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 产品介绍-》慕湖产品

1053 MNC-FP型发泡剂

一、用途及特点
该发泡剂为白色粉末,是由有机高分子材料,经科学工艺聚合而成的一种新型多功能发泡剂,该发泡剂主要应用于泡沫混凝土,泡沫混凝土隔墙板,石膏板,泡沫复合硅酸盐保温隔热材料,泡沫粉煤灰陶粒等一切需要减轻容重发泡发孔的无机和有机制品中,在泡沫混凝土制品中应用该发泡剂,不用改变原来混凝土的水灰比,就可减少制品密度(重量)。
该发泡剂,起泡快,稳泡时间长,稳定性能好。被发泡混凝土及保温材料制品强度高。发泡剂的溶液密度为200~1000g/L,泡的大小从μm ~ mm。
二、性能指标
2%水溶液,表面张力0.02N/m,表面粘度1.55mpa?s,泡沫寿命15h。
三、掺量及用法
1、发泡剂掺量为料浆质量的0.2~0.4%或胶结材料的0.8~1.0%。50倍兑水制泡,即称取发泡剂1kg,加自来水50kg,用高速打浆机,把加有发泡剂的水溶液,全部打成微细泡沫(看不见水液为止)。把打完的微细泡沫(不要水),加入做制品的料浆中,使制品容重减少1/2。加入量根据制品容重决定。
2、作为发泡剂,要求减轻制品干容重,不降低制品的强度,制品硬化后,无收缩,对早期强度和后期强度无影响,对制品的粘合力,剪切强度不降低,实验中,选择了水泥珍珠岩混凝土,在不改变原来配方配比、水灰比情况下,料浆中加入0.8%的发泡剂,在机械搅拌下,开始发泡,泡沫混凝土的流动度马上提高。达到自流平效果后,浇注混凝土模具(70.7mm×70.7mm×70.7mm)中,在21℃,相对湿度85%的条件下,带模养护3d,脱模后,自然养护4周。结果见下表。
水泥珍珠岩混凝土料浆中掺入0.4%发泡剂性能

名称
干密度(kg/m3)
抗压破坏强度(MPa)
吸水率(%)
表面抹灰试验
0.4%憎水发泡剂混凝土
880
2.4
5
直接抹灰
水泥珍珠岩混凝土
1160
2.6
38
拉毛抹灰
注:①抗压破坏荷载值为3次试验平均值。
②试样用水淋4h后,取出擦干表面,称重计算,得出吸水率。
从表1数据看,混凝土的容重减轻了,而抗压强度并没有降低,憎水性提高。且可以直接抹灰,简化了施工工艺。
四、储存与包装
1、该产品储存于阴凉干燥处,密封保存,贮存期2年。
2、该产品由3kg/包小塑料袋包装,集装成36kg/袋编织袋。

[ 发泡剂的应用实例 1]

一、气泡轻质土
(一)概念与制作
气泡轻质土是指在原料中按照一定的比例添加固化剂、水和必要的外加剂,经充分混合、搅拌后,再与一定量的气泡群进行二次混合、搅拌所形成的轻型填料。
在这里,原料土可以是工程废渣、砂或砂性土,也可以是水泥,但为达到固化剂及气泡的均匀混合,并确保气泡轻质土的质量,原料土的直径宜小于 5 ;固化剂主要起固结、加强土体骨架的作用,以水泥为主,也可适当使用石膏粉或硅粉等材料;气泡是将发泡剂按照一定的稀释及发泡倍率生成致密、直径为 30~ 且互不连通的气泡群。

气泡是怎样生成的?

(二)主要特性
几种主要土建材料的表观密度比较( KN/m 3 )

路基填土

底基层

土工泡沫塑料

水泥混凝土

粉煤灰

气泡轻质土

19

22

0.2~0.35

25

12~16

3~18


特性要点

特性描述

容重特性

容重可调范围: 3~18KN/m 3 。

强度特性

无侧限抗压强度可在 0.3~8MPa 范围内调整。

耐久特性

属水泥类材料,具有水泥混凝土同等的耐久性。

隔音耐火

属多孔无机材料,不会燃烧,具有良好的隔音、耐火性能。

自立特性

采用水泥为固化剂,在水泥初凝后可固化自立;该特性使其固化后对挡土结构物几乎没有侧压力。

保温隔热

填料中气泡的体积含有率甚至可高达 70% 以上,导热系数小,具有良好的保温隔热性能。

耐震特性

密度小(通常只有普通混凝土的 25% ),在同等条件下所受到的水平惯性力小,耐震性强。

流动特性

不含水泥混凝土的粗骨料,流动性远较水泥混凝土要高,施工时可通过软管泵送:最大水平泵送距离可达 500m ;最大垂直泵送高度可达 30m . 。

浸水特性

达龄期强度后,长期浸水时强度不降低,吸水率随容重的降低而有所增加。

施工特性

气泡轻质土的流动性高,可能过软管泵送,现场施工浇筑点与制作点可分离,且浇筑点占的施工空间小,可在狭小空间内施工。当作为路基填筑的替代材料时,气泡轻质土浇筑施工无须震捣碾压,施工便捷高效。

环保特性

可大量利用粉煤灰等工业废渣做原材料,促进资源的再生利用,有利于环保;与土工泡沫塑料相比,气泡轻质土属无机质材料,无论用于地上,地下工程,其对环境均无污染作用,环保优势明显;当用于道路扩建、山区陡峭路段等道路工程中,可节省土地资源,避免高填高挖等对环境的破坏,对保护自然生态环境意义重大。

(三)主要应用分类
就工程应用而言,气泡轻质土可有效发挥轻质性、固化后的自立性、强度物性以及易施工性带来的技术经济效益,以及优越的环保特性带来的社会效益。
1 、轻质性的应用
轻质性的应用核心在于减轻荷载。根据减轻荷载目标的不同,在以下工程领域可广泛使用:
A) 作为公路软基路段的新建或扩建路堤填筑材料。减荷可降低工后沉降和不均匀沉降:
B) 山区古滑坡路段的路堤填筑:通过换填减荷,不改变古滑坡的应力环境,避免新建路堤增加滑坡体荷重使之出现再次滑动失稳;
c) 地下结构工程覆土过重时,通过气泡轻质土减荷以满足结构设计要求:
D) 应用于岩溶区或采空区的路堤填筑.可确保路堤安全:
E) 对地基土进行气泡轻质土换填,利用应力补偿原理避免上部路堤或基础出现沉降。
2 、自立性的应用
固化后的自立性意味着气泡轻质土可垂直填筑,其垂直临空面侧压力为零.这些特性在以下工程领域的应用优势明显:
A) 旧路扩建路堤:垂直填筑.可不占地不拆迁或少占地少拆迁:
B) 一切挡土构造 ( 桥台、挡墙或库岸结构等 ) 的背面填筑大幅缓减结构承受的侧向压力,确保结构安全或优化结构设计
C) 山区陡峭路段新建或扩建路堤的填筑:避免高填高挖带来的稳定性问题及对环境的破坏
D) 高路堤桥台台背填筑:垂直填筑,避免台前锥坡放坡占地,可用于桥梁减跨。
3 、强度特性应用
气泡轻质土的强度应用范围一般为 0.3 ~ 8 MPa ,在此强度范围内。一方面可固化自立,另一方面,机械开挖掘进气泡轻质土填筑体很容易作业。这些特性。使气泡混合轻质土可大量应用于山区隧道进出口位置的填筑:隧道掘进自填筑体开始。避免了开挖山体导致的边坡支护问题.并起到维持自然山体形态不变、保护环境的作用。
4 、良好施工性的应用
气泡轻质土采用集中搅拌制作、软管泵送的方式现浇施工:这种制作搅拌和现浇施工点分离的施工方式使其浇注施工占用的作业空间极小.在旧路扩建工程、地下空洞回填、地下管线施工的回填工程中,具备施工便捷、占用空间小及工期短的优势。
总之,气泡轻质土主要特性的应用通常不是单一而是综合性的,如在道路扩建工程中,尤其是软基路段的扩建工程,气泡轻质土即可发挥轻质性、固化后的自立性以及易施工性等综合技术优势;而无论在何处应用,对环境均无污染作用,且可节省土地资源.避免环境破坏,环保优势明显。
气泡轻质土在道路加宽扩建工程中的应用优势主要体现在以下几个方面:
1 、扩建路基可垂直填筑,节省土地资源,避免或减少建筑物的拆迁。
2 、软基路段扩建路堤可大幅度减荷,可节省扩建路基的软基处理或减小软基处理强度;并有效减少新老路基的差异沉降及附近建筑物的附加沉降破坏。
3 、通过配管泵送施工,施工占用空间小,几乎不影响现有交通,并保持现有道路段设施(防撞栏、排水沟等)不破坏。
4 、山区陡峭路段的加宽扩建可避免高填高挖导致的稳定处治问题,且能维持自然山体形态不变,保护自然环境。
5 、施工便捷,施工工期短。

1 、软基路段桥台台背换填
气泡轻质土用于软基路段桥台台背换填时,利用轻质性、固化后的自立性,可对常规工法作如下优化:
1 )优化座板式或薄壁式桥台为桩柱式桥台。
2 )大幅度降低软基处理强度。优化后,具有减少沉降和不均匀沉降,彻底消除台背路堤填料本身的工后沉降、避免桥头跳车病害并大幅度减少工后台背维修费用等技术经济优势。

工法比较及优化路径

2 、桥台
当跨越道路的跨线桥较高时,常规工法为解决桥台台前锥坡放坡长度问题,桥跨数量和长度通常以两个台前锥坡坡脚距为设计控制依据,其结果是桥梁总长往往远大于所跨道路要求宽度,本来 1 跨桥可解决的跨路问题需要 2~3 跨来解决,如采用薄壁式桥台,由于台后填土高,土压力大,桥台存在质量风险;为了抵抗土压力,势必大幅提高薄壁桥台桩基及台身造价。
采用气泡轻质土填筑述桥台台背,固化后对结构物的侧压力极小且可直立填筑,可解决土压力和台前锥坡放坡问题,将桥台优化为简单的桩柱式桥台并减少因锥坡放坡而增加的桥跨,大幅降低工程造价。

减跨工法示意图

在地下隧道工程中,隧道结构设计要求其覆土荷重必须在结构能够承受的范围内,如实际覆土荷重超过了结构承受能力,则必须对上覆填土进行减荷。如设计上采用气泡轻质土进行换填,则较对地下隧道结构进行再次加固要简单便捷得多,且造价低廉,具备明显的技术经济优势。

隧道结构减荷设计实例

当公路线路经过山区陡峭路段时,传统常规工法的设计施工方案如图 a) 或 b )。而采用气泡轻质填筑则如图 C )。
三种不同工法的比较显示气泡轻质土工法具备以下优势:
1 、降低荷重,减少路基自身的滑动力钜,提高路基的抗滑稳定性;避免路基抗滑设计与施工的高难度和高代价。
2 、避免高填带来的稳定性问题及大量占用土地资源的弊端。
3 、避免高挖带来的高边坡支护代价及对环境的破坏问题。

隧道施工时,隧道的进出口位置由于自然山体形态是不规则的,开挖时存在较大的偏压,很容易发生山体坍塌。为此,常规工法通常需要对进出口位置进行非隧道工程的边坡开挖和防护,这样不仅加大了开挖难度,更重要的是破坏了自然山体形态,干扰了自然地质地理环境的平衡。如在进出口位置预先设置一定形状的气泡轻质土填筑体,则可避免常规工法的缺陷。
其优点如下:
1 、缓解隧道进出口开挖的偏围压,避免山体坍塌。
2 、避免破坏自然山体形态,尽可能维持自地质地理环境平衡,环保优势明显。
3 、轻质土填筑体可作为隧道进出口的附属构造景观。
4 、施工便捷高效而安全。

施工实例图片

在土建工程中,对一些特殊地下空洞的回填,如建筑空隙、旧路桥头搭板下的空洞及地下管道工程周边空隙,由于人和机械无法进行作业或作业空间过于狭小无法回填密实,使其成为工程建设的一大难点。
利用气泡轻质土可由软管泵送,浇筑施工点所占空间极小,浇筑时具有高流动性,浇筑完后可固化且不需机械碾压或振捣的优势,回填这些特殊空洞,可达到施工简便且能回填密实的效果,为解决空洞回填的难题提供了一种全新的技术手段。

施工实例图片

在工程上,经常出现因各种原因造成的建筑地基与基坑的变形、斜坡岩土体的崩塌、高速路路基滑坡及市政道路塌陷等事故。为减少事故可能带来的损失必须采取紧急措施进行抢险抢修。由于气泡轻质土具有轻质性、良好的施工性且施工设备简单、施工工期短等优点,是工程抢险抢修的理想材料,尤其对于那些需要进行填充、填筑进行恢复的抢险抢修工程,气泡轻质土的优势更加明显。

工程实例图片

利用气泡轻质土的轻质性、自立性、施工简单、工期短等特点,可以方便地在狭小地段进行铁路(轨道)路基的填筑。
其主要优点如下:
1 、可大幅度地降低填土荷重,减少地基的附加应力;
2 、可垂直填土,节省用地,减少拆迁;
3 、通过配管施工,所需的施工作业面小,几乎不影响现有交通。
4 、施工工期短。

工程实例图片

1 、岩溶区采空区路堤填筑
新建高速公路路线经常会跨越岩溶区或采空区;在这些区段修建路堤,尤其是高路堤,必须采取措施避免岩溶区或采空区出现塌陷,这些措施包括注浆、强夯等。但由于岩溶区、采空区地下空洞分布极不规则的复杂性,常规工法的处理要么代价高昂,要么无法处理彻底,即使采用桥梁跨越这些区段,由于地下岩溶区、采空区空洞分布的复杂性,桩基施工依旧存在巨大质量风险。而采用气泡轻质土路堤,由于荷载可减到仅为常规路堤的三分之一左右,对岩溶区和采空区承载力的要求可大幅降低,其相应处理措施可大大简化或不做处理,且技术质量更有保障,与常规路堤填筑比较,可以说提供了一种全新的技术手段。
2 、软基低路堤填筑
对于软基路段的低路堤,可利用气泡轻质土的轻质性,对软基进行适当换填同时路基填筑全部采用气泡轻质土,这样,利用应力补偿的原理及减荷的优势,可使路堤永久总荷载小于换填地基土的重量,从而避免沉降的发生,取消常规软基处理,大幅缩短工期。

工程实例图片

(一)概念与制作
在具有良好的流动性的气泡轻质土浆体中均匀而定量地添加一种复合添加剂(简称可塑剂)后,轻质土浆体中的自由水与可塑剂发生化学反应就成结晶水,浆体由流动状迅速就成可塑状胶体,用胶体将各气泡膜内的空气“密实地”包裹着(故取名“空气包裹”),此时的混合料处于固态与液态的中间状态,其自身没有流动性,但在注入泵的压力作用下呈现液体的性质,即使大流动的水中使用也不会出现材料的离析及消泡现象。

(二)主要特性

三)适用范围及模型实验

( a )在模拟的顶面以 151/min 的速度向模型注水,模型的四周及上表面的交界面设有若干漏气孔,空气包裹从底部的注水孔注浆。
( b )注入的浆体在底部逐渐固化,没有出现材料的分散、离析及消泡现象。
( c )浆体没有从出口随水流出,模型的注浆饱满。
与气泡轻质土相比,空气包裹的流动性虽小,但它在水中不会出现材料分离及消泡现象,是水中空洞填充,特别是隧道注浆最理想的材料。如隧道衬砌体背后的注浆。
(四)隧道注浆实例

(五)隧道注浆常用各工法的技术经济比较

项目

水泥类

非水泥类

发泡类

非发泡类

空气轻质土

空气包裹

材料

①气泡水泥砂浆
②气泡水泥浆

气泡水泥砂浆 + 特殊添加剂

水泥砂浆

空洞填充用的发泡尿烷

容重( KN/m3 )

11~12

同左

20 左右

1

材料单价

便宜

便宜

便宜

昂贵

胶凝时间

几个小时

几秒钟内胶凝状

几个小时

1 到 2 分钟

施工设备规模

大(必要)

同左(必要)

同左(必要)

简易(不需要)

施工准备及退场所需时间

地下涌水地段

材料易离析

可能

可能,但必须进行导水处理

可能

山体龟裂地段

易泄露

停止填充则变成可塑状,泄露停止

较难泄露

发泡堵塞裂缝,难泄露

细微部分的填充

流动性强,填充可达细微部分

提高压力即可填充

流动性较差,不易流入细微部分

发泡过程中有流动性,可在附近填充

衬砌荷重负担

衬砌体裂缝的渗漏

需防止细微裂缝

需防止裂缝大于 1mm 的渗漏

同左

无渗漏

排水的 pH 值

呈碱性

同左

同左

无变化

优缺点
○优点
●缺点

●漏水较多,引起材料分离,不可填充(实验施工得出结论)
●流入排水系统,有阻塞排水系统的危险

○对于漏水部位有效,可确填充。
○流入排水系统可能性较小。
●与尿烷相比,施工性较差。

●较难填充细微部位
●衬砌体承受荷载大
●在漏水量较大的地方砂浆容易分离,流出

○可在漏水处确保填充完成
○较难流入排水系统
○施工性极好
○在行车线一方防漏措施简单
●施工费用较高

HXBY 玻化珍珠岩无机复合保温砂浆是一种新型的墙体、屋面保温隔热、防水材料。该产品是将高分子玻化液、高效发泡剂、珍珠岩、硅酸盐水泥、工程纤维、粉煤灰、细砂等材料采用特定的工艺现场搅拌后,现抹上墙或整体浇注于屋面。
该产品通过高分子玻化液及发泡剂发泡后形成的细微而交错排列的独立气泡群密集分布于硅酸盐水泥空间中,同硅酸水泥结合形成永不分解的具有防水性能的高分子结晶体,对水泥砂浆进行改性。同时,改性后的水泥砂浆对膨胀珍珠岩进行包裹,将水分子完全阻挡在高分子结晶体的外壁,从而彻底解决了膨胀珍珠岩的吸水问题。
该产品以玻化珍珠岩及细砂为主要骨料,以水泥为基料,具有极低的体积收缩率、优异的抗裂性,抗压、粘结强度满足建筑保温材料的要求,是集保温隔热、防水、抗裂于一体的高性能建筑保温材料;它克服了聚苯颗粒等有机材料溶点低、高温时产生有害气体、易老化、使用寿命短等缺陷,是聚苯颗粒保温砂浆的有效替代品。

(二)主要热、力学性能指标( 1 )
国家建筑材料工业房建材料质量监督检验测试中心

试 验 项 目

标 准

实 测 结 果

湿表观密度, kg/m 3

≤ 800

470

干表观密度, kg/ 3

≤ 450

379

导热系数, W/m.k 常温

≤ 0.08

0.061

抗压强度, MPa (形变 10% )

≥ 0.40

2.60

饱和吸水率, %

/

1.0

线收缩率, %

≤ 0.3

0.20

软化系数( 28d 养护)

≥ 0.5

0.85

拉伸粘结强度, MPa

原强度

≥ 0.1

0.15

耐水强度

≥ 0.08

0.13

燃烧性能级别

A 级

A 级

隔声量( DB )

≥ 40

45

蓄热系数

≥ 1.5

3.0

(二)主要热、力学性能指标( 2 )
HXYB 玻化珍珠岩无机复合保温砂浆放射性核素指标

试 验 项 目

标 准

实 测 结 果

外照射指数

≤ 1.0

0.3

内照射指数

≤ 1.0

0.1

镭 -226 ( Bq/kg )

….

13.23

钍 -232 ( Bq/kg )

….

18.51

钾 -40 ( Bq/kg )

….

814.40

HXBY 护面抗裂砂浆性能指标

实验项目

性能指标

拉伸粘结强度, MPa

原强度(养护 28d )

≥ 0.7

浸水(养护 28d 后浸水 7d )

≥ 0.5

柔韧性(抗压强度 / 抗折强度)

≤ 3.0

可使用时间

可操作时间, h

≥ 1.5

可操作时间内拉伸粘结强度, MPa

≥ 0.7

(二)主要热、力学性能指标( 3 )
HXBY 玻化珍珠岩无机复合保温砂浆墙体保温系统性能指标

序号

项目指标

指标性能

1

耐侯性

试样经 80 次高温( 70 ℃ ) - 淋水( 15 ℃ )循环和 20 次加热( 50 ℃ ) - 冷冻( 20 ℃ )循环。

未出现开裂,空鼓和脱落现象;拉伸粘结强度为 0.16MP; 破坏位于保护层。

2

耐冻性

夏热冬冷地区 10 次循环、严寒及寒冷地区 30 次循环后,表面无空鼓、无脱落、无渗水裂缝;保护层与保温层的拉伸粘接强度 0.15MPa ,破坏部位位于保温层。

3

抗冲击强度

C 型

普通型(单网) 3J 冲击合格

加强型(加一层加强网 10J 冲击合格

T 型

镀锌钢丝网 3J 冲击合格

4

抗风荷载性能

安全检测结果: 6.7kPa 未破坏

5

吸水量(浸水 1h ), g/m 2

≤ 653

6

水蒸气湿流密度 g/(m 2 · h)

1.81

7

不透水性

试样防护层内无水渗透

8

耐磨损( 500L 砂)

无开裂、龟裂或护面层表面剥落、损伤

9

系统抗拉强度, MPa

0.20MPa ,破坏部位不在各层界面

10

系统抗拉强度(浸水)

0.17 破坏部位不在各层界面

11

饰面砖粘结强度, MPa

0.56

12

抗震性能

面砖及外保温系统无脱落

( 三 ) 系统的主要特色
1 、保温防水一体化
目前无机砂浆类保温材料的主要缺陷表现在防水性能差,保温层透水后,材料导热系数上升,强度下降等,这将直接影响到系统的保温性能和使用寿命。利用现场玻化技术, HXBY 玻化珍珠岩无机复合保温砂浆外墙保温系统不但解决了材料的防水性问题,而且由于气泡群的“润滑作用”,避免了搅拌过程中因外力导致的膨胀珍珠岩的易碎问题,保证了膨胀珍珠岩固有的保温性能;在各种墙体的外墙、内墙使用不同厚度的该材料可达到寒冷地区和夏热冬冷地区建筑节能 50 %的标准要求。
2 、施工便捷,成本低
可采用厂拌生产,也可采用现场搅拌生产后直接坯刮上墙,无缝界施工。由于材料的吸水率低,抗流性能好,一次成型厚度大,与其它保温材料相比,生产及施工工序极为简单,可直接替代毛坯墙上水泥砂浆找平、保温层及保温层的保护层,干燥后可直接在该保温系统上做涂料底层和挂瓷砖,与其他保温系统相比,具有明显的低成本优势。屋面保温防水施工也非常简化,整体现浇并与主体形成一体化结构,找平、找坡、保温及无缝施工一次完成,减少因施工缝导致的质量隐患,省工省时。
3 、耐高温、抗冷冻、不燃烧、不老化,使用寿命长
4 、隔音减震性能好
材料中气泡的体积含有率超过 75 %,因而具有良好的隔音减震效果,隔声量大于: 45db 。

[应用实例 2

混凝土发泡剂的研制

  1 发泡混凝土通常是用机械方法发泡剂水溶液制备成泡沫 , 再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中 , 经混和搅拌、浇注成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的“密孔”混凝土。生产发泡混凝土的关键是配制发泡剂。能产生泡沫的物质很多 , 但并非所有能产生泡沫的物质都能用于发泡混凝土生产。只有在泡沫和料浆混合时薄膜不致破坏 , 具有足够的稳定性 , 对胶凝材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂 , 才能用来生产轻质发泡混凝 土。目前 , 我国的混凝土发泡剂功能少、产量低 , 所产生的泡沫的稳定性、均匀性、分散性都不理想。而发泡剂又是生产轻质发泡混凝土的关键 , 因此有必要对发泡剂进行系统的认识和研究。

2 发泡剂介绍
   发泡剂种类很多,其中多为阴离子表面活性剂。目前,国内发泡剂品种主要有松香胶发泡剂、废动物毛发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂等。我国发泡剂总体上说不够理想,功能偏少,尽管有些发泡倍数大,但稳定性差、制品强度不高。日本、意大利的发泡剂多为蛋白质类,质量好。我国也有以动物蛋白为主要原料的发泡剂,其发泡倍数及稳定性较好,但因原料来源有限,生产成本高,开发与应用受到制约。
   发泡剂生成泡沫的质量以坚韧性、发泡倍数、泌水量等指标来衡量。泡沫的坚韧性就是泡沫在空气中在规定时间内不致破坏的特性,常以泡沫柱在单位时间内的沉陷距来确定。发泡倍数是泡沫体积大于发泡剂溶液体积的倍数。泌水量是指泡沫破坏后所产生发泡剂水溶液的体积。表 1 为常见发泡剂的性能。

表 1 常见发泡剂的性能

发泡剂品种与浓度

十二烷基苯磺酸钠

松香皂

松香热聚物

动物毛发

0.5%

1%

1%

2%

1%

2%

2%

3%

发泡倍数

27

32

28

29

25

26

20

22

1h 泌水量 /ml

150

140

120

110

140

120

60

40

1h 沉陷距 / ㎜

50

38

34

29

38

33

8

5

3 发泡剂泡沫性质研究
3.1 泡沫的形成
   基于表面张力作用,液体表面有自动缩小的趋势,因而纯静液体经搅拌后并不能产生大量泡沫。在纯静液体中,两个气泡相碰就会毫无阻碍地结合在一起,最后气泡全部破裂。但如果在液体中溶解一种能降低气 - 液界面张力的物质,使之形成在组成上与其他液体有区别的且有一定机械强度的临界层,那么两个气泡相碰时,这种临界层便可作为“缓冲层”防止气泡破裂。发泡剂因其分子结构的不对称性,能聚集在气 - 液界面上,降低表面张力,提高膜的机械强度,形成“缓冲层”,因而在纯静液体中加入发泡剂后用搅拌、混合、吹入、喷射等机械方法将气体带入发泡剂液体中就能制得泡沫。

3.2 泡沫的稳定性及影响因素分析
   所谓泡沫的稳定性是指生成泡沫的持久性,即泡沫存在“寿命”的长短。这包括两个方面:一是泡沫自身的持久性,由发泡剂的质量来决定;一是泡沫在外界环境中以及和混凝土料浆混合时能保持不破灭的性能,它不仅和其自身性能有关,也取决于外界因素的影响。现从几个方面来阐述泡沫的稳定性,

3.2.1 泡沫自身的稳定性
   由于气体和液体的密度相差很大,所以液体中的气泡总是很快上升至液面,形成以少量液体构成的液膜隔开气体的气泡聚集物,即泡沫。泡沫不稳定,会很快发生衰变,目前普遍认为有两个方面的原因:泡沫中液体的析出和气体穿透液膜扩散。
   泡沫中液体的析出 泡沫中液体的析出是气泡相互挤压和重力作用的结果。气泡挤压主要来源于曲面压力。泡沫中各个气泡互交处形成所谓 Plateau 边界 ( 见图 !) 。根据 Laplace 公式,可以导出 P B - P A =σ/ R ( 式中 : P A 为 A 处的液膜压力, P B 为 B 处的液膜压力。 σ 为表面张力 , R 为气泡半径 ) 。液膜中 A 处的压力小于 B 处的压力,于是,液体会自动地从 B 处流至 A 处,结果是液膜逐渐变薄。

图 1 Plateau 边界

  另一种排液过程是液体因重力而下降,使膜逐渐变薄。这种情况仅在液膜较厚时才比较显著,液膜变薄至一定程度,便导致破裂。
   气体透过液膜扩散 无论用何种方法产生的泡沫,其大小总不是完全均匀的。由于弯曲液面附加压力的作用,小泡内的气体压力总是高于大泡,因而气体自高压的小泡透过液膜,扩散到低压的大泡中去,造成小泡变小直至消失,大泡变大,最终导致气泡破裂。
   从以上两方面可以看出,泡沫自身的稳定性主要取决于液体析出的快慢和液膜的强度,而增大溶液的粘度恰恰可以解决这两方面的问题。如果液体本身的粘度较大,则液膜中的液体不易排出,液膜厚度变小的速度较慢,因而延缓了液膜破裂的时间,增加了泡沫的稳定性,同时也使泡沫具有一定的“弹性”。对此,一般可加稳泡剂以达到目的。

3.2.2 外界环境因素对泡沫稳定性的影响
   压力和气泡大小的分布 泡沫在不同压力下稳定性不同,一般是压力越大,泡沫越稳定。这是因为泡沫质量一定时,压力越大,泡沫半径越小;膜的面积越大,液膜变得越薄,排液速度越低。排液半衰期 T 1 / 2 与气泡直径 d 的关系为: T 1/2 / =580ηh / pgd 2 V tf ( 式中: η 为液相粘度, h 为泡沫柱最初高度, P 为液相密度, Vlf 为泡沫最初液体分数, g 为重力加速度 ) 。因为气泡大小不均匀,此式只能定性地说明某些变量之间的关系。也有人认为,泡沫稳定性与压力的关系是气相中非凝析成分随压力增高而增加的结果。 Monsalve 从理论上阐明,单位时间内泡沫泡数的减少与最初气泡大小分布频率有关。气泡分布越窄、越均匀,泡沫越稳定。因此,要获得稳定泡沫,应尽量使泡沫的气泡半径分布窄一些。
   温度的影响 温度对泡沫的影响也较大。一般情况下,泡沫稳定性随温度升高而下降。低温时,当泡沫液膜达到一定厚度时,泡沫就呈现亚稳状态,当温度特别低时,将直接影响发泡倍数;高温时,泡沫的破灭由泡沫柱顶端开始,泡沫体积随时间增长呈规律性减小。这是由于在最上面的液膜上侧,总是向上凸的,这种弯曲膜对蒸发作用很敏感,温度越高蒸发越快,膜变薄到一定厚度时就破裂了,因此大多数泡沫在高温下是不稳定的。
   混凝土料浆的影响 泡沫最终要和料浆进行混合搅拌,在此过程中,料浆中成分的颗粒形貌对泡沫的稳定性也有重要影响。 { 见图 2) 。料浆中颗粒 ( 粉煤灰、细砂等 ) 形状均匀,表面圆滑,则和泡沫接触时可以认为是两个圆球的“面面接触”,这样泡沫本身的“机械强度”和“弹性”特征可能很好发挥,不致产生应力集中,有利于泡沫稳定;若颗粒形状各异,棱角分明,则接触时为“点面接触”,这必然会刺伤泡沫,产生应力集中,从而导致泡沫破裂。

图 2 泡沫和不同颗粒形貌接触

  另外,泡沫最终在混凝土料浆中形成“密孔”,时间越长,泡沫破裂的可能性越大。所以,尽快促使发泡混凝土凝结硬化是提高其稳定性的另一途径,一般可使用早强硅酸盐水泥或添加早强剂来达到目的。
   从以上论述可以看出,影响泡沫稳定性的因素,不仅和其自身的性质有关,而且也与外界环境有关,只有在实际应用中根据经验和实验选择合适方法来获得稳定泡沫。

4 发泡剂的使用
4.1 稳泡剂的作用
   在发泡剂使用中,稳泡剂起着不容忽视的作用。发泡剂往往和稳泡剂复配使用。稳泡剂一般为胶类物质。胶类分子在水溶液中,可使其溶液在流动时产生较大的内部磨擦,使溶液有较高的粘度。正因为胶使液体的粘度增加,这便增加了泡沫的液膜粘度,一则增加液膜表面强度,另则使液膜二表面膜临近的液体不易排出 ( 因表面粘度大,表面临近,液体也不易流动 ) ,液膜厚度变小的速度较慢,因而延缓了液膜破裂时间,增加了泡沫的稳定性。另外,加入稳泡剂后溶液的起泡高度略小于不加胶时溶液的起泡高度。这主要是因为溶液粘度增加,增大单位表面积的功也增大,在做同样功的情况下,增大的表面积减小,因而起泡高度减小。
   从表 2 可以看出,发泡剂加入稳定泡剂,其发泡倍数明显降低,但稳定性却显著提高。

表 2 常见稳泡剂的性能

项目

十二烷基苯磺酸钠 1%

稳泡剂及浓度

尼纳儿

动物胶

0.5%

1%

2%

1%

2%

3%

发泡倍数

19

16

13

21

18

12

1h 泌水量 /ml

110

80

60

110

90

80

1h 沉陷距 / ㎜

30

20

16

25

18

13

4.2 发泡剂掺入混凝土的合理方法
   在工业生产中,发泡剂掺入混凝土的方式不同,对混凝土性能会有较大影响。
   泡沫掺入混凝土中,即在混凝土中形成大量封闭的小孔。而孔结构影响混凝土性能的三个最主要因素是孔的形状、孔隙率和孔径分布。众所周知,混凝土气孔的形状越圆滑,受力越均匀,越不容易产生应力集中,对混凝土强度就越有利。随着混凝土孔隙率增加,混凝土强度降低,在相同孔隙率下,平均孔径越小,混凝土强度越高。另外,在发泡混凝土中,孔径大于 l ㎜的孔即属于有害孔,它对混凝土的力学性能将产生极为不利的影响。因此孔径大于 1mm 的孔的多少,对发泡混凝土的力学性能具有很大的影响。所以,进入混凝土的泡沫要尽量具备高坚韧性、均匀性、分散性和小孔径性,如何将泡沫制成均等的孔型、孔径非常关键。
   在混凝土中掺入泡沫时,泡沫必然产生大量损失。“为了获得理想的气孔含量或特定的混凝土容重,许多情况下,需要加入理论计算量的 2 ~ 3 倍的泡沫”这就涉及到发泡剂的掺入方式。发泡剂的掺入方式有两种:一种是在混凝土拌和物中掺入发泡剂,使之在搅拌过程中自然发泡;另一种是在分离的装置中预先把发泡剂制成泡沫,再掺入混凝土拌和物中。前者在混凝土中的气孔含量具有明显的变化,难以控制;后者虽多一道工序,却可以搅拌出质量相对较高的泡沫。
   目前国内制泡技术主要采用高速搅拌机,即是将发泡剂溶液倒入高速搅拌机中,然后用搅拌机的高速叶片搅拌发泡剂制取泡沫。国外制取发泡混凝土的泡沫多为压缩空气,让发泡剂溶液和压缩空气在混合室混合,然后在压缩空气作用下,穿过一个特制的发泡筒,发泡筒内有的采用磁片,有的采用玻璃球,有的采用铜网。两种发泡工艺比较,压缩空气发泡设备比高速搅拌机稍复杂一些。压缩空气发泡,一方面发泡效率较高,能将发泡剂溶液完全吹制成泡沫,通过发泡筒后其泡径均匀;另一方面可将泡沫直接吹入搅拌好的料浆中,减少中间环节,能更好地防止中间环节导致的泡沫破灭。高速搅拌机发泡,其上下泡径不均,发完的泡沫须经中间设备倒入搅拌好的料浆中,中间环节会导致部分泡沫破灭。从生成的泡沫质量方面和最终混凝土质量方面考虑,建议选用第二种方法。

[应用实例 3 ]

混凝土发泡剂的泡沫稳定性试验

•  主要原材料
  ( 1 )发泡剂母液:发泡剂母液在实验室人工合成,系蛋白质型混凝土发泡剂。
  ( 2 )表面活性物质和胶状物质:三乙醇胺,烷基醇酰胺(俗称 6501 )和阿拉伯树胶粉均为市售化学试剂;烷基苯磺酸盐由北京慕湖外加剂有限公司提供。

二.试验方法
   目前我国还没有发泡剂的有关技术标准及规程,各研制单位都根据自己的研究情况,采用自己的的技术指标及测试方法。本文通过测定发泡液的发泡倍数和泡沫随放置时间的保持情况,来确定发泡剂的发泡倍数和生成泡沫的稳定性,采用了相应的测试方法和判别指标。具体试验步骤如下:
   量取 10mL 蛋白质型发泡剂母液,以一定比例与水稀释 ( 即为发泡液 ) ,将发泡液加入有体积刻度的细长圆柱形透明玻璃或塑料容器中,先轻轻摇晃,使容器内发泡液混合均匀;然后剧烈振荡 1 分钟,使容器内发泡液转变为泡沫。振动并观察泡沫体积,重复剧烈振荡若干次,使发泡液充分发泡,待泡沫体积不再发生变化,记录泡沫体积即为发泡体积。泡沫体积与发泡液体积之比即为发泡倍数,以此来表示发泡能力。静置,加盖,当泡沫体积≤ 200mL 时就认为基本消泡。本试验中对泡沫稳定性的改性主要是在发泡液中添加各种表面活性物质和胶状物质,以达到对泡沫稳定性的改善作用。

三 试验结果与分析
   泡沫是气体分散在液体中的粗分散体系,由于体系存在着巨大的气 - 液界面,是热力学上的不稳定体系,泡沫最终还要破坏的。造成泡沫破坏的主要原因是 :

(1) 重力排液。存在于气泡间的液膜,由于液相密度大于气相的密度,因此在地心引力的作用下就会产生向下的排液现象,使液膜减薄,并导致泡沫破裂。重力排液仅在液膜较厚时起主要作用。
(2) 表面张力排液。由于泡沫是多面体气泡的堆积而成。根据 Young-Laplace 公式可知,凹液面处的压力小于平液面处的压力,因此液体从压力大处向压力小处排液,使得压力大处液膜减薄,最终导致液膜破裂。
(3) 气泡内气体的扩散。因为形成泡沫的气泡大小不一,根据 Young-Laplace 公式 (Δ p =2γ / R ), 附加压力 Δ p 与曲率半径成反比,小气泡的压力大于大气泡的压力。因此小气泡会通过液膜向大气泡里排气,使小气泡变小以至于消失;大泡变大且会使液膜变薄,最后破裂。
   从以上三个方面可以看出,泡沫自身的稳定性主要取决于液体析出的快慢和液膜的强度,而增大溶液的黏度和液膜的黏弹性恰恰可以解决这三方面的问题。本试验通过对发泡剂分别单掺和双掺具有稳泡性的表面活性物和胶状物,来改善泡沫的稳定性。掺入物质按照作用方式分为两类:第一类是能降低液体表面张力,提高泡沫薄膜的质量,增加薄膜的黏弹性,减小泡沫的透气性,增强泡沫的稳定性;第二类是增黏性物质,通过提高液相黏度来减缓泡沫的排液速率,从而提高泡沫的稳定性。通过对发泡液的发泡能力和泡沫稳定性的改性试验,分析比较掺入物质对泡沫稳定性的影响,并确定最佳的改性物质和掺量,从而有助于发泡剂在泡沫混凝土制备中的进一步使用,也对泡沫混凝土在建筑领域的推广起到促进作用。

1 三乙醇胺 (TEA) 对发泡液的改性
   试验中主要在三乙醇胺掺量低于 0.3mL / 30mL 发泡液范围内,就其对发泡液的发泡能力和泡沫稳定性改性作用进行了测定,试验结果如图 l 和图 2 所示。

  图 1 三乙醇胺对发泡倍数的影响     图 2 三乙醇胺对泡沫稳定性的影响


   根据图 l 可以看出,当三乙醇胺加入后,发泡倍数的变化并不明显,在 13 ~ 14 之间,但是掺量为 0.2 ~ 0.3mL 时,放置时间为 l h 的泡沫体积明显低于其它,而且已基本消泡,稳定性较差。而掺量为 0.1-0.15mL 时泡沫的稳定性明显有所改善, 2h 的泡沫体积仍在 300mL 以上 , 并且在 2h 时泡沫体积仍然大于空白试样。说明当三乙醇胺掺量在 0.1 ~ 0.15 / 30mL 发泡液范围内能改善泡沫的稳定性。

2. 阿拉伯树胶粉对发泡液的改性
   阿拉伯树胶粉 , 俗名阿拉伯胶 , 溶于水 , 主要用作增稠剂。采用阿拉伯胶是出于其对泡沫膜壁强度增强作用的考虑 , 试验时阿拉伯胶直接以粉状物添加到发泡液中 , 待静置片刻溶解后再进行发泡试验。试验结果示于图 3 和图 4

  图 3 阿拉伯胶对发泡倍数的影响   图 4 阿拉伯胶对泡沫稳定性的影响


   根据图 3 可以看出,阿拉伯胶掺入后都不同程度地降低了起泡性,尤其明显的是掺量从 0.4g 增加到 0.6g ,发泡倍数呈下降趋势;当掺量为 0.6g 时发泡倍数明显降低,发泡倍数变小,仅为 9.7 。根据图 4 可以看出,在泡沫放置了 1h 左右时,泡沫体积变化不太明显;放置了 2h 时泡沫体积变化较大。当阿拉伯胶掺量为 0.3 -0.5g 时,泡沫在 3h 时体积明显大于其它试样和空白试样,而且都还在 200mL 以上,稳定性相对较好。其原因是:阿拉伯胶是种增稠剂,其加入后使得母液相应地变稠,这样发出的泡沫薄膜质量有了提高,增加了薄膜的黏弹性,减小了泡沫的透气性,从而增强了泡沫的稳定性。但因为掺量不断增大时,液相的黏度也不断增大,起泡时克服黏滞阻力所要做的功也增大,起泡度也就降低。而且掺量增大,液膜中的液体的比重也增加,这时重力作用就容易造成泡沫破裂而析水,从而稳定性降低。

3 烷基醇酰胺对发泡液的改性
   烷基醇酰胺 ( 俗称 6501) ,为非离子型表面活性剂,少量取用时难以计量准确,因此添加时首先与水以 1 : 200( 体积比 ) 稀释后再添加到发泡液中。试验结果示于图 5 和图 6 。

图 5 6501 稀释液对发泡倍数的影响 图 6 6501 稀释液对发泡倍数的影响

  从图中的变化规律可以看出, 6501 引入发泡液后,发泡倍数明显降低;随掺量增加发泡倍数虽然一度增加,但仍然不及空白试样。这说明 6501 对发泡剂母液的发泡能力没有改善作用。而且从图 6 看出稳定性也很差,不但没有改善,反而比空白试样有很大降低。所以,无论从发泡能力和还是泡沫稳定性考虑, 6501 不能对发泡剂母液的起泡性和稳定性起到有效改性作用。

•  烷基苯磺酸盐对发泡液的改性
   烷基苯磺酸盐为一种阴离子型表面活性剂。试验时以粉状的形式直接添加于发泡液中。试验结果示于图 7 和图 8 。

  图 7 烷基苯磺酸盐对发泡倍数的影响     图 8 烷基苯磺酸盐对稳定性的影响

  由图 7 以看出,当烷基苯磺酸盐掺量为 0.2 ~ 0.4g 的范围内时,都增大了发泡倍数;而且根据图 8 可以看出,稳泡时间较长, 4h 还没有完全消泡。而当掺量继续增加时,发泡倍数与稳定性反而有所降低。主要是因为掺量增大使得泡沫中液体比重不断增大,因而重力作用明显,液膜逐渐变薄,薄到一定程度便导致泡沫破裂。试验结果表明,在发泡液中添加烷基苯磺酸盐类表面活性剂有望改善其发泡能力和泡沫稳定性,适宜的掺量控制范围为 0.2 ~ 0 .4g / 30mL 发泡液。三乙醇胺和阿拉伯胶复合添加对发泡液的改性。

•  三乙醇胺掺量固定为 0.15mL / 30mL 发泡液,改变阿拉伯胶掺量。试验结果示于图 9 和图 10 。

  图 9 三乙醇胺和阿拉伯胶对发泡倍数的影响 图  10 三乙醇胺和阿拉伯胶对泡沫稳定性的影响

  由图可以看出,三乙醇胺和阿拉伯胶复合添加后对发泡倍数的影响不明显,当三乙醇胺掺量固定为 0.15mL / 30mL 发泡液,阿拉伯胶掺量为 0.5 ~ 0 .6g / 30mL 发泡液时,发泡倍数有所降低,而阿拉伯胶掺量为 0.3 -0.4g / 30mL 发泡液时,发泡倍数虽变化不大,但静置 2h 后,泡沫的体积在 200mL 以上,稳定性相对较好。

四 结论

  1 烷基苯磺酸盐掺量为 0.2 ~ 0 .4g / 30mL 发泡液,发泡倍数和稳定性都有了明显改善,对发泡剂母液起到了有利的改性作用。
  2 三乙醇胺掺量为 0.1 ~ 0.15mL / 30mL 发泡液时,泡沫的稳定性有一定的改善作用。
  3 阿拉伯胶的掺入,引起起泡性降低,但对泡沫稳定性有改善作用。
  4 三乙醇胺与阿拉伯胶复合掺入后,发泡倍数基本没有变化,但是泡沫稳定性比单独掺加三乙醇胺时有进一步改善。适宜的掺量为三乙醇胺 0.15mL / 30mL 发泡液,阿拉伯胶 0.5 ~ 0.6 / 30mL 发泡液。
   以上实验结果证明,三乙醇胺、烷基苯磺酸盐和阿拉伯胶对发泡液发泡性和泡沫稳定性有不同程度的改善作用。但是单纯泡沫体系和泡沫混凝土体系可能会有所差别,所以可以考虑将这几种对发泡液改性后生成的泡沫应用到泡沫混凝土制备中,以进一步验证它们对发泡剂性能的改善作用在泡沫混凝土制备中的有效性。

[应用实例 4 ]

泡沫混凝土

  墙体革新与建筑节能要求使用的材料具有质轻、高强、节能、利废、保温、隔热等性能,轻质泡沫混凝土是一种新型的具备上述要求的材料,在作为框架填充墙、管道保温、屋面保温工程中受到广泛的重视。发泡混凝土是利用机械方式将发泡剂水溶液制作成泡沫,再将泡沫混入到含硅质材料如:砂、粉煤灰;钙质材料如:水泥、石灰等,各种外加剂及水组合的混合料中,经搅拌均匀浇筑成型各种所需的规格,养护而成的含有大量封闭气孔的轻质混凝土,其材料具有良好的物理力学性能。

1 泡沫混凝土的开发现状
1.1 泡沫混凝土的结构性能
   其材料的结构性能同加气混凝土基本相似,是多孔混凝土的一个品种。将发泡剂产生的泡沫混入到含硅、钙质材料和水及外加剂组成的混合浆中拌合,硬质颗粒附着在泡沫外壳,使其形成相互隔开的独立的气泡,混合料中的气孔分布越是均匀、尺寸越小、则混凝土强度越高,其材质性能更好。在常温下 (>IO ℃ ) 多孔材料凝结形成多种所需形体,在蒸汽蒸压养护下硅质、钙质材料产生水热反应后形成胶凝材料,冷却后即成为具有较高强度的多孔轻质材料。
   泡沫混凝土具有质轻、保温、隔热、耐火、抗冻性好的建筑节能材料,混合浆在成型时可自流平、自密实 ; 施工和易性好、利于泵送和整平,同其他建筑材料都会有良好的相容性,强度可根据需要调整。其主要性能体现在以下几个方面:
   a) 质轻密度小:泡沫混凝土的密度一般为 300kg / m 3 ~ 1200kg / m 3 在建筑材料选用中比常规建材降低自重 30 %左右,可降低结构和基础的重量和造价,对抗震有利;
   b) 热工性能好:泡沫混凝土内含有众多独立不贯通细小孔洞,形成良好的热工性能,正常的导热系数在 0 . 08W / (m · K) ~ 0 . 25W / (m · K) 之间,保温隔热隔音效果明显。在我国三北广大地区外墙厚度采用 200mm ~ 250mm 的泡沫混凝土砌块,保温性能相当于 490mm ( 二砖 ) 厚的效果,用于节能墙体和屋面保温层更好。
   c) 隔热防火性能好:由于泡沫混凝土属于多孔轻质材料,可用于楼层的向阳隔热层和沿公路一侧的隔音层使用。同时在防火、防水性能方面也具有良好效果,充分利用废弃材料、节省耕地和能源、降低价格。

1.2 发泡剂的性能及其应用
1.2.1 发泡剂的品种及性能:用于混凝土的发泡剂种类较多,目前常用的发泡剂主要是各种表面活性剂。现时国内发泡剂主要是松香胶发泡剂、废动物毛发发泡剂、树脂皂类发泡剂、木质素磺酸盐、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂、蛋白质水解物及高分子表面活性剂等。国内发泡剂总体上看功能偏少、稳定性差、制品强度较低。国外如意大利、日本研制的发泡剂多以蛋白质类为主,发泡数量多、稳定性好、产品强度高。近年来国内己开发出一批性能较好的固体树剂和蛋白质泡沫剂,如 CON — A 型泡沫剂、 FP 型固体树指泡沫剂、 U 型发泡剂、 HJ-3 型磺酸盐系列微泡剂等。
   发泡剂形成的泡沫质量应具有坚韧性、发泡量、泌水性等指标作为标准。泡沫的坚韧性是指泡沫在空气中在一定的时间内不过早的被破坏;发泡量是泡沫体积增大于发泡剂溶液体积的倍数;泌水量是指泡沫被破坏后所产生发泡剂水溶液的体积。表 1 为常用发泡剂的性能指标。

表 1 常用发泡剂的性能指标

发泡剂品种

十二烷基苯磺酸钠

松香皂

松香热聚物

动物毛发

浓度 %

0.5

1

1

2

1

2

1

2

发泡倍数

27

32

28

29

25

26

20

22

1h 泌水量 ml

150

140

120

110

140

120

60

40

1h 沉降距 ㎜

50

38

34

29

38

33

8

5

  发泡剂因其分子结构的不对称,能聚集在气 - 液表面上降低表面张力,提高膜的机械强度,因此可在纯静液体中加入发泡剂后,经搅拌、混合、喷射、吹入等机械方法将气体带入就制得所需泡沫。

1.2.2 泡沫性质及稳定性:泡沫的稳定性是极为重要的。不稳定的原因是由于泡沫中液体的析出和气体穿透液膜扩散,其稳定性主要取决于液体析出的速度和液膜的质量,增加溶液的粘度可以解决这一问题。目前国内制泡主要是采用高速搅拌机,利用高速旋转的叶片制作泡沫,叶片上下泡径不匀,泡沫质量与叶片长度、角度、层数、线速度、时间有关。外界环境压力一大则气泡分布窄均匀,泡沫也稳定;泡沫的稳定是随着气温的升高而下降,拌合料如粉煤灰、砂粒形状均匀、表面光洁,这样泡沫本身的特性能较好发挥,不致产生集中,利于泡沫稳定。

1.3 原材料
  a) 水泥:泡沫砼是一种大流动性砼,为了能使拌合料在较短时间内凝结,防止产生沉降和泌水,尽快提高砼的早期强度,宜采用高强度等级的早强水泥,以硅酸盐或硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥较好。这几种水泥由于具备了早期强度高、微膨胀、干缩性小的优点,是泡沫砼较好的胶结材料。
  b) 粉煤灰:粉煤灰具有掺合料和生成胶凝材料的双重效果,它的颗粒越小则活性越大,制成的泡沫砼强度越高。泡沫砼的干容重取决于孔隙率,粉煤灰的类型和掺量对孔隙率影响不大,一般掺量在 30 %~ 60 %对泡沫砼的孔隙率、抗压强度没有影响,如矿渣细料和粉煤灰的复合使用效果更有利于砼强度的提高,同时若配制较高强度砼时可掺入适量硅灰更好。
  c) 石灰和石膏:采用生石灰在水化时能产生较大热量。有利于掺入适量粉煤灰的泡沫砼早期强度的提高,在配合比中随着石灰掺量的增加,泡沫砼的强度也相应提高,其控制用量一般在 10 %— 15 %。石膏在胶结材料中起激发剂的作用,随着石膏掺量的加大,泡沫砼的早期强度会快速增加,当超过一个定值后强度反而会降低,其最佳掺量在 3 %~ 4 %为宜。
  d) 轻集料:当需要更轻集料的泡沫砼时可掺入一定量的轻集料,如膨胀珍珠岩、硅石粉、轻质陶粒等;如对重量不要求时可掺一定量的炉渣、浮石、砂等。当选用膨胀珍珠岩作为制作泡沫砼的功能调节剂时,不仅可使砼的浇筑高度增加,保持混合料上下均匀不沉降,而使制品具有良好的吸音效果。

1.4 外加剂
   泡沫砼与加气砼基本相似,同样具有干缩性大、吸湿性强的不足。为减少干缩弥补不足采取填加复合外加剂的方法解决。在配制时掺入膨胀剂以减少收缩裂缝;掺入纤维材料以提高抗拉强度;掺适量集料以减少体积收缩;用有机物对其表面进行浸渍,提高表面强度并降低吸水率;掺入粉煤灰可减少水泥用量提高后期强度的增长。

1.5 加工制作工艺
   泡沫砼制品的加工生产流程是先将水泥、集料、掺合料、外加剂和水按配合比重量分别计量加入装有泡沫溶液的容器内进行搅拌,拌合均匀后再倒入模板内,低幅震动抹平,养护脱模即可。同时要注意搅拌时间的控制,随着水化时间的延长,泡沫砼的强度呈上升,密度呈下降趋势,最佳时间控制在 90min 为宜。
   养护泡沫砼时表面的泡沫破裂是不可避免的,在水平和垂直方向均可出现,但由于表面干燥失水产生的微裂缝可以避免的,构件成型后用铁抹压刮平,待初凝后覆盖塑料布或早期蒸养,防止早期失水过快产生开裂。

2 国内泡沫砼的应用现状
2.1 轻质泡沫砼砌块
   泡沫砼已用于填充墙体、屋面保温等建筑工程中,南方地区在建筑中一般采用密度 800kg / m 3 ~ 1000kg / m 3 的泡沫砼砌块,其使用规格趋向于轻集料砼空心砌块,主要使用规格为 390mm × l 90mm × 190mm ;西北地区一般用密度 500kg / m 3 ~ 700kg / m 3 的砌块,规格相当于加气砼砌块,主要规格尺寸为 600mm × 300mm × 300mm 、 600mm × 300mm × 200mm 等。密度等级从 300 级~ 1200 级,每 100 级增加其密度不同强度等级也不同,一般强度自 1.5MPa ~ 4.OMPa 之间。
   不同地区的工程对泡沫砼有不同的需求,例如对抗冻性、抗碳化性、隔音隔热效果等,内外墙有所不同。表 2 为西北地区某研制所配制的免蒸复合发泡沫砼砌块,其质量等级为 600kg / m 3 的砌块配合比,原材料中有:水泥、石灰、粉煤灰、复合外加剂 ( 硅酸盐和硫酸盐会产生超塑性 ) 、发泡剂 ( 自制的 FP 复合发泡剂 ) 、减水剂、矿粉、植物纤维和水等。

表 2 体积质量等级为 600 ㎏ /m 3 的发泡砌块材料配合比

原材料

规格

用量 ㎏

备注

水泥

42.5R 硅酸盐水泥

180

粉煤灰

烧失量 5%

330

矿渣细粉

细度 6000m 2 /g

45

石灰

140 目有效 CaO ≥ 70%

8

复合外加剂

硅硫酸盐

20

纤维

植物纤维

5

复合外加剂 : 水 =1:5

减水剂

减水率 25%

0.5

纤维 : 水 =1:5

发泡剂

3.5

减水剂 : 水 =1:10

PH=7

180

发泡剂 : 水 =1:(23 ~ 25)

  经应用抽样复查测试, 600 级的实际技术性能为 : 干容重 648kg / m 3 ;抗压强度 3.8MPa ;吸水率为 12.0 %;抗冻性经 25 次冻融循环合格 ; 干燥收缩量 0.72mm / m ,产品各项经济技术指标与传统的加气砼砌块对比显著。

2.2 大掺量泡沫砼砌块
   以 700 级粉煤灰泡沫砼砌块为例,试件采用比表面积 400m 2 / kg 的细粉煤灰为主要原材料,发泡剂为 ( 聚合物改性松脂皂液 ) 。使用的配合比为:水泥:粉煤灰:熟石灰:石膏:减水剂 (UNF) :早强剂 ( 硫酸盐 ) :膨胀剂:发泡剂 =1 : 1 ~ 1.6 : 0.05 ~ 0.25 : 0.05 ~ 0.20 : 0.005 ~ 0.01 : 0.005 ~ 0.02 : 0.005 ~ 0.09 :适量。实际检测抗压强度达 3.5MPa 、干燥收缩量 0.72mm / m 、碳化系数 0.21W / (m · K) 、 15 次冻融循环合格。
   大掺量泡沫砼试配表明,随着粉煤灰量的增加,则对容重和强度影响极小,在掺量 40 %~ 60 %范围内,砼的容重减小吸水率增加, 28 天的抗压强度偏低,加强后期养护强度会逐渐上升。在常温下制作养护,其导热系数小、质轻、抗冻性可满足需要,粉煤灰越细其产品抗压强度越高。粉煤灰泡沫剂掺量增大,其砼的容重减小、吸水率增加、 28 天抗压强度降低,对三者的影响明显。

2.3 屋面泡沫砼保温层现浇
   泡沫砼属于节能型保温材料在屋面采用强度等级为 200kg / m 3 ~ 1000kg / m 3 ,复合施工是将保温层、找坡和找平层三道工序一次施工 , 简化屋面构造层数,施工简便整体性热工性好,优于膨胀珍珠岩保温层。常用的施工配合比为:
   普通硅酸盐水泥 250kg / m 3 ~ 270kg / m 3 ;轻质集料 190kg / m 3 ~ 200kg / m 3 ;发泡剂 6kg / m 3 ;石灰 ( 石膏 ) 10kg / m 3 ~ 15kg / m 3 ;外加剂 9.5kg / m 3 ~ 10kg / m 3 ;水 200kg / m 3 ;防水透气液 1.Okg / m 3 ~ 1.6kg / m 3 。
   屋面保温层采用泡沫砼根据需要厚度一次浇筑成型,实际检验发泡气体充分,孔壁厚度均匀、密度小、不龟裂、隔热吸音好,既可减轻建筑物重量,又可达到防渗防水、保温隔热效果。

2.4 陶粒泡沫砼
   轻质陶粒砼是将多孔泡沫料浆注入预先放有陶粒的模内成型,强度是随着陶粒强度的增长而增加。陶粒泡沫砼在配制时要经有资质的试验室进行试配,选择陶粒用量、泡沫掺量、砂率的最佳掺量,而增加水泥用量并不能明显提高砼的强度,掺入适量粉煤灰代替水泥其效果更好。陶粒泡沫砼的抗冻性优于其他填充集料,经 50 次冻融循环后强度和重量损失小于 10 %。

2.5 粉煤灰泡沫砼墙板
   粉煤灰泡沫轻质墙板的通常做法是:砼中掺入粉煤灰 30 %~ 45 %、水泥 45 %~ 60 %、膨胀珍珠岩 10 %~ 15 %;外形尺寸 2700mm × 600mm × 60mm 、表面密度小于 40kg / m 2 、抗折力大于 1400N 、导热系数小于 0 . 20W / (m · K) 、空心率 28 %、防火性能好。

2.6 其他材料泡沫轻质砼
   凝结快收缩量小的泡沫砼,这种砼采用由铝酸钙和硫酸钙组成的硅酸钙水泥作为快凝胶结材料、用缓凝剂及按工程需要所选择的集料所组成。采用蛋白质发泡剂、表面活性剂及发气剂及水等,同集料一同搅拌。其制品具有凝结快、干缩性小、强度早强增长快的特性。在工程中需要重量较低的泡沫砼,如用硅石作为主要材料做为地坪、防静电、防火等工程。

3 轻质泡沫砼应用中注意的问题
   泡沫砼应用中容易产生的问题有:强度偏低达不到所需要求,尤其是密度小于 800kg / m 3 的泡沫砼抗压强度小于 2.OMPa ,表面干缩微裂缝、吸水率大等。为避免上述问题的存在 , 在提高以强度为主的设计时重视到:选择经过优化的配合比、使用高效减水剂、采用优质发泡剂、加强成品的早期保湿防止水分过早蒸发、减小干缩过快开裂、适量掺入膨胀剂等。
   我国正在推广生态节能和资源利用的建筑材料,轻质泡剂砼的推广应用前景是十分看好。但要保证泡沫砼的强度质量,研制高效发泡剂、复合外加剂及 ( 集料 ) 原材料配合比、对砼性能在设备、工艺流程的影响,在实践应用中总结提高处理好具体技术问题,使泡沫砼的应用更广泛。

[应用实例 5 ]

现浇轻质泡沫混凝土

  近年来,轻质泡沫混凝土的研究和应用开发在国内外受到了越来越多的重视,这种新型建筑材料显著地体现了发展节能、利废、保温、轻质、隔热等新型材料的性能要求,其种类和应用领域也在不断地扩大。
  泡沫混凝土通常是将由发泡剂制备成的泡沫液加入到含硅、钙质的混合胶材、轻骨料及各种塑化剂等组成的料浆中,经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的混凝土,泡沫混凝土轻质多孔,具有良好的物理力学性能。由于其主要成分和功能的不同,可以有多种不同类型的泡沫混凝土,常用的有水泥砂浆和粉煤灰泡沫混凝土,另外还开发了水玻璃泡沫混凝土、快硬低收缩泡沫混凝土、陶粒、 EPS 轻集料泡沫混凝土、泡沫粉煤灰硅酸盐制品,如轻质隔墙隔声板、复合外墙板、夹芯构件等。
   泡沫混凝土砌块的物理性能与普通加气混凝土砌块相似,可以利用其隔热性能和轻质高强作为框架构的填充墙和结构非承重墙体材料,还可以用作墙体、屋面隔声保温层和管道保温套等。在一些新的应用领域中,泡沫混凝土还被应用到地基补偿、地面防静电地板、防火墙的绝缘填充、隔声层、隧道衬管回填、贫混凝土填层、屋面边坡、钢罐地撑、挡土墙等,应用前景十分广阔。

1 轻质泡沫混凝土的实验研究
1.1 实验制备原料选用
   一般泡沫混凝土中应用较广泛的是水泥 - 砂和水泥 - 混和材泡沫混凝土两种类型 , 可以按照工程要求添加一些功能外加剂。本次试验主要针对水泥 - 粉煤灰 - 砂泡沫混凝土,采取正交试验的手段,分析其中各成分及其配合比的影响。

主要原料的种类和性质如下:
   (1) 水泥:普通硅酸盐 32.5R 水泥
   (2) 粉煤灰:Ⅱ级灰 ( 含水率 27 % )
   (3) 泡沫剂:混凝土泡沫剂
   (4) 砂: ISO 标准砂
   (5) 减水剂:慕湖牌减水剂

1.2 试验制备方法及过程
   试验采用泡浆分开混合法,主要步骤有:混合砂浆制备、泡沫制备、泡浆混合搅拌、浇筑成型 ( 试件大小为 70.7mm × 70.7mm × 70mm ) 。
   试验主要设备:泡沫高速搅拌机、水泥砂浆搅拌机、振动台。
具体的操作过程如下:
   (1) 先按设计配比将水泥、粉煤灰、砂、泡沫剂、水、减水剂分别计量,将泡沫剂和发泡所需用水倒入制泡机,容积 2L 的制泡时间大约为 3min 左右;
   (2) 水泥等混合原料在搅拌机内先干拌均匀,再加入水和减水剂搅拌 2-3min ;
   (3) 将泡沫液缓慢倒入混合料内继续搅拌 5min 左右,保证泡沫均匀分布在混合料中;
   (4) 最后将制得的料浆注模,在振动台上振动 40s 密实,刮平表面, 24-48h 后脱模,放入标准养护室养护。

1.3 正交试验设计
1.3.1 正交表的设计
   本次试验的采用的是四因素三水平的正交表 L9(3 4 ) ,其中的因素考虑水泥在胶结材中的含量比、泡沫剂量、水灰比、减水剂的不同影响,根据前期的预试验初步确定了各成分的水平值,具体见表 1 。

四个因素:
A 水泥掺量 ( 胶凝材料 )( % )

表 1 因素水平表

因素

水平

1

2

3

C(A)

45.1%

51.6%

58.1%

CCW(B)

6g

7g

8g

W/C(C)

0.60

0.625

0.65

AT-2(D)

0

1.0%

1.2%

B CCW-95 泡沫剂用量 (g)

表 2 正交试件原料配比及试验结果 (g/ 3.0L )

编号

水泥

粉煤灰

泡沫剂

AT-2

W/C

14d 抗压强度 /Mpa

28d 抗压强度 /Mpa

表观密度 ( ㎏ /m 3 )

1(4.19)

700

850

420

6

1350

0

0.600

1.5

1.9

1118

2(4.20)

700

850

438

7

1250

7

0.625

0.7

0.8

911

3(4.21)

700

850

455

8

1150

8.4

0.650

0.2

0.56

934

4(4.21)

800

750

520

6

1350

9.6

0.650

1.26

1.3

976

5(4.23)

800

750

500

7

1250

0

0.625

1.33

1.7

968

6(4.24)

800

750

480

8

1150

8

0.600

0.5

0.6

945

7(4.24)

900

650

585

6

1350

9

0.650

0.54

0.75

903

8(4.28)

900

650

540

7

1250

10.8

0.600

0.3

0.36

866

9(4.28)

900

650

563

8

1150

0

0.625

0.26

0.29

801

  说明 : 上表中三个检测指标 14d/28d 抗压强度 ( 由于泡沫混凝土强度较低、发展较慢 , 选择 14d 和 28d 检测值 ) 和表观密度 , 分别为观测值 Xk 、 Y k 、 Z k , 极差为 Rx 、 Ry 、 Rz 、 Sj 和 St 分别是各观测值的平方和与总平方和。

表 3 极差分析

试验

A

B

C

D

X k

Y k

X k

1

1

1

1

1

1.5

1.9

1118

2

1

2

2

2

0.7

0.8

911

3

1

3

3

3

0.2

0.56

934

4

2

1

2

3

1.26

1.3

976

5

2

2

3

1

1.33

1.7

968

6

2

3

1

2

0.5

0.6

945

7

3

1

3

2

0.54

0.75

903

8

3

2

1

2

0.3

0.36

866

9

3

3

2

3

0.26

0.29

801

X 1j

2.40

3.30

2.30

3.09

X

 

 

X 2j

3.09

2.33

2.22

1.74

 

 

X 3j

1.10

0.96

2.07

1.76

0.7322

 

 

R x

1.99

2.34

0.23

1.35

Sxt

 

 

S xj

0.6807

0.9215

0.0091

0.3991

2.0104

 

 

Y 1j

3.26

3.95

2.86

3.89

Y

 

 

Y 2j

3.60

2.86

2.39

2.15

 

 

Y 3j

1.40

1.45

3.01

2.22

0.917

 

 

R y

2.20

2.50

0.62

1.74

Syt

 

 

S yj

0.9350

1.0474

0.0698

0.6468

2.6990

 

 

Z 1j

2963

2997

2929

2887

Z

 

 

Z 2j

2889

2745

2688

2759

 

 

Z 3j

2570

2680

2805

2776

935.8

 

 

R z

393

317

241

128

Szt

 

 

S zj

29076.2

18690.9

9682.9

322.1

60671.6

 

 

C 水灰比 (W/C)

D AT-2 减水剂掺量 (%)

1.3.2 正交试验试样配比及检验结果检测指标为: 14d / 28d 抗压强度和干表观密度,以三个试件的检测平均值为准。

试件大小: 70.7mm × 70.7mm × 70.7mm 。

1.3.3 试验设计说明
  (1) 发泡剂量所形成的泡沫体积量大约为: 6g ~ 2.0L 。发泡比例: 1g 发泡剂: 50g 水,本次试验以发泡剂质量来作为水平取值。
  (2) 减水剂的减水效果在 10 % -15 %左右,本试验中减水率取 10 %。
  (3) 实际用水量包含了发泡用水量和胶结料的需水量,并考虑了泡沫剂的结合水,结合水的系数按预试验效果取 0.4 计算。泡沫中除去结合水,其他水量参与胶结材的水化作用。本次试验的水灰比是以实际总用水量来计算。
  (4) 粉煤灰充当集料,实际也有一定的胶凝作用,对强度有贡献。

2 试验结果分析
   正交试验是数理统计学中多因素随机变量的分析法,由于任意两列的各水平搭配次数相同,保证了试验点在因子空间中的均衡分散性,每列中的因素在各水平上出现的次数相同,可有效地进行因子比较。以下是对多因素随机变量进行极差和方差分析,不考虑交互作用。

2.1 对各因素随机变量进行极差分析
   由以上的极差分析可以得出,样本三个观测指标的极差大小显著性各有不同。泡沫剂的掺入量对于 14d 和 28d 抗压强度有显著影响;其次,水泥在凝胶材料中的含量也有很重要的影响;第三位是减水剂的影响;水灰比在本实验对于抗压强度的影响最小。

图 1 、图 2 、图 3 是各因素对指标的影响极差分析图。

表 4 各因素对 14d 抗压强度指标的方差分析表

来源

平方和

自由度

均方

F 值

临界值

A

0.6807

2

0.3403

74.8924

F0.99(2,2)=99.0

B

0.9215

2

0.4607

101.3863

C

0.0091

2

0.0045

1.0000

D

0.3991

2

0.1995

43.9095

F0.95(2,2)=19.0

误差

0.0091

2

0.0045

 

总和

2.0104

8

 

 

表 5 各因素对 28d 抗压强度指标的方差分析表

来源

平方和

自由度

均方

F 值

临界值

A

0.9350

2

0.4675

13.4043

F0.99(2,2)=99.0

B

1.0474

2

0.5237

15.0147

C

0.0698

2

0.0349

1.0000

D

0.6468

2

0.3234

9.27.27

F0.95(2,2)=19.0

误差

0.0698

2

0.0349

 

总和

2.6990

8

 

 

表 6 各因素对表观密度指标的方差分析表

来源

平方和

自由度

均方

F 值

临界值

A

29076.2

2

14538.1

9.0

F0.99(2,2)=99.0

B

18690.9

2

9345.4

5.8

C

9682.9

2

4841.4

3.0

D

3221.6

2

1610.8

1.0

F0.95(2,2)=19.0

误差

3221.6

2

1610.8

 

误差

60671.6

8

 

 

2 对各因素随机变量进行方差分析
   用 F 分布检验各因子的作用显著性 ( 取显著水平 α =0.01 、 0.05) ,列方差分析见表 4 ~表 6 。
   由以上的方差分析可以得出,泡沫的掺量对于材料的抗压强度有着最重要的影响,最优的组合是 A2B1ClDl ,泡沫量越大,混凝土中的孔隙和气泡越多,密实度降低,从而抗压强度也降低。其次,水泥是主要的胶结材料,它的含量对于强度的贡献也有很大的影
   水灰比在适当的范围内对于强度的影响不明显,对于总水量和参与水化作用的用水量,它们分别的水灰比必须都在一个恰当的范围内。减水剂的添加要控制量,可以在必要时加入少量外加剂。对于干表观密度的影响,水泥量和泡沫量对表观密度的影响较明显,在设计密度时,主要参考这两项原料的配比。

3 结论
   (1) 泡沫的掺量对于材料的强度和表观密度有着重要的影响,泡沫量越大,混凝土中的孔隙和气泡越多 , 密实度降低,抗压强度也降低。
   (2) 水泥的用量对材料的强度和表观密度有很大的影响。
   (3) 可以在泡沫混凝土中掺加一定量的减水剂,以改善混凝土的性能。

[应用实例 6 ]

隔热泡沫混凝土

1 泡沫混凝土的基本性能
1.1 泡沫混凝土的结构形式
   泡沫混凝土是以水泥 (425 号以上 ) 、细砂为基料,加入发泡剂、膨胀剂、助剂、甚至防水剂,经过专用搅拌机搅拌而成,具有无数微小独立、分布均匀、封闭的气孔结构。

1.2 泡沫混凝土的物理性能
   由于泡沫混凝土具有独特的气孔结构形式,使其具有良好的隔热性能,还兼有质轻体硬、防水、防火、抗震等性能,如表 1 。

表 1 泡沫混凝土的物理性能

序号

检测项目

单位

数值

备注

1

抗压强度

Mpa

2.5 ~ 2.7

 

2

抗折强度

Mpa

1.2

 

3

密度

㎏ /m 3

500 ~ 900

绝干恒重

4

吸水率

%

< 15

 

5

气干含水率

%

< 10

 

6

干燥收缩

㎜ /m

< 0.5

 

7

导热系数

W/(m · K)

0.18

 

8

耐火极限

h

2.7

 

9

隔声

db

20

9 ㎝厚度

10

抗冲击性

100

10 ㎏· m 落差

1.3 泡沫混凝土与其它隔热材料的物理性能对比值 ( 表 2)

表 2 泡沫混凝土与其它隔热材料的物理性能对比

材料名称

物理性能

泡沫混凝土

膨胀珍珠岩

陶粒混凝土

架空隔热层

抗压强度 (Mpa)

2.5 ~ 7.5

5.0 ~ 7.5

7.5

3.7 ~ 5.0

抗折强度 (Mpa)

1.2

3.2

5.3

4.3

密度 ( ㎏ /m 3 )

500 ~ 900

1000 ~ 1400

1200 ~ 1600

1800

吸水率 (%)

< 15

64

100

100

气干含水率 (%)

< 10

 

 

 

干燥收缩 ( ㎜ /m)

< 0.5

0.6

0.65

0.8

导热系数[ W(m · K) ]

0.18

0.59

0.83

0.76

耐火极限 (h)

2.7

 

 

 

隔热效果对比值 ( ㎝ )

6

65

80

40

抗冲击性 10 ㎏· m/ 次

100

120

150

2

注: 1 .本表部分数据摘自《民用建筑规范》 GD50176 — 95
   2 .隔热效果对比值是指隔热效果等同时相对应的隔热层厚度

1.4 泡沫混凝土的隔热与密度强度的关系
   热的传递有传导、对流、辐射三种方式,由于泡沫混凝土内有大量的空气存在,大大降低了它的导热性能,又因为其体内气泡处于独立,封闭的状态,不能形成空气和液体的对流 ( 因为吸水率较低 ) ,气泡也使得界面增加,从而有效地减少热能的穿透 ( 如电磁波的辐射等 ) ,这就是泡沫混凝土的隔热机理。

表 3 是泡沫混凝土及有关材料的导热系数,以供对比。

表 3 几种材料的导热系数

材料名称

导热系数

空气

0.22

普通混凝土

1.28 ~ 1.55

泡沫混凝土

0.151 ~ 0.291

钢材

58.00

  从泡沫混凝土的隔热机理可知,气泡越多,密度越小,强度越小,隔热效果越好;反之,气泡越少,密度越大,强度越大,隔热效果越差。表 4 是泡沫混凝土在两种密度时的强度及导热系数对比值。

表 4 不同密度时的强度与导热系数

密度 ㎏ /m 3

强度 ,Mpa

导热系数 ,W/(m · K)

400

2

0.151

800

7

0.291

2 泡沫混凝土的优越性
   用泡沫混凝土取代长期沿用屋面架空隔热砖,其优越性主要体现在以下几个方面:

2.1 保温隔热,节约能源
   泡沫的热阻值是普遍架空隔热砖的 5 ~ 10 倍,保温隔热效果显著,从而节约能源。

2.2 保护屋面,防止屋面结构变形开裂
   由于泡沫混凝土具有良好隔热性能,可以有效地防止屋面结构变形以及屋面结构与砖墙交接处的温差裂缝通病。

2.3 延长防水层寿命,加强防水效果
   吸水率低、导热系数小、质轻体硬的泡沫混凝土与防水层 ( 或结构层 ) 紧贴一体,既可以有效防止因热涨冷缩而引起屋面结构层 ( 或刚性防水层 ) 的变形裂而出现渗漏现象,又可以有效地防止柔性防水材料的老化变质,而泡沫混凝土吸水率较低 (<15 % ) ,本身就具备一定防水效果,因此泡沫混凝土在保护屋面的同时,还可以延长防水层的寿命并加强防水效果。

2.4 可使天台环境更加美观、平整和实用
   由于泡沫混凝土隔热层是现场浇捣、整体成型、质轻体硬、与基层紧密相连,大大提高了隔热层的承重能力,可将原来不雅观的架空隔热屋面变成美观、平整和实用的园林或文娱场地等,扩大建筑物的使用空间。

2.5 节约造价,施工较为简便
   泡沫混凝土的密度通常为 500 ~ 900kg / m 3 ,现在有的可以做到 350kg / m 3 ,可按使用要求选用各种密度和厚度的隔热层,当代替结构找坡时,既可节约工程造价,又可避免结构找坡而出现顶层天花梁板倾斜现象。泡沫混凝土隔热层一般厚度为 6 ~ 8cm ,由于其坍落度较大,因此泡沫混凝土的施工比普通混凝土施工更为简便,不须振捣,只须按排水坡向用直尺抹平。同时泡沫混凝土的造价并不高, 6cm 厚的泡沫混凝土比五脚架空砖造价略高,这也是泡沫混凝土易于推广的一个重要因素。

3 泡沫混凝土的施工工艺流程
   1) 施工前,按照泡沫混凝土隔热、强度、密度等要求,设计出泡沫混凝土相应的施工配合比以及隔热层的厚度。
   2) 泡沫混凝土施工前必须先做好柔性或刚性防水层,上人或非上人屋面防水隔热构造可按图 1 和

图 2 施工。

图 1 非上人屋面防水隔热层构造图

1- 现浇泡沫混凝土隔热层; 2-Ф2@150 × 150 防裂铁筛网; 3- 防水层; 4- 钢筋混凝土结构层

图 2 人上屋面防水隔热层构造图

1 —地砖贴面; 2 —水泥砂浆找平层; 3 —现浇泡沫混凝土隔热; 4 —

Ф2@150 × 150 防裂铁筛网; 5 —防水层层; 6 —钢筋混凝土结构层

  3) 按保温隔热层的设计厚度,用水泥砂浆打定点,做好坡度,坡度宜为 2 %左右,把基层清理干净。  4) 铺设 Ф2@150 × 150 防裂铁筛网,为节约起见,可用竹片代替。
   5) 在泡沫混凝土搅拌机 ( 图 3 所示 ) 上面的晶体搅拌器内,按一定的配合比,加入清水 (1.6 ~10kg)
和发泡剂 (0.1 ~ 0 .6kg ) 快速搅拌约 3 分钟,使其成为待用的泡沫晶体。

图 3 泡沫混凝土搅拌机

  6) 在搅拌泡沫晶体的同时,按一定配合比将清水 (24 ~ 150kg ) 注入下面的搅拌器内,依次加入水泥(48 ~ 300kg ,标号 425 号以上 ) 和适量的细砂 ( 可用粉煤灰 ) 、膨胀剂、助剂等,慢速搅拌均匀,约 2 分钟。
   7) 将泡沫晶体,加入下面搅拌器中的水泥混合物内继续搅拌均匀,约 2 分钟后待用。
   8) 将待用的泡沫混凝土运送以所需施工的基面,用直尺按定点抹平。
   9) 施工完毕后开始自然养护, 24 小时左右可洒水养护,约半个月后才能交付使用。
   10) 如需铺设地砖,可在泡沫混凝土施工后能上人时进行。

4 泡沫混凝土的设计及施工注意事项
   1) 设计泡沫混凝土隔热层时,要考虑隔热效果与泡沫混凝土的强度、密度基本成反比的关系,建议与泡沫混凝土专业公司联系,通过配合比试验,设计出合理的强度、密度以及厚度。
   2) 泡沫混凝土的强度毕竟较低,抗压强度在 2.5 ~ 7.5MPa ,干缩性也较大,在凝结过程很容易开裂,因此有必要加设防裂网,还须经常淋水养护,每天淋水 2 ~ 3 次为宜。
   3) 用作行人的地面,须在泡沫混凝土上面铺设地砖,以防破坏隔热层,以达到美观耐用的效果。铺设地砖前,先淋湿泡沫混凝土面,再涂 1 ~ 2 道水泥浆。
   4) 泡沫混凝土的施工必须在有专业知识的技术人员指导下进行,对每道工序严格把关,才能保证其施工质量。
   5) 施工前要清理干净基层,以保证泡沫混凝土与基层紧密相连。
   6) 泡沫混凝土凝结较慢,在施工约两天后,才可行人,在未能行人时切勿在其上面行人或堆积杂物,以免破坏泡沫混凝土的气泡结构,影响其隔热效果。
   7) 由于泡沫混凝土的流动性很大,如用作尖屋顶屋面的隔热层,施工时须用模板辅助。
   8) 浇捣泡沫混凝土,建议按每 100m 2 制作一组试压件,试压件按砂浆试件要求制作。
   9) 考虑热胀冷缩影响,建议按 6mX × 6m 留设宽 2 ㎝的伸缩缝,缝内填充柔性防水涂料。
   10) 用作泡沫混凝土的发泡剂不要过期,水泥须检验合格,泡沫混凝土的加工要按配合比进行。

[应用实例 7 ]

泡沫混凝土泡沫发生器

1 国内外现有发泡工艺及设备
   目前国内外生产泡沫混凝土的方式主要有如下三种:
   第一种是将发泡剂溶入水中,然后和水泥均匀搅拌。该种方法由于在水泥浆中形成气泡,水泥浆粘度较大,且在搅拌初期料浆不均,一般不能充分发挥发泡剂的作用,因此,需要的发泡剂量大,成本较高,且泡径不匀,仅适用于微量引气混凝土。
   第二种是采用高速搅拌叶片制取泡沫,国内的制泡技术目前主要是采用高速搅拌机,即将发泡剂溶液倒入高速搅拌机中,然后用搅拌机的高速叶片搅动发泡剂溶液来制取泡沫。然后用器皿将发好的泡沫取走,倒入水泥浆搅拌机中拌制成泡沫混凝土。高速搅拌机发泡,其上下泡径不均,发完的泡沫必须经过中间设备将泡沫倒入搅拌好的水泥浆中,中间环节会导致部分泡沫破灭。另外,本方法特点是必须先发泡,然后才能使用,过剩的泡沫过一段时间会破灭。
   第三种是采用压缩空气制泡,国外多用此方法生产泡沫混凝土。利用压缩空气将发泡剂溶液和压缩空气穿过一个特制的发泡筒,在发泡筒内的混合室中进行混合,然后在压缩空气的作用下,将形成的泡沫吹出发泡筒,直接投入水泥搅拌机中拌制泡沫混凝土。发泡筒内有的采用磁片,有的采用玻璃球,有的采用铜网等。和前两种发泡工艺比较,压缩空气发泡设备比高速搅拌机稍复杂一点,但压缩空气发泡,一方面发泡效率较高,将发泡剂溶液完全吹制成泡沫,通过发泡筒后其泡径均匀,另一方面,可以将泡沫直接吹入搅拌好的水泥浆中,减少了中间环节,更好地防止了中间环节导致的泡沫破灭。此外,该方法是边搅拌水泥浆边发泡,需要多少泡沫就发多少,不存在过剩和中间环节的问题。

2 发泡设备的研制
2.1 设计原则
   根据我们所见到的国外的发泡设备,初步拟定了以下几个设计原则:
   1) 能合理控制气液的比例关系;
   2) 能合理控制气体的速度、流量;
   3) 保证泡沫的连续性、均匀性、稳定性;
   4) 保证设备本身的稳定工作。

2.2 结构与工作原理
   发泡设备的工作原理如图 1 所示。容器 2 内装有发泡剂的溶液,有压缩空气机 1 产生压缩空气,分为两个气路,一支路直接接入发泡筒作为泡沫形成的气源和泡沫形成的推动力;另一支路接入压力容器内,推动压力容器内的发泡剂溶液进入发泡筒,压缩空气与发泡剂溶液的发泡筒的尾部进入发泡筒。

图 1 压力发泡设备工作原理

1. 空气压缩机 2. 压力容器 3. 发泡筒 4. 气、液管路

  发泡筒由筒壁、金属网格、网格固定材料、尾部料、气混合室和喷嘴组成。
  发泡筒尾部封闭,另一端开口,封闭端同时引入两个喷嘴,一个是压缩空气,另一个是发泡剂溶液。在封闭端气、液进入处形成一个封闭的空间,称为混合室。其作用是使压缩空气和发泡剂溶液在此充分、均匀混合,产生雾状的液滴,保证产生的泡沫均匀、稳定。
   气、液在离开混合室后就开始发泡,只不过此时量小,离开混合室后泡沫通过几十层的金属网。在通过网的过程中,气、液进—步混合,泡沫大量形成,由于网的作用,产生的气泡直径均匀、细小,并逐渐稳定从出口流出。

2.3 研制过程中的几个问题
2.3.1 压缩空气压力的选择
   用我们试制的设备,采用了不同压力的压缩空气进行了发泡试验,结果表明,随着压力值的增大,发泡速度加快,但泡沫稳定性稍差;反之,降低压力,发泡速度减慢,参照国外的设备及资料我们确定的压力为 0.5MPa 。

2.3.2 发泡剂液体与压缩空气的进入混合室方式
   我们进行了气、液平行和垂直进入的试验,我们观察到气、液垂直进入混合室有利于气、液的混合与分散,发出的泡沫质量较好。进气喷嘴和进液喷嘴之间有一定的距离,使进入的液体一进入混合室,立即让压缩空气吹开、分散,然后进入拉泡和稳泡阶段。

2.3.3 发泡筒的尺寸
   发泡筒的规格用由 ФD*L 表示。其中 D 为筒的内径, L 为筒的有效长度,内径 D 有泡沫产量和泡沫生产速度决定,一般泡沫出筒速度为 0.1 ~ 0 .2m / s ,根据泡沫需求量,就可确定内径 D 。发泡筒的有效长度由三部分构成:混合室的长度 L1 ,拉泡和稳泡段长度 I2 及泡沫出口长度 L3 ,其中 I1=1.2 ~ 1 . 5D , I3 二 1.5 ~ 2D , L2 由拉泡层的层数和层间距决定,一般取 L2=8 ~ 10D , L / D=10 ~ 12 。

2.3.4 拉泡网的选择
   国外的发泡筒拉泡和稳泡段采用了不同的材料,有的采用磁片有的采用玻璃球,我们设计采用的是金属网格布,可采用不锈钢丝网和铜网,考虑道发泡筒的使用寿命,我们选择的是铜丝网。网孔尺寸对泡径有一定的影响,一般网孔尺寸小,泡径尺寸也小。同时网孔和网的层数也有关。

2.3.5 网的层数的选择
   为了摸清网的层数对泡沫质量的影响,我们选择了 15 、 20 、 25 、 30 、 50 层进行试验,试验结果表明:当网的层数很少时,泡沫产量较大,但泡径较大,泡沫稳定性较差。网的层数越多,泡沫越均匀稳定,但阻力较大,产量下降。所以根据试验结果,网层数在 20 ~ 30 较合适。

3 两种发泡设备的对比
   经过多次试验调整 , 用该泡沫发生器对国产和进口发泡剂进行了测试 , 完全满足发泡剂指标的要求。同时,我们用高速电钻改制一个高速搅拌器,用同样的发泡剂进行了发泡对比,测试结果如表 1 。

表 1 两种发泡工艺的对比

发泡工艺

项目

指标

美国发泡剂

自制发泡剂

压缩空气发泡

发泡倍数

> 20

23

21

1h 沉降距 ㎜

< 10

7

9

1h 泌水量 ml

< 80

68

75

高速搅拌机发泡

发泡倍数

> 20

24

23

1h 沉降距 ㎜

< 10

11

14

1h 泌水量 ml

< 80

76

82

  由表 1 数据可以看出:两种发泡工艺是明显有区别的,同样的发泡剂,采用压缩空气发泡,其发泡倍数稍小一些,但其稳泡性能明显比高速搅拌发泡好。 

[应用实例 8 ]

非承重墙体材料——发泡混凝土

一.机理:用廉价的空气代替珍珠岩、陶粒等轻质填充物。
二.制泡工艺: 1kg 混凝土 MNC — FP 发泡剂 + 50kg 水放在桶内,用高速搅拌器搅动,搅拌直至无水为止,即都发成泡。
三. 发泡混凝土配合比:
1 .高强度等级的水泥 100 ㎏。
2 .粉煤灰 100kg 。
3 .萘系高效减水剂 1.25kg 。



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