泡沫参数对泡沫混凝土性能的影响研究

     【关键词】本文对泡沫容重、泡沫掺量、泡沫孔径分布等因素对泡沫混凝土性能的影响进行了研究。结果表明:泡沫容重对泡沫混凝土的强度等性能有显著影响。本文认为泡沫容重在70-90g/l时**为合适；随着泡沫掺量的提高，泡沫混凝土的干表观密度及强度逐步降低；泡沫孔径分布不均匀，对泡沫混凝土的力学性能有负面影响。

     【摘要】泡沫 泡沫混凝土 泡沫容重

     1 引言

     泡沫混凝土是由预制出的泡沫与水泥（砂）浆均匀混合、硬化而成的一种多孔材料，具有轻质、保温隔热、低弹性模量、大流动度等特点，在屋面、地暖以及回填工程中得到了广泛的应用。在影响泡沫混凝土性能的诸多因素中，泡沫自身的性能起着很大的作用，相同的配合比，使用不同的泡沫便会得到性能差别很大的泡沫混凝土材料。本文就泡沫容重、泡沫掺量、泡沫孔径分布等泡沫参数对泡沫混凝土性能的影响进行了论述。

     2   实验原材料及方法

     2.1   主要原材料

     硫铝酸盐水泥：北京中岩特种工程材料公司；

     HJ-1高性能泡沫剂：北京中建国信科技开发中心出品；

     **减水剂：北京中建国信科技开发中心出品。

     2.2   试验方法

     用SP-Ⅱ新型发泡机将发泡液制成泡沫，按一定比例将泡沫与搅拌好的水泥净浆混合均匀后，注入钢制试模，24小时拆模后在标准条件下养护至规定龄期，测试方法参照JC/T1062-2007泡沫混凝土砌块标准。

     3   实验结果及分析

     3.1   泡沫制备及评价参数

     目前可以通过两种方式来制得泡沫。一种是高速搅拌法发泡，即将发泡剂溶液倒入高速搅拌机中，然后用搅拌机的叶片高速搅拌发泡剂溶液制取泡沫。这种方法存在的缺点是泡沫直径不均一，搅拌机内泡沫容重不均一，而且发泡倍数低。另一种方法是压缩空气法制泡，这种发泡工艺的压缩空气发泡设备与高速搅拌机相比较为复杂，但综合性能更好。即利用空气压缩机将发泡剂溶液和压缩空气在混合室内进行混合，然后在压缩空气的作用下，穿过一个特制的发泡管制成泡沫，发泡管内有的采用磁片，有的采用玻璃球，有的采用铜网筛。该方法发泡效率比较高，制出的泡径均一，容重均匀，而且可以将泡沫直接吹入搅拌好的水泥浆中，减少了中间环节，更好地防止中间环节导致的泡沫破灭。

                            



     泡沫性能的评价参数，一般包括发泡倍数、半消时间、泌水量等，本研究在制备水泥泡沫材料时一般将泡沫容重作为评价泡沫质量的主要指标，一方面是由于泡沫容重测量更为方便直观；另一方面泡沫容重几乎可以直接或间接反映所有泡沫质量指标：①由泡沫容重、发泡液的总质量可以计算出泡沫体积，进而得出发泡倍数；②泡沫容重可以反映泡沫直径的大小，一般泡沫泡径大时，制得的泡沫体积必然要大，表现为泡沫容重较小，反之，如果制得的泡沫容重较大，则证明单位体积的含气量较小，排除含有未成泡的发泡液之外，一般表现为泡径的变小。③泡沫容重可以反映泡沫的稳定性。制出泡沫后，可以每隔一段时间测试一次泡沫容重的大小，由此可以画出泡沫容重的经时变化曲线，泡沫容重变化较小则可反映出泡沫的泡径、水分含量变化较小，说明泡沫比较稳定；反之，如果泡沫不稳定，则一定表现为泡径变大，水分泌出，这种情况下泡沫容重必然是变小的。为试验操作方便我们将泡沫容重作为评价泡沫性能的基本指标。

 3.2   泡沫容重对材料性能的影响

     影响泡沫容重的因素很多。本研究用发泡机制泡，影响泡沫容重的首要因素就是压缩空气的气压，气压越大则发泡效率越高，发泡液变为泡沫越充分，因此泡沫容重就越轻，反之则泡沫中含有未成泡的发泡液，容重就较大；再者泡沫容重还和发泡液的浓度有关，粘度较大的发泡液生成的泡沫泡壁较厚，容重稍大。但是，相对来说，起主要作用的还是气压，浓度所起的作用不如气压那么明显。另外，影响泡沫容重的还有温度，发泡液温度较高时，泡沫泡径大，容重较轻。**后，泡沫是一种不稳定的气-液两相体系，当泡沫制备完毕后，组成泡膜的发泡液在重力和表面张力等因素作用下，会向下运动，即所谓的排液现象，泡壁逐渐变薄，因此泡沫容重随着时间的推移也会逐渐变小。以上所有这些因素都会对泡沫容重产生影响，下面我们由发泡液温度这一因素为例来制得不同容重的泡沫，研究不同泡沫容重对泡沫混凝土性能的影响。



表1 发泡液温度通过泡沫容重的变化对材料的影响

发泡液温度   泡沫容重    干表观密度（kg/m3）    抗压强度（kPa）
   （°C）       （g/l）       7d   28d              7d    28d

20             75.9        265   268              349   388
40             54.8        295   318              238   245
60             42.6        514   526              646   690
80             26.3        710   714             1502   1789




                                



     由图2可知，随着发泡液温度的升高，泡沫容重急剧下降，主要是因为温度高时，热空气的高能状态造成泡沫的直径变大，泡沫体积变大，表现为发泡剂的发泡倍数变大，因此相同体积的情况下，质量大幅减少。虽然发泡剂的发泡倍数得到了提高，但是泡沫稳定性却随温度升高而下降。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**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[1]，因此大多数泡沫在高温下是不稳定的。

     如图3，掺入相同体积的泡沫，泡沫容重越小制得的泡沫材料的干表观密度越大，这说明容重轻的泡沫，由于泡径较大，在与相同的水泥浆混合时更容易破裂，造成泡沫体积的损失，使得混入水泥净浆的有效泡沫体积减少，**后得到的材料变重。