泡沫混凝土的制备与性能研究

张中玲

【摘 要】 在全世界日益增長的能源消耗中，无论是工业发达国家还是发展中国家，建筑能耗在国家总能耗中都占据着相当大的比例。建筑保温体系即将进入由有机保温到无机保温的重大转折期，泡沫混凝土凭借其良好的性能及综合优势，有望成为建筑保温的主体材料，助力建筑保温体系的升级换代。鉴于此，本文就结合笔者相关工作经验，就泡沫混凝土的制备与性能方面展开简要的研究。

【关键词】 泡沫混凝土；建筑工程；试验

前言：

在全世界日益增长的能源消耗中，无论是工业发达国家还是发展中国家，建筑能耗在国家总能耗中都占据着相当大的比例。因此，建筑节能是人类社会面临的共同课题。据统计，2013年我国能源消费总量为37.6亿吨标准煤，仅建筑能耗就达到10.5亿吨～11.28亿吨，约占全社会能源消费的28%～30%；预计到2030年左右，我国建筑能耗将占总能耗的30%～40%，成为全社会第一能耗大户。在此形势下，国家对建筑节能的要求日益紧迫。在建筑领域加强研发并推广应用新型节能环保材料，对于提高我国资源利用率、改善环境、节能减排、走可持续发展道路具有重要的现实意义。

目前，我国聚苯泡沫板、挤塑板、聚氨酯等易燃材料占整个保温材料市场的90%以上，这些有机保温材料普遍具有容重低、保温性能好、施工操作简单、吸水率小等优点，用于建筑外墙能取得良好的保温效果。但同时它们又具有不可忽视的缺陷，如易燃、易老化、耐久性差等。在火灾中，有机材料会极速熔融，产生大量有毒气体及烟雾。而且，有机保温材料不能与建筑物同寿命，在建筑物使用期内需要多次更换，不仅浪费大量的人力、财力和物力，还会带来因材料更换造成的白色污染等环境灾害。因此，以无机保温材料取代有机保温材料进行建筑保温是历史发展及科技进步的必然趋势。

在现有的无机保温材料中，泡沫玻璃、泡沫铝、泡沫陶瓷的价格高，缺乏竞争优势；而岩棉矿棉等纤维保温材料虽然价格略低，但危害身体健康；而且它们不是硬质块状材料，应用起来比较困难，岩棉建厂周期长，从建厂到可生产大约需要2年的时间，目前国内市场岩棉的供应量也达不到使用的要求，这就决定了它们不会成为建筑保温的主导材料；膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等颗粒状松散保温材料，吸水率高，制品不抗冻融，松散不易使用，因此在应用上也受到限制。而泡沫混凝土原料易得，价格低廉，既可实现快速现浇施工，制成各种制品，同时又具有优异的防火性、隔声性、抗震性、耐侯性，用其取代有机泡沫塑料是最合适的材料。随着建材行业标准《屋面保温隔热用泡沫混凝土》（JC/T2125-2012）的实施，泡沫混凝土保温材料日益受到行业的关注。

一、泡沫混凝土的优点

泡沫混凝土具有轻质、保温隔热性能好、隔音耐火性能好、施工简捷、造价低、环保性能等多个优点，泡沫混凝土一般是由用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种多孔材料。由于泡沫混凝土中含有大量封闭的孔隙，因此其具有良好的物理力学性能。

二、试验方案

（1）试验材料

考虑普通硅酸水泥的价格低廉、强度高、耐久性能好，本试验主要使用P·O42.5级普通硅酸盐水泥。但由于普硅水泥的浆体稠度小，使得制备的泡沫混凝土凝结时间较长、浆体容易塌陷，而铝酸盐水泥是一种快硬、高强水泥，因此在本试验中，通过在普通硅酸盐水泥中掺加适量的铝酸盐水泥来缩短泡沫混凝土的凝结时间。本试验所采用的是CA50级铝酸盐水泥。

发泡剂采用复合型JZ-1泡沫混凝土发泡剂，基本发气量为240ml/g，此发泡剂发泡量较大，泡沫优质稳定性好。

为了有效改善泡沫混凝土的早期抗裂性及韧性，在试验中在泡沫混凝土制备中加入聚丙烯纤维（PP），其主要强度值为350～700MPa，比重约为0.91g/cm3，极限伸长率可达25%，且吸湿性极小。

减水剂选用哈尔滨生产的天嘉牌聚羧酸减水剂，其减水率达40%以上，掺量低，流动性好，净浆流动度≥280mm，塌落度经时损失小。

试验中采用的细骨料为细度模数2.7的中砂，粗骨料为粒径范围5～10mm的天然碎石及再生混凝土骨料，级配良好。使用时，粗骨料均为饱和面干状态。

（2）泡沫混凝土的制作与养护

本试验采用预制泡沫混合法制备泡沫混凝土。首先根据试验配合比，将混凝土发泡剂按1：25的比例稀释成水溶液，然后投入到乳化机制泡机中，逐步调整转速至7000r/min左右，发泡过程随时观察发泡情况，随时调整，直至制均匀稳定的泡沫。在制备泡沫的同时，将配合好的水泥、细骨料、水、外加剂等按着顺序投入混凝土搅拌机进行搅拌。待泡沫准备好后，将泡沫逐渐加入搅拌机中，且每搅拌60s进行人工翻拌一次，这样可使泡沫能与水泥浆体更好的混合，搅拌约180s，即可形成均匀的泡沫混凝土。

采用人工浇注的方式，将泡沫混凝土投入100mm×100mm×100mm立方体试模内，编号后用塑料布覆盖，在室内密封条件下进行自然养护，3～5d脱模后，继续养护达规定时间即可进行相应试验。

（3）试验方法

首先用压缩空气发泡机将发泡剂液体制成泡沫，并按一定比例将泡沫与搅拌好的水泥净浆（水泥质量百分数为85%，粉煤灰质量百分数为15%）混合均匀，然后成型为立方体试件，其棱长为70.7mm，待48h拆模后在标准条件下养护至28d，最后参照JG/T266-2011中泡沫混凝土测试方法，测定试样的抗压强度、干密度及吸水率。

三、试验结果分析

（1）抗压强度与抗折强度

图1为泡沫混凝土试样在28d龄期的抗压强度与双氧水含量的关系曲线。随着双氧水含量增加，泡沫混凝土抗压强度迅速降低，在5%以后，随着双氧水含量增加，抗压强度降低趋于缓慢。双氧水的引入会释放气体，在混凝土中形成气孔，致使混凝土的抗压强度下降。双氧水含量过高，将形成通孔，使得试样的孔壁厚度增加，在一定程度上减缓强度的下降。

雙氧含水量（%）

图1 抗压强度随双氧水含量变化曲线

图2为28d龄期泡沫混凝土试样的抗折强度与双氧水含量的关系曲线。随着双氧水含量增加，泡沫混凝土的抗折强度也迅速降低，当双氧水的含量增加到5%时，试样强度下降趋缓。抗折强度随双氧水含量增加而下降的趋势与抗压强度一致，都随着气孔率的提高而下降。

双氧含水量（%）

图2 抗折强度随双氧水含量变化曲线

（2）二氧化锰对性能的影响

二氧化锰在制备发泡混凝土时，主要影响工作时间的长短和生产效率。二氧化锰加入量少，双氧水分解缓慢，发泡速度慢，发泡效率低，但孔径较小，结构均匀；反之，双氧水分解加快，发泡迅速，生产效率提高，但孔径较大，结构不均匀。

二氧化锰控制双氧水分解速度的影响因素很多，如pH值、温度、添加剂等。应综合各种因素，统筹考虑激发剂的用量，从而有效控制孔径的大小和工作时间。试验确定的二氧化锰合适用量为0.002%。

（3）导热系数

图3是泡沫混凝土试样的导热系数与双氧水添加量之间的关系曲线。

双氧含水量（%）

图3 导热系数随双氧水含量变化曲线

随着双氧水含量增加，导热系数下降。当双氧水含量达到5%时，导热系数下降趋势减缓。当双氧水含量提高到6%～8%时，导热系数又逐渐提高。气孔率和导热系数互为反比例关系，加入双氧水后，在泡沫混凝土中产生气孔，导热系数下降；在双氧水增加到5%时，气孔由闭气孔转变为开放气孔，导热系数又逐渐升高。材料的性能与结构有着直接关系。

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