泡沫參數對泡沫混凝土性能的影響研究

     【關鍵詞】本文對泡沫容重、泡沫摻量、泡沫孔徑分布等因素對泡沫混凝土性能的影響進行了研究。結果表明:泡沫容重對泡沫混凝土的強度等性能有顯著影響。本文認為泡沫容重在70-90g/l時**為合適；隨著泡沫摻量的提高，泡沫混凝土的干表觀密度及強度逐步降低；泡沫孔徑分布不均勻，對泡沫混凝土的力學性能有負面影響。

     【摘要】泡沫 泡沫混凝土 泡沫容重

     1 引言

     泡沫混凝土是由預制出的泡沫與水泥（砂）漿均勻混合、硬化而成的一種多孔材料，具有輕質、保溫隔熱、低彈性模量、大流動度等特點，在屋面、地暖以及回填工程中得到了廣泛的應用。在影響泡沫混凝土性能的諸多因素中，泡沫自身的性能起著很大的作用，相同的配合比，使用不同的泡沫便會得到性能差別很大的泡沫混凝土材料。本文就泡沫容重、泡沫摻量、泡沫孔徑分布等泡沫參數對泡沫混凝土性能的影響進行了論述。

     2   實驗原材料及方法

     2.1   主要原材料

     硫鋁酸鹽水泥：北京中巖特種工程材料公司；

     HJ-1高性能泡沫劑：北京中建國信科技開發中心出品；

     **減水劑：北京中建國信科技開發中心出品。

     2.2   試驗方法

     用SP-Ⅱ新型發泡機將發泡液制成泡沫，按一定比例將泡沫與攪拌好的水泥凈漿混合均勻后，注入鋼制試模，24小時拆模后在標準條件下養護至規定齡期，測試方法參照JC/T1062-2007泡沫混凝土砌塊標準。

     3   實驗結果及分析

     3.1   泡沫制備及評價參數

     目前可以通過兩種方式來制得泡沫。一種是高速攪拌法發泡，即將發泡劑溶液倒入高速攪拌機中，然后用攪拌機的葉片高速攪拌發泡劑溶液制取泡沫。這種方法存在的缺點是泡沫直徑不均一，攪拌機內泡沫容重不均一，而且發泡倍數低。另一種方法是壓縮空氣法制泡，這種發泡工藝的壓縮空氣發泡設備與高速攪拌機相比較為復雜，但綜合性能更好。即利用空氣壓縮機將發泡劑溶液和壓縮空氣在混合室內進行混合，然后在壓縮空氣的作用下，穿過一個特制的發泡管制成泡沫，發泡管內有的采用磁片，有的采用玻璃球，有的采用銅網篩。該方法發泡效率比較高，制出的泡徑均一，容重均勻，而且可以將泡沫直接吹入攪拌好的水泥漿中，減少了中間環節，更好地防止中間環節導致的泡沫破滅。

                            



     泡沫性能的評價參數，一般包括發泡倍數、半消時間、泌水量等，本研究在制備水泥泡沫材料時一般將泡沫容重作為評價泡沫質量的主要指標，一方面是由于泡沫容重測量更為方便直觀；另一方面泡沫容重幾乎可以直接或間接反映所有泡沫質量指標：①由泡沫容重、發泡液的總質量可以計算出泡沫體積，進而得出發泡倍數；②泡沫容重可以反映泡沫直徑的大小，一般泡沫泡徑大時，制得的泡沫體積必然要大，表現為泡沫容重較小，反之，如果制得的泡沫容重較大，則證明單位體積的含氣量較小，排除含有未成泡的發泡液之外，一般表現為泡徑的變小。③泡沫容重可以反映泡沫的穩定性。制出泡沫后，可以每隔一段時間測試一次泡沫容重的大小，由此可以畫出泡沫容重的經時變化曲線，泡沫容重變化較小則可反映出泡沫的泡徑、水分含量變化較小，說明泡沫比較穩定；反之，如果泡沫不穩定，則一定表現為泡徑變大，水分泌出，這種情況下泡沫容重必然是變小的。為試驗操作方便我們將泡沫容重作為評價泡沫性能的基本指標。

 3.2   泡沫容重對材料性能的影響

     影響泡沫容重的因素很多。本研究用發泡機制泡，影響泡沫容重的首要因素就是壓縮空氣的氣壓，氣壓越大則發泡效率越高，發泡液變為泡沫越充分，因此泡沫容重就越輕，反之則泡沫中含有未成泡的發泡液，容重就較大；再者泡沫容重還和發泡液的濃度有關，粘度較大的發泡液生成的泡沫泡壁較厚，容重稍大。但是，相對來說，起主要作用的還是氣壓，濃度所起的作用不如氣壓那么明顯。另外，影響泡沫容重的還有溫度，發泡液溫度較高時，泡沫泡徑大，容重較輕。**后，泡沫是一種不穩定的氣-液兩相體系，當泡沫制備完畢后，組成泡膜的發泡液在重力和表面張力等因素作用下，會向下運動，即所謂的排液現象，泡壁逐漸變薄，因此泡沫容重隨著時間的推移也會逐漸變小。以上所有這些因素都會對泡沫容重產生影響，下面我們由發泡液溫度這一因素為例來制得不同容重的泡沫，研究不同泡沫容重對泡沫混凝土性能的影響。



表1 發泡液溫度通過泡沫容重的變化對材料的影響

發泡液溫度   泡沫容重    干表觀密度（kg/m3）    抗壓強度（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




                                



     由圖2可知，隨著發泡液溫度的升高，泡沫容重急劇下降，主要是因為溫度高時，熱空氣的高能狀態造成泡沫的直徑變大，泡沫體積變大，表現為發泡劑的發泡倍數變大，因此相同體積的情況下，質量大幅減少。雖然發泡劑的發泡倍數得到了提高，但是泡沫穩定性卻隨溫度升高而下降。高溫時，泡沫的破滅由泡沫柱頂端開始，泡沫體積隨時間增長呈規律性減小。這是由于在**上面的液膜上側，總是向上凸的，這種彎曲膜對蒸發作用很敏感，溫度越高蒸發越快，膜變薄到一定厚度時就破裂了[1]，因此大多數泡沫在高溫下是不穩定的。

     如圖3，摻入相同體積的泡沫，泡沫容重越小制得的泡沫材料的干表觀密度越大，這說明容重輕的泡沫，由于泡徑較大，在與相同的水泥漿混合時更容易破裂，造成泡沫體積的損失，使得混入水泥凈漿的有效泡沫體積減少，**后得到的材料變重。