發(fā)泡劑摻入量對(duì)泡沫混凝土性能的影響

劉立華，邢 丹

（1. 唐山師范學(xué)院 化學(xué)系，河北 唐山 063000；2. 唐山市第二中學(xué)，河北 唐山 063000）

發(fā)泡劑摻入量對(duì)泡沫混凝土性能的影響

劉立華1，邢 丹2

（1. 唐山師范學(xué)院 化學(xué)系，河北 唐山 063000；2. 唐山市第二中學(xué)，河北 唐山 063000）

采用表面活性劑與礦物材料物理發(fā)泡相結(jié)合制備動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑，并采用泡漿分開(kāi)混合法制備泡沫混凝土，考察了發(fā)泡劑摻入量對(duì)泡沫混凝土干容重、抗壓強(qiáng)度、吸水率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)發(fā)泡劑摻入量為1 150 mL時(shí)，泡沫混凝土的干容重為700 kg·m-3；抗壓強(qiáng)度為4 MPa，吸水率為23%，泡沫混凝土的干容重相當(dāng)于普通水泥混凝土的1/2-1/10。

發(fā)泡劑；泡沫混凝土；干容重；抗壓強(qiáng)度；吸水率

1 引言

近年來(lái)，在我國(guó)墻體材料的改革與建筑節(jié)能政策的推動(dòng)下，節(jié)能保溫型材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注。無(wú)機(jī)保溫材料保溫效果達(dá)不到國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)保溫材料雖然節(jié)能效果好，但存在耐火性差、與墻體之間粘結(jié)性不好、環(huán)境污染等問(wèn)題[1]。泡沫混凝土獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性賦予其優(yōu)異的物理力學(xué)性能和使用功能，是集節(jié)能、保溫、隔熱、輕質(zhì)、耐火等性能為一體的多功能材料，在建筑節(jié)能領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，有望成為未來(lái)建筑保溫的主導(dǎo)材料[2]。

泡沫混凝土是一種多孔材料[3-4]，對(duì)發(fā)泡劑的質(zhì)量要求也很高[5-7]。泡沫混凝土特性：

（1）質(zhì)量輕、密度小。泡沫混凝土的密度一般為300～ 1 200 kg·m-3，比常規(guī)的建筑材料降低自重30%左右，可降低結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的造價(jià)，具有很好的抗震性能。牛寧民[8]研制的輕質(zhì)發(fā)泡劑混凝土保溫隔熱性良好，容重較高密度硫鋁酸鹽泡沫混凝土減輕50%。劉佳奇[9]利用烴類表面活性劑和蛋白質(zhì)研制發(fā)泡劑，同樣制得輕質(zhì)泡沫混凝土，并且具有較好的耐久力。Lewis[10]等研制了低密度的優(yōu)質(zhì)泡沫混凝土，其泡沫劑主要成分為多種陰離子表面活性劑的復(fù)配。

（2）熱工性能好。泡沫混凝土內(nèi)含有眾多獨(dú)立、不貫通的細(xì)小孔洞，熱工性能良好，通常導(dǎo)熱系數(shù)在0.08 ～ 0.3 W·m-1·K-1之間，其保溫隔熱隔音效果明顯。

（3）隔熱防火性能好。由于泡沫混凝土屬于多孔輕質(zhì)材料，可用于樓層的向陽(yáng)隔熱層和沿公路一側(cè)的隔音層。同時(shí)在防火、防水性能方面也具有良好的效果，而且可充分利用廢棄材料、節(jié)省耕地和能源、降低成本。王玉寶[11]將膠液和松香堿液與自制防水劑按等比例混合后制得復(fù)合發(fā)泡劑，制備的泡沫混凝土在防水、隔熱性能都有顯著提高。以谷類蛋白發(fā)泡劑制得輕質(zhì)泡沫混凝土，在隔音、保溫性能上也取得良好效果[12]。

本文研究了一種新型動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑，針對(duì)免蒸養(yǎng)工藝，以普通硅酸鹽水泥作基材，選用表面活性劑發(fā)泡與礦物材料發(fā)泡相結(jié)合的新型模式，采用預(yù)發(fā)泡的方法制備不同容重的泡沫混凝土。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 制備原料

蛋白質(zhì)發(fā)泡劑制備原料：羊蹄角（烘干、粉碎，粒徑<1 mm）、Ca(OH)2、十二烷基硫酸鈉、明膠、阿拉伯樹(shù)膠粉、十六烷基三甲基溴化銨均為分析純，購(gòu)自成都科龍化學(xué)試劑有限公司；NaOH、洗潔精為工業(yè)級(jí)。

沫混凝土制備原料：水泥（在普通硅酸鹽水泥中摻入少量的高鋁水泥來(lái)調(diào)整水泥漿的凝結(jié)時(shí)間）、礦物材料、粉煤灰。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

天平、研缽、250 ml圓底燒瓶、漏斗、攪拌器、模具、養(yǎng)護(hù)箱、干燥箱、量筒。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

2.3.1 動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑的制備

將20 g羊蹄角粉與2.25 g Ca(OH)2放置于250 mL圓底燒瓶中，加入150 mL自來(lái)水。在100 ℃下反應(yīng)6 h后，過(guò)濾得澄清發(fā)泡劑母液，在其中加入0.2%明膠，使用時(shí)將50 mL發(fā)泡劑母液與50 mL自來(lái)水混合使用。

2.3.2 泡沫混凝土的制備

采用泡漿分開(kāi)混合法。（1）量取自制蛋白發(fā)泡劑100 mL于1 000 mL燒杯中，在高速攪拌器下攪拌制成泡沫；（2）同時(shí)將水泥、高鋁水泥、粉煤灰、礦物材料、外加劑等混合原料在攪拌機(jī)內(nèi)先干拌均勻，再加入水?dāng)嚢? min；（3）將泡沫緩慢倒入混合料內(nèi)繼續(xù)攪拌5 min，保證泡沫均勻分布在混合料中；（4）最后將制得的料漿注模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)，12 h后脫模，再放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)10 d之后，測(cè)其性質(zhì)。

2.4 干容重的測(cè)試

將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)10 d的砌塊放入干燥箱中，以60 ℃保溫12 h，再以80 ℃保溫12 h、最后以105 ℃烘干至恒重G，取出量取砌塊尺寸計(jì)算體積V（精確至l mL），重量與體積之比即為各砌塊的干容重。

2.5 穩(wěn)定劑的作用

其它條件不變，分別在泡沫混凝土中加入不同濃度的穩(wěn)定劑，測(cè)其發(fā)泡倍率及單位時(shí)間的泌水量。

2.6 泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)試

混凝土砌塊依照GB/T17671-1999（ISO679: 1989）《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》制備、養(yǎng)護(hù)，到相應(yīng)齡期取出砌塊測(cè)定抗壓強(qiáng)度。

2.7 泡沫混凝土吸水率的測(cè)試

將做好的不同發(fā)泡劑摻入量的泡沫混凝土砌塊（質(zhì)量為G0）烘干后放入25 ℃恒溫水槽中保持24 h，用濕布抹去水分立即稱重為G1，吸水率按下式計(jì)算：

吸水率W(wt%) = (G1-G0)/G0

3 結(jié)果與討論

3.1 發(fā)泡劑摻入量對(duì)泡沫混凝土干容重、抗壓強(qiáng)度、吸收率的影響

圖1 發(fā)泡劑摻入量對(duì)泡沫混凝土干容重的影響

圖2 發(fā)泡劑摻入量對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖3 發(fā)泡劑摻入量對(duì)泡沫混凝土吸水率的影響

由圖1、圖2和圖3可以看出，隨著發(fā)泡劑摻入量的增加，泡沫混凝土的干容重和抗壓強(qiáng)度也隨之下降，吸水率呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。當(dāng)發(fā)泡劑摻入量增加，高速制泡產(chǎn)生的微氣泡量越多，在水泥料漿中產(chǎn)生的微細(xì)閉合氣泡量亦越多，故體積增大，容重和抗壓強(qiáng)度下降，吸水率增大。因此，考慮到泡沫混凝土的不同性能，發(fā)泡劑的摻入量應(yīng)有一定限制。

3.2 穩(wěn)泡劑的作用測(cè)試結(jié)果與分析

表1 穩(wěn)泡劑的作用分析

在發(fā)泡劑使用中，穩(wěn)泡劑起著不容忽視的作用。發(fā)泡劑往往和穩(wěn)泡劑復(fù)配使用。穩(wěn)泡劑一般為膠類物質(zhì)。膠類分子在水溶液中，可使其溶液在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)部磨擦，使溶液有較高的粘度。正因?yàn)槟z使液體的粘度增加，這便增加了泡沫的液膜粘度，可以增加液膜表面強(qiáng)度，延緩了液膜破裂時(shí)間，增加了泡沫的穩(wěn)定性。

另外，加入穩(wěn)泡劑后溶液的起泡高度略小于不加膠時(shí)溶液的起泡高度。這主要是因?yàn)槿芤赫扯仍黾?，增大單位表面積的功也增大，在做同樣功的情況下，增大的表面積減小，因而從表1的數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)泡劑中加入穩(wěn)定泡劑，其發(fā)泡倍數(shù)明顯降低，但穩(wěn)定性卻顯著提高。

3.3 泡沫混凝土與普通混凝土的性能比較

表2 泡沫混凝土與普通混凝土的性能比較

泡沫混凝土的干容重較小，在400 kg·m-3～1 600 kg·m-3之間，相當(dāng)于普通水泥混凝土的1/2～1/10，也比一般輕集料混凝土還要低，為了減輕建筑物的自重，從而減少建筑物對(duì)地基的壓力，可在在建筑物的內(nèi)外墻體屋面樓面立柱等建筑結(jié)構(gòu)中采用該種材料，實(shí)現(xiàn)建筑物的高層化；還可以減少建筑物梁柱的結(jié)構(gòu)尺寸，節(jié)約材料和成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）發(fā)泡劑摻入量是影響泡沫混凝土性能的主要因素，最佳實(shí)驗(yàn)配方中發(fā)泡劑摻入量為1 150 mL。

（2）最佳實(shí)驗(yàn)配方下制得的泡沫混凝土干容重為580-790 kg·m-3，抗壓強(qiáng)度為3-6 MPa，吸水率為18%- 28%。

（3）在發(fā)泡劑使用中，加入穩(wěn)泡劑，其發(fā)泡倍數(shù)明顯降低，但穩(wěn)定性卻顯著提高。

[1] 徐芬蓮,趙晚群,蔣雷山,蘇華.泡沫混凝土在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].商品混凝土,2011(3):4-6.

[2] 閆鎮(zhèn)甲.泡沫混凝土建筑保溫產(chǎn)品及應(yīng)用[J].混凝土世界,2010(4):63-67.

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[6 石行波,霍冀川,李嫻,等.動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑制備泡沫混凝土的研究[J].硅酸鹽通報(bào),2009,28(3):609-623.

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[11] 王玉寶.防水型復(fù)合混凝土泡沫劑[P].CN1978387, 2007-06-13.

[12] 劉佳奇,霍冀川,雷永林,等.發(fā)泡劑及泡沫混凝土的研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2010,27(1):73-78.

（責(zé)任編輯、校對(duì)：琚行松）

The Study on the Impact of the Blowing Agent’s Incorporation on the Performance of Foam Concrete

LIU Li-hua1, XING Dan2
(1. Department of Chemistry, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China; 2. Tangshan No.2 High school, Tangshan 063000, China)

Animal protein foaming agent is prepared by the combination mode of surfactant physical foaming and mineral materials physics of foam. And foam concrete is gotten by a separate mixed slurry bubble preparation of foaming agent. The best blowing agent incorporation is assured by investigating the effect of blowing agent incorporation on dry bulk density, compressive strength and water absorption. The experimental result shows that the dry bulk density of the foam concrete was 700 kg·m-3, the compressive strength is 4 MPa, the water absorption is 23% when blowing agent incorporation is 1,150 mL. The dry bulk density of the foam concrete is almost 1/2-1/10 of common concrete.

foaming agent; foam concrete; dry bulk density; compressive strength; water absorption

TQ314.259

A

1009-9115(2014)02-0036-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2014.02.010

唐山師范學(xué)院重點(diǎn)研究項(xiàng)目（10B04）

2013-12-03

劉立華（1969-），女，河北唐山人，碩士，教授，研究方向?yàn)樽枞疾牧系闹苽?、改性及?yīng)用。