Betooni vahu tekitavate ainete tüübid ja toimivuse võrdlus: loomsete valkude, taimsete valkude ja muud tüüpi vahuainete süstemaatiline analüüs

Kerge poorse ehitusmaterjalina vahustatud betoon kasutatakse laialdaselt hoonete energiasäästu valdkonnas tänu oma suurepärasele soojusisolatsioonile, heale seismilisele jõudlusele ja madalale tihedusele. Vahtbetooni valmistamisel kasutatava võtmematerjalina mõjutab vahuaine toimivus otseselt vahtbetooni pooride struktuuri ja lõplikku jõudlust. Seoses kasvava nõudlusega roheliste ehitusmaterjalide järele ja keskkonnakaitsenõuete paranemisega ehitustööstuses on suure jõudlusega ja keskkonnasõbralike betoonivahustusainete väljatöötamine muutunud uurimistööks.

Praegu jagunevad turul olevad betoonivahu tekitavad ained peamiselt kolme tüüpi: loomne valk, taimne valk ja sünteetilised. Erinevat tüüpi vahustavate ainete tooraineallikas, tootmisprotsessis, tööomadustes ja kasutusefektides on olulisi erinevusi. Käesoleva töö eesmärk on süstemaatiliselt analüüsida erinevat tüüpi betooni vahuainete valmistamisprotsessi, toimemehhanismi ja toimivusnäitajaid ning anda võrdlevate uuringute abil teoreetiline alus ja tehniline võrdlusalus sobivate vahuainete valimiseks insenerirakendustes.

Betooni vahuainete klassifikatsioon ja põhiomadused

Betooni vahustusained võib vastavalt tooraineallikale ja keemilisele koostisele jagada kolme kategooriasse: valguvahu tekitavad ained (sh loomsed ja taimsed valgud), sünteetilised pindaktiivsed vahuained ja komposiitvahu tekitavad ained. Valguvahu tekitavad ained saadakse peamiselt loomsete ja taimsete valkude hüdrolüsaadist ning neil on hea biolagunevus ja keskkonnasõbralikkus; sünteetilised vahuained on keemilise sünteesi meetoditega valmistatud pindaktiivsed ained, millel on tugev vahutamisvõime ja stabiilne jõudlus; Komposiitvahustusained koosnevad erinevat tüüpi vahustavatest ainetest füüsikaliste või keemiliste meetodite abil, mille eesmärk on ühendada iga komponendi eelised.

Betooni vahutavate ainete toimemehhanism hõlmab peamiselt kolme aspekti: pindpinevuse vähendamine, suunatud adsorptsioonikile moodustamine ja vedelfaasi viskoossuse suurendamine. Kvaliteetsetel vahuainetel peaksid olema järgmised omadused: kõrge vahutavus, hea vahu stabiilsus, tugev ühilduvus tsemendiga, väike mõju betooni tugevusele, keskkonnakaitse ja mittetoksilisus. Need vahutavate ainete omadused mõjutavad otseselt vahtbetooni poorsust, pooride suuruse jaotust, mehaanilisi omadusi ja vastupidavust. Seetõttu on suure jõudlusega vahustatud betooni valmistamisel ülioluline valida sobiv vahuaine.

Loomsete valkude vahustavate ainete omaduste analüüs

Loomsete valkude vahustavaid aineid valmistatakse tavaliselt loomade sõrade sarvedest, karvadest, verest jne ning neid valmistatakse selliste protsesside kaudu nagu hüdrolüüs, rasvaärastus ja kontsentreerimine. Selle tootmisprotsess hõlmab peamiselt tooraine eeltöötlust, aluselist hüdrolüüsi, pH reguleerimist, kontsentreerimist ja kuivatamist. Seda tüüpi vahutava aine peamised toimeained on polüpeptiidahelad ja mõõduka molekulmassiga aminohapped. Need on rikkad aktiivsete rühmade, näiteks karboksüül- ja aminorühmade poolest, ning võivad moodustada gaasi-vedeliku liidesel tugeva adsorptsioonikile.

Loomse valgu vahustavate ainete eelised väljenduvad peamiselt suurepärases vahu stabiilsuses, heas ühilduvuses tsemendipastaga ja väheses betooni tugevuse kahjustamises. Kuna selle molekulaarstruktuuris sisalduvad aktiivsed rühmad võivad interakteeruda tsemendi hüdratatsiooniproduktidega, on moodustunud vahtseina tugevus suhteliselt kõrge. Seda tüüpi vahuainel on aga ka ilmseid puudusi: halb temperatuuritaluvus ja kerge lagunemine kõrgel temperatuuril; piiratud tooraineallikad; suured jõudluse kõikumised tootepartiide vahel; mõnel tootel on lõhn jne.

Kasutusmõju seisukohalt on loomse valgu vahutekitajaid kasutades valmistatud vahtbetoonil tavaliselt ühtlasem pooride suurusjaotus, suurem suletud poorsus ja head mehaanilised omadused. Uuringud on näidanud, et kui vahustuskordaja on 20–30-kordne, võib loomse valgu vahu tekitava ainega valmistatud vahtbetooni 28-päevane survetugevus ulatuda 3–5 MPa-ni ja soojusjuhtivus on vahemikus 0.08–0.12 W/(m·K), mis näitab suurepärast terviklikku jõudlust.

Taimse valgu vahutava aine omaduste analüüs

Taimsete valkude vahutav aine on valmistatud peamiselt taimsetest valkudest, nagu sojaoa valk, puuvillaseemne valk, rapsiseemne valk jne, ning seda valmistatakse ekstraheerimise, modifitseerimise ja muude protsesside abil. Võrreldes loomsete valkude vahutajatega on taimsete valkude vahustajate tootmisprotsess keskkonnasõbralikum ning tooraineallikas laiem ja säästvam. Tüüpiline valmistamisprotsess hõlmab valgu ekstraheerimist, ensümaatilist või keemilist hüdrolüüsi, modifitseerimistöötlust ja muid etappe, mille hulgas on modifitseerimistöötlus vahutamisvõime parandamise võtmelüli.

Taimsete valkude vahustavate ainete molekulaarstruktuuri iseloomustab rohkem hüdrofiilseid aminohappejääke ja lai molekulmassi jaotus. Selle pinnaaktiivsust saab parandada sobivate modifitseerimisprotseduuride, nagu atsüülimine ja fosforüülimine, abil. Seda tüüpi vahuaine eelisteks on see, et tooraine on taastuv, keskkonnasõbralik ja mittetoksiline, hind on suhteliselt madal ja tootel puudub lõhn. Kuid selle puudused on samuti ilmsed: loodusliku taimse valgu vahutavus ei ole tavaliselt nii hea kui loomse valgu puhul; seda mõjutavad suuresti tooraine mitmekesisus ja päritolu; ja mõnel tootel on vahu ebapiisav stabiilsus.

Praktilistes rakendustes on taimse valgu vahustavate ainete abil valmistatud vahtbetooni pooride suurus suhteliselt suur, kuid optimeerides segu vahekorda ja protsessi parameetreid, on siiski võimalik saada rahuldava jõudlusega tooteid. Uuringud on näidanud, et spetsiaalseid modifitseerimisprotsesse kasutavad taimsed valguvahu tekitavad ained suudavad kontrollida vahtbetooni kuivtihedust vahemikus 300–800 kg/m³, survetugevus ulatub 1.5–4.0 MPa ja soojusjuhtivus 0.10–0.16 W/(m·K), mis vastab põhimõtteliselt enamiku hoonete isolatsioonirakenduste nõuetele.

Teist tüüpi betooni vahuainete iseloomulik analüüs

Sünteetilised pindaktiivsed vahutavad ained on veel üks oluline betooni vahutavate ainete kategooria, sealhulgas anioonsed (nagu naatriumdodetsüülsulfaat), mitteioonsed (nt rasvalkoholi polüoksüetüleeneeter) ja tsvitterioonsed pindaktiivsed ained. Seda tüüpi vahuaine valmistatakse keemilise sünteesi teel ja sellel on selge molekulaarstruktuur, kõrge puhtus ja stabiilne jõudlus. Selle suurimaks eeliseks on tugev vahutamisvõime, kiire vahutamiskiirus, toote hea konsistents ning seda ei piira hooajalisus ja tooraine piirkondlikkus. Sünteetilised vahustavad ained on aga üldiselt halvasti biolagunevad, mõned tooted võivad keskkonda saastada ja nende sobivus tsemendipastaga ei ole nii hea kui valguvahu tekitavad ained.

Komposiitvahuained on välja töötatud ühe vahuga ainete puuduste kõrvaldamiseks. Nende valmistamiseks segatakse erinevat tüüpi vahustavaid aineid kindlas vahekorras või lisatakse lisandeid, nagu vahu stabilisaatorid ja tugevdajad. Seda tüüpi vahutava aine disainikontseptsioon on ühendada iga komponendi eelised, et saavutada üksteist täiendav jõudlus. Näiteks võib loomsete valkude vahustavate ainete segamine sünteetiliste pindaktiivsete ainetega mitte ainult säilitada head vahu stabiilsust, vaid ka parandada vahutamise efektiivsust; polümeervahu stabilisaatorite lisamine taimse valgu vahu tekitavatele ainetele võib parandada nende vahu stabiliseerimist. Komposiitvahustusainete jõudlus on tavaliselt parem kui üksikute komponentide oma, kuid hind on suhteliselt kõrge ja valemi disain on keerulisem.

Lisaks on olemas teatud tüüpi vahu tekitavad ained, näiteks polümeeri mikrosfäärilised vahuained, keemilised vahuained jne. Polümeersete mikrosfääride vahustavad ained tekitavad mullid, lisades betooni eelnevalt ettevalmistatud polümeerist õõnsaid mikrosfääre. See meetod võimaldab täpselt kontrollida poorsuse ja pooride suuruse jaotust, kuid hind on kallis. Keemilised vahuained moodustavad betoonis keemiliste reaktsioonide käigus poorid, tekitades gaase (tavaliselt vesinikku või lämmastikku). See meetod on keeruline ja raskesti juhitav ning seda kasutatakse betoonis harva.

Erinevate vahuainete toimivuse võrdlus ja kasutusvalik

Vahustamise seisukohast on sünteetilistel vahuainetel tavaliselt kõrgeim vahutavus, mis võib ulatuda 30–50-kordseks; loomsete valkude vahustajad on teisel kohal, umbes 20-30 korda; taimse valgu vahustavaid aineid on suhteliselt vähe, üldiselt 15-25 korda. Vahu stabiilsuse seisukohalt toimivad aga kõige paremini loomse valgu vahu tekitavad ained, mille vahu poolestusaeg on üle 4 tunni; taimsete valkude vahustajad on umbes 2-3 tundi ja sünteetilised vahutavad ained on tavaliselt vähem kui 1 tund ja nende parandamiseks tuleb lisada vahu stabilisaatoreid.

Seoses mõjuga betooni jõudlusele avaldavad valguvahu tekitavad ained vähem negatiivset mõju betooni tugevusele, kuna neil on võime interakteeruda tsemendi hüdratatsioonitoodetega, eriti tugevaim on loomse valgu vahustavate ainetega valmistatud vahtbetoon. Kuigi sünteetilistel vahutavatel ainetel on hea esialgne vahutav toime, viib sellise koostoime puudumine sageli betooni tugevuse olulise vähenemiseni. Vastupidavuse osas on eeliseid ka valguvahu tekitavatel ainetel ning nende valmistatud vahtbetoonil on tavaliselt parem külmumis-sulamistsükli vastupidavus ja kuivamise kokkutõmbumine.

Keskkonna seisukohalt on taimsete valkude vahustajad kõige keskkonnasõbralikumad, taastuva tooraine, vähese energiakuluga tootmisprotsessis ja täielikult biolagunevate toodetega; loomsete valkude vahustajad on teisel kohal, kuigi tooraine pärineb loomsetest kõrvalsaadustest, kuid üldiselt on need siiski suhteliselt keskkonnasõbralikud; sünteetilised vahu tekitavad ained on keskkonnakaitses halvimad ja mõned tooted võivad isegi põhjustada keskkonnahormooni probleeme. Ökonoomsusest lähtuvalt on madalaima maksumusega taimsed valgu vahu tekitavad ained, millele järgneb loomne valk ning sünteetilised ja komposiitvahu tekitavad ained on kõrgemad.

Reaalses projektis vahuainet valides tuleks igakülgselt arvesse võtta järgmisi tegureid: projektis nõutavad betooni toimivusnäitajad (nt tihedus, tugevus, soojusjuhtivus jne), ehitustingimused (nt temperatuur, segamismeetod jne), kulueelarve ja keskkonnakaitsenõuded. Üldiselt sobivad kõrgete tugevusnõuetega struktuurse vahtbetooni jaoks loomse valgu vahu tekitavad ained; taimse valgu vahustavaid aineid võib kaaluda tavaliseks soojusisolatsiooniks; kui on vaja kiiret ja suuremahulist vahutamist, võib valida sünteetilisi vahuaineid; kui toimivusele on kehtestatud erinõuded, võib valida komposiitvahu tekitavad ained.

Tarnija

Cabr-Betoon on betoonilisandite TRUNNANO alla kuuluv tarnija, kellel on üle 12-aastane kogemus nanoehitiste energiasäästu ja nanotehnoloogia arendamisel. See aktsepteerib makseid krediitkaardi, T/T, West Unioni ja Paypali kaudu. TRUNNANO saadab kaubad ülemere klientidele FedExi, DHL-i, õhu- või meritsi. Kui otsite XXX, võtke meiega julgelt ühendust ja saatke päring. (sales@cabr-concrete.com)