水灰比和外加剂对泡沫混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 5年第 1 0期 1 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI N A C0NC RE T E AND C E MENT P RODUC T S 2 0 1 5 No 1 0 Oc t o b e r 水灰 比和外加剂对泡沫混凝土性能的影响 何 立粮 ， 杨 立荣 ， 张宝强 ( 华北理工大学材料科学与工程学院 ， 河北省无机非金属材料重点实验室 ， 唐山 0 6 3 0 0 9 ) 摘要 ： 研 究了水灰 比、 激发剂 高锰酸钾掺 量、 早 强剂三 乙醇胺掺 量对化 学发 泡泡沫混凝 土干密度和抗压 强度 的影响。结果表 明， 适宜的水灰 比为 0 4 6 ， 高锰酸钾适 宜掺量为 5 ， 三 乙醇胺 能减 少泡沫混凝 土密度 ， 但 其强度也 随 之 降 低 ， 适 宜掺 量 为 0 0 4 。 关键词 ： 泡沫混凝土 ； 水灰 比； 激发 剂 ； 早强剂 Ab s t r a c t ： nl e i n flu e n c e o f W C a c t i v a t o r f o r p o t a s s i u m p e r ma n g a n a t e d o s a g e a n d e a r l y s t r e n g t h a g e n t f 0 r t r i - e t h a n o l mi n e o n d r y d e n s i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c h e mi c a l foa me d foa m c o n c r e t e i s s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t ， t h e s u i t a b l e d o s a g e o f W C i s O 4 6 ， t h e c o n t e n t o f p o t a s s i u m p e r ma n g a n a t e i s 5 ， t h e t r i e t h a n o l a mi n e c a n d e c r e a s e d e n s i t y o f f o a me d c o n c r e t e a n d c o mp r e s s i v e s i r e n g t h i s r e d u c e d T h e s u i t a b l e c o n t e n t o f t r i e t h a n o l a mi n e i s 0 0 4 Ke y wo r d s ： F o a m c o n c r e t e ； W C ； Ac t i v a t o r ； Ea rl y s t r e n g t h a g e n t 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 1 0 7 1 0 3 0前言 化学发泡泡沫混凝 土( 又称为发泡水泥 ) 通过 化学反应在新拌料浆中产生气体 ， 其 中的气孔独立 封 闭存在 ， 使混凝土达到轻质化和保温隔热化 。化 学发泡泡沫混凝土保温板 以其 良好的特性 ， 被 大量 应用于节能墙体材料 ，不仅可 以缩短施工工期 ， 而 且还可使工程质量得到提高 ， 是建筑节能用保温材 料中非常重要的一种绿色环保材料。 双氧水( H ： 0 ： ) 是 目前化学发泡泡沫混凝土中常 用的发泡剂 ， 其特点是液态 H 2 0 ： 容易在水泥浆体中 均匀分散 ， 在碱性条件下 ， 其 自身发生 氧化还原反 应生成氧气作为化学发泡 的气源 ，可以通过温度 、 双氧水的浓度、 搅拌速度等来控制 H 0 产生氧气的 速度和数量。 为调节 H o ： 在低温条件下的分解速率 ， 节省能 源【 l _ 。 达到泡沫混凝土的轻质高强 ， 本研究利用高锰 酸钾调节 H ： 0 ： 的分解速度 ， 水灰比调节发泡水泥浆 体 的稠度 。 三乙醇胺为早强剂 ， 考察水灰 比、 高锰酸 钾及三 乙醇胺掺量对密度低于 2 5 0 k g m 泡沫混凝 土保温板物理力学性能的影响。 1 试验研 究 1 1 主要 原材 料 水泥 ：强度等级为 4 2 5级的型硅酸盐水泥 ， 其性能如表 1 所示。 表 1 水 泥的物理力 学性 能 $ 9 5矿粉 ：取 自冀东混凝土唐 山总公 司的任各 庄站 。 发泡剂 ：市售 双氧水作 为泡沫混凝土 的发泡 剂 ， 质量 分数 为 3 0 。 憎 水 剂 ： 硬 脂 酸 钙 ， 化 学 纯 ， 呈 白色粉 末 状 ， 石 家庄市某助剂有限公司生产。 激发剂 ： 高锰酸钾 ， 化学纯 ， 青岛某化学试 剂有 限公司生产。 早强剂 ： 三乙醇胺 ， 化学纯 ， 天津市某化工有 限 公司生产。 减水剂 ： 萘系减水剂 ， 唐山某化工厂生产。 1 2 泡沫混凝土试样的制备 按照试验配比( 水泥 、 矿粉 、 发泡剂 、 憎水剂 、 减 水剂 、 其它外加剂和水 ) 准确称量实验物料各种 原 料 ，原料充分混合均匀后倒入搅拌锅 内加水搅拌 。 首先慢搅 3 mi n ， 停 1 5 s ， 之后快速搅拌 2 m i n ， 迅速加 入发泡剂 ， 并快速搅拌 5 1 0 s ， 将料浆倒入模具 中， 静停发泡。将发好 的试样连同模具一起放人标准养 一 71 2 0 1 5年第 1 O期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 4期 护室 养 护 2 4 h后 脱模 ， 再将 试 样 放人 标 准 养 护 室养 护至规定龄期。 1 3 性 能测 试 试 样 的绝 干 密 度 和抗 压 强 度 的测试 按 照 G B 1 、 5 4 8 6 -2 0 0 8 4 无机硬质绝热制 品试验方法 进行。试 样 养 护 龄 期 为 2 8 d ，试 块 尺 寸 为 1 0 0 mmx 1 0 0 mmx 1 0 0 mm 。 2结果 与讨论 2 1 水灰比对泡沫混凝土性能的影响 表 2给出了水灰 比不同时 泡沫混凝土浆体的 流 动性 和发 泡情 况 。由表 2可 以看 出 ， 在 发泡 良好 的前提下 ， 适宜 的水灰 比范围为 0 4 4 0 5 0 ， 在此范 围内。 随水灰 比的增大， 浆体的流动性提高。而当水 灰 比低 于 0 4 4时 ， 浆体流动性差 ， 浆体较稠 ， 不利于 发 泡 。 表 2 水灰 比不同时泡沫混凝 土的流动性及 发泡情况 水灰 比 试 验现象 0 5 0 0 48 0 4 6 0 4 4 0 42 0 40 浆 体 流 动度 大 ， 发 泡 良好 浆体流动度较大 ， 发泡 良好 浆体流动度适合 ， 发泡 良好 浆体流动度稍稠 发泡 良好 浆 体较 稠 ， 气泡孔径较大易坍塌 收缩大 浆体很稠 ， 气泡孑 L 径大 ， 坍塌 ， 发泡不成 功 当水灰 比小于 0 4 4时 ，泡沫混凝土浆体稠度 大 ， 使得发泡剂在浆体间分散不充分 、 不均匀 ， 在发 泡剂分散较多的局部 ， 发泡剧烈 。 发泡量大 。 导致化 学发泡 的气孔孑 L 径偏大 ，且气孔在浆体 中分散不 均 ； 当水灰 比在 0 4 4 0 -4 8范围内， 浆体流动度随水 灰 比增加而增大 。 气孑 L 形成阻力较小且适当 ， 形成 的孔径较均匀且近似圆形 ， 孔径也随水灰 比变化逐 渐减小 ； 当水灰 比大于 0 4 8时 由于水多而胶凝材 料少 ，发泡剂发泡速率高于料浆凝结硬化速率 ， 孑 L 壁机械强度低 ，在硬化浆体 中易形成贯通孔及 大 孔 。因此 ， 水灰 比过大或过小均使得泡沫混凝土气 孔 均 匀 性 变 差 ， 当水 灰 比为 0 4 6时 化 学 发 泡 水 泥 孑 L 径 较 小 且 均 匀 ， 孑 L 壁 适 宜 且 较 厚 。 泡 沫 混 凝 土 密 度小 且抗 压强 度高 。 水 灰 比对 泡 沫 混 凝 土 抗 压 强 度 和 干 密 度 的影 响如图 1所示 。由图 l 可知 ， 随着水灰 比的增大 ， 泡 沫混 凝 土 的密 度 逐渐 增 大 ， 而抗 压 强 度 先上 升 而 后 下降 当水灰 比为 0 4 6时 ， 泡沫混凝 土的抗压强度 最高， 密度为 2 1 7 k g m 。 由于泡沫混凝土结构 中含有 大量的封闭气孑 L ， 其强度主要来源于泡沫混凝土 的 泡壁 气孔 的大小及其均匀性也会对强度产生一定 一 72一 的影响： 当水灰 比过低时 ， 由于浆体 的稠度增大 ， 是 不利于气孔形成的 ， 更不利于形成均匀的气孔而导 致泡沫混凝土的强度减小。但是水灰 比过大 ， 泡沫 混凝土浆体稠度低 ， 气 孔形成 的阻力减小 ， 增加连 通孔和大孔的数量 ， 导致气孔壁变薄 ， 密实度降低 ， 泡沫混凝土抗压强度稍有减小。 糖 H - 鼎 水灰 比 图 1 水灰 比对泡沫混凝土 2 8 d抗压强度和干密度的影响 2 - 2 K Mn O 掺量对 泡沫 混凝 土性 能 的影 响 孙 诗 兵 等 【2 J 的研 究 表 明 激 发 剂 能 有 效 地 提 高 硫铝 酸 盐 泡沫 混凝 土 中双 氧水 的分 解 速度 ， 增 加 发 泡速率 ， 但发泡倍数不改变。在其它试验条件不变 的情 况 下 ， 固定水 灰 比为 0 4 6 ， 发泡 水温 为 1 8 ， 考 察激发 剂 K Mn O 掺量对 H 0 发 泡水 泥性能 的影 响。试验中发现 ， 当 K Mn O 含量在 1 和 2 时 ， 硅 酸盐水泥浆体发泡缓慢 ， 泡沫细小 ， 能填满模具 ； 3 5 的 K Mn O 含量时发泡速度逐渐加快 ， 泡孔直径 2 3 mm， 发 泡 良好 ； 6 7 的 K Mn O 含 量 时发 泡 反 应 迅 速 ， 发 泡 良好 ； 8 9 的 K Mn O 含 量 时 发 泡速 度 不再 增加 发 泡 良好 。 图 2给出了激发剂 K Mn O 含量对发泡水泥干 密度 和抗压 强度 的影 响 。 由图 2可知 ， 随 K Mn O 含 量的增加 ， 试块 的干密度逐渐降低 ， 抗压强度 先增 糖 H _ 皇 越 嘎 K Mn O 含量， 图 2 K Mn O 含量对泡沫混凝土抗压强度和干密度 的影响 何立粮 ， 杨立荣 ， 张宝强 水灰 比和外加剂对泡沫混凝土性能的影响 加后降低 ， 结合 K Mn O 含量对干密度和抗压强度综 合影响结果 ， 适宜 的 K Mn O 含量是 5 ， 此时泡沫混 凝 土干 密度 为 2 3 8 k g m 。 ， 强度 最高 。 影 响泡 沫混 凝 土 制品力学性能 的因素包括基体材料 的强度和泡 沫 混凝土孑 L 结构 ， I P ：f L 隙率 、 孔尺寸和孑 L 形状。由于激 发剂掺量变化改变 了泡沫混凝土 的发泡速度 ， 发泡 速度不 同时 ，可能造成材料的孔结构发生变化 ， 适 宜的发泡速度能使孔结构更加细密 、 孑 L 形接近于球 形 ， 由前面的分析可知 ， K Mn O 含量是 5 时发泡 良 好 ， 孔径 2 3 mm， 均匀 ， 接近于球形 ， 可能是强度最 高 的原 因 。 2 _ 3 三 乙醇胺掺 量对 泡 沫混凝 土性 能 的影 响 保持其它条件不变 ， 加入 5 的激发剂 K Mn O ， 考 察 早 强 剂 三 乙醇 胺 对 发 泡 水 泥 干 密 度 和 抗 压 强 度 的影 响 。 憾 憷 d 窒 慰 O U 2 U U 4 UO 6 U U 8 0 1 U O 1 2 0 1 4 三乙醇胺 掺量， 图 3 三乙醇胺 含量对泡沫混凝 土抗 压强度和干密度的影响 王景然等【3 】 指出， 随三 乙醇胺掺量增加 ， 减少 了 水泥标准稠度用水量 。 适量 的三乙醇胺能提高水泥 浆体的流动性 ， 提高强度。试验中发现 ， 加入三乙醇 胺 后 ， 泡沫 混 凝土 发泡 良好 ， 泡孔 直径 较 大 约3 mm， 较未加入时孔径变大。三乙醇胺对泡沫混凝土物理 力学性能的影响如图 3所示 。由图 3可知 ， 泡沫混 凝 土的干密度 随着 三乙醇胺 掺量 的增加 而逐 渐降 低 ， 但均低于 2 0 0 k g m ， 抗压强度随三乙醇胺含量的 增加先增大而后降低 ， 当三乙醇胺掺量为 0 0 4 时， 泡沫 混凝 土抗 压强 度最 大 ， 相 应 的密 度为 1 9 4 k g m 。 其 可能原因是三乙醇胺的加入提高了泡沫混凝 土 浆体 的流动性 ， 降低 了浆体 的稠度 使发泡剂在料 浆 中分散均匀性提高 ， 气源膨胀过程 中克服 的阻力 减 小 所致 。 3结 论 ( 1 ) 在发泡 良好 的前提下 ， 随水灰 比的增 大 ， 泡 沫混凝土浆体流动性增强 ，气：f L ：f L 径逐渐减小 ， 且 均匀 ，泡沫混凝 土抗压强度先提高后有所降低 ， 适 宜的水灰 比为 O 4 6 。 ( 2 ) 随 K Mn O 含量 的增加 ， 试块 的干密度逐渐 降低 ， 抗压强度先增加后降低 ， 适宜 的 K Mn O 掺量 为 5 。 ( 3 ) 三乙醇胺的加入有效地降低了泡沫混凝土 的密度 。 但抗压强度也随之降低 ， 适 宜的三乙醇胺 掺量为 0 0 4 。 参 考 文 献 ： 1 徐文， 钱冠龙， 化子龙 用 化学方法制备泡沫混凝 土的试验 研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 4 2 孙 诗兵， 陈华， 牛寅平， 等 激发剂对发泡水泥制备 与性能的 影 响 J 武汉理工大学学报， 2 0 1 2 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 2 2 2 5 3 】 王景然 ， 马保 国， 何超， 等 三乙醇胺 对水 泥流变 性能 和水 化 的影 响【 J 硅酸盐通报， 2 0 1 4 ， 3 3 ( 1 ) ： 1 5 作者简介 ： 何立粮 ( 1 9 9 3 一 ) ， 男 ， 本科生 。 通讯作者 ： 杨立荣 ， 女 ， 副教授 。 通讯地址 ： 河北省唐 山市新华西道 4 6号 联 系电话 ： 1 5 0 3 1 5 1 0 1 8 6 E ma i l ： y l r 20 0 5 1 2 6 c o m 窜； e 夸kr jk- ， ： 夸 j - 啦坐 k， 宣 夸 k 业夸 - 宣； 窖 r 夸 毒 r 窜 - 宣 r 窜 r 9 j r 奎 r 音 夸 逝专 ， 9 夸 k- j 妊r 自 kr 欢迎订阅 2 0 1 6年 新型建筑材料 月刊 ( 邮发代号： 3 2 5 7 ) 全 国中文核心期刊 中国科技核心期-T I J R C C S E中国核心学术期刊 全 国建材优 秀期刊全国建材 系列期刊 浙江省及华东地区优秀期刊 中国期刊方阵” 双效期刊”国内外多家大型数据库全文收录 中国科技论文统计源期刊 中国学术期刊综合评价数据库统计源期刊 主要栏 目： 新型墙体材料 、 保温材料与建筑节 能 、 建筑石 膏与胶凝材料 、 化学建材 、 建筑 防水材料 、 建筑涂料 、 建筑外加剂 、 装 饰装 修材料 、 塑料 门窗及 管材 、 金属建材与建筑钢结构 、 粉 煤灰 综合利用 ， 以及 国家产业政策 、 理事单位特别报道等。 1 9 7 4年创 刊， 中国新型建材设计研究院主办 。 刊号 ： C N 3 3 1 0 7 8 T U， I S S N 1 0 0 1 7 0 2 X。 大 1 6开 ， 进 E l 纸彩色胶 印 4 0页 ， 内芯 1 2 0页 。国内外公开发行 。 定价 ： 每期 8 o o元 ， 全年 1 2期共 9 6 0 0元 ( 含邮费 ) 。各地 邮局及本 刊均 可办理订 阅手 续。另有历 年合订本发行 。 本刊承接广告 。 欢迎联 系。 地址 ： 3 1 0 0 0 3 杭 州市中山北路 4 5 0号 电话 ： 0 5 7 1 8 5 1 7 5 1 0 0 ( 兼传 真) 8 5 0 6 2 6 0 0 8 5 0 6 6 5 5 6 Ht t p ： w w w c h i n a - n b m c a E- ma i l ： n b m9 9 9 1 6 3 c o m 一 73