發泡劑摻入量對泡沫混凝土性能的影響

劉立華，邢 丹

（1. 唐山師范學院 化學系，河北 唐山 063000；2. 唐山市第二中學，河北 唐山 063000）

發泡劑摻入量對泡沫混凝土性能的影響

劉立華1，邢 丹2

（1. 唐山師范學院 化學系，河北 唐山 063000；2. 唐山市第二中學，河北 唐山 063000）

采用表面活性劑與礦物材料物理發泡相結合制備動物蛋白發泡劑，并采用泡漿分開混合法制備泡沫混凝土，考察了發泡劑摻入量對泡沫混凝土干容重、抗壓強度、吸水率的影響。實驗結果表明，當發泡劑摻入量為1 150 mL時，泡沫混凝土的干容重為700 kg·m-3；抗壓強度為4 MPa，吸水率為23%，泡沫混凝土的干容重相當于普通水泥混凝土的1/2-1/10。

發泡劑；泡沫混凝土；干容重；抗壓強度；吸水率

1 引言

近年來，在我國墻體材料的改革與建筑節能政策的推動下，節能保溫型材料的開發和應用受到越來越多的關注。無機保溫材料保溫效果達不到國家節能標準，有機保溫材料雖然節能效果好，但存在耐火性差、與墻體之間粘結性不好、環境污染等問題[1]。泡沫混凝土獨特的結構特性賦予其優異的物理力學性能和使用功能，是集節能、保溫、隔熱、輕質、耐火等性能為一體的多功能材料，在建筑節能領域發揮著越來越重要的作用，有望成為未來建筑保溫的主導材料[2]。

泡沫混凝土是一種多孔材料[3-4]，對發泡劑的質量要求也很高[5-7]。泡沫混凝土特性：

（1）質量輕、密度小。泡沫混凝土的密度一般為300～ 1 200 kg·m-3，比常規的建筑材料降低自重30%左右，可降低結構和基礎的造價，具有很好的抗震性能。牛寧民[8]研制的輕質發泡劑混凝土保溫隔熱性良好，容重較高密度硫鋁酸鹽泡沫混凝土減輕50%。劉佳奇[9]利用烴類表面活性劑和蛋白質研制發泡劑，同樣制得輕質泡沫混凝土，并且具有較好的耐久力。Lewis[10]等研制了低密度的優質泡沫混凝土，其泡沫劑主要成分為多種陰離子表面活性劑的復配。

（2）熱工性能好。泡沫混凝土內含有眾多獨立、不貫通的細小孔洞，熱工性能良好，通常導熱系數在0.08 ～ 0.3 W·m-1·K-1之間，其保溫隔熱隔音效果明顯。

（3）隔熱防火性能好。由于泡沫混凝土屬于多孔輕質材料，可用于樓層的向陽隔熱層和沿公路一側的隔音層。同時在防火、防水性能方面也具有良好的效果，而且可充分利用廢棄材料、節省耕地和能源、降低成本。王玉寶[11]將膠液和松香堿液與自制防水劑按等比例混合后制得復合發泡劑，制備的泡沫混凝土在防水、隔熱性能都有顯著提高。以谷類蛋白發泡劑制得輕質泡沫混凝土，在隔音、保溫性能上也取得良好效果[12]。

本文研究了一種新型動物蛋白發泡劑，針對免蒸養工藝，以普通硅酸鹽水泥作基材，選用表面活性劑發泡與礦物材料發泡相結合的新型模式，采用預發泡的方法制備不同容重的泡沫混凝土。

2 實驗部分

2.1 制備原料

蛋白質發泡劑制備原料：羊蹄角（烘干、粉碎，粒徑<1 mm）、Ca(OH)2、十二烷基硫酸鈉、明膠、阿拉伯樹膠粉、十六烷基三甲基溴化銨均為分析純，購自成都科龍化學試劑有限公司；NaOH、洗潔精為工業級。

沫混凝土制備原料：水泥（在普通硅酸鹽水泥中摻入少量的高鋁水泥來調整水泥漿的凝結時間）、礦物材料、粉煤灰。

2.2 實驗儀器

天平、研缽、250 ml圓底燒瓶、漏斗、攪拌器、模具、養護箱、干燥箱、量筒。

2.3 實驗步驟

2.3.1 動物蛋白發泡劑的制備

將20 g羊蹄角粉與2.25 g Ca(OH)2放置于250 mL圓底燒瓶中，加入150 mL自來水。在100 ℃下反應6 h后，過濾得澄清發泡劑母液，在其中加入0.2%明膠，使用時將50 mL發泡劑母液與50 mL自來水混合使用。

2.3.2 泡沫混凝土的制備

采用泡漿分開混合法。（1）量取自制蛋白發泡劑100 mL于1 000 mL燒杯中，在高速攪拌器下攪拌制成泡沫；（2）同時將水泥、高鋁水泥、粉煤灰、礦物材料、外加劑等混合原料在攪拌機內先干拌均勻，再加入水攪拌3 min；（3）將泡沫緩慢倒入混合料內繼續攪拌5 min，保證泡沫均勻分布在混合料中；（4）最后將制得的料漿注模，放入標準養護箱養護，12 h后脫模，再放入標準養護箱養護。養護10 d之后，測其性質。

2.4 干容重的測試

將標準養護10 d的砌塊放入干燥箱中，以60 ℃保溫12 h，再以80 ℃保溫12 h、最后以105 ℃烘干至恒重G，取出量取砌塊尺寸計算體積V（精確至l mL），重量與體積之比即為各砌塊的干容重。

2.5 穩定劑的作用

其它條件不變，分別在泡沫混凝土中加入不同濃度的穩定劑，測其發泡倍率及單位時間的泌水量。

2.6 泡沫混凝土抗壓強度的測試

混凝土砌塊依照GB/T17671-1999（ISO679: 1989）《水泥膠砂強度檢驗方法》制備、養護，到相應齡期取出砌塊測定抗壓強度。

2.7 泡沫混凝土吸水率的測試

將做好的不同發泡劑摻入量的泡沫混凝土砌塊（質量為G0）烘干后放入25 ℃恒溫水槽中保持24 h，用濕布抹去水分立即稱重為G1，吸水率按下式計算：

吸水率W(wt%) = (G1-G0)/G0

3 結果與討論

3.1 發泡劑摻入量對泡沫混凝土干容重、抗壓強度、吸收率的影響

圖1 發泡劑摻入量對泡沫混凝土干容重的影響

圖2 發泡劑摻入量對泡沫混凝土抗壓強度的影響

圖3 發泡劑摻入量對泡沫混凝土吸水率的影響

由圖1、圖2和圖3可以看出，隨著發泡劑摻入量的增加，泡沫混凝土的干容重和抗壓強度也隨之下降，吸水率呈現增大的趨勢。當發泡劑摻入量增加，高速制泡產生的微氣泡量越多，在水泥料漿中產生的微細閉合氣泡量亦越多，故體積增大，容重和抗壓強度下降，吸水率增大。因此，考慮到泡沫混凝土的不同性能，發泡劑的摻入量應有一定限制。

3.2 穩泡劑的作用測試結果與分析

表1 穩泡劑的作用分析

在發泡劑使用中，穩泡劑起著不容忽視的作用。發泡劑往往和穩泡劑復配使用。穩泡劑一般為膠類物質。膠類分子在水溶液中，可使其溶液在流動時產生較大的內部磨擦，使溶液有較高的粘度。正因為膠使液體的粘度增加，這便增加了泡沫的液膜粘度，可以增加液膜表面強度，延緩了液膜破裂時間，增加了泡沫的穩定性。

另外，加入穩泡劑后溶液的起泡高度略小于不加膠時溶液的起泡高度。這主要是因為溶液粘度增加，增大單位表面積的功也增大，在做同樣功的情況下，增大的表面積減小，因而從表1的數據可以看出，發泡劑中加入穩定泡劑，其發泡倍數明顯降低，但穩定性卻顯著提高。

3.3 泡沫混凝土與普通混凝土的性能比較

表2 泡沫混凝土與普通混凝土的性能比較

泡沫混凝土的干容重較小，在400 kg·m-3～1 600 kg·m-3之間，相當于普通水泥混凝土的1/2～1/10，也比一般輕集料混凝土還要低，為了減輕建筑物的自重，從而減少建筑物對地基的壓力，可在在建筑物的內外墻體屋面樓面立柱等建筑結構中采用該種材料，實現建筑物的高層化；還可以減少建筑物梁柱的結構尺寸，節約材料和成本，具有顯著的經濟效益。

4 結論

（1）發泡劑摻入量是影響泡沫混凝土性能的主要因素，最佳實驗配方中發泡劑摻入量為1 150 mL。

（2）最佳實驗配方下制得的泡沫混凝土干容重為580-790 kg·m-3，抗壓強度為3-6 MPa，吸水率為18%- 28%。

（3）在發泡劑使用中，加入穩泡劑，其發泡倍數明顯降低，但穩定性卻顯著提高。

[1] 徐芬蓮,趙晚群,蔣雷山,蘇華.泡沫混凝土在國內的研究現狀與應用現狀[J].商品混凝土,2011(3):4-6.

[2] 閆鎮甲.泡沫混凝土建筑保溫產品及應用[J].混凝土世界,2010(4):63-67.

[3] 李娟,王武祥.大摻量粉煤灰泡沫混凝土的性能研究[J].粉煤灰的綜合利用,2003(3):34-35.

[4] Pioro L S, Pioro I L. Production of expanded-clay aggregate for lightweight concrete from non-selfbloating clays [J]. Cement & Concrete Composites, 2004, 26: 639-643.

[5] 肖紅力.泡沫混凝土發泡劑性能的研究[D].杭州:浙江大學,2011.

[6 石行波,霍冀川,李嫻,等.動物蛋白發泡劑制備泡沫混凝土的研究[J].硅酸鹽通報,2009,28(3):609-623.

[7] Arpad Savoly, Dawn P Elko, Henkel. Foaming agent composition and process[P]. CA2178755C, 2004-10-05.

[8] 牛寧民.硫鋁酸鹽水泥發泡劑和硫鋁酸水泥泡沫混凝土[P].CN1887772,2007-01-03.

[9] 劉佳奇.酵母菌體蛋白發泡劑的制備及性能研究[D].西南科技大學,2010.

[10] Samuel J Lewis, Michael J Szymanski, Kristi D Thacker. Foamed cement compositions and associated methods of use[P]. CA2580637C, 2011-07-05.

[11] 王玉寶.防水型復合混凝土泡沫劑[P].CN1978387, 2007-06-13.

[12] 劉佳奇,霍冀川,雷永林,等.發泡劑及泡沫混凝土的研究進展[J].化學工業與工程,2010,27(1):73-78.

（責任編輯、校對：琚行松）

The Study on the Impact of the Blowing Agent’s Incorporation on the Performance of Foam Concrete

LIU Li-hua1, XING Dan2
(1. Department of Chemistry, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China; 2. Tangshan No.2 High school, Tangshan 063000, China)

Animal protein foaming agent is prepared by the combination mode of surfactant physical foaming and mineral materials physics of foam. And foam concrete is gotten by a separate mixed slurry bubble preparation of foaming agent. The best blowing agent incorporation is assured by investigating the effect of blowing agent incorporation on dry bulk density, compressive strength and water absorption. The experimental result shows that the dry bulk density of the foam concrete was 700 kg·m-3, the compressive strength is 4 MPa, the water absorption is 23% when blowing agent incorporation is 1,150 mL. The dry bulk density of the foam concrete is almost 1/2-1/10 of common concrete.

foaming agent; foam concrete; dry bulk density; compressive strength; water absorption

TQ314.259

A

1009-9115(2014)02-0036-03

10.3969/j.issn.1009-9115.2014.02.010

唐山師范學院重點研究項目（10B04）

2013-12-03

劉立華（1969-），女，河北唐山人，碩士，教授，研究方向為阻燃材料的制備、改性及應用。