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 产品介绍-》慕湖产品


9005 菱镁胶凝材料发泡剂
magnesite cementitious material foaming agent

1 概述
  
随着建筑物向高层、大跨的方向发展,建筑材料的自重也越来越受到人们的关注。作为多孔材料的泡沫保温胶凝材料,在屋面、非承重墙及热力管道的保温层中发挥着重要作用。现有的各种泡沫制品是将泡沫剂水溶液制成的泡沫加入到含硅材料 ( 粉煤灰、砂 ) 、胶凝材料及外加剂组成的料浆中,经混合搅拌、浇注成形、养护而成的轻质多孔建筑材料。在生产轻质泡沫材料过程中主要原料就是发泡剂。
   在制作轻质、保温、隔热建筑材料中原材料的选择上有着多样性,菱镁材料就是其中一种。菱镁材料是由轻烧氧化镁和工业氯化镁水溶液制成的一种新型胶凝材料,其制品为氯氧镁水泥产品,俗称菱镁制品。  制作轻质材料最有效、最实用的方法是将发泡剂加入到胶凝材料中。发泡剂又称起泡剂,能促进发生泡沫而形成闭孔或联孔结构材料的物质,它主要是通过快速搅拌或吹制成泡沫状材料,以降低重量,达到轻质、保温、隔音的效果。

2 发泡剂性能试验

2.1 试验用原料
   松香:松香作为主要原料加入合成反应主要是使合成溶液具有发泡性能,其质量对发泡剂性能有很大的影响。以富含松脂的松树为原料,通过不同的加工方式得到的非挥发性的天然树脂称为松香。
   氢氧化钠:在使用同一种松香的情况下,不同的氢氧化钠对发泡剂的影响很大。
   聚乙烯醇、骨胶:在发泡剂中起到稳泡的作用。

2.2 发泡剂起泡性能试验
2.2.1 发泡原理
   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。

2.2.2 碱对发泡剂起泡性能的影响
   表 1 中,将 1# ~ 4# 氢氧化钠分别与其他原料进行配料、搅拌,并在 60~ 70 ℃ 的温度下加热合成。合成完毕后,静置 24 h 。 试验数据见表 1 。
   在使用 1 # 样反应时, 30min 后,棕色絮状物出现,在溶液中继续加入氢氧化钠,随着氢氧化钠量的增加,絮状物仍没有发生变化。由此判断絮状物并不是由于氢氧化钠量少而反应不充分造成的,而是由于氢氧化钠中的其他杂质发生化学反应而形成的絮状物。

表 1 不同 NaOH 的发泡倍数

编号

纯度

外观

密度

发泡倍数

1

96 %

红褐色

1.03

16

2

98 %

棕黄色

1.04

21.3

3

分析纯试剂

棕黄色

1.04

22.4

4

99 %

棕黄色

1.04

21.8

  取样做发泡试验,当按照与水 1 : 14 比例配制时,发泡性能比用纯度高的氢氧化钠做出的要稍差。
  在室温情况下,密闭放置 180d , 2 # 、 3 # 、 4 # 样品的颜色、状态和性能均未发生变化,而 1 # 样品在放置 70d 时就出现了分层现象,放置到 90d 有异味产生。

2.3 发泡剂稳泡性能试验
   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;二是泡沫在外界环境中以及和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。
   本试验中使用稳泡剂的方法有两种:一是采用提前将稳泡剂在水中溶化,再加入发泡剂中;另一种是在发泡剂合成完成后,继续加入稳泡剂并加热。第一种方法优势在于可以根据施工需求调整稳泡时间;第二种方法则在使用时操作简单。
   在试验中分别将骨胶、聚乙烯醇加热溶化为浓度为 30 %和 9 %的溶液,并将 5 %的聚乙烯醇和 20 %骨胶在水中加热溶化得到其混合溶液。在发泡剂中加入不同量的稳泡剂来确定其用量。在试验中稳泡时间主要通过测量泡沫沉降距来判断,试验数据见表 2 。
   将发泡剂和稳泡剂混合好后,与水按照 1:14 的比例进行打泡试验。无论是聚乙烯醇还是骨胶,随着量的增加,稳泡性能增加,稳泡时间也随之变长。由于骨胶和聚乙烯醇溶化后,密度和稠度都大于发泡剂,稳泡物质的增加,溶液的密度和稠度也增大,因此泡沫的稳定效果得到提高 , 稳定时间增长。
   通过上述试验可测得在 1h 内使泡沫的沉降距小于 10mm 所需稳泡剂的量,试验采用在合成过程中加入稳泡物质的方法,以达到在使用过程中操作简单的目的,试验数据见表 3 。

表 2 稳泡剂对泡沫沉降距的影响

编号

骨胶%

聚乙烯醇/%

混合溶液/%

lh 泡沫沉距/ mm

1

10

38

2

30

25

3

50

8

4

10

43

5

30

29

6

50

12

7

10

35

8

30

23

9

50

7

表 3 不同掺量的稳泡剂对沉降距的影响

编号

骨胶/%

聚乙烯醇/%

1h 泡沫沉降距 /㎜

1

10

/

23

2

15

/

8

3

/

3

27

4

/

5

11

5

10

2

8

6

8

3

7

  在发泡剂合成完成后继续加热,然后边搅拌边加入稳泡剂,当稳泡剂完全溶化在溶液中,搅拌均匀后停止加热。温度降到室温后,进行发泡试验。表 3 的试验数据表明,同时使用骨胶和聚乙烯醇很容易使泡沫稳定。

3 发泡剂对菱镁胶凝材料性能的影响

3.1 发泡剂的技术指标和试验程序
研制的发泡剂的技术性能见表 4 。

表 4 发泡剂的技术性能

技术指标

标准要求

实测值

密度/ g · cm -3

1.00 ~ 1.10

1.05

pH 值

6 ~ 8

7

发泡倍数

≥ 20

23.6

1h 泡沫沉降距/ mm

≤ 10

5

28 天抗压强度比/%

≥ 18

22

28 天密度比/%

≤ 65

62

  试验程序:①先进行制泡,即将发泡剂与水的混合溶液 ( 比例为 1 : 14) 倒入高速搅拌机中,然后用搅拌机的叶片高速旋转搅拌发泡剂制取泡沫:也可以用压缩空气,将发泡剂混合溶液和压缩空气在混合室内混合,然后在压缩空气作用下,穿过一个特制的发泡筒来制取泡沫。②将制得的泡沫加入到菱镁浆体中低速搅拌均匀。发泡剂制成泡沫后,形成的泡沫细小而致密,掺加到浆体中形成的孔隙是不相互贯通的。

3.2 发泡剂对菱镁胶凝材料凝结时间的影响
   在室温 20 ℃ ± 2 ℃ ,相对湿度 75 %± 5% 的条件下,对掺加不同量发泡剂的菱镁净浆做凝结时间试验,试验结果见表 5 。

表 5 发泡剂对凝结时间的影响

编号

掺量/%

初凝时间/ min

终凝时间/ min

1

0

72

135

2

0.2

81

140

3

0.4

90

140

4

0.6

96

146

5

0.8

103

150

6

1

109

159

  从表 5 可以看出,发泡剂掺量增加,对菱镁浆体有缓凝作用,而且随着发泡剂掺加量的增加,初凝时间和终凝时间都有所增加。
   由于在掺加发泡剂的过程中,有水加入,随着发泡剂掺加量的增加,加入菱镁浆体的用水量也随之增加。用水量的增加相当于降低了卤水的浓度,增加了卤水的用量,因此对菱镁料浆的凝结时间起到延缓作用。当氧化镁和氯化镁反应时产生大量的热,提高了菱镁浆体自身的温度,由于温度的提高又加快了氯化镁和氧化镁的反应速度,反应速度的加快又有更多的热量释放,这样反应相互促进使菱镁浆体能快速凝结。在菱镁浆体中加入发泡剂后,发泡剂生成的大量的泡沫,和菱镁浆体搅拌在一起时,在浆体内部形成大量的气泡,这些气泡形成的气室将浆体均匀地隔离开,使浆体不能形成致密的结构。相互间隔的气室,使菱镁浆体的温度不能迅速提高,因此加入发泡剂后菱镁浆体的凝结时间增长。
   在加入发泡剂后,菱镁料浆的初凝时间和终凝时间之间的时间间隔缩短了。在掺加发泡剂后,制品的密度减小,内部形成大量的孔隙,这样的结构更有利于水分的挥发和散失,因此,初凝和终凝之间的间隔缩短了。

3.3 发泡剂对菱镁制品力学性能的影响
   发泡剂加入菱镁制品中,当引入少量气泡时,浆体的流动性增加,提高了菱镁浆体的工作性能。当泡沫掺量增加时,由于在泡沫的掺入过程带进部分水,提高了浆体的用水量,因此浆体的流动性也会增加。大量的泡沫掺加到菱镁浆体中,增加了制品的空隙,大大的降低了制品的密度,由于密实性降低,强度同时也有很大的降低。在本试验中,试验的配比为:轻烧氧化镁:卤水 =1 : 0.7 ,制品的力学性能见表 6 。
   从表 6 可以看出,随着发泡剂掺量的增加,菱镁制品的密度大幅度降低,同时强度也显著降低。比较发泡剂的掺加量,随着发泡剂掺量的增大,密度降低,每增加 0.1 %的掺量,试件的密度降低约 5 %。可见发泡剂的掺量和菱镁制品的密度基本成反比例关系。掺加发泡剂的菱镁试件和未掺加发泡剂的试件相比,当掺加 0.1 %发泡剂时,强度略有下降,当掺加量达到 0.3 %时,强度开始急剧下降。以 28d 强度为例,当掺加 0.1 %时,强度是未掺加试件的 93.5 %:当掺加量达到 0.3 %时,强度则只有未掺加试件的 46.2 %。随着发泡剂掺量的增加,试件强度的下降远远大于密度的下降。因此,在使用发泡剂来生产菱镁制品时,一定要综合考虑密度和强度的关系,不要单纯地追求低密度而忽视了强度。当发泡剂掺量到 1.5 %时,测得菱镁试件的密度为 290kg / cm 3 ;掺加量到 2 %时,密度降低到 180kg / cm 3 :当掺量达到 2 %时,试件的强度很低,用手用力捏的情况下就能发生破坏。
   这种密度的菱镁制品可以做防火材料夹心,填充材料等用途。新颁布实施的行业标准 JG / T169 — 2005 《建筑隔墙用轻质条板》对墙板的密度有了新的要求,突出了密度与强度的有机结合。所以,生产企业一定要注意这一点。

3.4 发泡剂对菱镁制品耐水性能的影响
   由于掺加发泡剂后,菱镁制品的密度、强度、硬度等各项物理指标都发生了变化,必然影响到制品的其他性能。在成型过程中掺加大量的泡沫,当试件成型养护后,在制品内部形成大量的均匀细小且不相贯通的气泡。由于大量气泡的存在,使试件的密度下降,从而形成轻质材料。在试件内部的气泡是不贯通的,这样显著地提高了菱镁制品的保温、隔热、隔音性能。菱镁制品作为一种气硬性胶凝材料,本身耐水性能差,在水中浸泡时,已形成的 5 · 1 · 8 相会分解,从而使制品的强度降低。在掺加发泡剂的制品中存在大量的气孔,制品的吸水率将远远大于没有掺加发泡剂的制品。在相同的情况下,吸水率的提高会给菱镁制品的性能带来很大的变化,发泡剂对菱镁制品耐水性能的影响见表 7 。
   从表 7 中可以看出,发泡剂掺量增加,制品的密度减小,同时吸水率会提高。由于发泡剂掺量的增加,在菱镁制品中的气泡增加,这些气泡的存在给渗透到菱镁浆体中的水分提供了存在的空间,因此发泡剂掺量增加,菱镁制品的吸水率也随之增加。发泡剂掺量增加,菱镁浆体中的气泡体积增加,气泡之间的壁会变薄,菱镁浆体的渗透性增加也会提高菱镁制品的吸水率。

表 6 发泡剂对菱镁制品力学性能的影响

试 验 编 号

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

发泡剂 (MgO)

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

密度 / g · cm -3

1.90

1.81

1.69

1.55

1.48

1.36

1.18

1.12

1.08

1.02

0.91

各组与 1# 比值

1.0

0.95

0.89

0.81

0.77

0.71

0.62

0.58

0.56

0.53

0.48

14d 强度 /Mpa

抗折

14.6

14.1

12.4

9.12

8.37

7.54

5.10

3.4

2.86

2.37

1.23

抗压

87.2

81.5

69.5

40.3

34.3

26.8

18.5

13.3

11.3

8.5

6.7

28d 强度 /Mpa

抗折

14.7

14.3

12.6

9.28

8.37

7.87

5.21

3.39

2.94

2.32

1.50

抗压

93.1

88.5

72.9

41.3

37.1

27.6

19.2

14.1

12.5

8.9

7.1

60d 强度 /Mpa

抗折

14.9

14.5

12.7

9.25

8.56

7.61

5.24

3.61

2.98

2.41

1.34

抗压

94.5

89.7

73.0

41.6

39.2

28.5

19.2

15.6

13.5

8.7

7.3

90d 强度 /Mpa

抗折

15.1

14.5

12.9

9.35

8.58

7.69

5.36

3.68

3.02

2.37

1.32

抗压

96.8

90.5

73.6

42.5

39.6

30.1

21.0

15.6

13.9

8.9

7.5

表 7 发泡剂对菱镁制品耐水性的影响

试 验 编 号

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

吸水率 //5

2.1

3.9

4.1

5.2

8.1

78.1

11.3

11.3

12.9

13.8

15.3

28d 强度 /Mpa

抗折

14.7

14.3

12.6

9.28

8.37

7.87

5.21

3.39

2.94

2.32

1.50

抗压

93.1

88.5

72.9

41.3

37.1

27.6

19.2

14.1

12.5

8.9

7.1

浸水 48h 强度 /Mpa

抗折

13.7

13.1

10.9

8.97

6.41

5.46

4.58

2.71

2.30

1.81

1.22

抗压

80.6

76.5

56.2

29.1

23.9

16.6

11.5

7.68

6.8

4.37

3.30

软化系数

0.87

0.86

0.77

0.70

0.64

0.60

0.59

0.54

0.54

0.49

0.46

4 鉴定及应用情况
  
该项目于 2006 年 12 月通过了山东省科技厅组织的技术鉴定。鉴定意见:该项目达到国内同类技术的领先水平。项目于 2007 年获山东省建筑业技术创新一等奖。
   菱镁胶凝材料发泡剂具有以下方面的优点:①掺加量小。菱镁胶凝材料发泡剂在制品中的掺加量仅有 0.2 %~ 0.3 %,具有很好的性价比。②使用效果好,生产成本低。实验证明,在料浆搅拌时加入发泡剂 , 可将制品的重量降低 30 %以上,其他性能均能达到相应的标准。③可掺入大量工业废渣,利废环保。④应用范围广。该产品自研制成功以来,已应用到无机玻璃钢通风管道、不燃型玻镁平板、轻质隔墙板、复合保温板、屋面保温板等菱镁制品中。

5 结束语
(1) 发泡剂是制作轻质菱镁制品的关键材料,它可以将菱镁制品的重量大幅度降低,同时具有轻质、隔热的效果。
(2) 发泡剂能够延缓料浆的凝结时间,这样对减少制品的变形大有好处。
(3) 发泡剂在降低制品重量的同时,会造成制品的强度降低、吸水率提高,因此在使用菱镁轻质发泡技术的时候 , 一定要掌握发泡剂的最佳加入量,综合考虑密度与强度的关系,以满足制品的使用性能为前提,提高性价比,提高制品的使用性能。




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