化学法制备泡沫混凝土影响因素试验研究.pdf

2 0 1 5年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONC RE T E AND CE MEN T P R0DUC T S 2 01 5 No 2 Fe b r u a r y 化学法制备泡沫混凝土影响因素试验研究 杭美艳 ， 孔凡 龙 ， 张培 育 ( 内蒙古科技大学 ， 包头 0 1 4 0 1 0 ) 摘 要 ： 以普通硅 酸盐水泥为主要原料 ， 采 用双氧水 为发 泡剂 ， 在 不同配合 比条件下研究 了掺合料 、 不 同水胶 比 时料浆稠度、 料 浆初始反应 温度对 泡沫混凝 土气孔直径大 小及 气泡稳定性 的影响。试验结果表 明： 双掺 粉煤灰与矿 渣粉各取代 1 9 的水泥、 水胶 比为 O 4 1 、 料 浆初 始反 应温度为 2 0 2 5 o C 时制得的 泡沫混凝 土气孔直径大小适 中且 气 泡稳定不塌模 。考虑综合影响 因素 ， 研 究得到的 泡沫混凝土性能稳定、 配合 比经 济， 达到节能减排 的 目的。 关 键 词 ： 泡 沫 混 凝 土 ； 双 氧 水 ； 掺 舍料 ； 料 浆 稠 度 ； 料 浆初 始 温度 Ab s t r a c t ：U s i n g o r d i n a r y p o r t l a n d c e me n t a s t h e ma i n r a w ma t e r i a l a n d h y d r o g e n p e r o x i d e a s t h e f o a mi n g a g e n t ，t h e e ff e c t s o f c o n s i s t e n c y a n d i n i t i a l t e mp e r a t u r e o f s l u r r y o n t h e p o r e d i a me t e r s i z e a n d b u b b l e s t a b i l i t y o f f o a m c o n c r e t e a r e s t u d i e d u n d e r t h e c o n d i t i o n o f d i ff e r e n t W B a n d d i f f e r e n t a d mi x t u r e c o n t e n t T h e r e s u l t s s h o w t h a t p o r e d i a me t e r s i z e o f foa m c o n c r e t e i s mo d e r a t e a n d b u b b l e s a r e s t a b l e wh e n s u b s t i t u t e d a mo u m o f fl y a s h a n d s l a g p o wd e r i s r e s p e c t i v e l y 1 9 o f c e me n t ， W B i s 04 1 a n d t h e i n i t i a l t e mp e r a t u r e o f s l u r r y i s 2 0 - 2 5 。 CC o n s i d e r i n g t h e c o mb i n e d f a c t o r s ， p e rfo r ma n c e o f t h e p a p e r e d f o a m c o n c r e t e i s s t a b l e ， mi x p r o p o r t i o n i s e c o n o mi c ， a n d S O i t a c h i e v e s t h e g o a l o f e n e r g y c o n s e r v a t i o n a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n Ke y wo r d s ：F o a m c o n c r e t e ； Hy d r o g e n p e r o x i d e ； Ad mi x t u r e ； S l u r r y c o n s i s t e n c y ； I n i t i a l t e mp e r a t u r e o f s l u r r y 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 ) 0 2 6 2 0 3 0前 言 泡 沫混 凝 土 是 一 种 以水 泥 、 掺 合 料 、 发 泡 剂 等 为主要原料采用物理或化学方法发泡兼有防火 、 保 温 、 隔音 、 轻质 、 耐久性好 、 成本低廉等多种特性的 无机新型建筑材料 。 目前 ， 物理方法制作泡沫混凝土是将发泡剂采 用机械方式充分发泡 ， 然后将制得 的泡沫与料浆均 匀混合进行现浇施工或模具成型【 l J 。而采用化学方 法 制 作 泡 沫 混 凝 土 通 常 是将 发 泡剂 直 接 加 入 到 料 浆 中搅 拌 均 匀 ， 迅 速 成 型 ， 发 泡 剂 发 生 化 学 反 应 产 生气体使料浆体积膨胀 ， 得到内部 由大量独立封闭 气泡构成的泡沫混凝土。本文通过采用化学方法制 备泡沫混凝土， 研究影响泡沫混凝土气泡直径大小 及气泡稳定性 的部分因素 ， 为泡沫混凝土的生产和 发展 提供 技术 参考 和指 导 。 1 试 验设 备和 原材 料 1 1 主要试验设备 搅拌机 ： 转速 0 3 0 0 0 ff m i n ( 高速 和低速 ) ； 热电 恒 温 风 干 干 燥 箱 ； 微 机 控 制 电子 万 能 试 验 机 ； 远 红 外线测温仪 ； 水泥浆稠度漏斗等仪器。 1 2 试验原材料 水泥： P O 4 2 5级水泥。 粉煤灰 ： 级粉煤灰 。 一 62一 矿渣 粉 ： $ 9 5级 。 发泡 剂 ： 市 售 3 0 浓度 工业 纯双 氧水 。 减水剂 ： 包头某公司产高性能减水剂。 纤维 ： 长度 6 ram。 稳 泡 剂 ： 白色粉 状物 。 调凝 剂 ： 灰 色粉 状物 。 2化学发泡泡沫混凝土成型机理与试验方法 2 1 成 型机 理 普 通 硅 酸 盐 水 泥 及 掺 合 料 中含 有 部 分 金 属 单 质 及 金 属 离 子 ， 采 用 双 氧 水 作 为 发 泡 剂 ， 双 氧水 在 料浆 中一 些 金属 离 子 如 F e 3 + 、 C u ： 存 在 的 条件 下 ， 会 发生氧化还原反应生成水和氧气 ， 同时双氧水 自身 还会 电离 产生部 分 氢气 ： F e Cu “ H 2 O 2 H 2 O + O 2 t 电 离 H2 O 2 H 2 0 + H 2 T 利用这些化学反应生成 的气体来作 为发泡气 源 。 化学反应生成的气体聚集在一起产生一定的气 压作用在料浆上 ， 当气压超过料浆的极 限剪切应力 时 ，气体将料浆撑开形成 由料浆包裹的独立气泡 ， 随着生成气体量 的增加 ， 气泡尺寸变大 ， 此 时料浆 开始产生体积膨胀 ， 发泡结束后形成气孔大小均匀 并且气泡稳定的泡沫混凝土闭 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杭 美艳 ， 孔 凡龙 ， 张培 育 化 学法 制 备泡 沫混凝 土影 响 太 1 素 试验 研 究 2 2试 验 方法 采用料浆为纯水泥 、 单掺粉煤灰取代 l 9 的水 泥 、 双掺 粉 煤 灰 与 矿 渣 粉 各取 代 1 9 的水 泥 ； 采 用 水 泥 浆 稠 度 漏 斗 测 定 不 同 水胶 比 料 浆 流 出 时 间 评 定 料 浆 稠 度 大 小 ；控 制 料浆 初 始 反 应 温 度 分 别 为 2 0 。 C、 2 5 。 C及 3 0 。 C， 采 用 远 红外 线 测 温 仪记 录泡 沫 混凝 土 成型 过程 中料 浆 表面 温度 。将搅 匀后 的料 浆 装 入 试 模 ， 观 察 成 型 过 程 中料 浆 表 面状 态 ， 室 内放 置 3 d后 拆 模 标 准养 护 室 内 养 护 至 7 d取 出 ， 在 热 电恒温风干干燥箱内烘养 l d ， 切开试块观察断面气 孔直径大小与均匀程度。泡沫混凝土的制备及性能 试验等按照 J G T 6 6 2 0 1 l 泡沫混凝土 执行 ， 泡 沫 混凝 土 配合 比见表 1 。 表 1 泡沫混凝土配合 比 注 ： 表 q1 符 合 比均 J J I】 入 r适 量 的减 水 剂 和 j周凝 剂 。 3试 验 结果 与分 析 3 1 掺 合料 对泡 沫混 凝土 的影响 控 制 初 始反 应温 度 为 2 0 。 C， 按 照 表 1中配 合 比 进行试验 观察掺合料对泡沫混凝 土气孑 L 直径大小 与 气泡 稳定 性 的影 响 ， 试 验结 果 见图 1 。 结果见表 2 、 图 2 、 图 3和罔 4： 不同水胶 比成型试块 表 面状 态 见图 5 。 表 2 不 同水 胶 比 的料 浆 稠 度 s ( a ) 水胶 比 0 3 8 ( b ) 水胶比 O 4 1 ( c ) 水胶 比 O 44 图 2纯水泥料浆切开断面图 ( a ) 水胶比 O 3 8 ( b ) 水胶 比O 4 1 L 、 水胶 比0 4 4 图 3单掺粉煤灰料浆切开断 面图 由各 配 合 比成 型 试块 断 面 图片 可 以 看 出 ： 料 浆 为纯水泥时 成 型过程 中水化速 率快 ， 放热 多造 成 温 升 气 泡 直 径大 小 不均 匀 、 稳定 性 变 差 ， 导 致 气 泡 壁 破 裂 f 现 塌 模 。单 掺 粉煤 灰 能 使 气 泡 分 布均 匀 ， 但气泡壁薄 成型后气泡稳定性 差易塌模 。粉煤灰 与矿渣粉 的同时掺人可以延缓料浆的水化速率 ， 使 泡 沫 混凝 土 气 孔 直径 大 小均 匀 、 气 泡 壁 厚 度适 中且 相 对密 实 ， 同时增 强 了气 泡稳 定 性 ， 不易 塌模 。 3 2料 浆稠 度 控制初始反应温度为 2 0 。 C 按照表 1中配合 比 进行试验 采用水泥浆稠度漏斗测定不同水胶 比料 浆流 出时间 ， 以流 f I J 时间表示 料浆稠度大小 ， 观察 不 同稠度料浆成型试块切开断面的气孔状 态 。 试验 ( a ) 水 胶 比 0 3 8 ( b ) 水 腔 比 0 41 ( c ) 水 腔 ： L 0 4 4 5不 同 水 胶 比试 件 表 面 状 态 南 图 2 图 4可 以看 J ： 水 胶 比较 小 时 ， 料 浆 稠 度 大 流 速 慢 ， 浆 体 间 吸 附 力 强 ， 成 型 过 程 中气 泡 需 要 克 服 的阻 力 大【3 _ ， 料 浆 体 积膨 胀倍 率 小 ， 形 成 的气 泡直径小 、 气泡直径大小 不均匀 ( 冈 2 a 、 图 3 a和图 4 a ) 且气泡壁厚 。水胶 比小料浆水化速率快 ， 易造成 料浆温升 ， 导致气泡间气压不同 ， 气泡稳定性变差 ， 气 泡壁 破 裂料浆 表 面 出现开 裂塌 模 ( 图 5 a ) 。水胶 比 较大时， 料浆稠度偏小流速快 。 形成的气泡壁薄( 图 2 c 、 图 3 c和图4 c ) ， 料浆凝结硬 化速率慢 ， 不能 为已 成型的气泡壁提供强度 ， 气泡稳定性变差【4 】 ， 生成的 气体冲破料浆壁 的束缚溢出， 试块 内部与表面出现 一 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 l 5年第 2期 混凝 土 与水泥 制品 总第 2 2 6期 连通 孔 隙 ( 图 5 c ) ， 易塌模 。 水 胶 比为 0 _ 4 1时 ， 料 浆稠 度适 巾 ，形成 的气 泡 直径 大 小 均匀 且 稳定 性 好 表 面平 整 未 m现 塌模 。 3 3 料浆初 始 反应温 度 按表 1中配合 比， 控 制初 始反应 温 度 2 0 、 2 5 3 6 3 2 2 8 2 4 越2 0 赠 l 6 1 2 8 4 O O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 时 问 n fi n J期6料浆初始反应温度为 2 0 时 表 面 温 度 与 时 间 的 关 系 3 6 3 2 2 8 2 4 蟊2 0 赠 1 6 1 2 8 4 0 及 3 0 采 用 远红 外 线测 温 仪 记录 成型 过程 中料浆 表 面 温度 变化 ， 绘 制 料浆 表 面温 度 变 化与 时 间 关 系 曲线 ， 分析 料 浆初 始 反 应温 度对 泡 沫 混凝 土 气 泡稳 定性 的影 响 ， 试 验 结果 见图 6 、 图 7、 冈 8和 9 。 由 图 6 图 9可 以看 出 ：料 浆初 始反 应 温 度 为 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 l O 时 间 mi n 图 7 料浆初始反应温度为 2 5 时 表面温度与时间的关系 图 8 料 浆初 始反应温度 为 3 0 时 表 面 温 度 与 时 间 的 炎 系 f 9 料 浆 不 同切 始 反 应 温 度 时 切卅： 断 面 及 表 面 状 念 2 0 2 5 H ， 纯水泥料浆表面温度上升与下降速率较 ( 4 ) 双掺粉煤灰 与矿渣粉各取代 l 9 的水泥 ， 快且温度峰值高于单掺粉煤灰 、 双掺粉煤灰与矿渣 水胶比为 0 4 l ，料浆初始反应温度控制 2 0 2 5 。 C 粉。利用粉煤灰和矿渣粉取代水泥 ， 胶凝材料水化 时 ， 泡沫混凝土气孑 L 直径大小均匀且稳定性好 热相 比于纯 水 泥水 化热 有 所 降低 ， 减 缓 胶凝 材料 水 ( 5 ) 采 片 j 粉煤 灰 与 矿 渣 粉 取 代部 分 水 泥 ， 减 少 化放热速率 ， 有利于降低温升提高气泡稳 定性【5 l ， 试 单方水泥用量可以充分利用1 业废料 ，既经济， 义 块 断 面 气 泡 直 径 大 小 均 匀 且 表 面 平 整( 图 9 a 、 冈 J fi g 减排 。 9 l ) 。当料浆初始反应温度为 3 0 。 C时 ， 种配合 比 参考文献： 料浆表面温度变化趋势接近 ， 试块易塌模( 图 9 c ) 。 料 【 】 J 周明杰 泡沫混凝土的研究和应用最新进展 J 1 混凝l_ f ， 浆初 始反 应 温 度 提 高 ， 反 应 速 率 加快 ， 生 成 气 体 速 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 0 4 1 0 7 度加快 ， 形成 的气泡体积膨胀倍数 变大 ， 气泡体积 1 2 1 赵春新 聚合物改性水泥基泡沫混凝土的试验研究 D 】 - 重 苎 ： 凝 土 温 材 料 的 试 验 研 究 庆 ：重 庆 力 排 液 作 用 下 逐 渐 变 薄 【6I ，稳定性变差 ， 无法支撑浆 。 。 ， 、 。 一 体 的挤 压 力而 破 裂 ， 导 致 迅速 成 型 的试 件 内部 结 构 1 4 1 张艳峰 聚丙烯纤 维增慢 粉煤 灰泡沫混凝 I 研 究I D I q 无法稳 定 ， 易 塌模 ， 安： 长安大学 2 00 7 4 结论 【 5 】 蒋春祥 粉煤灰与矿粉对水泥水化热的影响硼 ： 彳 芒 水 利 ( 1 ) 通过单掺粉煤灰 、 双掺粉煤灰 与矿渣粉 、 和 建设 j 管理， 2 0 1 I ( 7 ) ： 7 6 7 8 纯 水泥 料浆 成 型 试块 切 开断 面对 比 ， 双掺 粉煤 灰 与 6 】 张磊蕾- 泡沫混凝土的组成与性能 、 做观结构V ,J 研究 D 1 匕 矿渣 粉各 取 代 1 9 fl 水 泥 加入 时 ， 可 以使 泡 沫混 凝 京： f I 建筑材料科学研究总院， 2 0 1 1 土气 孔直 径大 小均 匀目 气 泡稳 定性 好 。 I 7 1 上鑫 泡沫混凝土的制备及其性能研究l 1 ) 】 l喻尔滨： 哈尔滨 ( 2 ) 水胶 比为 0 4 1时 ， 料 浆稠 度适 宜 ， 成 型 的泡 。 。 一 “ 沫混凝土气泡 直径大小与气泡壁厚度适 中， 形成气 收稿日 期 ： 2 O1 4 1 1 2 4 泡能 被稳 定束缚 于 料浆 中且稳 定性 好 ， 不易塌 模 。 作者简介： 杭 美 艳 ( 1 9 6 4 一) ， 硕 1 ： 生 导师 、 教 授 绒 高 】 ( 3 ) 控 制 料 浆 初 始 反 应 温 度 在 2 0 - 2 5 。 C时 ， 泡 通讯地址 ： 包头市昆都仑区青年路 1 4号 沫混 凝 土 气孔 直径 大 小均 匀且 气 泡稳 定性 好 ， 料 浆 联系电话 ： 1 3 8 0 4 7 7 3 9 5 4 初始 反应 温度 高于 3 0 。 C， 易 塌模 。 E - ma i l ： h a n g m e i y a n 6 4 1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m