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全国中文核心期刊 斩 建筑粉 减水剂对泡沫混凝土性能的影响 管文 上海 市建筑科学研究院 ( 集团) 有限公司， 上海2 0 0 0 3 2 摘要 ： 通过聚羧酸减水剂、 三聚氰胺减水剂和萘系减水剂在泡沫混凝土中应用效果的比较表明， 萘系减水剂的综合效果最好。 萘系减水剂可提 高水泥 的分散性及泡沫混凝土的 7 d和 2 8 d抗 压强度 ，掺加萘系减水剂后泡沫混凝土 的 自然干燥 收缩率 降低 ， 同 时质量 吸水率和体积吸水率都 呈下降趋势。 关键词： 泡沫混凝土； 减水剂： 孔隙形貌； 抗压强度； 吸水率； 自 然干燥收缩 中图分类号： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 4 6 0 4 The i nflu e nc e o f wa t e r - r e duc i ng ag e nt o n pe r f or manc e s o f f oa me d c onc r e t e GUAN W e 2 ( S h a n g h a i Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Bu i l d i n g S c i e n c e ， S h a n g h a i 2 0 0 03 2 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n t h i s p a p e r ， p o l y c a r b o x y l i e a c i d， me l a mi n a n d p o l y n a p h t h a e n e s u l p h o n a t e wa t e r - r e d u c i n g a g e n t a r e t e s t e d r e s p e c t i v e l y i n f o a me d c o n c r e t e T h e r e s u l t s h o ws t h a t p o l y n a p h t h a e n e s u l p h o n a t e wa t e r - r e d u c i n g a g e n t h a s t he b e s t c o mp r e he n s i v e a pp l i c a t i o n e f f e c t I t c a n i mp r o v e t h e d i s p e r s i o n o f c e me n t a n d f o a me d c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f 7 d a n d 2 8 d Afte r do s i n g p o l y n a p h t h a e n e s ul p h o n a t e wa t e r r e d u c i n g a g e n t ， t h e n a t u r a l d r y i n g s h rin k a g e o f f o a me d c o n c r e t e d e c r e a s e d， wh i l e n l a s s wa t e r a b s o r p t i o n a n d v o l u me ab s o r p t i o n s h o we d a d o wn t r e n d Ke y wo r ds f o a me d c o n c r e t e ： wa t e r- r e d u c i n g a g e n t f o a m p o r e mo rph o l o g y ； c o mp r e s s i v e s t r e n gth ： wa t e r abs o rpt i o n； n a t u r a l d ryi n g s h rin k a g e 0 前言 1 试验 泡沫混凝土是用物理方法将泡沫剂水溶液制成泡沫， 再 将泡沫加入到由水泥、 掺合料、 骨料、 外加剂和水等制成的料 浆中， 经混合搅拌、 浇注成型、 养护制成的多孔混凝土。由于 其含有大量封闭孔隙， 因而表现出良好的物理力学性能和使 用功能， 具有轻质、 耐久、 整体性好、 施工速度快等优点， 近年 来在建筑市场上得到广泛的应用。但目 前泡沫混凝土在应用 过程中仍存在诸如强度偏低、 吸水率过大、 干缩过大等问题 。 减水剂是现代普通混凝土配比中必不可少的一种外加剂。但 泡沫混凝土中由于存在泡沫， 所选减水剂不仅要与胶凝材料 浆体有较好的适应性， 而且应以不影响泡沫的稳定性为前提。 本文主要探讨减水剂对泡沫混凝土孔隙形貌、 强度、 吸水率、 干燥收缩等性能的影响。 基金项 目： 上海市科学技术委员会 重大课题 ( 0 9 1 1 4 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 1 2 2 作 者简介 ： 管 文， 女 ， 1 9 7 5年 生 ， 湖 北蕲 春人 ， 硕 士 ， 工程师 。地 址 ： 2 0 1 1 0 8上 海 市 闵行 区 申富路 5 6 8号 5号 楼 3 0 4室 ， 电话 ： 0 2 1 5 4 8 31 2 41 ， E ma i l ： g ua n we n nv i p s i n a ， c o n l 。 4 6 新型建筑材料 2 0 1 1 l 5 1 1 原材 料 水泥： 4 2 5 级普通硅酸盐水泥， 上海海螺水泥有限公司。 发泡剂： 褐色液体， 复合型泡沫混凝土用发泡剂。 减水剂： 聚羧酸减水剂L E X 一 9 ， 上海市建筑科学研究院： 三聚氰胺减水剂M e l m e n t F I O ， 巴斯夫化学有限公司； 萘系减 水剂M i g h t l 0 0 ， 日 本花王化学有限公司。 纤维： 长度6 m m聚丙烯纤维， 上海石油化工股份有限公司。 1 2 主要设备 ( 1 ) 水泥胶砂搅拌机： 符合G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 水泥胶砂 强度检验方法( I S O法) 的要求。 ( 2 ) 水泥发泡机。 I 3 试验方法 ( 1 ) 泡沫混凝土的制备： 将水泥、 减水剂、 聚丙烯纤维按配 比称量好放入大塑料袋中， 利用气流混合均匀， 然后将混合好 的干混料倒入搅拌机中加水混合均匀。随后按比例加入制备 好的泡沫， 由于泡沫较轻， 易浮在上层， 需加以人工翻拌。 每搅 拌1 m i n ， 人工翻拌 1 次， 总计搅拌 3 ra i n ， 得到外观均匀的泡 沫混凝土。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 管文： 减水剂对泡沫混凝土性能的影响 ( 2 ) 养护： 成型后带模在( 2 0 2 ) o C 、 相对湿度6 5 环境中 预养护 2 4 h ， 然后移入( 2 0 2 ) o C 、 相对湿度 9 0 以上的雾室 中养护至2 8 d 。 ( 3 ) 干密度： 试件尺寸 1 0 0 m m x l O 0 m m x l O 0 m m ， 养护2 8 d后将试块放入( 1 0 5 5 ) 干燥箱内烘干至恒重， 待冷却至室 温后立即测试干密度。 ( 4 ) 抗压强度和吸水率： 参照G B 厂 r 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。 ( 5 ) 干燥收缩： 参照J G J 厂 I t 7 o - 一 2 0 0 9 建筑砂浆基本性能 试验方法标准 进行测试。 2 结果与讨论 减水剂在泡沫混凝土中主要有如下作用口 】 ： ( 1 ) 降低水料 比， 提高泡沫混凝土的强度， 弥补其强度差的不足； ( 2 ) 可增 加水泥的分散性， 避免在搅拌中出现水泥泥团， 使泡沫混凝 土浆料更加均匀，提高浆料的和易性，增加泵送的流动性； ( 3 ) 缩短搅拌时间， 减小破泡的概率； ( 4 ) 提高泡沫混凝土浆 料的内聚性， 有利于泡沫的稳定， 减少泡沫上浮合并的几率。 虽然减水剂应用于泡沫混凝土有很多优势， 但对减水剂的选 择需慎重， 应考虑其对泡沫的稳定性是否有不利影响。若减 水剂选择不当， 会引起泡沫的大幅度破灭。 2 1 减水剂的选择 泡沫混凝土有一个特点：当水泥净浆流动性不好而过稠 时， 泡沫混合不易均匀， 影响泡沫混凝土的强度， 同时因泡沫混 凝土浆体流动性差， 浇注不到位， 施工性能下降。 当水泥净浆流 动度过大时， 泡沫混凝土浆料过稀容易发生离析， 泡沫发生合 并且破裂， 导致泡沫混凝土体积稳定性差。 因此， 控制水泥净浆 流动度在合适的范围是保证泡沫混凝土性能良 好的前提条件。 选取不掺减水剂的6 0 0 k g m 泡沫混凝土作为基准配比。 由试验可知，基准泡沫混凝土的水泥净浆流动度控制在 ( 1 5 0 2 0 ) m m时， 泡沫混凝土中的泡沫分散均匀、 流动度好、 强度较高。本试验在保持水泥和泡沫掺量不变的前提下， 分 别采用聚羧酸、 三聚氰胺和萘系 3 种减水剂进行对比， 通过 调整减水剂掺量和用水量使得水泥净浆的流动度控制在 ( 1 5 0 2 0 ) m m内， 试验结果见表1 。 表 1 减水剂种类对泡沫混凝土性能的影响 一 般情况下，聚羧酸减水剂由于其高减水率对普通混凝 土的性能比 较有利， 但在泡沫混凝土试验中， 减水剂对其性能 的影响规律却不尽相同。 虽然聚羧酸减水剂的减水率很高， 但 泡沫混凝土要求的净浆流动度不能太大，因而普通减水剂即 可满足其净浆流动度需要，而聚羧酸高效减水剂在泡沫混凝 土中反而不能充分发挥它的优势。 一方面， 聚羧酸减水剂的减 水率很高， 较小掺量即可获得较大的水泥净浆流动度， 稠度比 较难控制在( 1 5 0 _+ 2 0 ) m m内； 另一方面， 采用聚羧酸减水剂必 然大幅度降低其水灰比。 水灰比大幅降低后， 虽然水泥净浆的 流动度仍然很好， 但水泥净浆的内聚力过大， 加入泡沫时由于 摩擦力过大因而泡沫更容易破灭。 因此， 在泡沫混凝土中减水 剂的选择应遵循与水泥相容性好、对泡沫的稳定性无不利影 响、 增强效果显著的原则。 表 1 中虽然用聚羧酸减水剂配制的泡沫混凝土抗压强度 最高，但其浆料在成型时表面肉眼可看到很多2 3 m m的大 气泡， 且其浆料的湿密度和干密度比基准混凝土增大很多， 这 说明聚羧酸减水剂对浆体中的泡沫稳定性不利，导致小气泡 合并成大气泡并不断上浮而破灭。其强度较高是因为聚羧酸 减水剂使得部分泡沫破裂导致干密度增大的结果。在泡沫混 凝土成型过程中观察到，掺加三聚氰胺和萘系减水剂泡沫混 凝土料浆中的泡沫比较均匀，而试块破型时发现基准试块和 掺加萘系试块泡沫孔径仍呈圆形且比较均匀，而掺加三聚氰 胺的试块内部孔径虽然均匀但呈不规则的多边扁形。这说明 由于三聚氰胺的加入可能导致水泥净浆中不均衡挤压力的增 加或对泡沫液膜的强度产生一定的负面作用，从而导致浆体 中气泡形状发生较大的改变， 不规则性增加。 综合考虑不同减 水剂的性价比，本文以下试验选择萘系减水剂对泡沫混凝土 进行改性研究。 2 2 萘系减水剂对泡沫混凝土子 L 隙形貌的影响 图1 和图2 分别为同密度等级的不掺减水剂和掺萘系减 水剂泡沫混凝土孔隙的形貌照片。 图 1 不掺减水剂的泡沫混凝土孔隙形貌 NE W BUl L DI NG M AT ER l AL S 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 管文： 减水剂对泡沫混凝土性能的影响 图 2 掺 萘系减水剂 的泡沫混凝土孔隙形 貌 从图1 、 图2 可以看出， 不掺减水剂的泡沫混凝土孔径大 小不均匀， 小孔中夹杂着很多大孔， 而掺萘系减水剂的泡沫混 凝士中孔径细小且大小均匀。一方面， 减水剂可增加水泥的 分散性， 避免在搅拌中出现水泥团， 使泡沫混凝土料浆更加均 匀， 提高料浆的和易性； 另一方面， 减水剂可增加泡沫混凝土 浆料的内聚性和黏性， 有利于泡沫的稳定， 减小泡沫上浮合并 的几率。因此， 掺加萘系减水剂使得浆料的均质性非常好， 稀 稠合适且富于黏性， 水泥可发挥最大的胶凝效能， 其颗粒可散 布并悬浮于浆体中， 使每一个泡沫液膜都能均匀吸附， 形成浆 体包裹层厚度一致的气泡， 在凝结后形成强度较好的泡沫混 凝土。 2 - 3 减水剂对泡沫混凝土强度和干湿密度系数 的 影响 ( 见表2 ) 表 2 减水剂对泡沫混凝土强度和干湿密度系数的影响 从表2呵看出， 不掺减水剂时泡沫混凝土的干密度： 湿密 度系数存0 7 0 0 8 0 ，而掺减水剂其泡沫混凝土的干密度： 湿 密度系数在0 8 0 0 9 0 ， 比不掺减水剂的要大。这主要是因为 掺减水剂的泡沫混凝土用水量相对较少， 因而在干燥过程中 水分损失较少。分析干湿密度之间的对应关系， 可为配合比 设计和现场施工质量控制提供一定的参考依据。 从表2 还可以看出， 在泡沫混凝土中掺加减水剂后， 其7 d 和2 8 d抗压强度普遍提高。如 1 0 0 0 密度等级的泡沫混凝 土，其7 d 抗压强度提高达5 0 9 ， 2 8 d 抗压强度提高达 1 0 7 。 水泥水化所需要的理论水灰比为0 1 8 0 2 2 。 但在实际 生产中， 为了满足施工性的要求， 大多数泡沫混凝土的水灰比 4 8 新 型建 筑材料 2 0 1 1 5 都在0 5 0 7 。这些多用的水虽然方便了施工成型， 但却带来 了很大的危害。 多余的游离水不参与水泥的水化， 在泡沫混凝 土的硬化过程中， 由 于蒸发而从泡沫混凝土内部逸出， 使它原 来在气孔壁内所占据的位置成为连通型孔隙，这些孔隙大大 降低了泡沫混凝土的密实度， 从而使其抗压强度随之下降。 掺 加减水剂后， 水灰比大幅度降低， 由于水分蒸发导致的连通孔 隙减少， 水泥水化产物结构更为致密； 比较图1 和图2 ， 掺加 减水剂的泡沫混凝土其泡径均匀， 减少了应力集中， 这对抗压 强度十分有利。 此外， 掺加减水剂后7 d 抗压强度达到2 8 d 抗 压强度的7 0 8 0 ， 不掺减水剂7 d 抗压强度一般为2 8 d 抗 压强度的4 0 6 0 ， 从这种意义上说明减水剂具有一定的早 强功能， 这对改善泡沫混凝土的施工性尤其有利。 2 4 减水剂对泡沫混凝土吸水率的影响 吸水率可用质量吸水率或体积吸水率表示。质量吸水率 指泡沫混凝土在饱水状态下吸收的水分质量占泡沫混凝土绝 干质量的百分数；体积吸水率指泡沫混凝土在饱水状态下吸 收的水分体积占泡沫混凝土自然状态体积的百分数。 选择不同密度等级的泡沫混凝土分别掺减水剂和不掺减 水剂， 比较减水剂对泡沫混凝土吸水率的影响， 试验结果见图 3 和图4 。 6 O 5 0 4 0 蓄 3 0 2 0 1 0 0 40 0 70 0 1 00 0 泡沫混凝土密度等级 ( k g m 。 ) 图 3 萘系减水剂对泡沫混凝土质量吸水率 的影响 萋笔 泡 沫 混凝 土 密 度 等 级 ( k g m ) 图 4 萘系减水剂对泡沫混凝土体积吸水率的影响 泡沫混凝土中存在毛细孔和连通孔。毛细孔在水泥硬化 的最初阶段生成互相连接的毛细孔隙。而连通孔主要由2 方 面的因素造成： ( 1 ) 在泡沫混凝土的凝结过程中， 液膜在重力 和表面张力排液以及料浆挤压的双重作用下产生不均匀扩 散， 从而导致封闭的泡沫孔产生缺陷， 凝结后表现为不完整的 孔； ( 2 ) 泡沫混凝土由于水灰比较大而产生的泌水通道。因此 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 管文： 减水剂对泡沫混凝土性能的影响 泡沫混凝土吸水由2 个部分组成： ( 1 ) 组成泡孔问壁的水泥基 体材料的封闭型毛细孔隙吸水和由于水灰比较大而产生的连 通型毛细孔渗透吸水； ( 2 )泡沫孔径形成的连通孔渗透吸水。 这部分吸水又主要取决于泡沫孔隙率的多少及孔隙的特征。 因此， 决定泡沫混凝土吸水率的4 要素主要表现为： 组成泡孔 间壁的水泥基体材料的封闭型毛细孔隙率和连通型毛细孔隙 率、 泡沫孔隙率、 泡沫孔隙特征。 从图 3 和图4 可以看出，掺减水剂后泡沫混凝土的质量 吸水率和体积吸水率都呈下降趋势。 减水剂加入后， 水灰比从 0 5 0 降到0 - 3 1 ， 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连通型毛细孔； 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， 减小了不稳 定气泡合并形成连通孔的几率。 2 5 减水剂对泡沫混凝土自然干燥收缩的影响 保持水泥和泡沫的比例不变，分别采用不掺减水剂和掺 减水剂配制6 0 0 k g m 的泡沫混凝土， 其自 然干燥收缩的试验 结果见图5 。 龄 则 d 图 5 减水剂对泡沫混凝土 自然干燥收缩的影响 从图5可以看出， 与不掺减水剂的泡沫混凝土相比， 掺减 水剂可降低泡沫混凝土的自 然干燥收缩率，其7 d 干燥收缩 率降低 1 7 1 ， 2 8 d 干燥收缩率降低2 6 0 ， 5 6 d 干燥收缩率 降低3 0 2 。这主要是因为掺加减水剂后， 水灰比从0 5 0降 到0 - 3 1 。 浆体用水量减小， 泡沫混凝土在干燥过程中由于水分 蒸发而损失的体积小， 同时形成的连通型毛细管通道较少， 泡 沫混凝土水化产物在结构上更致密；另一方面，添加减水剂 后， 浆体黏度增： 大， 有利于泡沫的均匀分散稳定， 减少物料分 层离析、 收缩下沉的几率， 这对抑制泡沫混凝土的干燥收缩有 一 定的帮助。 其次， 掺加减水剂后， 强度有大幅度提高， 可以抵 抗一部分收缩应力。 因此， 泡沫混凝土的水灰比是影响硬化泡 沫混凝土干燥收缩的一个重要因素。制备低收缩泡沫混凝土 的关键技术之一是控制低水灰比。 3 结论 ( I ) 采用减水剂对本文所配制的泡沫混凝土进行改性， 经 对比试验以 萘系减水剂综合效果最好。 ( 2 ) 萘系减水剂可增加水泥的分散性， 使泡沫混凝土料浆 更加均匀， 增加泡沫混凝土浆料的内聚性和黏性， 有利于泡沫 的稳定， 减少泡沫上浮合并的几率， 从而改善泡沫在混凝土中 的分散均匀性。 ( 3 ) 掺加萘系减水剂可提高泡沫混凝土的7 d 和2 8 d 抗压 强度， 有利于改善泡沫混凝土的施工性能。 ( 4 ) 掺加萘系减水剂后泡沫混凝土的 质量吸水率和体积吸 水率都呈下降趋势。 ( 5 ) 掺加萘系减水剂能使泡沫混凝土的自 然干燥收缩率降 低。其中7 d 干燥收缩率降低 l 7 1 ， 2 8 d干燥收缩率降低 2 6 0 ， 5 6 d 干燥收缩率降低3 0 2 。 参考文献 ： 1 闫振甲， 何艳君 泡沫混凝土实用 生产技术 M 北京： 化学工业 出 版社， 2 0 0 6 ： 4 2 4 3 2 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 及对策f J 1 新型建筑材料 ， 2 0 0 4( 1 ) ： 4 - 7 A 中远关西涂料助嘉绍大桥成就世界级精品 中远关西涂料化工有限公司( 简称 中远关 西) 日前透 露了 该公司桥梁 涂料的最新进展 ， 嘉绍大桥选 定中远关西 的四氟 氟碳涂料 为其提供防护。 嘉绍大桥采 用技术含量最 高的 6塔 独柱斜拉桥方 案， 主 桥长度达 2 6 8 0 m， 索塔数量 、 主桥长度规模位居世 界第一 。 该 桥计划于 2 0 1 3 年年底前建成 ， 通车后大大缩短杭州湾 两岸 的 时空距离 。 嘉绍大桥地处钱塘江尖 山河段的江海 交汇 处，因潮强流 急、 潮位涨退频繁 、 含沙量大等 原因， 造成 防腐环境复杂， 施工 条件极其特殊， 对配套涂料也提 出很 高的要求 。 这次选用的中 远关西四氟氟碳涂料 ，是在常规三氟技术的基础 上研 发的升 级产品 ， 可为基材提供长达 2 0年 的有效保护 ， 大大 降低维护 成本 ， 特 别适 用于大型跨海桥梁等 防腐 要求高、 维护困难、 使 用期限长 的大型钢结构基础设施。 近年来 ，越来越多的大型桥梁都倾 向于采用 具有超长 防 腐期 限的氟碳涂料 ( 防腐期 限可达 2 0年) ， 以延长桥梁 防腐涂 层的翻新重涂 期限 。据 统计 ， 2 0 0 0年 以后设计或 改造 的重 点 桥梁 9 0 都指定用氟碳涂料进行涂装保护。 ( 雪 ) NE W BUI L DI NG MA丁 E RI AL S 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m