泡沫混凝土的制备及多功能性.pdf

2 0 1 2年 第1 2期 (总 第 2 7 8 期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 O 1 2 ( T 0 t a 1 No 2 7 8 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNoL OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 2 0 3 9 泡沫混凝土的制备及 多功能性 刘阳 ，王晴 ，许峰 ( 沈阳建筑大学 材料学院，辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 ) 摘要 ： 泡 沫混凝 土是一种重要 的多孔材料 ， 由众多的气孔在空间通过各种方式排列而成 。 因其特殊的结构具有多功能性 。 概述 了泡沫 混凝土的制备工艺 ， 介绍 了泡沫混凝土的保温隔热性 、 轻质性 、 耐火性 、 吸声性 、 减震性等多种功能 ， 并展望了泡沫混凝土 的未来发展趋势。 关键词 ： 泡 沫混凝 土 ；制备 工艺 ；功能性 中图分类号 ： T U5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 1 2 0 0 2 Pr e pa r a t i on s a nd mul t i - f un c t ional it i e s o f f oa med c onc r et e uUYa n g ， WANGQi n g 。 xuF e n g ( 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 dE n g i n e e ri n g ， S h e n y a n g J i a n z h uUn i v e r s i t y， S h e n y a n g1 1 0 1 6 8 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Fo a me d c o n c r e m i s a n i mp o r t a n t ty pe o f po r o u s ma t e ria l s ， whi c h p o s s e s s mu l t i - f u nc t i o n a l i t i e s o wi n g t o i t s s pe c i a l p o r o u s c ha r a c t e r i s t i c s Th e p r e p a r a t i o n m e t ho d s we r e s umma riz e d I t wa s a l s o p o i n t e d o u t t h a t f o a me d c o n c r e t e s h o we d mu l t i f u nc t i o na l i t i e s s u c h a s e x c e l l e nt t h e r ma l i n s u l a t i o n， l i g h t ， fir e r e s i s t a n c e ， s h o c ka b s o r p t i o n， a c o us t i c a b s o rpt i o n a n d S O o n Th e d e v e l o p me n to f f o a me d c o n c r e t ewa s a l s op r o po s e d Ke y wor d s： f o a me d c o n c r e t e ； p r e p a r a t i o n； f u n c t i o n a l i t y 【 】 引言 随着建筑节能材料 日益受到广泛的重视 ， 大力研究开发利 废 、 节能 、 轻质 、 保温 、 隔热等新型材 料逐渐成 为建 材发展 的必 然趋势 。 泡沫混凝土作为一种新型环保建材 ， 通常是用机械方 法将发泡剂水溶液制备成泡沫， 再将泡沫加入到配置好的水泥 浆中， 经混合搅拌 、 浇筑 、 成型、 养护而成的一种内部含有大量 封闭气孔的新型建材 1 。 泡沫混凝土内部的大量微小均匀气孑 L 可以有效地改善混凝土的物理力学性能，提高混凝土的流动 度、 耐久性 、 节约水泥、 降低密度， 从而起到节约能耗 ， 改善环境 的目的。 此外 ， 在实际生产中可利用粉煤灰 、 炉渣等工业废渣为 原材料， 造价低廉 ， 且具有较好的施工性， 是值得大力推广的新 型绿色建材。 1 泡沫混凝 土制备 工 艺 泡沫 混凝 土通 常是 以水泥 、 石灰 、 水 、 发泡剂 等为 基本原 料 ， 在此基础 上掺加一些填料 、 骨料及外加剂 。 其生产工艺流程 【 如图 1 所示) 主要包括 ： 搅拌工艺 、 发泡工艺、 混泡工艺及成型 丁艺 四部分嘲 。 胶凝材料、 集料、 外加剂、 水I l模具( 成型工艺 )l l 发泡剂、 水 搅拌机( 搅拌T艺) H搅拌机( 混泡工艺) H 发泡机(发泡工艺 ) 图 1 泡沫混凝 土制备工艺流程 搅拌工艺， 是将胶凝材料、 轻集料 、 掺合料 、 外加剂和水按 配合比搅拌均匀的过程； 发泡工艺， 是将发泡剂与水在发泡机 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 6 一 l 5 基金项 目：国家建设部资助项 目( 2 0 1 1 - k 4 8 ) 1 2O 中高速搅拌， 形成均匀细小泡沫的过程； 混泡T艺， 是将搅拌好 的浆体和发好的泡沫混合搅匀的过程； 成型工艺 ， 是将拌和均 匀的浆体送至施工现场或放入模具中经低幅震动抹平 ， 养护成 型的过程【3 。 最近， 日本采用蛋白质物添加适量的阳离子表面活 性剂配成的混合发泡剂， 采用现场浇筑成型的工艺， 研制成功 现浇泡沫混凝土新工艺， 不仅轻质、 高强 、 耐火 ， 更引人注 目的 是不需蒸压养护， 现浇即可成型， 节能效果显著 。 2 泡沫混凝 土发 泡工艺 从化学组成来看 ， 混凝土发泡剂主要有表面活性 剂和蛋 白 质两大类物质 5 。 目前 ， 泡沫混凝 土发泡剂 主要有 ： 树脂皂类 发 泡剂、 铝粉发泡剂、 植物蛋 白发泡剂 、 石油磺酸铝发泡剂、 动物 蛋白发泡剂 、 水解血胶发泡剂、 松香酸皂类发泡剂等 。 泡沫混 凝土 中的泡沫是 由许多单个气泡构成 的， 因此泡 沫的性质是每 个气泡微观性质的体现 ， 气泡 的微观结构及性质 直接取决 于其 发泡的机理 。 目前， 混凝土发泡机理可以分为化学发泡和机械发泡。 化 学发泡是借助于物质的化学反应 ， 产生新的气体物质， 通常为 单一类型气体 ， 如双氧水作发泡剂产生纯 O ： ， 铝粉作发泡剂产 生纯 H 。 化学发泡的主要特征是气泡无泡壁 ， 稳定性差， 必须以 水泥等材料的水化产物作为基材 ， 才能稳定存在， 而且气泡泡 径大小是 随着压力 的不 同和发泡物质 的多少而不 断的变化的 ， 难以控制【 l o l 。 机械发泡机理是一种物理作用 ， 无新物质生成， 在 机械搅拌的作用下产生气泡， 利用表面活性物质的特殊性能包 裹空气， 气泡的泡壁是由表面活性剂或者表面活性物质与水构 成的一种稳定 、 均匀的双电子层结构， 气泡泡径大小可以按照 特定方法进行控制_ 1 I1 。 3泡沫混凝 土的 多功能性 作为一种多孔材料 ， 泡沫混凝土 内部含有大量 的封 闭孑 L 隙 ， 由于其 特殊 的多孔结构而具 有一些 比普通混凝 土更优异 的物 理力学性能 ， 如密度小、 质轻、 弹性模量低 ， 导热系数低等_ 12 。 由 于泡沫混凝土的优良性能 ， 其在建筑工程中的应用领域不断扩 大， 目前泡沫混凝土已被广泛用作抗震材料 、 抗冲击材料、 防火 材料、 保温隔音材料等， 不仅可以提高工程质量， 而且加快了工 程进度 。 3 1 保 温 隔热 性 由于泡沫混凝土 中含有 大量封 闭的细小孔隙 ， 因此导热 系 数较低 ， 约为 0 1 1 0 3 0 W ( m K) 具有优 良的保 温隔热性 能_ 1 3 。 将泡沫混凝土应用于保温隔热工程， 作为建筑物墙体及屋面材 料、 填充式自保温砌块、 地板采暖绝热层等， 在我国寒冷地区和 严寒地区使用， 可以起到有效的保温隔热作用。 例如表观密度在 3 0 0 7 0 0 k g ms 范 围内的泡沫混凝 土可用 于屋面保温， 密度在 8 0 0 1 2 0 0 k g m 的泡沫混凝土可用于屋面 隔热层 ， 我 国 目前 正在制定行业 标准 屋面保 温隔热用 泡沫混 凝土 ， 以便实现泡沫混凝 土用 作建筑保 温材料的规范化 ； 在 国 外， 通常采用表观密度为 4 0 0 6 0 0 k g m 的泡沫混凝土作为预制 钢筋混凝土构件的内芯， 使其具有轻质高强隔热的良好性能 。 3 2轻质 性 目前 ， 研究 和应 用最广泛 的泡沫混凝土密度一般 约为 3 0 0 1 2 0 0 k g m ， 比普通混凝 土表观 密度 ( 约 2 2 0 0 2 4 0 0 k g m3 ) 小 很多 1 5 。 由于泡沫混凝土表观密度小 ， 可应用于高层建筑的内墙 材料和其他非承重结构材料 ， 可以有效地减少高层建筑物的自重。 例如 可用泡沫混 凝土作 为挡 土墙 ， 主要用 作港 口的岸墙 ， 在岸墙后用作轻质回填材料可减少对岸墙的侧向荷载， 也可降 低垂直荷载， 既经济又适用 ； 泡沫混凝土还可用来取代边坡的 部分土壤 ， 减轻质量， 从而降低了影响边坡稳定性的作用力 ， 提 高 了路 堤边坡 的稳定性 ； 最 近 ， 我 国建材科 学院研制开 发了粉 煤灰泡沫水 泥轻质墙板生产技术 ， 并得到 了应用 。 在 国外通常采 用表观密度约为 6 0 0 k g m 的泡沫混凝土制成各种轻质板材 ， 应用在框架结构中作隔热填充墙体或与薄钢板制成复合墙板。 目前 ， 国内外对表观密度小于 3 0 0 k g m 的超轻泡沫混凝土研 究甚少， 而超轻泡沫混凝土在外墙保温系统、 屋面保温工程、 轻 质垫层、 地暖工程 、 空心砌块等方面的应用更能发挥其技术优 势 。 因此 ， 应 加强 对超轻泡沫混凝土 的研究开发。 3 3耐 火 泡 沫混凝 土以水泥 为主料 ， 砂子和 碎石为辅料 ， 属 于无机 材料 ， 不易燃烧， 可以达到 A1级防火标准。 国内外大量研究资 料显示M， 干表观密度处于 5 0 0 9 0 0 k g m， 范围内的泡沫混凝 土， 当其抗压强度为 2 5 7 5 MP a时， 耐火极限可达 2 7 h ， 抗冲 击性约为 1 0 0次， 具有 良好的耐火性 ， 在建筑物上使用 ， 可以用 来替代苯板等传统的易燃保温材料， 提高建筑物的防火性能， 是一种可以大力推广的优质耐火材料。 3 4 吸 声性 由于泡沫混凝土具有大量的由表及里的多孔结构， 当声波 传播到泡沫混凝土时， 会引起孔隙中的空气振动， 并与混凝土 骨料发生磨擦， 由于黏滞作用， 使声波转换为热能而消耗， 从而 达到吸收噪音的效果_1 8 。 因此， 它也是一种良好的隔音材料， 在 建筑物的楼层和高速公路的隔音板 、 地下建筑物的顶层等均可 采用泡沫混凝土材料作为隔音层。 目前， 一些新型建筑也采用泡 沫混凝土作为墙体材料， 实践证明可以达N：I I 常好的隔音效果， 研究人员 目前试图把泡沫混凝土作为一种降音隔声屏障用于 地铁、 隧道 、 影院等有较高噪音的地方。 因此 ， 开展泡沫混凝土 声屏材料 的研究 ， 为开发声学性能 良好 、 质量轻 、 易 于安装维 护 的公路声屏障吸声材料具有重要的实用价值。 3 5减震 性 由于泡沫混凝土具有密度小， 质量轻， 弹性模量低等优 良 的物理力学性能， 可使其在地震载荷作用下所承受的地震力大 大减小 1 9 ； 同时， 泡沫混凝土特殊的多孑 L 结构还可以降低地震波 的传递速度， 使建筑结构的自震周期加长， 对冲击能量的吸收 加快 ， 具有 明显 的减震效果 。 除此之外 ， 泡沫混凝土还具有可泵性好、 防水能力强、 冲击 能量吸收性能好 、 可大量利用工业废渣、 价格低廉等优点。 4 展望 泡沫混凝土是集保温 、 隔热 、 轻质 、 耐火 、 减震 、 节能 等多种 性能于一体 的新型建筑材料 ， 以其优 良的多功能性必将 在建 筑 节能领域发挥着越来越重要的作用 ， 具有广阔的发展前景。 但 就目前我国泡沫混凝土研究与应用现状来看， 还需要不断加强 性能与结构方面 的研究 、 理论与应用方面 的研究 、 高效发泡剂的 研究 、 优化原材料配合 比及改进生产工 艺设备等方面的研究 ， 以 满足不断增长的社会和市场需求。 随着国家各项扶持政策和行 业标准的即将出台， 必将为泡沫混凝土创造良好的发展条件。 参考文献 ： 1 孙海燕， 何真， 梁文泉 ， 等 功能一体化泡沫混凝土性能的研究【 J J 混 凝土与水泥制品， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 5 8 6 1 2 俞心刚， 李德军 ， 田学春 燥矸石泡沫混凝土的研究叨 新型建筑材 料 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 1 6 1 9 3 周明杰， 王娜娜， 赵晓艳 ， 等 泡沫混凝土的研究和应用最新进展 J I 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 2 3 2 6 4 李娟 ， 王武祥 改 善泡 沫混凝土 吸水 性能的研究 J 1 混凝土与水 泥制 品 ， 2 0 0 1 ( 5 ) ： 4 3 4 4 5 赵国玺表面活性物理化学 M 】 E 京： 北京大学出版社， 1 9 9 1 6 石行波 ， 霍冀川， 尹冰， 等 猪蹄角粉制备蛋白质类混凝土发泡剂及 性能研究 J l l新型建筑材料， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 7 4 7 7 7 】余红发 ， 胡仁 蛋白质型发泡剂的性能研究l J l_ 新型建筑材料， 1 9 9 4 ( 1 2 ) ： 3 0 3 2 8 王翠花 ， 潘志华 蛋白质类发泡剂 的合成及其泡沫 稳定性 J 1 _ 南京工 业大学学报： 自然科学版 ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 4 ) ： 9 2 9 6 9 陈伟章 ， 徐国财， 章建忠， 等 复合表面活性剂溶液体系的超起泡性 能研究 精细与专用化学品 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 2 1 2 6 1 0 张磊 ， 杨鼎宜 轻质泡沫混凝土的研究及应用现状l J ll 混凝土， 2 0 0 5 ( 8 ) ： 4 4 4 8 1 1 A R P AD S ， D A WN P E F o a mi n g a g e n t c o mp o s i t i o n a n d p r o c e s s ： C A， 2 0 8 1 2 9 9 P 2 0 0 3 2 0 7 2 2 9 1 2 N A MB UA R E K K， R AMA MUR T HY K Mo d e l s r e l a t i n g mi x t u r e c o rn p o s i t i o n t o t h e d e n s i t y a n d s t r e n g t h o f f o a m c o n c r e t e u s i n g r e s p o n s e s u r f a c e me t h o d o l o g y J C e me n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 9 ) ： 7 5 2 -7 6 0 下转第 1 2 4页 1 21 表 2 量 g 、 厘 苫 恳 水 温 o c 图 6 试验海水水温对初凝时间的影响 料加水搅拌均匀， 运送至施工现场。 施工时迅速将甲、 乙浆液混 合并简单搅拌 9 0 1 8 0 S 即可进行浇筑 ， 基本满足在岛礁及海防 丁程中施工的要求 。 施工时最大的难点是如何控制好高水材料的初 、 终凝 时 间 ， 这主要通过控制水 固比和水温两条路径来 实现 3 ： 只要满足 加固工程的强度要求 ， 可以通过加大水 固比来延长其初、 终凝 时间， 反之， 则减小其初 、 终时间； 如果当地海水温度条件容许 ， 亦可 以通 过控制所加 海水 的水 温来控制其初 、 终 凝时间 。 同时 上接 第 1 2 1页 1 3 间 顺鄂 ， 卢忠远， 严云 泡沫混凝土导热系数模型研究 J 1 _材料导报， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 6 9 7 3 1 4 K E A RS L E Y E P， MO S T E R T H F T h e e f f e c t o f fi b r e r e i n f o r c i n g o n f o a m e d c o n c r e t e b e h a v i 0 u r C R 0 l e o f C e m e n t S c i e n c e i n S u s t a i n a b l e De v e l o p me n t P r o c e e d i n g s o f t h e I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m Ce l e b r a t i ng C o n c r e t e ： P e o p l e a n d P r a c t i c e ， 2 0 0 3： 5 5 7 - 5 6 6 l 5 1 俞心刚， 李德军， 田学春 煤矸石泡沫混凝土的研究 新型建筑材 料 ， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 1 6 一 l 9 1 6 盖厂清 ， 肖力光 ， 冷有春 泡沫掺量对陶粒混凝土强度的影 响 J 1 _ 混凝 土与水泥制品 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 4 7 4 8 1 7 潘志华 ， 陈国瑞 ， 李东旭， 等 现浇泡沫混凝土常见质量问题分析及 1 2 4 针对某南海岛礁多砂的特点， 在试验中特意加大了灰砂比的值， 最大灰砂 比达到了 1 0 0 ， 且试验表明在灰砂比 3 5 1 0 0的范围 内都 能满 足珊 瑚岛礁 固砂 、 防冲蚀 的要求 ， 其用 意为方便 就地 取材 ， 节约成本。 综上所述， 高水材料在岛礁及海防工程维修加 固中有存在良好的运用前景。 参考文献： 1 侯林涛， 唐军务， 蒋凯辉 高水材料的基本特性及其在港口工程中的 应用 水运工程， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 5 4 5 6 2 司志明， 李国忠， 张柏寿 高水充填材料的性能与应用 J 1 混凝土与水 泥制品， 1 9 9 7 ( 1 ) ： 6 - 9 ， 4 9 3 宋彦波， 刘洪涛， 李英明有机高水注浆堵水材料堵水机理分析l J l _煤 炭科学技术 ， 2 0 0 4 ( 1 1 ) ： 1 8 2 0 作者简介： 侯林涛( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 硕士， 讲师， 从事军港工程教学和研究 工作。 联系地址： 天津市塘沽区河北路 1 号 海军工程大学海防教研室 ( 3 0 0 4 5 0 ) 联系电话 ： 0 2 2 6 6 9 7 3 1 5 2 对策 新型建筑材料， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 4 6 1 8 】 王武祥， 刘亍， 罗栓定 泡沫混凝土在引黄工程洞穿管回填中的应 用 J 1 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 1 2 1 5 1 9 】 K E AR S L E Y A E P， WA I N WR I G H T B P J As h c o n t e n t f o r 0 p t i mu m， s t r e n g t h o f f o a me d c o n c r e t e 叨C e m e 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 ( 2 ) ： 2 4 1 - 2 4 6 作者简 介： 联系地址 ： 联系电话 ： ) ( IJ B ( 1 9 7 7 一 ) ， 女， 硕士， 讲师， 主要研究方向是材料学。 沈阳市浑南新区浑南东路 9 号 沈阳建筑大学材料学院 ( 1 1 0 1 6 8 ) 1 3 5 0 4 0 3 6 9 61