憎水劑對化學發泡泡沫混凝土性能影響的試驗研究

于寧，張云飛，謝慧東，欒佳春，郭中光

（山東華森混凝土有限公司，山東濟南 250101）

1 引言

我國傳統的外墻外保溫體系采用的保溫材料一般是發泡聚苯乙烯（EPS）或擠塑聚苯乙烯（XPS）等有機材料，但這些材料在長期的使用過程中暴露出了越來越多的問題，如易老化脫落、維修更換復雜等，尤其是近幾年由之引發的幾場重大火災事故，給國家和社會造成了大量的人員傷亡及財產損失，因此，尋求一種綠色、耐久、阻燃的新型保溫材料的呼聲日益高漲[1-3]。

隨著我國墻體材料的改革與建筑節能政策的推行，泡沫混凝土以其節能、利廢、保溫、輕質、隔熱等優越性能，正在成為一種人們廣泛關注的新型節能墻體材料，我國一些科技工作者對泡沫混凝土也進行了較為深入的研究和開發，其種類和應用領域也在不斷擴大[4-7]。

本文使用化學法產生泡沫制備了干密度為 250～300kg/m3的泡沫混凝土，主要研究了憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土抗壓強度、干密度、體積吸水率和導熱系數的影響。

2 試驗

2.1 原材料

水泥：濟南山水 P·O42.5 水泥，化學成分見表 1。

粉煤灰：濟南黃臺電廠 Ⅱ 級粉煤灰，化學成分見表 1。

外加劑：化工市場售化學發泡劑；濰坊萬山產萘劑高效減水劑；化工市場售早強劑，主要成分為鋁酸鈉；化工市場售三種不同憎水劑，分別為有機硅憎水劑、硅烷基憎水劑和膠粉基憎水劑。

纖維：化工市場售聚丙烯纖維（12mm）。

水：為飲用水。

表1 水泥和粉煤灰的主要化學成分 %

2.2 制備工藝和性能測試方法

2.2.1 化學發泡泡沫混凝土的制備工藝

本文中化學發泡泡沫混凝土的制備方法為：首先將膠凝材料、各種外加劑等除化學發泡劑以外的其它材料加水攪拌均勻，并控制新拌料漿的初始狀態，這一過程一般攪拌2～3min；隨后在高速攪拌的同時，迅速加入化學發泡劑，繼續攪拌約10s；最終將攪拌均勻的料漿倒入模具內靜停發泡，待試件達一定強度后拆模養護即可。

2.2.2 化學發泡泡沫混凝土性能測試方法

泡沫混凝土的抗壓強度、干密度和體積吸水率均按照GB/T 5486-2008《無機硬質絕熱制品試驗方法》進行試驗；泡沫混凝土的導熱系數按照 GB/T 10294-2008《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定防護 熱板法》進行試驗。

2.3 試驗方案

其試驗方案見表 2。

表2 試驗方案

3 試驗結果與討論

3.1 憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土抗壓強度的影響

首先，研究不同種類和不同摻量的憎水劑對化學發泡法泡沫混凝土抗壓強度的影響，其試驗結果見表 3。

從表 3 可以看出：三種憎水劑對泡沫混凝土抗壓強度的影響規律相同，即隨著憎水劑摻量的增加，其泡沫混凝土 7d和 28d 抗壓強度先逐漸增加后有所降低，且 28d 抗壓強度的變化規律與 7d 的相似，可知，憎水劑的加入可提高泡沫混凝土的抗壓強度，這說明憎水劑可改善泡沫混凝土硬化漿體的內部結構，增加硬化漿體之間的結合力；三種憎水劑相比，硅烷基憎水劑對泡沫混凝土的增強效果最好，有機硅憎水劑的效果其次，而膠粉基憎水劑的效果最差；另外，憎水劑的摻量不宜過高，否則會產生副作用，且對泡沫混凝土漿體狀態影響較大。綜合三種憎水劑對泡沫混凝土抗壓強度的影響，其憎水劑的最佳摻量范圍宜控制在 1.00%～1.50% 之內。

表3 憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土抗壓強度的影響 MPa

3.2 憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土干密度的影響

其次，研究不同種類和不同摻量的憎水劑對化學發泡法泡沫混凝土干密度的影響，其試驗結果見表 4。

表4 憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土干密度的影響 kg/m3

從表 4 可以看出：三種憎水劑對泡沫混凝土干密度的影響規律相同，即隨著憎水劑摻量的增加，其泡沫混凝土 28d的干密度先逐漸降低后有所增加，這說明憎水劑的加入，可提高發泡混凝土漿體的發泡倍數，這可能是由于憎水劑具有激發化學發泡劑發泡的作用而致，且憎水劑摻量越高，其激發效果越明顯，但摻量過高會產生副作用（即發泡倍數降低）；對比三種憎水劑對泡沫混凝土干密度的影響可知，加硅烷基憎水劑的泡沫混凝土的干密度變化較明顯，加有機硅憎水劑的次之，而加膠粉基憎水劑的變化不明顯；另外，對泡沫混凝土干密度數值分析可知，其泡沫混凝土干密度變化不大于 30kg/m3，即其干密度變化范圍不是很大。綜合三種憎水劑對泡沫混凝土干密度的影響，其憎水劑的最佳摻量范圍宜控制在 0.50%～1.50% 之內。

3.3 憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土體積吸水率的影響

再次，研究不同種類和不同摻量的憎水劑對化學發泡法泡沫混凝土體積吸水率的影響，其試驗結果見表 5。

從表 5 可以看出：三種憎水劑對泡沫混凝土體積吸水率的影響規律相同，即隨著憎水劑摻量的增加，其泡沫混凝土 7d 和 28d 的體積吸水率逐漸降低，未加憎水劑的試樣（空白樣）的 7d 和 28d 體積吸水率非常高，分別是 84.6%、75.8%，很難滿足工程實際應用或相關標準的要求。但當加入憎水劑后，其泡沫混凝土 7d 和 28d 的體積吸水率都大幅度降低，特別是加硅烷基憎水劑的效果最明顯，加膠粉基憎水劑的效果最差，且每個試樣 28d 的體積吸水率都低于相應 7d 的體積吸水率，但差別不是很大，這主要是由于憎水劑通過對水分的吸附或排斥作用實現對水分移動的阻止[8]。

另外，通過三種憎水劑對泡沫混凝土體積吸水率的影響，說明憎水劑對泡沫混凝土體積吸水率改善效果十分顯著，是泡沫混凝土必不可少的一種組成材料。其中，膠粉基憎水劑的效果最差，不宜使用，最好使用硅烷基憎水劑，且其憎水劑的最佳摻量范圍宜控制在 1.00%～2.00% 之內。

表5 憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土體積吸水率的影響 %

3.4 憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土導熱系數的影響

最后，研究不同種類和不同摻量的憎水劑對化學發泡法泡沫混凝土導熱系數的影響，其試驗結果見表 6。

表6 憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土導熱系數的影響 W/(m·K)

從表 6 可以看出：三種憎水劑對泡沫混凝土導熱系數影響不大，且隨憎水劑摻量改變而無規律，即憎水劑的加入對泡沫混凝土導熱系數基本沒有改變。這可能是由于憎水劑加入后，其泡沫混凝土的干密度變化范圍不是很大，且其泡沫混凝土內部孔徑尺寸大小和分布變化不明顯，從而對泡沫混凝土整體導熱系數影響較小。

4 結論

（1）憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土抗壓強度的影響比較大，且三種憎水劑對泡沫混凝土都有增強效果，摻硅烷基憎水劑的增強效果最好，摻加膠粉基憎水劑的增強效果最差；其憎水劑的最佳摻量范圍宜控制在 1.00%～1.50% 之內。

（2）憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土干密度的影響變化不大，摻加憎水劑后，泡沫混凝土的干密度變化不大于30kg/m3；其憎水劑的最佳摻量范圍宜控制在 0.50%～1.50% 之內。

（3）憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土體積吸水率的影響比較明顯。未摻加憎水劑時，其泡沫混凝土 7d 和 28d 的體積吸水率分別 84.6% 和 75.8%；當加入憎水劑后，其泡沫混凝土的體積吸水率明顯降低，且摻量越高越明顯。其中硅烷基憎水劑的效果最好，有機硅憎水劑的效果其次，膠粉基憎水劑效果最差，不宜使用。

（4）憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土導熱系數基本沒有影響，即不會由于憎水劑的加入而影響整體泡沫混凝土的導熱系數。

（5）綜合憎水劑的種類和摻量對泡沫混凝土抗壓強度、干密度、體積吸水率和導熱系數的影響，宜選用硅烷基憎水劑，其次是使用有機硅憎水劑，最后不宜使用膠粉基憎水劑，且憎水劑的最佳摻量宜控制在 1.00%～1.50% 之內。

[1]閆振甲.泡沫混凝土有望成為保溫材料首選[J].混凝土世界，2010(1): 22-26.

[2]任先艷，張玉榮，劉才林，楊海君，楊軍校.泡沫混凝土的研究現狀與展望[J].2011(2): 139-144.

[3]徐文，劉興亞，朱清華.外墻外保溫用化學發泡泡沫混凝土的試驗研究[J].2012(3): 131-134.

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[6]肖立光，侯啟超.泡沫混凝土的研究進展及應用[J].吉林建筑工程學院學報，2012，28(5): 32-36.

[7]秦璜，潘志華，呂欽剛.水泥基不燃性輕質保溫材料制備的研究[J].2012(4): 27-30.

[8]馮晶.有機硅憎水劑在建筑上的應用[J].四川建材，2006(3): 7-8.