一種發(fā)泡混凝土的制備及性能研究

安朝霞

摘要：本文采用快硬硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料，以雙氧水（27.5%）和硬脂酸鈣，分別作為發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑，同時添加促凝早強劑制備了一種發(fā)泡混凝土材料。通過改變發(fā)泡劑的摻量分析干密度、吸水率、力學(xué)性能以及導(dǎo)熱系數(shù)等性能的變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：快硬硫鋁酸鹽水泥；發(fā)泡混凝土；發(fā)泡劑摻量；性能

0. 前言

發(fā)泡混凝土通常是用機械方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑組成的漿料中[1]。經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護而成的一種多孔材料。也可通過原位發(fā)泡[2]（化學(xué)反應(yīng)生成氣體）制備泡沫，例如鋁粉在堿性環(huán)境中釋放氫氣；雙氧水生成氧氣等。由于具備質(zhì)輕、隔熱、耐火、抗凍性好等特點，發(fā)泡混凝土及其制品具有廣闊的應(yīng)用前景[3]，發(fā)泡混凝土砌塊、發(fā)泡混凝土輕質(zhì)墻板等已經(jīng)應(yīng)用于建筑節(jié)能墻體材料中。此外發(fā)泡混凝土制品屬于燃燒等級為A級的不燃材料，因此將其作為保溫材料領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣，制品方面的研究也會越來越多。但發(fā)泡混凝土作為保溫材料使用時，得到的制品普遍強度偏低，吸水率高，影響了其推廣及應(yīng)用。另一方面，作為發(fā)泡混凝土的主要組成部分，發(fā)泡劑的研制和開發(fā)，對于發(fā)泡混凝土的性能和應(yīng)用具有關(guān)鍵性的作用[4]。由于目前發(fā)泡劑的種類多種多樣，且檢測方法不統(tǒng)一， 使得發(fā)泡劑的選擇與應(yīng)用存在很大困難。本文采用雙氧水（27.5%）與硬脂酸鈣，分別作為發(fā)泡混凝土的發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑，制備了一種發(fā)泡混凝土材料。經(jīng)測試，該材料各項指標均符合標準規(guī)范的要求。同時，通過調(diào)整泡沫摻量可以控制發(fā)泡混凝土材料的容重等級，并探討其對干密度、吸水率、力學(xué)性能、熱工性能等方面的影響，為發(fā)泡混凝土的設(shè)計與應(yīng)用提供參考。

1. 試驗原材料及方法

1.1.1原材料

水泥： 42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥

發(fā)泡劑：27.5%雙氧水

穩(wěn)定劑：硬脂酸鈣

促凝劑：鋰鹽類促凝早強劑

減水劑：三聚氰胺減水劑

1.1.2 試驗儀器

SHT4305-W 微機控制電液伺服萬能試驗機

CD-DR3030 導(dǎo)熱系數(shù)測定儀

數(shù)顯鼓風(fēng)恒溫干燥箱

恒溫水槽

1.2試驗方法

1.2.1 發(fā)泡混凝土材料的制備

將水泥，泡沫穩(wěn)定劑，水泥促凝劑，減水劑等材料混合均勻，加水攪拌120S至漿體均勻。在漿體中加入雙氧水，繼續(xù)攪拌至均勻為止。通過檢測發(fā)泡混凝土的容重等級，控制材料的均勻性與泡沫的致密性。硬化成型的試樣在室內(nèi)自然養(yǎng)護，1天后脫模，養(yǎng)護至試驗齡期。

1.2.2 原材料作用

（1）膠凝材料中的快硬硫鋁酸鹽水泥可用粉煤灰部分取代；

（2）硬脂酸鈣可以增大漿體的粘度，使泡沫致密、穩(wěn)定；

（3）鋰鹽類促凝劑可以使水泥水化誘導(dǎo)期消失[5]，水泥加水后直接進入水化加速期，從而與雙氧水的發(fā)泡時間相一致；

（4）三聚氰胺減水劑降低水灰比，提高材料的強度。

1.2.3 性能測試方法

測試試樣的絕干密度、吸水率、導(dǎo)熱系數(shù)和3d、7d、28d齡期的抗壓強度。試樣的絕干密度，吸水率測試參照GB/T11970-1997《加氣混凝土體積密度、含水率和吸水率試驗方法》、抗壓強度測試參照JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌塊》、導(dǎo)熱系數(shù)測試參照 GB/T10294《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定 防護熱板法》。

1.2.4 材料測試結(jié)果

試驗中取水灰比分別為0.5，0.6，當制備的材料容重分別為680Kg/m3，610Kg/m3時，各項測試指標結(jié)果如表1所示：

表1.材料的測試結(jié)果

測試項目 水灰比0.5 水灰比0.6

干密度（Kg/m3） 513 470

吸水率（%） 15 20

28d抗壓強度（MPa） 2.65 1.51

導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·K） 0.092 0.088

2 試驗結(jié)果分析

2.1泡沫摻量對發(fā)泡混凝土絕干密度、吸水率的影響

本文中氣泡的產(chǎn)生主要通過雙氧水的發(fā)泡作用，即2H2O2=2H2O+O2↑。雙氧水在堿性介質(zhì)中易分解，泡沫的摻量可以通過雙氧水的用量控制，取雙氧水摻量為膠凝材料的2%，3.3%，4%，5.3%，6.6%分別成型，養(yǎng)護。根據(jù)GB/T11970-1997《加氣混凝土體積密度、含水率和吸水率試驗方法》測試材料的絕干密度與吸水率。所得結(jié)果如圖1.2所示：

圖1. 泡沫摻量對絕干密度的影響

當雙氧水摻量較低時，發(fā)泡倍數(shù)低，發(fā)泡混凝土膨脹小，成型相同體積需要的材料更多，絕干密度較大。雙氧水摻量較高時，成型過程中混凝土膨脹較大，但是狀態(tài)不易保持，泡沫最終沉降、破裂。

圖2.泡沫摻量對吸水率的影響

圖2中，隨著泡沫含量的增多，氣孔增多，吸水率變大。當雙氧水摻量超過膠凝材料的4%時，吸水率超過40%。

2.2泡沫摻量對發(fā)泡混凝土力學(xué)性能的影響

硬化成型的試樣在室內(nèi)自然養(yǎng)護，1天后脫模，參照JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌塊》測試兩種不同水灰比（0.5、0.6）下試樣的3d，7d，28d抗壓強度。圖3是兩種不同水灰比時，泡沫摻量對28d抗壓強度的影響。

圖3. 泡沫摻量對抗壓強度的影響

由圖3可以看出，隨著泡沫含量的增多，試樣的抗壓強度降低。當水灰比為0.6時，雙氧水摻量超過膠凝材料的5%，則28d抗壓強度<0.4MPa。

2.3泡沫摻量對發(fā)泡混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響

參照 GB/T10294《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定 防護熱板法》對試樣在兩種不同水灰比下的導(dǎo)熱系數(shù)進行測試。根據(jù)標準中的要求，成型試樣的尺寸為300mm×300mm×25mm。導(dǎo)熱系數(shù)隨泡沫摻量的變化如下圖所示：

圖4. 泡沫摻量對導(dǎo)熱系數(shù)的影響

從上圖得到，泡沫摻量的增多，材料的導(dǎo)熱系數(shù)降低。這是因為隨著泡沫的增多，材料內(nèi)部的封閉氣孔增多，而封閉氣孔中含有大量的空氣，空氣的導(dǎo)熱性能很差（導(dǎo)熱系數(shù)0.02w/（m·k）），所以材料的導(dǎo)熱系數(shù)降低。另一方面，水灰比大的，導(dǎo)熱系數(shù)相對更低。因為水灰比大時，水泥粒子的分散空間擴大，水泥水化程度增大，導(dǎo)致水泥漿膜增多，界面的增加使得材料中熱能穿透阻力增大，導(dǎo)熱系數(shù)更低。

3 結(jié)論

（1） 以鋰鹽類為促凝劑，可以調(diào)節(jié)雙氧水發(fā)泡時間與快硬硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)時間配合較好，從而有利于材料強度的提高與形貌優(yōu)化。

（2） 泡沫含量增多，發(fā)泡混凝土的干密度降低，吸水率增大，抗壓強度降低，導(dǎo)熱系數(shù)變小。但泡沫摻量過大時，導(dǎo)致坍泡多，狀態(tài)不穩(wěn)定。

（3） 當雙氧水含量>膠凝材料的4%時，材料的吸水率>40%；雙氧水含量>膠凝材料5%時，以水灰比0.6制備的材料28d抗壓強度<0.4MPa。

（4） 由于界面增加對熱能穿透阻力的增大，泡沫摻量相同時，水灰比較大的材料，導(dǎo)熱系數(shù)更低。

參考文獻：

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