外加剂对超轻质泡沫混凝土性能的影响.pdf

中国科技核 心期刊 钎 癯 建魄 外加剂对超轻质泡沫混凝士以 5 E 能的影嫡 赵怀霞， 杨雷， 罗树琼， 管学茂 ( 河南理工大学 材料科学与工程学院 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 3 ) 摘要： 以水泥和双氧水为基本原料， 研究不同掺量稳定剂、 稳泡剂、 减水剂和催化剂对泡沫混凝土干密度、 抗压强度、 吸水率的 影响 。结果表 明， 稳定剂、 稳 泡剂 、 减水剂 、 催化剂的最佳 掺量分别 为水泥质量的 O 6 、 1 1 、 1 1 、 0 9 时， 按最低掺量制备的泡沫 混凝土 的干密度为 2 7 1 - 3 k g l m 抗压强度 为 0 7 3 MP a 。 关键词 ： 泡沫混凝土； 外加剂； 超轻质 中图分类号： T U 5 5 + 1 3 3 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 5 2 0 4 I n fl u e n c e s o f a d d i t i v e s o n p r o p e r t i e s o f s u p e r - l i g h t f o a m c o n c r e t e Z HA0 Hu a i x i a ， Y ANG L e i ， LU O S h u q i o t r g ， GU AN Xu e mo o ( S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ， He na n P o l y t e c h ni c Un i v e r s i t y， J i a o z u o 4 5 4 0 03 ， He na n， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Wi t h c e me n t a n d h y d r o g e n p e r o x i d e a s c h i e f r a w ma t e rials ， i n flu e n c e s o f s t a b i l i z i n g a g e n t ， f o a m s t a b i l i z e r ， wa t e r r e d u c e r and c a t a l y s t o n p r o p e r t i e s o f f o r me d c o n c r e t e i n c l u d i n g d r y d e n s i t y， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d wa t e r a bs o r pt i o n h a v e b e e n s t u di e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e o p t i mu m c o n t e n t s o f s t ab i l i z i n g a g e n t ， s t e a d y bu b b l e ag e n t ， wa t e r r e d u c e r 。 c a t a l y s t a r e O 6 ， 1 1 ， 1 1 ， O9 r e s p e c t i v e l y Th e f o a me d c o n c ret e h a s g o o d p e r f o rm a n c e o f l i g h t we i g h t h e a t i n s u l a t i o n， fi re p r e v e n t i o n w i t h 2 7 1 3 k #m d ry d e n s i t y a n d O 7 3 MP a c o m p res s i v e s t r e n g t h Ke y wor d s： f o am e d c o n c r e t e ， a d d i t i v e s ， s u p e r l i g h t we i g h t 泡沫混凝土通常是以水泥、 发泡剂等为基本原料， 掺加一 些外加剂等制成的轻质多孔材料。根据发泡方法分为物理发 泡和化学发泡2 类。 本文采用化学发泡： 首先将除化学发泡剂 以外的其它材料加水搅拌均匀， 并控制新拌料浆的初始状态， 这一过程一般搅拌2 3 m i n ； 随后在高速搅拌的同时， 迅速加 入化学发泡剂， 继续搅拌约1 0 S ； 最终将搅拌均匀的料浆倒入 模具内静停发泡，经自 然养护或蒸压养护所形成的微孔轻质 材料， 具有质轻、 隔热防火、 耐高低温、 抗老化、 吸水率小等优 良 特性l - 6 1 。 本试验以硅酸盐水泥和发泡剂为主要原料，研究了外加 剂对泡沫混凝土强度、 干密度、 吸水率等方面的影响， 进一步 降低泡沫混凝土的密度， 制备出超轻质泡沫混凝土。 基金项 目： 河南省教育厅科学技术研究重 点项 目( 1 2 B 4 3 0 0 0 9 ) ； 河南省重点学科开放 实验室开放基金项 目( ME M1 1 - 1 4 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 2 0 ； 修订 日期 ： 2 0 1 4 1 0 1 0 作者简介： 赵怀霞， 女， 1 9 8 7 年生， 河南郑州人 ， 硕士研 究生 。 通讯作者： 杨 雷， 地址 ： 河南 省焦作市高新 区世纪大道 2 0 0 1号 ， E ma i l ： y l _ w h u t 1 2 6c o m 。 5 2 新型建筑材料 2 0 1 5 1 l 试验 1 1 原材料 水泥： 焦作坚固水泥厂P 0 4 2 5 水泥； 外加剂： 稳定剂， 主要成分为无水焦磷酸钠； 稳泡剂， 主要 成分为无水碳酸钠； 减水剂： 萘系减水剂； 催化剂， 主要成分为 酵母； 速凝剂， 主要成分为铝酸盐； 发泡剂： 双氧水； 纤维： 聚丙烯纤维。 1 2 试验方法 本试验为加速反应， 采用蒸汽养护， 在温度为( 1 0 5 5 ) o C 的蒸压釜内 养护8 h 。 泡沫混凝土的干密度、 抗压强度和吸水率 参照G B T 1 1 9 6 9 - - 2 0 0 8 蒸压加气混凝土性能试验方法 进行 测试。 2 试验结果与分析 2 1 稳定剂对泡沫混凝土性能的影响 稳定剂的作用是增加溶液、 胶体、 混合物的稳定性， 减 慢反应， 保持化学平衡， 降低表面张力， 防止光、 热分解或氧 化分解等l T l ， 固定水泥用量为6 k g 、 水灰比0 3 6 ， 发泡剂、 速 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵怀霞， 等： 外加剂对超轻质泡沫混凝土性能的影响 凝剂、 纤维、 稳泡剂、 减水剂、 催化剂掺量分别占水泥质量的 6 O 、 3 0 、 0 2 、 1 2 5 、 1 0 、 0 8 ，研究稳定剂掺量对 4 0 0 3 8 0 3 6 0 3 4 0 翻 H - 3 2 0 3 0 0 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 稳定剂掺量 ( a ) 干密度 泡沫混凝土干密度、 抗压强度及吸水率的影响， 试验结果见 图 1 。 稳定剂掺量 ( b ) 抗压强度 图 1 稳定剂对泡沫混凝土性能的影响 从图1 可以看出， 当稳定剂掺量为0 4 时， 泡沫混凝土 的干 密度大于3 8 0 k g m ， 抗 压强度为O 8 7 M P a ， 吸水率小。 因 为浆料中产生气泡速率以及气泡体积增长较快， 气泡在料浆 中受力不平衡， 小气泡之间易融合， 使其体积变大、 变形、 破 裂，气泡难以稳定存在。当稳定剂掺量增至O 5 时， 气泡产 生速率适中， 其受力得到充足调整， 最终达到受力平衡状态， 气泡不破裂， 此时泡沫混凝土的干密度小于3 0 0 k g m ， 抗压 强度为0 4 7 M P 。而当稳定剂掺量从0 6 增至0 7 时， 由于 气泡产生速率减小， 且所产生的 气泡表面张力变小， 气泡体 积小， 气孔 率降 低， 导致干密度增大， 微裂纹处易 产生应力集 黼 H _ 稳泡剂掺量 ( a ) 干密度 稳定剂掺量 ( c ) 吸水率 中致使泡沫混凝土的抗压强度下降。 因此， 为了制得超轻质泡 沫混凝土， 稳定剂适宜掺量为0 6 。 2 2 稳泡剂对泡沫混凝土性能的影响 稳泡剂对泡沫稳定性、 坍落度、 体积稳定性、 密度、 强度等 性能有显著影响， 同时对料浆工作性和保水性有影响圈 。固定 水泥用量为6 k g 、 水灰比0 3 6 ， 发泡剂、 速凝剂、 纤维、 稳定剂、 减水剂、催化剂掺量分别占水泥质量的6 0 、 3 O 、 0 2 、 0 5 、 1 O 、 0 8 ，研究稳泡剂的掺量对泡沫混凝土干密度、 抗压强度和吸水率的影响， 结果见图2 。 稳泡剂掺量 ( b ) 抗压强度 图 2 稳泡剂对泡沫混凝土性能的影响 从图2 可以看出， 随着稳泡剂掺量的增加， 泡沫混凝土 的干密度和抗压强度逐渐下降， 而吸水率逐渐上升。当稳泡 剂掺量为0 9 5 时， 其干密度为3 3 3 5 k g m ， 抗压强度为0 6 7 M P a ， 吸水率最低； 当稳泡剂掺量为 1 2 5 时， 泡沫混凝土干 密度为2 9 7 5 k 舁 m ， ， 抗 压强 度为0 5 0 M P a ， 吸水率较高。 这是 因为稳泡剂有增稠保水的功能， 在机械搅拌的作用下浆体增 稠， 气泡稳定性提高， 减少了气泡破裂， 干密度降低， 相应抗 压强度也降低。综 合考虑， 稳泡剂掺量为1 1 0 较适宜。 2 3 减水剂对泡沫混凝土性能的影响 减水剂促使水泥颗粒相互分散， 絮凝结构破坏， 释放出 被包裹部分水， 从而有效地增大混凝土拌合物的流动性。加 入减水剂可使料浆 分散 更均匀， 工 作性能更好 。固 定水泥用 量为6 k g 、 水灰比0 3 6 ， 发泡剂、 速凝剂、 纤维、 稳泡剂、 稳定 稳泡剂掺量 ( c ) 吸水率 剂、催化剂掺量分别占水泥质量的6 0 、 3 0 、 0 2 、 1 1 、 0 5 、 0 8 ，研究减水剂掺量对泡沫混凝土干密度、抗压强 度、 吸水率的影响， 结果见图3 。 由图3 ( a ) 、 ( b ) 可以看出， 减水剂掺量为0 8 时， 泡沫混 凝土的干密度达到3 3 3 9 k g m ， 抗压强度为O 8 5 M P a ， 这是因 为混凝土所需水量不足， 流动性差， 虽然能减少气孔壁中毛细 孔孔隙， 提高气孔壁密实度， 但浆体稠度很大， 搅拌过程中摩 擦阻力使其变形较大， 气泡受力不均衡易破 裂， 导致水化后气 孔数量少， 此时 干密度和抗压强度均较大， 吸水率小。 当减水 剂掺量为1 1 时， 干密度降低为3 2 2 8 k g m s , 抗压强度为O 6 o M P a ， 浆体流动性得到改善， 气孔分散趋于均匀， 数量增多， 多 孔材料强度降 低。当 减水莉掺量增至1 2 时， 泡沫混凝土的 强度进一步下降，这是因为料浆养护水化过程由于富余的自 NE W BUI L Dl NG MAT E RI AL S 53 星 喂 龛 龋 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵怀霞， 等： 外加剂对超轻质泡沫混凝土性能的影响 橱 8 0 9 1 0 1 1 1 2 减水剂掺量 ( a ) 干密度 ： 1 减水剂掺量 ( b ) 抗压强度 图3 减水剂对泡沫混凝土睦能的影响 由水蒸发， 导致连通孔数量增多， 降低其干密度和抗压强度。 从图3 ( c ) 可以看出， 随着减水剂掺量的增加， 泡沫混凝 土的吸水率呈现先增后减再增的 趋势。减水剂加入后， 用水 量大幅度下降， 一方面减少了泡孔间壁中水泥基体由于水分 蒸发而形成的开13 孔隙率； 另一方面， 减水剂加入后， 加速了 泡沫混凝土的稠化凝结过程， 减少了不稳定气泡合并形成开 口孔隙的几率。综合考虑， 减水剂的适宜掺量为1 1 催化剂掺量 ( a ) 干密度 图 4 0 8 o 9 1 0 l I l 1 2 减水剂掺量 ( c ) 吸水率 2 4 催化剂对泡沫混凝土性能的影响 催化剂的使用可以使激发发泡剂产生气体的速度改变， 从而控制气孔的大 J -d 彻 。固定水泥用量为6 k g 、 水灰比0 3 6 ， 发泡剂、 速凝剂、 纤维、 稳泡剂、 稳定剂、 减水剂掺量分别占 水泥质量的6 0 、 3 0 、 0 2 、 1 1 、 0 5 、 1 1 ， 研究催化 剂掺量对泡沫混凝土干密度、 抗压强度、 吸水率的影响， 结果 见图4 。 催化剂掺量 ( b ) 抗压强度 催化剂对泡沫混凝土性能的影响 由图4 ( a ) 、 ( b ) 可以看出， 随着催化剂掺量的增加， 泡沫 混凝土的干密度和抗压强度呈现先减小后增大的趋势。 当催化 剂掺量为0 6 时， 泡沫混凝土的干密度和抗压强度都较大。 掺 量增至0 7 0 8 时， 干密度和抗压强度均减小。 催化剂具有 提高产生气泡反应速率的作用。 此时， 从试验中的桶内高度可 以看出发泡倍数有所提高， 密度降低， 抗压强度下降。催化剂 掺量为0 9 一 1 0 时， 其干密度和抗压强度有所上升， 催化剂 用量增加会导致气泡产生过于激烈，小气孔会相互作用从而 贯通， 使孔径变大。 气孔率过大， 加上浆体流动性好等条件， 浆 体出现 微塌， 导致模内 浆体中 下部出 现坍塌密实 由图4 ( c ) 可以看出， 随着催化剂掺量的增加， 泡沫混凝土的吸水率呈先 增大后减小的趋势。综合考虑， 催化剂的适宜掺量为O 9 。 2 5 外加剂的最优用量 根据试验结果， 确定泡沫混凝土的优化配比为： 水泥用量 6 k g 、 水灰比0 3 6 ， 发泡剂、 速凝剂、 纤维、 稳定 剂、 稳泡剂、 减 水剂、催化剂掺量分别占水泥质量的6 0 、 3 0 、 0 2 、 5 4 新型建筑材料 2 0 1 5 1 催化剂掺量 ( c ) 吸水率 0 6 、 1 1 、 1 1 、 0 9 。 根据优化后配合比， 制备出 干密度为2 7 1 3 k g m 3 , 抗压强 度为0 7 3 M P a 的超轻质泡沫混凝土。 在扫描电镜下观察了其 孔径结构( 见图5 ) 。 从图5 可以看出， 泡沫混凝土孔径均匀且细小。 孔径越均 匀， 各个气孔可均匀受力， 压力分散于各个气孔而不会集中， ( a ) 气孔结构 佰加 印 0 量 骥 憾 罾 蚕 ； 0 6 5 4 3 2 l 0O 日 夤 慧坦 伽伽 蚕 姗 渤啪 渤姗 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵怀霞， 等： 外加剂对超轻质泡沫混凝土性能的影响 ( b ) 孔壁断面 图 5 泡沫 混凝土的气孑 L 结构和孔壁 断面 避免应力集中， 泡沫混凝土的强度就越高： 孔径尺寸越小， 泡 孔间壁形成的网络骨架更坚固；同时由于d q ： L 具有更大的总 表面积， 使得泡沫混凝土体积吸水率增大。 3 结论 ( 1 ) 适量的稳定剂能使大量气泡稳定存在， 合适掺量为 0 6 ， 稳泡剂能提高气泡的稳定性， 减少气泡破裂， 适宜的掺 量为 1 1 ； 减水剂通过减少泡沫混凝土的需水量， 加速了泡 沫混凝土的稠化凝结过程，减少了不稳定气泡合并形成开口 孔隙的几率， 其适宜掺量为 1 1 ； 适宜的催化剂可控制气泡 的产生速度， 其合适掺量为O 9 。 ( 2 ) 按外加剂最优用量制备出的超轻质泡沫混凝土干密 度为2 7 1 - 3 k g m 、抗压强度为0 7 3 r d P a ， S E M分析显示孔径 细小且均匀。 参考文献： 【 1 】 顾天舒， 谢连玉 ， 陈革 建筑节能与墙体保温 J 】 工程力学， 2 0 1 l ( 1 2 ) ： 1 6 7 1 8 4 2 】 丁益 ， 任启 芳， 闻超 发泡 混凝土研制进 展 J 】 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 1 3 -1 9 【 3 刘佳奇 ， 霍冀川 ， 雷永 林， 李娴 发泡剂及泡沫混凝土 的研究进 展 【 J 】 化学工业与工程， 2 0 1 0( 1 ) ： 7 3 - 7 8 【 4 赵春 新， 张智强 ， 段 东方 聚合 物改性水 泥基泡沫 混凝土 的试验 研究叨 墙材革新与建筑节能， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 3 1 3 4 一 【 5 】 李龙珠 ， 唐惠东 ， 孙 嫒嫒 利用 正交试验 法研究泡 沫混凝土 制备 工艺对其强度 的影 响明 混凝土， 2 0 1 0( 8 ) ： 2 3 2 4 【 6 】 杨杨 ， 申绘 芳， 吴炎平 内注 泡沫混凝 土对混凝 土空心砌 块力学 性能的影响叨 新型建筑材料， 2 0 1 0( 7 ) ： 4 O _ 4 2 【 7 】 林兴胜、 詹炳根 纤维增强泡沫混凝土 的研 制与性能 D 】 马鞍 山： 合肥工业大学 ， 2 0 0 7 【 8 】 J o n e s MR， Mc C a r t h y AP r e l i mi n a r y v i e ws o n t h e p o t e n t i a l o f f o a me d c o n c ret e a s a s t r u c t u r a l ma t e r i al叨 Ma g a z i n e o f C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 05。 5 7( 1 ) ： 21 31 9 】9 王翠花 ， 潘志华 泡沫混 凝土制备相关技术研究【 D 】 南京 ： 南京工 业大 学， 2 0 0 7 【 1 o 李丽媛 基于分形理论的泡沫混凝土的性能研翘D 】 天津： 河北 工业大学， 2 0 0 9 A 国家节能中心在京召开建筑节能技术推广会 2 0 1 4年 1 1月2 0日， 国家节能中心在京召开了建筑节能技术推广会暨最佳节能实践案例发布会。国家节能 中心主任贾复生、 国家发展改革委环资司副司长吕文斌出席会议并讲话。有关部门领导、 院士专家、 地方节能中 心和用能单位 代表近 3 0 0人参加 了会议。 贾复生在讲话中指出， 研发和推广节能技术是落实节能优先战略、 加快产业结构升级、 促进生态文明建设的 重要措施， 要完善激励机制， 采取有效措施， 加快节能技术的推广应用。 贾复生强调， 必须高度重视城镇化节能。 如 果说工业化是目前节能潜力最大的领域， 那么城镇化则是未来节能潜力最大的领域。目前， 推进城镇化过程中还 存在城乡建设模式粗放， 能源资源利用效率低， 建筑使用寿命远低于设计使用年限等问题。下一步， 我国将全面 落实 国家新型城镇化规划 ( 2 0 1 4 2 0 2 0年) ， 以绿色、 循环、 低碳发展理念指导城乡建设。 吕文斌在讲话中指出， 推进建筑节能、 发展绿色建筑已经成为当前推进节能减排、 应对气侯变化的重点领域 和抓手。 下一步， 要全面推进绿色建筑节能行动， 主要包括严格执行建筑节能标准、 大力推进既有建筑节能改造和 老旧管网改造、 加强公共建筑节能管理、 推进建筑工业化、 加快绿色建筑技术研发推广、 发展绿色建材、 促进建筑 废弃物资源化利用等。 要通过技术交流和案例分析等活动， 推行政府节能采购， 引导公众购买节能省地型住宅， 推 广采用先进节能技术和产品， 谱写我国建筑节能的新篇章。 ( 徐) NE W BUI L DI NG MATE RI AL S 55 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m