憎水劑對化學發(fā)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(tǒng)的外墻外保溫體系采用的保溫材料一般是發(fā)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(fā)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(chǎn)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(jié)能政策的推行，泡沫混凝土以其節(jié)能、利廢、保溫、輕質(zhì)、隔熱等優(yōu)越性能，正在成為一種人們廣泛關(guān)注的新型節(jié)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(fā)，其種類和應用領(lǐng)域也在不斷擴大[4-7]。

本文使用化學法產(chǎn)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(shù)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(fā)泡劑；濰坊萬山產(chǎn)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(fā)泡泡沫混凝土的制備工藝

本文中化學發(fā)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(fā)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(tài)，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(fā)泡劑，繼續(xù)攪拌約10s；最終將攪拌均勻的料漿倒入模具內(nèi)靜停發(fā)泡，待試件達一定強度后拆模養(yǎng)護即可。

2.2.2 化學發(fā)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(zhì)絕熱制品試驗方法》進行試驗；泡沫混凝土的導熱系數(shù)按照 GB/T 10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)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(jié)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(fā)泡法泡沫混凝土抗壓強度的影響，其試驗結(jié)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(guī)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(guī)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加硬化漿體之間的結(jié)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(chǎn)生副作用，且對泡沫混凝土漿體狀態(tài)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(nèi)。

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(fā)泡法泡沫混凝土干密度的影響，其試驗結(jié)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(guī)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(fā)泡混凝土漿體的發(fā)泡倍數(shù)，這可能是由于憎水劑具有激發(fā)化學發(fā)泡劑發(fā)泡的作用而致，且憎水劑摻量越高，其激發(fā)效果越明顯，但摻量過高會產(chǎn)生副作用（即發(fā)泡倍數(shù)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(shù)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(nèi)。

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(fā)泡法泡沫混凝土體積吸水率的影響，其試驗結(jié)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(guī)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(guān)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(xiàn)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(nèi)。

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(shù)的影響

最后，研究不同種類和不同摻量的憎水劑對化學發(fā)泡法泡沫混凝土導熱系數(shù)的影響，其試驗結(jié)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(shù)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(shù)影響不大，且隨憎水劑摻量改變而無規(guī)律，即憎水劑的加入對泡沫混凝土導熱系數(shù)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(nèi)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(shù)影響較小。

4 結(jié)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(nèi)。

（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(nèi)。

（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(shù)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(shù)。

（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(shù)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(nèi)。

[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(xiàn)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(fā)泡泡沫混凝土的試驗研究[J].2012(3): 131-134.

[4]王翠華.泡沫混凝土制備相關(guān)技術(shù)[D].南京：南京工業(yè)大學，2006.

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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(zhì)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.