发泡剂利用率对泡沫混凝土性能影响研究.pdf

第 1 8卷第 1期 2 O 1 5年 2月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI L DI NG MATERI AL S Vol _ 1 8 No 1 F e b ， 2 0 1 5 文章 编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 1 2 0 5 发泡剂利用率对泡沫混凝土性能影响研究 崔玉理 。 ， 贺鸿珠 ( 1 同济大学 材料科学与工程学院 ， 上海 2 0 1 8 0 4 ； 2 临沂大学 建筑学院，山东 临沂 2 7 6 0 0 5 ) 摘要 ： 研 究 了发 泡剂掺 量对 泡 沫混凝 土 的孔 径 、 抗 压 强度 、 密度 、 导热 系数 以及 发 泡 荆利 用 率 等性 能的影响 结果表 明： 发泡剂掺量( 质量分数) 为 5 6 时， 泡沫混凝土孔径均 匀， 其抗压强度 、 密 度及导热 系数最佳 ， 发泡剂利用率最大 发 泡剂利用率和发 泡剂最佳掺 量的提 出对 泡沫混凝 土的 生产具有一定的理论指导意义 关键 词 ：泡 沫混凝 土 ； 发 泡剂利 用 率 ； 保 温性能 ； 机 理 中 图分类 号 ： TU5 2 8 0 4 2 4 文献标 志 码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 0 1 0 0 3 I n f l u e n c e o f Ut i l i z a t i o n Ef f i c i e nc y o f Fo a mi n g Ag e n t o n Fo a m Co n c r e t e Pe r f o r m a nc e s CUI Yul i ，H E H o ngz hu ( 1 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 ，To n g j i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4，Ch i n a ； 2 S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r e ，Li n y i Un i v e r s i t y ，Li n y i 2 7 6 0 0 5 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：The e f f e c t s o f t he a mo un t o f f o a m i n g a ge nt o n s ur f a c e m o r ph ol o g y a nd p o r e s d i a m e t e r，s t r e ngt h， d e n s i t y， t h e r ma l c o n d u c t i v i t y a n d u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y o f f o a m c o n c r e t e a r e i n v e s t i g a t e d Re s u l t s s h o w t h a t f o a m c o n c r e t e c a n g e t t h e b e s t p e r f o r ma n c e wh e n t h e a mo u n t o f f o a mi n g a g e n t a d d e d i n 5 一6 o f t h e t o t a l f o a m c on c r e t e，a n d t he u t i l i z a t i on e f f i c i e n c y of f oa m i n g a g e nt i s t he be s t M i c r o s c o pi c s t r uc t ur e o f t he f o a m c o n c r e t e a n d t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n a r e a d o p t e d t o e x p l a i n t h e r e s u l t Fo a mi n g a g e n t u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y a n d t h e b e s t a d d i t i o n a mo u n t o f f o a mi n g a g e n t h a v e a c e r t a i n t h e o r e t i c a l g u i d i n g s i g n i f i c a n c e f o r f o a m c on c r e t e p r od uc t i on Ke y wo r d s ：f o a m c o n c r e t e ； u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y o f f o a mi n g a g e n t ；t h e r ma l i n s u l a t i o n p r o p e r t y；a c t i o n me c ha n ； s m 泡沫 混凝土 是质 轻 、 保 温 、 隔热 、 耐火 、 抗 冻性 好 的建筑节能材料口 近年来 ， 中国对建筑节能越来越 重视 ， 随着建筑节能政策的实施 ， 泡沫混凝土产品越 来越 受欢 迎 泡 沫混 凝土 是将 气泡 引入 混凝 土 ， 部分 或全部取代普通混凝土 中的骨料 ， 使泡沫混凝土具 有与普通混凝土不同的性能 2 目前 ， 在混凝土 中引 入气泡的措施主要有两种【 3 ： 一种是使用发泡剂利 用 物理 方式 产生 泡 沫 ， 另 一 种 是 通 过化 学 反 应 在 新 拌料浆中产生气泡 物理发泡具有产生期望大小和 组 成 的泡沫 优势 ， 但 在 低 密 度 泡 沫 混 凝 土 中 的应 用 受到限制 化学发泡虽然气泡大小、 气泡数量 、 耐久 性和气泡分布较难 控制 ， 但在生产低密度泡沫混凝 土时具有一定的优势 本文针对化学发泡存 在的问 题 ， 就 发泡 剂对 泡 沫 混 凝 土性 能 影 响及 机 理 进行 了 研究 5 ， 以便 对 泡沫混 凝 土 的生产 与应 用提 供 理论 和 实践指 导 1 原材料 与试验方法 1 1 原 材 料 水泥： 山东沂州水泥集团生产的 P1 I 5 2 5水 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 7 2 6 修订 日期 ； 2 0 1 3 0 9 1 3 第一作者 ： 崔玉理 ( 1 9 7 5 一) ， 男 ， 山东费县人 ， 临沂大学副教授 ， 同济大学博士生 E ma il ： c u i y u l i 0 0 1 1 6 3 c o rn 通信作者 ： 贺鸿珠 ( 1 9 6 2 一) ， 女 ， 江苏武进人 ， 上海 市建筑建 材业市 场管理 总站教授级高级工程师 ， 博士 E ma i l ： h e h o n g z h u 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 建筑材料学报 第 1 8卷 U O 3 4 5 6 7 w ( f o a mi n g a g e n t ) 图 2 发泡剂掺量对泡沫混凝土抗压强度 的影响 Fi g 2 I n f l u e n c e o f u s e l e v e l o f f o a mi n g a g e n t o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f f o a m c o n c r e t e 5 时 ， 泡沫 混 凝 土 的抗 压 强度 随 龄 期 的增 加 而 增 加 ， 但 发泡 剂掺 量超过 6 时 ， 其抗 压 强 度 随龄 期 的 增加而减小 这是由于发泡剂掺量的增加 ， 使试件 内 部孔径增大， 孔隙率增加 ， 导致强度降低 2 3 含水 率和 吸水 率 图 3为发泡剂掺量对泡沫混凝土含水率的影响 由图 3 可见 ， 发泡剂掺量约 5 时 ， 泡沫 混凝土 的含水 率比较稳定 这是 由于泡沫混凝土的气泡孔径 、 孔隙 率及气 泡的开孔数量 均随发 泡剂掺量 的增 加而增 大 ， 有利 于水分的蒸发 ， 导致 含水率 比较 稳定 4 5 6 7 w ( f o a mi n g a g e n t ) 图 3 发泡剂掺量对泡沫混凝土含水率 的影响 F i g 3 I n f l u e n c e o f u s e l e v e l o f f o a mi n g a g e n t o n wa t e r c on t e nt i n f o a m c o nc r e t e 泡沫混凝土由于吸水率较大 ， 使其密度上升， 保 温性能下降 ， 在 寒 冷环 境 下 ， 因冻融 循 环会 造 成 强度 和结构损失 通过分析发泡剂掺量对泡沫混凝土吸水 率的影响和变化趋势 ， 可为泡沫混凝土的生产和配合 比设计提供一定的参考依据 图 4为发泡剂掺量对泡 沫混凝土吸水率 的影响 由图 4可见 ， 随着发泡剂掺 量的增加， 泡沫混凝土的吸水率随之增大 ， 当发泡剂 掺量为 5 6 时， 其吸水率增加趋势减小 2 4密度 文献 7 表明， 泡沫混凝土的密度随发泡剂掺量 的增加而减小 ， 但其影响程度及最终密度 的确定受 其他性能指标和实 际需求的限制 图 5为发泡剂掺 量对 泡沫 混凝 土密 度 的影 响 由图 5可 见 ， 当发 泡剂 图 4发 泡 剂 掺 量 对 泡 沫 混 凝 土 吸 水 率 的影 响 F i g 4 I n f l u e n c e o f u s e l e v e l o f f o a mi n g a g e n t o n wa t e r a b s o r p t i o n o f f o a m c o n c r e t e 量在 4 以上时， 泡沫混凝土密度减小 的程度逐 渐 降低 ， 特别是发泡剂掺量达 6 以上 时密度 减幅不 明显 根 据 试 验 数 据 拟 合 的 二 次 函数 ， 其 R 为 0 。 9 9 7 9 ， 能够较好反映发泡混凝 土密度与发泡剂掺 量 之 间的变 化规 律和 趋势 i w ( f o a m i n g a g e n t ) P o 图 5 发泡剂掺量对泡沫混凝土密度 的影响 Fi g 5 I n f l u e n c e o f u s e l e v e l o f f o a mi n g a g e n t o n d e n s i t y o f f o a m c o n c r e t e 2 5导热 系数 图 6为发泡剂掺量对泡沫混凝土导热系数的影 响 由图 6 可见 ， 泡沫混凝土的导热系数随发泡剂掺 量 的增加而减小 ， 拟合直线的 R 。 为 0 9 9 8 3 ， 能够较 好 反映二者 之间 的变化 规律 当发 泡剂 掺量 为 3 7 时， 随着发泡剂掺量的增加 ， 泡沫混凝土的导热 系数降低较明显 这是 由于气泡的开孔数量随发泡 剂掺量的增加而增加 ， 使对流传热增加， 导致导热系 0 0 8 g 芭0 0 6 0 0 4 图 6 Fi g 6 3 4 5 6 7 w ( f o a min g c o n t e n t ) I 发泡剂掺量对泡沫 昆 凝土导热系数的影响 I n f l u e n c e o f u s e l e v e l o f f o a m i n g a g e n t o n t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f f o a m c o n c r e t e 如 册 4 4 3 3 2 2 掩 M 委 的 g 口 口 o 8葛 _ 甚主) 8 a 甚 嗣H 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 崔玉理 ， 等 ： 发泡剂利用率对泡 沫混 凝土性能影响研究 数降低 2 6 发 泡剂 的 利用 率 H2 o 。的 分 解 反 应 速 度 受 到 温 度 以及 介 质 p H 值等多因素影响 ， 使用 H。 O 。 作 为发泡剂 ， 在发泡过 程中反应产 物 0。部分随气泡的破裂而溢 出， 部分 以闭孔的形式封存在浆料 内部使浆料体积增加 在 发泡过程 中， 相对基 准体积的增加 部分 即为 H。 O 。 分解 而 封存 于 泡沫 混 凝 土 中 o 。的 体 积 ， 因此 ， 在 一 定的发泡时间内 H O 。的利用率 ， 7 ( ) 为 ： 叩 一 V 0 1 O O 9 5 式中： V 为发泡剂 中每 1 0 0 0 g 2 7 5 H2 O2 反应 生成的 O 。以闭孔形式封存在浆料 内部 的 O。的体 积 ， c m。 ； V o为发泡剂 中每 1 0 0 0 g 2 7 5 H2 O2 完 全反应生成的 0。 在标准状况下的体积 ， c m。 表 4为泡沫混凝土 中发泡剂的利用率 裘 4 泡沫混凝土 中发泡剂的利用率 Ta b l e 4 Ut i l i z a t i o n e f f i c i e n c y o f f o a m a g e n t i n f o a m c o n c r e t e c D e n s i t y V cm 为了进一步分析发泡剂的利用率随发泡剂掺量 的变化 ， 以 3 9 6 发泡剂掺量为基础 ， 将每增加 1 的 发泡剂相应增加的闭孔气泡体积与发泡剂的标准体 积 之 比定义 为 发泡剂 的增量 利用 率 ( ) ， 即 ： T ， T， r一 )_ 1 0 0 V o ( f + 1 ) 一V o ( ) 图 7为发泡剂掺量范围对发泡剂增量利用率 的 影响 由图 7可见 ， 发泡剂掺量为 5 6 时 ， 发泡 剂增量利用率最高 ， 说 明 H。 O 的分 解溢 出量和浆 料 中未 分 解 的 H O。残 留量 最 小 ， 而 H。 O z残 留量 的减小使其对浆体水化产生的不利影响最低 图 7 发泡剂掺量 范围对发泡剂增量利用率 的影 响 F i g 7 I n f l u e n c e o f U S e l e v e l r a n g e o f f o a mi n g a g e n t o n f o a mi n g a g e n t u t i l i z a t i o n e f f e c i e n c y 3 结论 ( 1 ) 在本试验条件 下， 发泡剂用量 为 5 6 时， 泡沫混凝土的气泡大小 比较均匀 ， 搅拌时引入空 气 的影响较小 ( 2 ) 泡沫混凝土的抗压强度随发泡剂 的掺量增 加而降低 ， 当发泡剂掺量较小时 ， 抗压强度随龄期 的 增 加 而增 加 ， 而 当发 泡 剂掺 量 大 于 5 时 ， 抗 压 强度 随龄期的增加 出现倒缩 ( 3 ) 泡沫混凝土的吸水率 、 密度和导热系数均随 发 泡 剂掺 量 的增 加 而 减 小 ， 当发 泡 剂 掺 量 为 5 6 时， 密度和导热系数随发泡剂掺量增加而减小的 幅度降低 ( 4 ) 在发泡过程 中引入发泡剂增量利用率作 为 评价指标 ， 再结合微观形貌分析 ， 能较好解释发泡剂 掺量为 5 6 时泡沫混凝土性能最佳的机理 ， 可 为泡沫混凝土生产提供理论和实践指导 参考文献 ： 1 曹 明莉 ， 吕兴军 发泡 剂及 泡沫 混凝 土技 术 现状 与展望 ( 二) J 建 材技术 与应用 ， 2 0 0 7 ( 5 )。 7 - 8 C AO Mi n g l i 。 LU Xi n g j u n C u r r e n t s t a t u s a n d p r o s p e c t s o f f o a mi n g a g e n t a n d f o a m c o n c r e t e t e c h n o l o g y ( I I ) E J 1 Te c h n o l o g y a n d Ap p l i c a t i o n o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 7 ( 5 )l 7 - 8 ( i n Ch i n e s e ) E 2 NAMB I AR E K K， RAMAMURTHY K $ o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f f o a m c o n c r e t e J Ce 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 7 ， 3 7 ( 9 )： 1 3 4 1 1 3 4 7 3 赵 良知 ， 李 兵 泡 沫 塑料 发 泡剂 的 研 究进 展 J 塑 料 科 技， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 3 ) ： 9 4 9 6 ZHAO Li a n g z h i ， LI Bi n g Re s e a r c h p r o g r e s s o n b l o wi n g a g e nt for f o a mi n g p l a s t i c s J P l a s t i c s S c i e n c e Te c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 3 )： 9 4 9 6 ( i n Chi n e s e ) 4 刘佳奇 ， 霍 冀川 ， 雷永林 ， 等 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 L I U J i a q i ， HUO J i c h u a n ， L E I Yo n g l i n。e t a 1 P r o g r e s s i n f o a mi n g a g e n t a n d f o a me d c o n e r e t e F J C h e mi c a l I n d u s t r y a n d E n g i ne e r i n g， 2 0 1 0( 1 )： 7 3 7 8 ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 8 卷 ( 上接第 l l页) E s 3 Ame r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d Ma t e r i a l s S t a n d a r d C1 5 5 0 0 3 a，s t a n d a r d t e s t me t h o d f o r f l e xu r a l t o u g h n e s s o f f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( u s in g c e n t r a l l y l o a d e d r o u n d p a n e 1 ) s We s t Co ns h o h o c ke n： ASTM Co mmi t t e e。 2 0 0 3 6 沈荣熹 聚烯烃粗纤维增强混凝土的性能及应用 J 混凝 土世 界 ， 2 0 0 7 ( 9 ) ： 4 2 4 9 S HEN Ro n g x i The p e r f o r ma n c e a n d a p pl i c a t i o n o f f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e wi t h p 0 l y o l e f i n J Bu i l d i n g De c o r a t i o n Ma t e r i a l s W o r l d， 2 O O 7( 9 )： 4 2 - 4 9 ( i n Ch i n e s e ) E 7 3 鞠杨 ， 刘红彬 ， 陈健 ， 等 超 高强度 活性 粉末混 凝土 的韧性 与表 征方法 J 3 中国科学 ， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 4 ) ： 7 9 3 8 0 8 j u Ya n g ， L I U Ho n g h i n ， C HE N J i a n ， e t a 1 F l e x u r a l t o u g h n e s s t e s t r e s e a r c h a n d t o u g h ne s s e v a l u a t i ng me t ho d f o r u l t r a s t r e n g t h RP C E J S c i e n c e C h i n a ， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 4 ) ： 7 9 3 8 0 8 ( i n C h i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m