发泡混凝土的影响因素分析.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 l 6 ) 0 2 0 0 3 5 0 5 生态建材 发泡混凝土的影响因素分析 A n a l y s i s o f F a c t o r s A f f e c t i n g F o a m e d C o n c r e t e 张修勤 ，李秋义 ，臧家凯 ，韩帅 ，王忠星 ( 1 蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心 青岛理工火学 山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ； 2 西安理工大学土木建筑工程学院 ，陕西 西安 7 1 0 0 4 8 ) 摘要 ： 发 泡混凝 土是 以水 泥为主要 胶凝 材料 ，基 于双氧 水发 泡 工艺制 成的一 类轻质 多孔 的保 温材料 。试 验研 究水 温、粉煤灰掺量、稳泡剂掺量和发泡剂掺量四个因素分别对发泡混凝土制备的影响。结果表明：适宜制备 工艺的搅拌水温为3 2 o C左右；粉煤灰的最佳掺量为胶凝材料 总量的4 0 ；稳泡剂掺量为1 ；基于成本 、发 泡 效果 以及试 块的 成型 效果 ，发 泡 剂掺 量 为3 和3 5 。 关 键词 ： 发 泡混凝 土 ；水 温 ；粉 煤灰 ；稳 泡 剂 ；发 泡 剂 中图分类号 ：TU 5 2 8 2 文献标志码 ：A 0 前 言 近年来，保温混凝土砌块作为节能与结构一体化结 构体系的主要墙体砌筑材料发展很快。自保温砌块的研 制和推广将会对我国建筑节能T作进程具有显著的社会 经济效益。发泡混凝土保温砌块是以水泥为主要胶凝材 料通过化学发泡丁艺制成的保温型墙体砌筑材料。该砌 块自身具有轻质、保温隔热性能好、防火性能好以及比 强度高等特点，同时还可大量利用固体废弃物。 因此，发 泡混凝土是一种具有良好推广应用前景的节能型墙体砌 筑材料，应大力开发和推广应用 l l j 。 1 试验设计 1 1 试验材料 水泥：青岛山水水泥厂生产的 P O 4 2 5普通硅酸盐 水泥，水泥的物理力学性能指标和 X R F分析结果见表 1 和表 2 。 粉煤灰：采用青岛四方电厂生产的级粉煤灰，由 X R F分析结果得出粉煤灰的化学成分见表 3 ，性能指标见 表 4 。 发泡剂：化学发泡剂 H 2 0 2 ，由青岛世纪星化学试剂 有限公司生产，过氧化氢含量为 3 0 。 稳泡剂：硬脂酸钙，白色粉末状，分析纯。 外加剂：青岛市某建材公司生产聚羧酸高效减水剂。 水：自 来水。 表 1 水泥的物理力学性能指标 表 2 水泥的X R F 分析结果 成分 C a O S i O 2 AI 2 O 3 F e 2 O3 S O 3 N a 2 0 K 2 0 T i O 2 L O S S 含量6 5 7 3 1 9 8 0 4 3 8 3 8 3 1 9 8 0 9 6 0 5 8 O 5 4 2 2 0 基金项 目：国家 自然科学基金资助 ( 项目批准号：5 1 3 7 8 2 7 0) 山东省高校优秀科研创新团队计划资助 山东省高等学校人文社会科学研究项目 ( J 1 4 WB 5 7) 2 2 0 1 6 粉煤灰 3 5 zzzPsgiolePfrp 1 2 发泡混凝土的反应原理 1 2 1 发泡混凝土的发泡原理 发泡剂是在搅拌水泥浆过程中能引入大量均匀分布、 稳定而封闭的微小气泡的外加剂。加入气泡改善了新拌 浆体的和易性，并且使硬化浆体的抗冻融性、耐久性得 到显著提高。按照发泡过程中产生气泡的原理不同，可 将其分为化学发泡剂和物理发泡剂两大类。化学发泡剂 是指那些经加热发生分解或者是发生其他化学反应后能 释放出二氧化碳、氮气、氢气等一种或多种气体，从而 在材料内部形成大小均一、分布均匀、相互独立的气孔。 物理发泡剂是通过机械设备将其制备成泡沫，再将泡沫 加入到由水泥基胶凝材料、集料、掺合料、外加剂和水 制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的保 温板材。 发泡水泥浆体是弹一塑 一粘性体系。发泡水泥浆体 在搅拌、浇筑时会发生化学反应，水泥反应的产物为 c a ( o H ) ， ，因此浆体处于碱性环境，而发泡剂双氧水在碱性 环境下发生化学反应产生氧气，在气体压力大于浆体的 极限剪切应力时，气体开始膨胀而产生独立的气泡。随 着胶凝材料的水化，浆体逐渐硬化，而大量的气泡被固 定在坯体中，并最终发泡水泥内部形成大量的气孔【 2 _ 。 1 2 2 发泡混凝土的稳泡原理 对于发泡水泥保温材料，对其性能起着主要决定性 因素的是气泡的稳定性。所谓泡沫的稳定性是指生成泡 沫的持久性，即泡沫存在 “ 寿命”的长短。因为气泡在 没有稳泡剂的情况下容易破碎，从而影响了发泡剂的效 果。在加入稳泡剂后，发泡剂产生的气泡均匀而稳定， 并且不容易破灭。除此之外，添加稳泡剂还能增强气泡 壁的韧性 ，从而增强 了气泡的耐压能力，减小 了发泡水 泥胚体坍塌的几率。 目前普遍认为泡沫的稳定性主要取决于液体析出的 快慢和液膜的强度，因此可以选择适当的发泡剂，以降 低液相的表面张力，增加液膜的强度和弹性 ；同时加入 稳泡剂增加泡沫的液膜黏度，延缓液膜破裂周期，提高 泡沫稳定性1 3 。 另外泡沫的稳定性还与浆体凝结时间有关。泡沫破 裂的几率随浆体凝结时间延缓而加大，所以缩短发泡水 泥凝结时间是提高其稳定性的另外一条途径。搅拌速度、 搅拌时间也会影响泡沫的稳定性 l 4 I 。 3 6 COAL ASH 2 201 6 1 3 试验方法 ( 1 ) 材料准备与计量： 将所有的原材料准备好，将 水的温度调至试验要求温度，并按照配合比进行称量，因 为大部分的材料用量很少， 因此计量时需认真， 追求精准。 ( 2 ) 设备准备：将水泥胶砂搅拌机的搅拌锅和搅拌 叶擦干净并用水湿润。 ( 3 ) 试件制备：因为稳泡剂为白色粉末状不易分散 的材料，必须将其充分均匀地分散在胶凝材料中，因此 将其与胶凝材料一起倒入干锅中低速搅拌 2 ra i n ，然后均 匀加入部分水，并加入部分水稀释后的减水剂，再低速 搅拌 3 0 S完成，之后再高速搅拌 3 0 S ，再用剩余水稀释 发泡剂，最后加入稀释后的发泡剂并低速搅拌 1 0 S ，搅拌 完毕， 倒入模具浇筑成型。 ( 4 ) 养护条件：试块人模后待试块有一定的硬度将 试块带模一并放人混凝土养护箱内养护 1 0 h( 注意温升 慢慢上调，温度为 9 0 1 0 0) ，之后自然养护至试块有 足够强度后用拆模机拆模。然后将试块移送至电热鼓风 干燥箱至恒重。 2 试验配合比及分析 2 1 水温对发泡混凝土的影响 2 1 1 试验配合比设计 第一个试验探究水温对发泡混凝土i tl 0 备的影响，并 选择适合制备发泡混凝土的水温。试验配合比设计为： 胶凝材料为纯水泥，6 0 0 g ；水温分别为 2 4 、2 8 、 3 2 O 和 3 6 O ；发泡剂用量为胶凝材料的 3 ；稳泡剂用量 为胶凝材料的1 。试验配合比见表 5 。 表 5 水温影响的试验配合比 编号 水泥 g 发泡剂 稳泡剂 减水剂 水 g 水温 A1 A2 A3 A4 3 6 0 2 4 3 6 0 2 8 3 6 0 3 2 3 6 0 3 6 2 1 2 试验现象分析 通过观察四个试验组的发泡效果可知，A 1组的发 泡过程为：浆体发泡速度缓慢，仅仅填满模具，最后出 现浆体塌落，即出现塌模现象，塌模是指浆体浇筑后出 现局部下陷或者全部下陷 【 5 l 。如图 1 a 。A 2组的发泡效 果比第一组好，但是效果还是不太理想，A 3的发泡效果 3 3 3 3 6 6 6 6 zzzPsgiolePfrp zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp 3 结 论 ( 1 ) 在低水胶比条件下，硅灰复掺 ( 掺超细矿粉和 粉煤灰 ) 较单掺硅灰，浆体流动度得到很大幅度提高， 并且粉煤灰改善效果更好。其增塑机理为低水胶比时 ， 不 同大小颗粒组成的混合料体系的填充密实度对获得具有 良好流动性的浆体起着关键作用。混合料的填充密实度 越高 ， 所需填充水的量就越少 ， 浆体的流动性就越好。高 效减水剂和消泡剂等对浆体流动度也有较大影响。 ( 2 ) 在低水胶比条件下，水胶比和胶砂比是影响浆 体流动度和流变性能的重要因素。我们要综合考虑其对 工作性能和力学性能的影响，作出合理的选择。 参考文献 1 L O NG G ， WA NG X ， X I E Y V e r y - h i g h - p e r f 0 r ma n c e c o n c r e t e wi t h u l t r a fi n e p o wd e r s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 4 ) ： 6 0 1 - 6 0 5 2 P A N H Y， C H E N B E f f e c t s o f Mi n e r a l A d mi x t u r e s o n t h e P e r f o r m a n c e o f L i g h t we i g h t Hi g h S t r e n g t hC o n c r e t e J 1 l C o n c r e t e ， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 5 2 - 5 5 3 Y A N G J ， XING E T h e l n fl u e n c e o f Mi n e r a l F in e A d mi x t u r e o n t h e Wo r k a b il i ty o f F r e s h C e me n t B a s e d Ma t e r i a l s J 1 l Co n c r e t e ， 2 0 0 1 ( 2 ) ：4 1 4 4 4 】李建勇，姚燕 ，田培 ，等 硅酸盐水泥复合胶凝材料浆体的流变件 研究f J 1 l 山东建卡 于 学院学报 ，l 9 9 8( 1 2 )：5 2 5 8 5 李学英 ，马新伟 ，尹炜 复合矿物掺和料对混凝 1 ： 作性 的影响【 J 青岛理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 0( 4 )： 9 9 1 0 1 作者简介：王峰 ( 1 9 8 7 一)男，监理工程师，1 3 9 5 3 2 5 4 6 0 2 ；通讯地址 ：青 岛越洋工程咨询有限公州，山东省青岛市山东路1 6 号阳光泰鼎大厦2 2 楼， 邮编：2 6 6 0 7 1 。 收稿 日期： 2 0 1 5 年 9月 1 7日 ( 上 接 第 3 8页 ) 2 4 2 试验现象分析 针对发泡过程，对比四组的发泡效果，D 1组的为： 发泡速度缓慢，并且难以填满试模，这是因为发泡剂用 量较少，产生的气泡较少，因此气体体积较小，使得浆 体不能填满试模；D 2和 D 3组的发泡效果最好，蘑菇头 饱满光滑，并且试块拆模后气孔大小均匀；D 4的发泡速 度过快，浆体外溢严重，并且拆模后试块气孔孔径较大， 因为发泡剂的用量较大，产生的气泡体积较大，大量的 气泡拥挤在浆体内部会导致一些气泡合并连通在一起， 因而形成更大的孔直径，又因较多的气泡无法保留在浆 体中，使得浆体外溢 。因此发泡剂用量为 3 和 3 5 时发泡效果较好。 3 结 论 试验研究制备发泡混凝土时，水温、粉煤灰掺量， 稳泡剂掺量和发泡剂掺量四个因素分别对发泡混凝土的 发泡效果和试块成型后的外观质量的影响 试验结论如 下 ： ( 1 ) 制备 艺对发泡混凝土的发泡速度以及发泡效果 有着重大影响。通过试验的对 比分析得出水温控制在 3 2左右时能达到理想的发泡效果。 ( 2 ) 胶凝材料的组成对发泡混凝土的影响也同等重 要，制备发泡混凝土时粉煤灰扮演了多重角色。通过试 验得出粉煤灰的最佳掺量为4 0 。 ( 3 ) 稳泡剂作为保泡原理的核心，通过试验得出，稳 4 2 COAL ASH 2 2 01 6 泡剂掺量为胶凝材料的 1 时发泡混凝土试块的整体效果 好。 ( 4 ) 基于发泡过程 、试块外观以及试验成本，发泡剂 用量为 3 和3 5 时，综合对比，效果较好。 参考文献 1 】 王武祥 ，张磊蕾 ，廖礼平 ，等 发泡混凝 t 密实砌块 的抗压强度 研究f J 1 混凝与水泥制品 ，2 0 1 3 ( 3 ) ：4 3 4 8 2 张磊蕾 王武祥， 廖礼甲，等水抖比与发泡混凝土性能和孔结构卡 丌 关性研究 墙材革新与建筑节能，2 0 1 2 ( 1 1 ) ： 2 1 2 3 3 林永达， 李甲左， 高平坦表面活性剂在水泥和沥青混凝f ： 中的应川 M 北京： 中国轻工 出版社 ，2 0 0 1 4 张巨松 混凝土发泡剂功能的探讨 J ，混凝土，2 0 0 0( 7 )，3 4 3 5 5 】连学超 硫铝酸盐水泥发泡材料的试验研究【 c 】 青岛： 青岛理： I ： 人学 硕士论文 2 0 1 3 6 王武祥， 廖礼平， 王爱军， 等 用硫铝水泥制备发 泡水泥的试岭研究 J _ 新删建筑材料，2 O 1 3 ( 1 2 )：1 4 f 7 弓一平， 李 国友， 畅利香等 表观密度和聚丙烯纤维对泡沫混凝 十 ： 收 缩开裂的影响 材料导报 B：研究篇 ，2 0 1 2( 3 )：1 2 2 1 2 5 8 】 钱觉时， 吴传明，王智 粉煤厌的矿物组成 ( 上) 粉煤灰综合利川， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 2 6 - 3 1 ，3 7 - 4 1 9 李元君 利 【_】 废弃粘土砖制备泡沫 凝土的试验研究 D 】 内蒙 内 蒙 占科技人学硕士论文，2 0 1 5 1 O 】 刘军 崔云鹏，杨元全， 等 粉煤灰泡沫混凝士力学性能的研究【 J 】 材料导报，2 0 1 4 ( 8 ) ：1 3 9 1 4 2 f 1 1 连学超， 李秋义， 岳公冰，等 硫钒酸盐水泥 订 焦 火 渣发泡保温 材料的试验研究 混凝土，2 0 1 3 ( 1 ) ：4 5 4 8 1 2 汪卫琴 李秋义，t 军委，等 脱硫石油焦灰埘硫销酸盐发泡水泥忡 能影响 低温建筑技术，2 0 1 4 ( 1 2 ) ：1 1 1 3 作者简介： 张修勤 ( 1 9 8 9 一 )，女，钡士研究生，主要从 结构 I 程研究。 E m a i l ：3 0 4 7 7 7 9 4 2 q q t o m，青岛市巾北区抚顺路1 1 号，青岛理J 大 。 通讯作者：李秋义 ( 1 9 6 3 一 )，男，教授 ，博 i ： E导师，主要从 建筑卡 寸 料研究。 收稿日期： 2 0 1 5 年 8月 3日 zzzPsgiolePfrp