学位论文 发泡水泥的制备工艺及理化性能研究.pdf

济南大学硕士学位论文目录第一章绪论.11.1 能源现状与建筑节能.11.2 国内外研究现状.21.2.1 发泡水泥的组成材料.21.2.2 发泡水泥的结构与性能.71.2.3 发泡水泥的应用.101.3 主要研究内容.11第二章原材料与测试方法.132.1 原材料.132.2 发泡水泥制备的工艺流程.142.3 测试方法.142.3.1 浆体的物理性能.142.3.2 力学性能.152.3.3 干密度.1523.4导 热系数.162.3.5 孔结构.16第三章水泥浆体的发泡原理.193.1 发泡的可行性分析.193.2 气泡的长大.213.3 气泡的稳定和固化.223.3.1 气泡的稳定.223.3.2 气泡的固化.253.3本章小结.26第四章发泡水泥的制备及其性能研究.274.1 发泡水泥的配合比设计.274.2 制备工艺对发泡水泥性能的影响.284.2.1 搅拌速率对发泡水泥性能的影响.284.2.2 水灰比对发泡水泥性能的影响.29发泡水泥的制备工艺及理化性能研究4.2.3 胶粉对发泡水泥性能的影响.304.3 材料组成对发泡水泥性能的影响.304.3.1 发泡剂掺量对发泡水泥性能的影响.304.3.2 水灰比对发泡水泥性能的影响.324.3.3 胶粉对发泡水泥性能的影响.344.3.4 促凝剂对发泡水泥性能的影响.354.4 发泡水泥的组成优化及其性能研究.364.4.1 发泡水泥的组成优化.364.4.2 孔结构分析.404.5 本章小结.42第五章发泡复合水泥的制备工艺及其性能的研究.455.1 复合水泥的物理性能和力学性能.455.1.1 复合水泥浆体碱度.455.1.2 复合水泥的凝结时间.465.1.3 复合水泥的抗压强度.465.2 发泡复合水泥组成优化和孔结构分析.475.2.1 发泡复合水泥制备工艺和组成优化.475.2.2 孔结构分析.495.3 本章小结.50第六章膨胀珍珠岩和纤维对发泡水泥性能的影响.516.1 膨胀珍珠岩对发泡水泥性能的影响.516.1.1 发泡水泥干密度和力学性能的研究.516.1.2 发泡水泥孔结构的研究.526.2 纤维对发泡水泥性能的影响.536.2.1 纤维对发泡水泥力学性能的影响.546.2.2 纤维对发泡水泥孔结构的影响.556.3本章 小结.56第七章结论与展望.57参考文献.59致谢.65济南大学硕士学位论文附录.67in济南大学侦士学位论文摘要据统计，我国的建筑物采暖能耗为发达国家的3倍，在建筑物上增加保温层是建筑 节能的重要措施，无机保温材料-发泡水泥具有轻质、不燃、保温、隔热，并且与建筑 物同寿命等特点，应用前景良好。目前，发泡水泥的产品质量难以控制，生产技术仍存 在许多问题，使其推广应用受到限制。本文以快硬早强型硫铝酸盐水泥为胶凝材料，双 氧水为发泡剂，并用多种外加剂调节发泡水泥性能，制备发泡水泥材料。同时，分析了 发泡原理，研究了制备工艺和材料组成对发泡水泥性能的影响规律，为发泡水泥的制备 组成提供实验依据和理论指导。主要结论如下：(1)双氧水的分解反应受温度和酸碱度的影响，在水泥的碱性环境中双氧水的分 解率较高，将双氧水用作水泥发泡剂可行的。水泥浆体的发泡过程分为四个阶段：水泥 浆体非均相的形成、气泡核的形成、气泡的增长、气泡的稳定和固化。气泡的稳定性与 浆体的粘度有关，影响浆体粘度的因素有水灰比、水化时间和胶粉掺量。水灰比增大，浆体粘度减小；水化龄期延长，浆体粘度增加；胶粉掺量增加，浆体粘度增加。(2)制备工艺对发泡水泥的影响有三个方面：搅拌速率影响发泡剂的分散情况。搅拌速率过快，气泡易合并，容易产生大孔；搅拌速率过慢，容易造成气泡的破坏，以 1000r/min为宜。水灰比主要影响是浆体的均匀性和流动性：胶粉掺量可影响水泥浆体 粘度，是防止塌模现象的重要措施。(3)发泡水泥的组成材料包括水灰比、胶粉、促凝剂和发泡剂。发泡剂影响发泡 水泥浆体中气泡的数量及其干密度，其掺量一般在4-5%。水灰比过大会使试块孔径较 大或者连通孔较多，降低材料的力学性能，当水灰比为0.46时，发泡水泥性能最好。掺 入乳胶粉会使发泡水泥的凝结时间延长，当其掺量在0-2%时，随着掺量的增加，抗折 强度提高。促凝剂能够提高水泥凝结速率，使其与发泡速率相匹配，保证发泡水泥后期 的稳定和固化，其最佳掺量为0.04%。(4)水泥浆体的温度可影响发泡速率与水化速率的匹配，在特定温度下，通过调 整配比依然能控制发泡水泥孔结构及其性能。试块干密度250kg/n?左右、导热系数 0.077w/(m.k)28天抗压强度在0.55MPa以上，吸水率36%。(5)在硫铝酸盐水泥中复合掺加普通硅酸盐水泥可使凝结时间缩短，减少促凝剂 掺量，并使强度降低，但是可使浆体的碱度提高，有利于发泡反应，孔径增大。发泡复 合水泥的最佳组成和制备工艺为：浆体温度为28C、搅拌时间为6min、水灰比为0.46、v发泡水泥的制备工艺及理化性能研究硅酸盐水泥掺量为20%时，性能最优。此时，试块的孔隙率为86%,干密度为248kg/m3,导热系数为0.078w/(m.k),28d抗压强度为0.45MPa,吸水率为38%。(6)掺入聚丙烯纤维，力学性能显著提高。在聚丙烯纤维掺量为0.04%,发泡水 泥的干密度为253kg/m3,28d抗折强度达到0.23MPa,28d抗压强度为0.65MPa,柔性 系数为2.82,性能最优。关键词：发泡水泥；硫铝酸款水泥；发泡原理；发泡剂VI济南大学硕士学位论文AbstractAccording to statistics,the energy consumption of the existing buildings in China is high,which accounts for one third of total energy consumption and energy consumption of heating in China is three times as much as developed countries.Adding external heat insulation layer is very beneficial to building energy efficiency.Because of lightweight,incombustible,the same duration as buildings,foamed cement has been recognized universally.At present,the product quality is difficult to control based on only practical experience.In order to generalize it,it is necessary to propose theoretical basis.In this research,foamed cement was prepared using sulphoaluminate cement as cementitious materials,hydrogen peroxide as foaming agent and additives for complements,and the optimal ratio was obtained.The principle of foamed cement was analyze and different materials and preparation process were studied.The research consequences may offer a theoretical and experimental reference to foamed cement.The main conclusions could be drawn as follows:(1)Decomposition reaction of hydrogen peroxide was affected by temperature and basicity alkalinity.In the alkaline environment of cement,decomposition reaction of hydrogen peroxide was high,hydrogen peroxide as foaming agent was entirely feasible in cement.The principle of foamed cement was proposed and had four stages:forming heterogeneous cement pastes,nucleation,expanding,stability and shaping.Bubble stability related to viscosity of the cement paste.With cement ratio decreasing,hydration time prolonged and EVA dosage increasing,the slurry viscosity increased.(2)Three themes of preparation process were particularly relevant for foamed cement.Stirring rate affected the dispersion of the foaming agent.If the stirring rate was too fast,the bubbles combined easily and a large hole formed.If the stirring rate was too fast,bubbles formed were heavy losses.The reasonable stirring rate was lOOOr/min.Stirring homogeneity and flowability were influenced by water-cement ratio.EVA affected slurry viscosity and played its key role in collapsing.(3)Foamed cement was made up of several kinds of materials,such as water-cement ratio,EVA,coagulant,foaming agent,etc.Foaming agent affected bubble amount and controlled dry density.Its addition was 4-5%.When it was too high,water-cement ratio would change the pore VII发泡水泥的制备工艺及理化性能研究structure,which damaged to the mechanical properties,durability and insulation.The optimum value was 0.46.EVA prolonged cement setting time.When its dosage was 0-2%,flexural strength increased with the addition increasing.To ensure the stability of the foamed cement,coagulant agent accelerated the rate of the cement hydration and matched it with the foaming rate.And appropriate addition was 0.04%.(4)Performance of foamed cement was excellent and pore structure was good by adjusting the ratio at different temperature.Dry density was around 250kg/m3 and 28d compressive strength reached to 0.55MPa,thermal conductivity was 0.077W/(m.k),the porosity was 85%,pore size was 2mm to 3mm,water absorption was 36%.(5)Sulphoaluminate cement mixed with ordinary Portland cement caused setting time shortened,so it could reduce the amount of coagulant agent.But alkalinity increasing was beneficial to foaming reaction and pore became bigger.When slurry temperature was 28c stirring rate 6min,water-cement ratio 0.46,mixing ordinary Portland cement was 20%,performance was best.In this ratio,dry density was around 248kg/m3 and 28d compressive strength reached to 0.45MPa,thermal conductivity was 0.078W/(m.k),the porosity was 86%and water absorption was 38%.(6)Mixed with polypropylene fibers,mechanical property was obviously increased and pore structure was more homogeneous.When dosage of polypropylene fibers was 0.04%,dry density was 253kg/m3 and 28d compressive strength reached to 0.65MPa,28d flexural strength was 0.23MPa and flexibility factor was 2.82.Key Words:foamed cement;sulphoaluminate cement;principle of foaming;!foaming agentvm济南大学硕士学位论文第一章绪论1.1 能源现状与建筑节能近年来国民经济持续快速发展，但是经济的发展必须以能源为基础，能源短缺已经 变成了制约人类社会进步的关键。在我国十八大报告中，提出了“美丽中国”的新概念,被社会各界普遍接受。节能减排、降低能耗是实现“美丽中国”的必经之路。从我国目 前的能耗情况来说，建筑能耗占社会总能耗的1/3o建筑能耗中最大份额是制冷和采暖,我国建筑物每平方米的采暖能耗约是气候条件相似的发达国家的3倍。为了实现上述目 标，缩小与发达国家的差距，我国“十二五”绿色建筑和绿色生态城区发展规划指 出，“十二五”期间，完成北方采暖地区既有居住建筑供热计量和节能改造4亿平方米 以上，公共建筑节能改造6000万平方米。建筑能耗是指建筑物从建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑物交付使用的全过程 能耗其中包括建筑的日常用能，如电梯用电、空调制冷、家用天然气、热水供应等,从长远角度来看，这些才是建筑能耗中的主导部分。随着GDP的增长，人们越来越重 视生活质量，建筑消费的重点已经不再单以结实耐用为标准，越来越多的人开始追求室 内环境，因此保障室内空气品质所需的能耗将会迅速上升。用来保障室内温度的能耗所 占比例很大，研究表明，约70-80%的热量通过围护结构以热传导的方式传递，造成了 热量的损失。为了减少采暖或者制冷所需的能耗，在建筑物上增加保温层成为节能的重 要手段。目前应用最广泛的保温方法是墙体外保温法，可以使墙体免受冷热桥的影响，减少主体结构所受的温度应力。外墙外保温和内保温是常用的两种手段，外墙外保温被 形象的称为“在建筑物上穿棉袄”，并且，从热工的角度来说，外墙外保温是一种更为 合理的保温体系。在外墙外保温体系中，常用的保温层是有机材料，包括聚苯板、挤塑板、聚氨酯等 I，,o但是由于近年来由保温板引起的火灾频发，造成严重的人员伤亡和财产损失，由此 可见，可燃的保温材料存在严重的安全隐患，引起了广泛的关注。公安部、住房和城乡 建设部联合发布了 46号、65号文件，严格要求外墙保温材料达到A级不燃的标准。因 此有机保温板已不适合作为保温层。在此背景下，无机保温材料迅速发展，其中发泡水 泥保温板以其优良的综合性能，吸引了众多研究者的目光。发泡水泥的制备工艺及理化性能研究用做保温材料的发泡水泥主要优点是：（1）轻质。发泡水泥的孔隙率高，干密度 小，其数值远小于普通混凝土，是一种轻质材料，可应用于非承重的建筑物的内外墙 体、屋面等，降低建筑物的自重；用作保温材料的发泡水泥，其容重要求控制在300kg/m3 以下。（2）隔热性好。发泡水泥气孔率高，空气的导热系数远小于水泥水化产物，降 低了热传导，起到了很好的隔热保温性能1纥（3）耐火性好。发泡水泥的组成材料均为 不燃材料，其耐火性好，达到不燃级别（即A级），在发生火灾时，不会燃烧脱落，不会加速火势的蔓延，其耐火性能远远优于广泛应用的聚苯板薄抹灰系统和聚氨酯保温 板。（4）整体性好。发泡水泥流动性好，可以采用整体浇注的方法施工，该方法使保 温层与建筑物接触性好，不会有明显的裂缝。即使做成保温板材，与建筑物的粘结性能 仍然保持良好。而有机保温板即使有粘结层、网格布等加固装置，也容易被大风卷走以 致脱落。（5）环保性好。发泡水泥在高温时不会产生苯、甲醛等有毒气体，对人体无 害，并且可以利用工业废渣，是一种绿色新型环保建材。1.2 国内外研究现状1.2.1 发泡水泥的组成材料发泡水泥的组成材料主要有五种：胶凝材料、发泡（或引气）剂、掺合料、纤维以 及其他外加剂等。这些材料在不同容重的发泡水泥中均起到重要的作用，主要与材料的 掺量和自身性质有关。胶凝材料发泡水泥中用的胶凝材料主要有普通硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、高铝水泥以及 硫铝酸盐水泥、氯氧镁水泥、石膏等。水泥的主要作用是胶凝，但用量要严格控制。M.R.J ones的研究表明，在达到相同性能的前提下，水泥用量过多，水化时产生大量 的水化热，如果采用物理发泡的方法，温度超过泡沫稳定存在温度，会引起泡沫的破裂 或者发泡剂的作用效果下降。使用不同种类的水泥主要是为了保证发泡水泥的水化速 率，保证制品的早期强度。高铝水泥的主要矿物是CaO-A12O3,是一种稳定的化合物，有很好的水硬性。这 种水泥的特性是快硬、高强和耐火，但是后期强度不稳定。快硬硅酸盐水泥的特点是早 期强度高，主要矿物为C3s和QA,但是生产水泥的能耗高。快硬硫铝酸盐水泥的主要 矿物是硫铝酸钙、硅酸二钙和铁相。硫铝酸盐水泥的突出特点是快硬早强，水化矿物为 钙矶石，后期强度主要是硅酸二钙的水化，具有体积微膨胀等特性，快硬硫铝酸盐的强 2济南大学硕士学位论文度比快硬硅酸盐的早期强度好，但是后期强度发展缓慢。氯氧镁水泥网是用氯化镁溶 液与活性的氧化镁调配而成的，主要矿物为318相和518相，是一种气硬性胶 凝材料。镁水泥的优点是硬化快，强度高、收缩小，耐磨性好。但是，该水泥的致命缺 点是防水性差，暴露在空气中，容易吸潮，甚至出现翘曲的现象，这种水泥需在干燥条 件下使用或者进行防水处理。轻烧白云石与氯氧镁水泥的生产方法相似，主要矿物是 活性CaO、MgO,除了快硬、早强以外，其制备工艺简单，水化产物轻质，是一种很有 前景的胶凝材料。另外，经常使用两种或三种水泥复合，取长补短，达到更好的效果。硅酸盐水泥与 高铝水泥复合使用，既保留了早强的特点，也使后期强度不足得到弥补。硫铝酸盐水泥 与硅酸盐水泥同时使用，可以增加早期强度，但是二者复合互相促进水化产物的生成，容易产生急凝现象，需谨慎使用。气泡在水泥基材料中，通过加气或者引气的方法混入气泡，这种材料就是通常所说的水 泥基泡沫材料。发泡剂的种类和数量，关系到在水泥浆体中的气孔数量、形状、结构，影响泡沫混凝土的质量。向胶凝材料中引入气泡的方法主要有三种，一种是化学发泡的 方法，以铝粉、双氧水等为代表的；一种是包括表面活性剂类、蛋白类、高分子合成类 的物理发泡方法；另外一种是国外使用的干气泡法，主要依赖机械充气，对发泡设备要 求很高。从国外引进亲水性铝粉后，不断进行技术改良。近几年来，铝粉在加气混凝土的使 用日趋成熟，得到广泛应用。铝粉能够作为加气混凝土的发气剂，是由于金属铝在碱性 溶液中可以发生化学反应产生气体口叫其化学反应式：A1+OH+H2O=A1(OH)3+H2|o 通常情况下，铝粉需要的碱性较高，只有在蒸压养护的条件下，才能促进反应进行的比 较充分，因此这类材料也叫蒸压养护泡沫混凝土。铝粉的掺量决定容重，碱性条件决定 了反应速率，同时对力学性能产生影响。加气混凝土的孔结构影响泡沫混凝土的力学性 能和干密度大小【山，在制备中，要合理控制铝粉反应速率，同时调节水泥或者其他胶凝 材料的水化硬化速率，使两个速率相匹配。双氧水是过氧化氢的水溶液，具有很强的氧化性。在发泡水泥中作为发气剂主要是 因为其能在常温的碱性环境中反应，生成水和氧气，不污染空气和环境，反应方程式：2H2O2=2地0+023在水泥材料中加入4-10%的浓度为30%的双氧水，加入适量的稳 3发泡水泥的制备工艺及理化性能研究泡剂，可以使轻质墙体板材的容重控制在150-500kg/m3U2L不同的容重既可以作为墙体 的隔层或者低温冷库的保温材料，也可以用作屋面保温，或者墙体保温。碳酸氢钠在无机胶凝材料中作为发泡剂，原理：CaSO4H/2H2O+NaHCO3+nH2O=CaSO42H2O+Na2sO4+CO2T。J.C.Rubio-Avalos等人【网研究了在半水石膏中加入1-1.5%的碳酸氢钠，在水灰比是0.5的情况下，制得的石膏板容重在1500-2250 kg/n?。过氧化 钙与水发生反应：2CaO2+2H2O=2Ca(OH)2+O2T。此反应较慢，多用于水产养殖，缓慢 释放氧气叫 电石(CaC2)与水反应很剧烈，产生的乙焕气体得不到很好的利用，浓度过 高时容易燃烧或爆炸。减缓反应进行的速度的方法有：用乙醇或者冰醋酸将电石浸润，然后缓慢的逐滴滴加；将氯化铁溶液或者浓硫酸加到电石上。这些方法都是起到了稀释 水的作用，降低了水中OIT浓度，减缓了电石的反应速度”叫表面活性剂类的发泡剂是通过预制发泡的方法，将发泡剂的水溶液采用高速搅拌机 充分发泡，然后将泡沫与胶凝材料混合制成发泡水泥浆体，浇注成型后养护、切割，得 到制品。ValoreRC最早拥有发泡剂专利，他是最早将发泡剂用在泡沫混凝土中的网。这类发泡剂必须通过机械设备充分发泡，国内的发泡技术以采用高速搅拌机为主，即将 发泡剂稀释一定倍数，降低了液体的表面张力，通过搅拌将更多的气体引入溶液中，气 体被液膜包裹，形成气泡。这种泡沫在空气中不会贮存太久，需要现制现用。国外多用 压缩空气法发泡，这种方法的好处是泡沫水分少，并且可以将泡沫直接吹入搅拌好的水 泥浆中，避免了停留在空气中造成的泡沫破损在实验和实践中得出，用在水泥浆中 的泡沫应该具备以下三个特性1闾：第一，必须与水泥或者其他胶凝材料相适应，也就是 在水泥初凝之前尽量保证泡沫不损失；第二，要稳定，具有一定的机械强度，能承受自 身重力，不塌模：第三，必须细腻均匀。我国泡沫混凝土生产中，最常用的发泡剂有废动物毛发发泡剂、十二烷基硫酸钠、松香胶发泡剂等。松香类发泡剂是使用最早的发泡剂，研究表明久这种发泡剂不适合 生产低于700kg/m3的泡沫混凝土。苏素琴网等人研究了在氯氧镁水泥中使用改性后的 松香发泡剂，结果表明在掺量为150ml/kg,容重为354kg/m3,抗压强度为L8MPa。丁 起将常用的十二烷基硫酸钠与皂素进行不同比例的复配，合成一种高效发泡剂，用这 种发泡剂制备的泡沫混凝土有优良的力学性能,孔结构较好,试块容重为450-750 kg/m3,抗压强度为1-2 MPa。王翠花等人以牛蹄角为主要蛋白质原料，掺加KOH、NaOH,用表面活性物质进行改性。实验结果表明，烷基苯磺酸盐对发泡液的作用最好，当烷基 苯磺酸盐在发泡液中的添加量为6.17g/L时,泡沫稳定性好，此时发泡倍数可以达到16.7。济南大学硕士学位论文就目前来说，国内发泡剂通常只具有良好的发泡倍数或者稳定性，二者往往不能同时达 到，这就使泡沫的稳定性差，与水泥浆混合时，破损严重，制品干密度大、力学性能差。国外的发泡剂起步早，主要使用蛋白质类和合成类发泡剂，这些发泡剂具有起泡能力强，泡沫均匀且细腻，泡沫在空气稳定存在，制备的水泥基泡沫材料，在同密度等级的情况 下，性能好于国内的制品【2%另外，使用发泡机和强制空气压缩法制备干气泡MJ,这种 气泡非常的稳定，尺寸小于1mm,很容易的混合在基体材料中，并且这种发泡混凝土 有很好的流动性。通常掺入的泡沫是有电性的，为了与水泥水化后的电性相匹配，使颗 粒更好的分散，要选择电性合理的发泡剂和稳泡剂【2叫掺合料在发泡水泥中使用的掺合料包括微硅粉、粉煤灰、石灰、窑炉的底灰、废旧玻璃、泡沫聚乙烯颗粒、陶粒、聚氨酯泡沫等，有些可以用来减轻泡沫混凝土密度，变废为宝。KearsleyEP。句等人研究了大掺量粉煤灰对泡沫混凝土性能的影响，结果表明，在混 合料中掺加67%粉煤灰时，泡沫混凝土的力学性能没有明显的减少。并且掺加级配合理 的粉煤灰与掺加没有级配的粉煤灰效果相近。掺加粉煤灰可以降低成本、提高混合物的 稠度、减少水化热，同时增强后期强度，减少后期的干裂收缩。俞心刚m等人指出，在 泡沫混凝土中掺入煤砰石等量的替代水泥，煤砰石的粉磨时间分别为0.5h、lh,粉磨0.5h 的煤砰石的早期强度较好，但是后期抗压强度变化不大。另外，在泡沫混凝土中掺入建 筑废弃细粉，掺量越大，试块的表观密度大，在掺量小于30%时，抗压强度随细粉料掺 量的增加而不断增加，7d抗压强度甚至超过了纯水泥制品。但是掺量过多时，材料的胶 凝性很差，导致抗压强度降低，在7d、28d时抗压强度降低很严重，达不到泡沫混凝土 标准的要求31。掺加13.1%-33.7%聚氨酯泡沫，使泡沫混凝土的抗压强度降低2-7倍，同时导热系数也降低25倍2久在泡沫混凝土中掺入硅灰，会使水料比增大，早期强度 显著提高，但是，过多的水容易形成毛细孔，材料的吸水率的增加，也不利于抗冻口久 掺合料的种类、掺入量和细度，会影响新拌浆体的流动性和稠度。在水灰比低的情 况下，混合物太硬会使泡沫破裂，但是水量太高会使混合物太稀不能存留很多气泡，从 而导致气泡从水混合物中分离，形成太多的毛细孔，耐久性差。水灰比的范围可以在0.4 到L25之间。为了改善浆体的性能，加入一些塑化剂，但是与泡沫混凝土的添加剂的匹 配性也是一个重要问题。纤维5发泡水泥的制备工艺及理化性能研究泡沫混凝土中的孔结构大部分是封闭的，有良好的性能，但是仍然存在很多问题，如料浆稳定性差、试块强度偏低、后期干燥收缩大、韧性较差、容易开裂等。如果在泡 沫混凝土中加入适量的短切纤维，可以提高韧性，增加劈裂抗拉强度。常用的纤维有碳 纤维、耐碱玻璃纤维、聚丙烯纤维、植物纤维、聚乙烯醇纤维等。詹炳根以等人在干密度为800-1200 kg/n?的泡沫混凝土中加入玻璃纤维、聚丙烯纤 维、聚乙烯醇纤维，此时，抗压强度有轻微提高，抗折强度提高显著。并且纤维的加入，可以起到稳泡作用，泡沫的体积提高，干密度降低。另外，纤维可以改善泡沫混凝土的 热工性能，抑制早期的干缩。将聚丙烯纤维掺加在干密度800/500 kg/n?的泡沫混凝土 中RI,抗压强度可以达到10-50 MPa,劈裂抗拉强度得到改善。聚丙烯纤维对力学性能 的改善明显，且泡沫掺量越大，干密度越小，对强度的作用效果越突出。植物纤维来源 广泛，是一种天然的可再生的材料。王立久阴等人研究了植物纤维对泡沫混凝土的影响，指出将植物纤维掺加在泡沫混凝土中可以使抗压抗折强度的得到提高，但是需要解决植 物纤维的吸水性和耐碱性的问题，用明胶乳液对纤维表面进行改性，提高纤维在水泥基 的碱性环境中的耐碱性，同时降低吸水性，提高泡沫混凝土的耐久性。外加剂虽然泡沫混凝土的主要组成材料仍然是水泥，但是适合普通混凝土的外加剂在泡沫 混凝土中不一定适用。通常为了提高试块性能，满足施工要求及某些特殊要求，泡沫混 凝土中也需要加入外加剂。如掺早强剂和速凝剂提高早期强度，减少泡沫的破损，满足 施工要求；掺加或者涂覆憎水剂以降低泡沫混凝土吸水率：掺加减水剂提高流动性等。在泡沫混凝土中掺入减水剂，可以适当的提高新拌浆体的流动性，减少毛细孔的数 量，提高强度和耐久性。牛云辉网等人研究了聚叛酸盐减水剂掺入量在0.525%时，28d 强度有显著提高，超过这个范围，反而产生不利影响。陈惠霞阈在泡沫混凝土中掺入蔡 系减水剂，早期强度有明显的提高。在掺有大量粉煤灰的泡沫混凝土掺入熟石灰作为激 发剂，加入一定量的减水剂，减水剂对粉煤灰的激发有一定的正效应口纥在硅酸盐水泥 中加入速凝剂，会生成大量水化铝酸钙和硫铝酸钙，水化硫铝酸钙又会促进C3s水化，凝结时间缩短，水化加快。但由于过早水化，水化产物中有较多的水分，在干燥过程中 蒸发的水分少，有害孔减少，早期强度提高Ml。速凝剂的掺加使早期水化产物增加，这 些颗粒包裹在水泥颗粒上，未水化的水泥颗粒与水接触困难，水化难以进行，后期强度 增长缓慢，因此速凝剂掺量不宜过多。有人掺入适量的三乙醇胺作为普通硅酸盐水泥的 早强剂，可以提高早期强度，后期强度受到的影响很小卬1。6济南大学硕士学位论文1.2.2 发泡水泥的结构与性能发泡水泥的性能包括物理性能、力学性能、耐久性和功能特性等。探讨这些性能的 变化情况，对泡沫混凝土的实际应用以及研制具有更多特殊性能的泡沫混凝土有着重要 的促进作用。由于发泡混凝土与泡沫混凝土两个概念之间没有明显界限，国内外学者一 般称其研究为泡沫混凝土，因此在这一部分中，用泡沫混凝土这一概念。1.2.2.1 物理性能干密度也可以称为容重，是表征发泡水泥的重要特征之一。泡沫混凝土可以根据干 密度的不同，分为六个等级：300kg/m 400kg/m 500kg/m 600kg/m 700kg/m 800kg/m3,也有一些干密度在300 kg/m3-100 kg/n?。不同的场合对泡沫混凝土的密度要 求不同，设计的配合比也不同。由于骨料含量少或者没有骨料，泡沫混凝土干燥收缩会很大。为了保证泡沫混凝土 的干密度，通常掺加轻质骨料，减少后期的开裂收缩，保证制品的稳定性。研究表明，高压养护改变了水化矿物的成分，明显的比湿法养护减少制品的干燥收缩泡沫混凝 土的收缩是随着密度减少而减少的，这是由于低密度的混合物混凝土浆体材料含量少。用砂子或粉煤灰作为掺合料，对干缩行为进行比较研究，结果发现与含粉煤灰的泡沫混 凝土相比，含砂的泡沫混凝土有更小的干燥收缩，这是因为砂子比粉煤灰具有更大的抗 收缩性。孔结构也是表征泡沫混凝土的一个重要特征。泡沫混凝土的孔结构包括孔隙率、孔 径尺寸、孔形貌和孔分布3）。孔结构影响泡沫混凝土的耐久性和强度。吴中伟院士提出，粒径大于200nm的孔都是有害孔，按照这个观点，泡沫混凝土中发泡产生的孔都是有害 孔。泡沫混凝土中的孔受制备过程中各种因素的影响，可分为独立的近圆形孔、半开口 的孔和连通孔。第一种孔是理想的孔，第三类孔会影响耐久性和保温隔热效果他。孔隙 率与强度及密度都有直接的关系。孔隙率越高，密度越小，强度也越低。另外泡沫混凝 土的孔隙率比较大，抗渗性和吸水性较差。使用气泡稳定性好的发泡剂】，在制备中 减少气泡损失与变形，尽量提高气孔的闭孔率，可以提高材料的耐久性。添加脂肪盐类 的物质或者降低用水量，减少毛细管通孔的存在，也能提高防水抗渗性。E.K.Kunhanandan Nambiar等人用图像处理软件对断面图片进行二值化处理，分析了泡沫混 凝土的孔结构，结果发现孔径尺寸、孔隙率、孔分布都会影响强度和密度。掺入尺寸分 布较小的气泡，强度较高。在泡沫掺量较高时，孔隙率较高，孔径尺寸分布较大，导致 强度较低。研究表明，孔形状对泡沫混凝土的性能关系不大14久中科院有人画分析了水 7发泡水泥的制备工艺及理化性能研究料比与力学性能和孔结构的关系。结果表明，气孔随着水料比的增大呈增大趋势，小孔 比例减少，大孔比例增加，同时球形度增加，抗压强度先升高后降低。综合以上两种观 点，可以发现，在一定的孔径范围内，减少孔径尺寸分布的范围，得到最优配比，对抗 压强度是有利的。较高的气孔体积会导致孔壁厚度较小和水泥浆体体积少，从而使干缩 性较小。对于泡沫混凝土中超过200pm的孔，在某种程度上可以看成是强度为零的大 骨料，并且也存在过渡区域。L2.2.2力学性能泡沫混凝土的抗压强度受干密度的影响最大，随着密度的减少抗压强度呈指数减少 1441样品的大小形状、孔形成的特点、加载速度和方向、养护龄期、水灰比、所用的材 料性能和试块养护等因素都会影响泡沫混凝土的强度。如果泡沫混凝土中掺入骨料，灰 骨比、骨料的种类和粒度分布以及使用的发泡剂的种类也会影响抗压强度。泡沫混凝土 的干密度在500-1 OOOkg/n?时，抗压强度随着孔径的增大而减少。在干密度大于 1000kg/m3时，孔隙对抗压强度影响很小，抗压强度主要是由料浆的组成决定的血。泡 沫混凝土在水灰比变化很小时，对强度几乎没有影响，在稠度和稳定性允许的情况下，增加水灰比，可以得出随着水灰比的增加抗压强度增加口空为了更好的了解泡沫混凝土的力学性能，国内外学者提出了预测抗压强度和反映受 压变化情况的模型。周顺鄂等人【47】研究了泡沫混凝土的压缩过程，把泡沫混凝土压缩过 程分为平台、密实、屈服和衰退四个阶段，并且指出基体材料、容重和孔结构等因素主 要影响压缩力学性能；同时验证了 Gibbson-Ashby模型比较符合泡沫混凝土的力学性 能，从微观的角度上，解释了泡沫混凝土的力学性能。E.KKunhanandanNambiar等人网 提出了一个用反应曲面法预测泡沫混凝土的强度和密度的方法，掺合料掺量不同时，反 应曲面图可以形象的描述强度的变化。大量的实验数据也验证此模型作为强度预测模型 的可行性。1.2.2.3 耐久性由于泡沫混凝土中水泥用量很小，泡沫混凝土的吸水率随着密度的减少而减少。在 泡沫混凝土中只有连通的孔才会吸水，因此要尽量避免连通孔的产生。水灰比、矿物掺 合料种类、水泥品种都会对孔结构产生影响。水灰比过大，会使泡沫浆体不稳定，料浆 流动性好，气孔容易合并成连通孔，并且多余的水分蒸发后也会留下连通孔，吸水率增 加。快硬硫铝酸盐水泥快硬早强的特点是气泡损失少，气泡不容易合并成连通孔，因此 使用快硬硫铝酸盐水泥制成的泡沫混凝土的吸水率要低于普通硅酸盐水泥网。乔欢欢阿 8济南大学硕士学位论文等人研究了在泡沫混凝土中掺入不同种类的掺合料对吸水率的影响，结果表明，掺加硅 灰可以提高早期强度，但是硅灰需水量大，使吸水率增大；磨细粉煤灰可以填充到水泥 水化颗粒中，使得水泥石结构更加致密，使吸水率降低。但是低密度的泡沫混凝土，孔 壁薄，气孔结构的改善对吸水率影响不明显。这种情况下，可以掺加适当的憎水剂。憎 水剂是另外一种表面活性剂，与水的接