四種水泥發(fā)泡劑發(fā)泡效果評(píng)價(jià)

蘇海霆,吳奇澤,2,馬倩,徐曼

四種水泥發(fā)泡劑發(fā)泡效果評(píng)價(jià)

蘇海霆1,吳奇澤1,2,馬倩1,徐曼1

1. 泰山學(xué)院 機(jī)械與建筑學(xué)院, 山東 泰安 271000 2. 大連理工大學(xué) 土木工程學(xué)院, 遼寧 大連 116000

發(fā)泡水泥保溫板作為近幾年來興起的無機(jī)保溫材料，綠色環(huán)保，施工簡(jiǎn)單，耐火性能高，與建筑同壽命。但國內(nèi)發(fā)泡劑市場(chǎng)魚龍混雜，質(zhì)量參差不齊，衡量發(fā)泡劑性能的標(biāo)準(zhǔn)不完善，因此進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)選用了工程中應(yīng)用較廣泛的四種發(fā)泡劑，采用普通硅酸鹽水泥作為主要膠凝材料，通過測(cè)試發(fā)泡水泥保溫板的干密度、開孔情況、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度性能，對(duì)四種常用發(fā)泡劑進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明不同類型的發(fā)泡劑對(duì)試件強(qiáng)度、密度性能指標(biāo)有較大的影響，其中LG-2258不僅發(fā)泡效果明顯，同時(shí)還兼具一定的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度。通過此次研究表明，LG-2258發(fā)泡劑具有較高的性價(jià)比，實(shí)際工程中可以采用水泥：水：發(fā)泡劑為1:0.2:0.06來制備發(fā)泡水泥試件。

發(fā)泡水泥; 性能對(duì)比; 強(qiáng)度; 干密度

發(fā)泡水泥板作為理想的建筑保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)低，具優(yōu)良的保溫隔熱性能，屬A級(jí)不燃材料，施工方便，成本較低，產(chǎn)品吸水率低且耐火性能優(yōu)良[1,2]。但其內(nèi)部特殊的微觀孔結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致其強(qiáng)度不足（≤1 MPa），在養(yǎng)護(hù)成型后易開裂，對(duì)其保溫性能也有一定的影響[3-5]。

目前，國內(nèi)關(guān)于發(fā)泡劑性能的研究主要是通過發(fā)泡劑的對(duì)比，進(jìn)行發(fā)泡劑復(fù)配，來提高發(fā)泡劑性能，而研究工程應(yīng)用型發(fā)泡劑性能的文獻(xiàn)較少：張文斌等[6]利用制革廢棄物，將其與其他表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，得到新型的蛋白質(zhì)型發(fā)泡劑，并測(cè)試其發(fā)泡性能。研究結(jié)果表明這種新型的蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑可以制備出性能更優(yōu)良的泡沫混凝土材料；馬平等[7]將十二烷基酸鈉（SDS）與動(dòng)物蛋白類發(fā)泡劑的性能進(jìn)行比較，并進(jìn)行復(fù)配以改進(jìn)發(fā)泡劑的性能，研究得出十二烷基酸鈉（SDS）發(fā)泡性能較好；李文博[8]通過震蕩法對(duì)比了植物型、動(dòng)物型和復(fù)合型三種發(fā)泡劑的發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性，得出復(fù)合型發(fā)泡劑發(fā)泡能力最好且制備的發(fā)泡試件強(qiáng)度較高。本文為進(jìn)行發(fā)泡劑性能的對(duì)比，采用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，通過測(cè)試試件的干密度、抗折強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度，進(jìn)行發(fā)泡劑的優(yōu)選。

1 材料與方法

1.1 原材料

選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥（鞏義市藍(lán)科凈水材料有限公司）為主要膠凝材料。發(fā)泡劑采用松香酸鈉、K-12、LG-2258、高泡精，化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1。使用飲用自來水拌合。

2.2 配合比

在制備發(fā)泡水泥保溫板的過程中，用水量以及發(fā)泡劑的摻入量都會(huì)對(duì)發(fā)泡水泥的性能產(chǎn)生影響，不僅會(huì)使水泥本身強(qiáng)度、和易性等一系列指標(biāo)產(chǎn)生波動(dòng)，還是會(huì)影響發(fā)泡的數(shù)量和質(zhì)量。本次課題采用兩組配合比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，水泥:水:發(fā)泡劑分別為1:0.2:0.06與1:0.24:0.12。

2.3 試件制作

將水泥、發(fā)泡劑按上述配合比混合后，邊慢速攪拌邊注入水，按一定的速率攪拌1 min左右，使各物料分散均勻，然后快速攪拌直到漿體出現(xiàn)明顯的體積膨脹即停止攪拌。制備的實(shí)驗(yàn)試件尺寸為170 mm*40 mm*40 mm，每組發(fā)泡劑分別做3個(gè)。在22 ℃，濕度60%的水泥養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)7 d，干燥后進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

2.5 水泥干密度、抗壓、抗折強(qiáng)度測(cè)試

按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[9]推薦的方法檢測(cè)試件的干密度；參考國標(biāo)GB/T 17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》[10]（ISO法）推薦的水泥膠砂抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度測(cè)試方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。采用控制加載速率的方式進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，加載速率為2 kN/s。荷載傳感器記錄，停止加載時(shí)，等待3 s讀數(shù)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2；采用液壓加荷的方式進(jìn)行抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，讀數(shù)精度為0.1 MPa，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3。

2 結(jié)果與討論

2.1 干密度

各組試件的干密度、試件發(fā)泡情況對(duì)比如圖4、圖5所示。

發(fā)泡水泥作為墻體的保溫材料，通常以夾層的形式填充至墻體與面層之間，因此發(fā)泡水泥產(chǎn)品要求輕質(zhì)。由圖6可知加入30 g發(fā)泡劑后，松香酸鈉發(fā)泡劑對(duì)試件的干密度幾乎沒有影響，相比之下，K-12對(duì)試件干密度的影響較高；加入60 g發(fā)泡劑后，松香酸銨發(fā)泡劑對(duì)試件的干密度依然幾乎沒有影響，高泡精發(fā)泡劑則對(duì)試件的干密度影響較大。圖7可清楚的看到氣泡所占的比例，原因?yàn)榘l(fā)泡劑使水泥試件內(nèi)部氣孔增多，試件因此質(zhì)量下降，密度也隨之降低。從輕質(zhì)角度來看，上述四種發(fā)泡劑中，高泡精與LG-2258發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)較高，試件的密度較小。在實(shí)際施工時(shí)，可用高泡精或LG-2258發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡水泥試件的制備。

2.2 截面分析

各組試件截面對(duì)比分別為如圖6、圖7所示。

發(fā)泡水泥的主要作用時(shí)保溫與隔熱，這便要求試件內(nèi)部具有孔徑較大且多的氣孔結(jié)構(gòu)。通過圖9對(duì)比試件截面的發(fā)泡情況可知：發(fā)泡劑摻量為30 g時(shí)，LG-2258發(fā)泡劑所制備的水泥試件截面發(fā)泡效果明顯，但氣孔較小。而其余三種發(fā)泡劑截面并未出現(xiàn)明顯的發(fā)泡情況；發(fā)泡劑摻量為60g時(shí)，高泡精與LG-2258發(fā)泡劑所制備的水泥試件截面發(fā)泡效果明顯，但高泡精所制備的水泥試件截面氣泡孔徑較小，在承受荷載時(shí)，容易引起應(yīng)力集中，影響承載力，不適合在實(shí)際工程應(yīng)用；LG-2258發(fā)泡劑所制備的水泥試件氣泡孔徑較大，有利于試件的保溫、隔熱。在制備發(fā)泡水泥試件時(shí)，可選用LG-2258發(fā)泡劑，通過調(diào)節(jié)發(fā)泡劑的加入量，使水泥試件具備保溫與隔熱功能。

2.3 力學(xué)性能

各組試件的抗壓強(qiáng)度對(duì)比如圖8所示，各組試件的抗折強(qiáng)度對(duì)比如圖9所示。

由圖10、圖11可知，不同類型的發(fā)泡劑對(duì)水泥試件的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度影響不同。發(fā)泡劑加入量為30 g時(shí)，松香酸鈉的加入使水泥試件的抗壓強(qiáng)度影響較?。籐G-2258發(fā)泡劑對(duì)水泥試件的抗折強(qiáng)度影響最小。發(fā)泡劑加入量為60 g時(shí)，K-12的加入使水泥試件的抗折強(qiáng)度影響最大；LG-2258發(fā)泡劑對(duì)水泥試件的抗壓強(qiáng)度影響最。雖然發(fā)泡水泥僅作為墻體保溫材料，國內(nèi)對(duì)強(qiáng)度并沒有提出標(biāo)準(zhǔn)，但發(fā)泡水泥脆性大，易破損，施工現(xiàn)場(chǎng)損耗大，這就要求發(fā)泡水泥必須具備一定的強(qiáng)度指標(biāo)，在方便施工同時(shí)還可以祈禱延長(zhǎng)建筑物壽命的作用。LG-2258發(fā)泡劑所制備的水泥試件具有較高的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度，有利于現(xiàn)場(chǎng)的制作與施工。

3 結(jié) 論

本次實(shí)驗(yàn)以加入發(fā)泡劑的種類作為單一變量，通過測(cè)定試件的干密度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度，與純水泥試件的相關(guān)性能對(duì)比并比較，進(jìn)行發(fā)泡劑的優(yōu)選。上述四種發(fā)泡劑中，K-12與松香酸鈉發(fā)泡劑所制備的水泥試件截面并未出現(xiàn)明顯的發(fā)泡形況，相比之下，高泡精與LG-2258發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)明顯。高泡精所制備的水泥試件截面氣泡孔徑均較小；LG-2258發(fā)泡劑當(dāng)加摻入量為30 g時(shí)，所制備的水泥試件截面氣泡孔徑較小，當(dāng)摻入量為60 g時(shí)所制備的水泥試件截面氣孔較大。綜合試件截面的發(fā)泡情況以及其他物理指標(biāo)，LG-2258發(fā)泡劑發(fā)泡效果明顯，氣泡孔徑易于控制，且制備的試件力學(xué)性能較高，在上述四種發(fā)泡劑中性能較優(yōu)。

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Evaluation of Foaming Effect of Four Cement Foaming Agents

SU Hai-ting1, WU Qi-ze1,2, MA Qian1, XU Man1

1.271000,2.116000,

Foamed cement insulation board, as an inorganic insulation material rising in recent years, is green, environment-friendly, simple to construct, high in fire resistance, and has the same service life as buildings. However, no relevant documents have been issued on the preparation of foamed cement boards in China so far, which has hindered the further development of foamed cement boards to a certain extent. In this project, ordinary Portland cement is used as the main cementing material, and four foaming agents are compared by testing the effects of dry density, opening situation, compressive strength and flexural strength of foamed cement insulation board. The results show that different types of foaming agents have different effects on the strength and density of the specimens. LG-2258 not only has obvious foaming effect, but also has certain compressive strength and flexural strength. The research shows that LG-2258 foaming agent has high cost performance, and LG-2258 foaming agent can be used in actual projects to save costs.

Foaming cement;performance comparison strength; dry density

TQ172.1+1

A

1000-2324(2020)03-0559-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.036

2018-11-24

2019-01-25

山東省自然基金聯(lián)合專項(xiàng)(ZR2018LE017);泰山學(xué)院引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金(Y012018008);泰山學(xué)院青年教師科研基金(QN-01-201803);泰安市科技發(fā)展計(jì)劃(2017GX007)

蘇海霆(1988-),男,博士,講師,主要研究方向:保溫發(fā)泡水泥板,高速鐵路梁軌相互作用. E-mail:suhaiting1988@gmail.com