væskefaseviskositet. Skummidler af høj kvalitet bør have følgende egenskaber: høj skummende multiple, god skumstabilitet, stærk kompatibilitet med cement, lille effekt på betonstyrke, miljøbeskyttelse og ikke-toksicitet. Disse egenskaber ved opskumningsmidler påvirker direkte porøsiteten, porestørrelsesfordelingen, mekaniske egenskaber og holdbarheden af ​​opskummet beton. Derfor er valget af et passende skummiddel afgørende for fremstillingen af ​​højtydende skumbeton.

Analyse af karakteristika for animalsk proteinskumningsmidler

Animalske proteinopskumningsmidler fremstilles normalt af dyrehovhorn, hår, blod osv., og fremstilles gennem processer som hydrolyse, affedtning og koncentration. Dets produktionsproces omfatter hovedsageligt forbehandling af råmaterialer, alkalisk hydrolyse, pH-justering, koncentration og tørring. De vigtigste aktive ingredienser i denne type skummiddel er polypeptidkæder og aminosyrer med moderat molekylvægt. De er rige på aktive grupper såsom carboxyl- og aminogrupper og kan danne en stærk adsorptionsfilm ved gas-væske-grænsefladen.

Fordelene ved animalske proteinskumningsmidler afspejles hovedsageligt i fremragende skumstabilitet, god kompatibilitet med cementpasta og lille skade på betonstyrken. Fordi de aktive grupper indeholdt i dens molekylære struktur kan interagere med cementhydratiseringsprodukter, er den dannede skumvægsstyrke relativt høj. Imidlertid har denne type skummiddel også åbenlyse ulemper: dårlig temperaturbestandighed og let nedbrydning ved høje temperaturer; begrænsede råmaterialekilder; store præstationsudsving mellem produktbatcher; nogle produkter har en lugt mv.

Med hensyn til påføringseffekt har skumbeton fremstillet ved hjælp af animalske proteinskummidler normalt en mere ensartet porestørrelsesfordeling, en højere lukket porøsitet og gode mekaniske egenskaber. Undersøgelser har vist, at når den skummende multiplum er 20-30 gange, kan 28-dages trykstyrken af ​​skumbeton fremstillet af animalsk protein skummiddel nå 3-5MPa, og den termiske ledningsevne er mellem 0.08-0.12W/(m·K), hvilket viser fremragende omfattende ydeevne.

Analyse af egenskaberne ved planteproteinskumningsmiddel

Planteproteinskumningsmiddel er hovedsageligt fremstillet af planteproteiner såsom sojaprotein, bomuldsfrøprotein, rapsprotein osv., og fremstilles ved ekstraktion, modifikation og andre processer. Sammenlignet med animalske proteinskummidler er produktionsprocessen af ​​planteproteinskummidler mere miljøvenlig, og kilden til råvarer er bredere og mere bæredygtig. Den typiske fremstillingsproces omfatter proteinekstraktion, enzymatisk eller kemisk hydrolyse, modifikationsbehandling og andre trin, blandt hvilke modifikationsbehandling er nøgleleddet til at forbedre skummende ydeevne.

Den molekylære struktur af planteproteinskumningsmidler er karakteriseret ved at indeholde flere hydrofile aminosyrerester og en bred molekylvægtsfordeling. Dens overfladeaktivitet kan forbedres gennem passende modifikationsbehandlinger, såsom acylering og phosphorylering. Fordelene ved denne type skummiddel er, at råvarerne er fornyelige, miljøvenlige og giftfri, prisen er relativt lav, og produktet lugter ikke. Men dens ulemper er også indlysende: den skummende ydeevne af naturligt planteprotein er normalt ikke så godt som animalsk protein; det er stærkt påvirket af råvarernes variation og oprindelse; og nogle produkter har utilstrækkelig skumstabilitet.

I praktiske applikationer er porestørrelsen af ​​skumbeton fremstillet af planteproteinskummemidler relativt stor, men ved at optimere blandingsforholdet og procesparametre kan der stadig opnås produkter med tilfredsstillende ydeevne. Undersøgelser har vist, at planteproteinopskumningsmidler ved hjælp af specielle modifikationsprocesser kan kontrollere tørdensiteten af ​​skumbeton inden for området 300-800 kg/m³, trykstyrken når 1.5-4.0 MPa, og den termiske ledningsevne er 0.10-0.16W/(m·K), hvilket stort set kan opfylde kravene til bygningsbrug.

Karakteristisk analyse af andre typer af betonopskumningsmidler

Syntetiske overfladeaktive skummidler er en anden vigtig kategori af betonskummidler, hovedsageligt inklusive anioniske (såsom natriumdodecylsulfat), nonioniske (såsom fedtalkoholpolyoxyethylenether) og zwitterioniske overfladeaktive stoffer. Denne type skummiddel fremstilles ved kemisk syntese og har karakteristika af klar molekylær struktur, høj renhed og stabil ydeevne. Dens største fordel er stærk skummende evne, hurtig skumningshastighed, god produktkonsistens og er ikke begrænset af sæsonbestemthed og regionalitet af råvarer. Syntetiske skummidler er dog generelt dårlige i biologisk nedbrydelighed, nogle produkter kan forurene miljøet, og deres kompatibilitet med cementpasta er ikke så god som proteinskummidler.

Sammensatte skummidler er udviklet til at overvinde manglerne ved enkeltskummende midler. De fremstilles ved at blande forskellige typer skummidler i en bestemt mængde eller tilsætte additiver såsom skumstabilisatorer og forstærkere. Designkonceptet for denne type skummiddel er at kombinere fordelene ved hver komponent for at opnå komplementær ydeevne. For eksempel kan sammensætning af animalske proteinskumningsmidler med syntetiske overfladeaktive midler ikke kun opretholde en god skumstabilitet, men også forbedre skumningseffektiviteten; tilføjelse af polymerskumstabilisatorer til planteproteinskumningsmidler kan forbedre deres skumstabiliseringsevne. Ydeevnen af ​​sammensatte skummidler er normalt bedre end for enkeltkomponenter, men omkostningerne er relativt høje, og formeldesignet er mere kompliceret.

Derudover er der nogle specielle typer skummidler, såsom polymere mikrosfære skummidler, kemiske skummidler osv. Polymer mikrosfære skummidler indfører bobler ved at tilsætte præ-forberedte polymer hule mikrosfærer i beton. Denne metode kan nøjagtigt kontrollere porøsiteten og porestørrelsesfordelingen, men omkostningerne er dyre. Kemiske skummidler danner porer ved kemiske reaktioner i beton for at producere gasser (normalt brint eller nitrogen). Denne metode er kompleks og svær at kontrollere og bruges sjældent i beton.

Ydeevnesammenligning og anvendelsesvalg af forskellige skummidler

Fra skummende ydeevne har syntetiske skummidler normalt det højeste skummende multiplum, som kan nå 30-50 gange; animalske proteinskumningsmidler er andet, ca. 20-30 gange; planteproteinskumningsmidler er relativt lave, generelt 15-25 gange. Med hensyn til skumstabilitet fungerer animalske proteinskumningsmidler dog bedst med en skumhalveringstid på mere end 4 timer; planteproteinskumningsmidler er omkring 2-3 timer, og syntetiske opskumningsmidler er normalt mindre end 1 time og skal tilføjes skumstabilisatorer for at forbedre.

Med hensyn til påvirkningen på betonens ydeevne har proteinopskumningsmidler mindre negativ indvirkning på betonstyrken på grund af deres evne til at interagere med cementhydratiseringsprodukter, især den skumbeton, der er fremstillet af animalske proteinopskumningsmidler, har den højeste styrke. Selvom syntetiske opskumningsmidler har gode indledende opskumningseffekter, fører manglen på en sådan vekselvirkning ofte til en betydelig reduktion af betonstyrken. Med hensyn til holdbarhed udviser proteinskummidler også fordele, og skumbeton fremstillet af dem har normalt bedre modstandsdygtighed over for fryse-tø-cyklus og tørrekrympningsevne.

Fra et miljømæssigt perspektiv er planteproteinskummemidler de mest miljøvenlige, med vedvarende råvarer, lavt energiforbrug i produktionsprocessen og fuldstændigt biologisk nedbrydelige produkter; animalske proteinskumningsmidler er andet, selvom råvarerne kommer fra animalske biprodukter, men generelt er de stadig relativt miljøvenlige; syntetiske skummidler er de værste i miljøbeskyttelse, og nogle produkter kan endda forårsage miljømæssige hormonproblemer. Med hensyn til økonomi har planteproteinskumningsmidler de laveste omkostninger, efterfulgt af animalsk protein, og syntetiske og sammensatte opskumningsmidler har højere omkostninger.

Når du vælger et skummiddel i et egentligt projekt, skal følgende faktorer overvejes omfattende: konkrete præstationsindikatorer, der kræves af projektet (såsom tæthed, styrke, termisk ledningsevne osv.), konstruktionsforhold (såsom temperatur, blandingsmetode osv.), omkostningsbudget og krav til miljøbeskyttelse. Generelt er animalske proteinskumningsmidler velegnede til strukturel skumbeton med høje styrkekrav; planteproteinskumningsmidler kan overvejes til almindelige termiske isoleringsformål; når hurtig og storskalaopskumning er påkrævet, kan syntetiske opskumningsmidler vælges; når der er særlige krav til ydeevne, kan sammensatte skummidler vælges.

Leverandør

Cabr-beton er en leverandør under TRUNNANO af Concrete Admixture med over 12 års erfaring i nano-bygning energibesparelse og nanoteknologi udvikling. Det accepterer betaling via kreditkort, T/T, West Union og Paypal. TRUNNANO sender varerne til kunder i udlandet gennem FedEx, DHL, med fly eller til søs. Hvis du leder efter XXX, er du velkommen til at kontakte os og sende en forespørgsel. (sales@cabr-concrete.com)