低密度泡沫混凝土的制备及改性研究

低密度泡沫混凝土的制备及改性研究

沈啸宇 关国英 温森皓 郝柏村

吉林建筑大学 吉林 长 春 130118

摘要：对于泡沫混凝土来说，在制备过程中最严重的问题就是塌模问题。造成塌模的主要原因是泡沫不具有足够的稳定性。本研究选用42.5级普通硅酸盐水泥加入促凝剂代替早强型硫铝酸盐水泥，并选取十二烷基硫酸钠和十二醇进行复合发泡，产生泡沫的量多，大小均匀且稳定性好；聚丙烯纤维经过人工手动分散后加入到泡沫混凝土中，可以改善泡沫混凝土的流动性、韧性，聚丙烯纤维的加入使强度大大提高。

关键词：泡沫混凝土 聚丙烯纤维 防火 保温

1.引言

随着我国国民经济迅速发展，能源资源短缺和环境污染问题日益严重，建筑节能和环境保护已成为亟待解决的社会问题。目前建筑能耗占全国总能耗的比例接近1/3。目前外墙常用的保温材料存在各种缺陷，特别是使用寿命一般为15～25年，与建筑物本身的使用年限存在较大差异。住房和城乡建设部在“十二五”建筑节能专项规划中，明确提出加快发展集保温、防火、降噪、装饰等功能于一体的与建筑同寿命的建筑保温体系和材料。

目前我国建筑保温材料中，有机类保温材料约占90％以上，但是近年来，有机保温材料的缺点逐渐突显。与有机保温材料相比，无机保温材料具有较高的强度及耐久性，生产成本低，并可实现材料的循环再利用，符合当今社会的生态环保的要求。另外泡沫混凝土还具有质量轻、流动性大，施工方便、隔音耐火、保温性良好、绿色环保，废物利用等优异特征。

2.国内外发展情况

近代意义上的泡沫混凝土是由欧洲人首次提出的，提出了预制气泡和水泥浆体搅拌混合生产泡沫混凝土的方法，随后，世界各国都开始关注于泡沫混凝土的技术研究，泡沫混凝土处于快速的发展时期。

五十年代后，泡沫混凝土开始走向功能多样性的道路，广泛运用于建筑工程的各个领域，为此，人们在研究泡沫混凝土的过程中开始关注泡沫混凝土的耐久性，以及追求更加轻质高强的泡沫混凝土，这就造成了泡沫混凝土的强度和耐久性损失较多，难以满足工程需要，严重制约了其在轻质高强方向上的发展，因此泡沫混凝土如果要克服这些缺陷，就不可避免地需要研究各种外加剂、內掺料和纤维对泡沫混凝土改性和增强的作用。

泡沫混凝土虽然早在1923年泡沫混凝土就被发明出来了，但是20世纪，人们的研究主要集中在加气混凝土上，对泡沫混凝土的研究很少。2000年以后，人们开始对泡沫混凝土展开了深入研究，国内外对泡沫混凝土的研究主要集中在将纤维、矿物掺合料、外加剂、纳米材料等加入基体中，分析其对泡沫混凝土性能的影响。然而，在使用这些特种水泥时往往出现诸多不可避免的问题，国内外研究表明使用特种水泥的各种混凝土制品，其耐久性相比普通水泥的混凝土制品要差很多，而且特种水泥生产区域有限，价格较高，这些问题都不利于特种水泥在低密度泡沫混凝土中使用，特种水泥泡沫混凝土的发展受到了严重的制约。

3. 低密度泡沫混凝土的制备与改性

3.1发泡剂的选择

选取十二烷基硫酸钠和十二醇进行复合发泡，泡沫是泡沫混凝土形成的基础和必要条件。对于泡沫来说，最重要的是要有足够的稳定性，稳定性好的泡沫所具有的机械强度高，且液膜坚韧，与浆体拌合过程中不易消泡，可以长时间保持，这样在浆体初凝后就可以在混凝土中形成大量的封闭气孔。稳定性不好的泡沫，在浇注后就会消泡，形成很少的封闭气孔，导致泡沫棍凝土塌模。另外孔径小的泡沫可以提高泡沫混凝土的强度，均匀的泡沫可以避免压应力集中在大泡孔处而降低强度，制备尺寸为微米级的泡沫，而且泡孔稳定均匀，不合并，则可大幅度提高泡沫混凝土的强度、成型稳定性，降低容重和导热系数。而且泡沫还要和胶凝材料有很好的相容性，加入泡沫不可影响胶凝材料的胶凝性，对浆体凝结硬化没有副作用。

3.2选用42.5级普通硅酸盐水泥加入促凝剂代替早强型硫铝酸盐水泥

前文总结，特种水泥生产区域有限，价格较高，但是相对于硫铝酸盐水泥等特种水泥，普通硅酸盐水泥耐久性好，成本低，但凝结时间比较长、早期强度比较低，为了节约成本，增强其耐久性。若采用将普通硅酸盐水泥加以改性，缩短其凝结时间，防止泡沫稳定性消失、试件塌模，则在制作低密度泡沫混凝土时必须加入促凝剂。促凝剂与水泥熟料石膏等发生反应，可加速水泥浆体凝结硬化，为制备具有快凝要求的泡沫混凝土用胶凝材料提供了可能。

3.3加入纤维改良低密度泡沫混凝土的容重与强度

人工手动分散聚丙烯纤维后加入到泡沫混凝土中，可以改善泡沫混凝土流动性和韧性。混凝土属于无机非金属材料也属于脆性材料，纤维属于韧性材料，泡沫混凝土中加入纤维，通过物理改善混凝土某一或某些缺陷，可以提高其性能。其作用效果取决于纤维本身的特性，以及纤维在泡沫混凝土中的分散情况，一般来说，纤维加入泡沫混凝土主要有以下几个方面的作用：①增韧阻裂；②防渗；③提高耐久性；④支撑作用。

当加入纤维后，泡沫混凝土强度会大幅度提高。由于纤维加入使泡沫混凝土由原来的脆性破坏变成了韧性破坏，在混凝土试块破碎时，纤维杂乱无章而又紧密连接的结构支撑着混凝土试块裂开，使其抗压强度增大。未加纤维的混凝土破碎后是直接从中间断开，而加入纤维的混凝土试块破碎后是能看到表面有裂纹，但是还处于一个整体。

3.4降低吸水率

由于泡沫混凝土空隙率非常大，而且本研究使用的都是无机材料，无机材料基本都是不燃，防火等级可以达到A级，但是无机类的材料大多数都是亲水的。所以需要使用有效的办法将无机材料进行表面处理，可以选择合适的防水剂对成品表面进行憎水处理，在表面形成网状防水膜，达到降低泡沫混凝土吸水率、提高泡沫混凝土抵抗冻融破坏的能力。

参考文献：

[1]刘继胜.憎水剂改性低密度泡沫混凝土及其物理力学性能研究[J].新型建筑材料,2020,47(04):154-156+160.

[2]周刘强. 矿用超低密度泡沫混凝土充填材料的制备与性能优化[D].中国矿业大学,2020.

[3]田聪,陈丽红,秦旭飞,王宏园,张敏.硅酸盐水泥-碱矿渣配制低密度泡沫混凝土试验研究[J].建筑节能,2020,48(01):133-136.