四种水泥发泡剂发泡效果评价

苏海霆,吴奇泽,2,马倩,徐曼

四种水泥发泡剂发泡效果评价

苏海霆1,吴奇泽1,2,马倩1,徐曼1

1. 泰山学院 机械与建筑学院, 山东 泰安 271000 2. 大连理工大学 土木工程学院, 辽宁 大连 116000

发泡水泥保温板作为近几年来兴起的无机保温材料，绿色环保，施工简单，耐火性能高，与建筑同寿命。但国内发泡剂市场鱼龙混杂，质量参差不齐，衡量发泡剂性能的标准不完善，因此进行本次实验选用了工程中应用较广泛的四种发泡剂，采用普通硅酸盐水泥作为主要胶凝材料，通过测试发泡水泥保温板的干密度、开孔情况、抗压强度和抗折强度性能，对四种常用发泡剂进行评价。结果表明不同类型的发泡剂对试件强度、密度性能指标有较大的影响，其中LG-2258不仅发泡效果明显，同时还兼具一定的抗压强度与抗折强度。通过此次研究表明，LG-2258发泡剂具有较高的性价比，实际工程中可以采用水泥：水：发泡剂为1:0.2:0.06来制备发泡水泥试件。

发泡水泥; 性能对比; 强度; 干密度

发泡水泥板作为理想的建筑保温材料，导热系数低，具优良的保温隔热性能，属A级不燃材料，施工方便，成本较低，产品吸水率低且耐火性能优良[1,2]。但其内部特殊的微观孔结构也导致其强度不足（≤1 MPa），在养护成型后易开裂，对其保温性能也有一定的影响[3-5]。

目前，国内关于发泡剂性能的研究主要是通过发泡剂的对比，进行发泡剂复配，来提高发泡剂性能，而研究工程应用型发泡剂性能的文献较少：张文斌等[6]利用制革废弃物，将其与其他表面活性剂进行复配，得到新型的蛋白质型发泡剂，并测试其发泡性能。研究结果表明这种新型的蛋白质类发泡剂可以制备出性能更优良的泡沫混凝土材料；马平等[7]将十二烷基酸钠（SDS）与动物蛋白类发泡剂的性能进行比较，并进行复配以改进发泡剂的性能，研究得出十二烷基酸钠（SDS）发泡性能较好；李文博[8]通过震荡法对比了植物型、动物型和复合型三种发泡剂的发泡能力和泡沫稳定性，得出复合型发泡剂发泡能力最好且制备的发泡试件强度较高。本文为进行发泡剂性能的对比，采用普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，通过测试试件的干密度、抗折强度以及抗压强度，进行发泡剂的优选。

1 材料与方法

1.1 原材料

选用P.O42.5普通硅酸盐水泥（巩义市蓝科净水材料有限公司）为主要胶凝材料。发泡剂采用松香酸钠、K-12、LG-2258、高泡精，化学结构见图1。使用饮用自来水拌合。

2.2 配合比

在制备发泡水泥保温板的过程中，用水量以及发泡剂的掺入量都会对发泡水泥的性能产生影响，不仅会使水泥本身强度、和易性等一系列指标产生波动，还是会影响发泡的数量和质量。本次课题采用两组配合比进行实验研究，水泥:水:发泡剂分别为1:0.2:0.06与1:0.24:0.12。

2.3 试件制作

将水泥、发泡剂按上述配合比混合后，边慢速搅拌边注入水，按一定的速率搅拌1 min左右，使各物料分散均匀，然后快速搅拌直到浆体出现明显的体积膨胀即停止搅拌。制备的实验试件尺寸为170 mm*40 mm*40 mm，每组发泡剂分别做3个。在22 ℃，湿度60%的水泥养护箱内养护7 d，干燥后进行测试实验。

2.5 水泥干密度、抗压、抗折强度测试

按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》[9]推荐的方法检测试件的干密度；参考国标GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》[10]（ISO法）推荐的水泥胶砂抗压强度、抗折强度测试方法进行实验测试。采用控制加载速率的方式进行抗压强度实验，加载速率为2 kN/s。荷载传感器记录，停止加载时，等待3 s读数，实验装置如图2；采用液压加荷的方式进行抗折强度实验，读数精度为0.1 MPa，实验装置如图3。

2 结果与讨论

2.1 干密度

各组试件的干密度、试件发泡情况对比如图4、图5所示。

发泡水泥作为墙体的保温材料，通常以夹层的形式填充至墙体与面层之间，因此发泡水泥产品要求轻质。由图6可知加入30 g发泡剂后，松香酸钠发泡剂对试件的干密度几乎没有影响，相比之下，K-12对试件干密度的影响较高；加入60 g发泡剂后，松香酸铵发泡剂对试件的干密度依然几乎没有影响，高泡精发泡剂则对试件的干密度影响较大。图7可清楚的看到气泡所占的比例，原因为发泡剂使水泥试件内部气孔增多，试件因此质量下降，密度也随之降低。从轻质角度来看，上述四种发泡剂中，高泡精与LG-2258发泡剂的发泡倍数较高，试件的密度较小。在实际施工时，可用高泡精或LG-2258发泡剂进行发泡水泥试件的制备。

2.2 截面分析

各组试件截面对比分别为如图6、图7所示。

发泡水泥的主要作用时保温与隔热，这便要求试件内部具有孔径较大且多的气孔结构。通过图9对比试件截面的发泡情况可知：发泡剂掺量为30 g时，LG-2258发泡剂所制备的水泥试件截面发泡效果明显，但气孔较小。而其余三种发泡剂截面并未出现明显的发泡情况；发泡剂掺量为60g时，高泡精与LG-2258发泡剂所制备的水泥试件截面发泡效果明显，但高泡精所制备的水泥试件截面气泡孔径较小，在承受荷载时，容易引起应力集中，影响承载力，不适合在实际工程应用；LG-2258发泡剂所制备的水泥试件气泡孔径较大，有利于试件的保温、隔热。在制备发泡水泥试件时，可选用LG-2258发泡剂，通过调节发泡剂的加入量，使水泥试件具备保温与隔热功能。

2.3 力学性能

各组试件的抗压强度对比如图8所示，各组试件的抗折强度对比如图9所示。

由图10、图11可知，不同类型的发泡剂对水泥试件的抗压强度和抗折强度影响不同。发泡剂加入量为30 g时，松香酸钠的加入使水泥试件的抗压强度影响较小；LG-2258发泡剂对水泥试件的抗折强度影响最小。发泡剂加入量为60 g时，K-12的加入使水泥试件的抗折强度影响最大；LG-2258发泡剂对水泥试件的抗压强度影响最。虽然发泡水泥仅作为墙体保温材料，国内对强度并没有提出标准，但发泡水泥脆性大，易破损，施工现场损耗大，这就要求发泡水泥必须具备一定的强度指标，在方便施工同时还可以祈祷延长建筑物寿命的作用。LG-2258发泡剂所制备的水泥试件具有较高的抗压强度与抗折强度，有利于现场的制作与施工。

3 结 论

本次实验以加入发泡剂的种类作为单一变量，通过测定试件的干密度、抗压强度、抗折强度，与纯水泥试件的相关性能对比并比较，进行发泡剂的优选。上述四种发泡剂中，K-12与松香酸钠发泡剂所制备的水泥试件截面并未出现明显的发泡形况，相比之下，高泡精与LG-2258发泡剂的发泡倍数明显。高泡精所制备的水泥试件截面气泡孔径均较小；LG-2258发泡剂当加掺入量为30 g时，所制备的水泥试件截面气泡孔径较小，当掺入量为60 g时所制备的水泥试件截面气孔较大。综合试件截面的发泡情况以及其他物理指标，LG-2258发泡剂发泡效果明显，气泡孔径易于控制，且制备的试件力学性能较高，在上述四种发泡剂中性能较优。

[1] 侯彦叶,李冬梅.我国发泡水泥保温板的研究现状[J].四川化工,2014(2):16-18

[2] 马爱国,孔国华.发泡水泥保温板的应用及其施工要点分析[J].江苏科技信息,2015(25):65-66

[3] 张萌,田清波,徐丽娜,等.发泡水泥的研究现状及展望[J].硅酸盐通报,2014(10):2547-2551

[4] 李小刚.复合发泡剂在发泡过程中的协同作用机制研究[D].北京:北京化工大学,2018

[5] 竺万发.松香胶发泡剂制备泡沫混凝土保温材料的试验研究[D].武汉:湖北工业大学,2012

[6] 张文斌.蛋白质型水泥发泡剂的制备及其应用[D].大连:大连工业大学,2016

[7] 马平.泡沫混凝土发泡剂性能研究[D].西安:西安建筑科技大学,2016

[8] 李文博.泡沫混凝土发泡剂性能及其泡沫稳定改性研究[D].大连:大连理工大学,2009

[9] 李秀.发泡剂的制备与泡沫混凝土的性能研究[D].沈阳:沈阳建筑大学,2015

[10] 韩世诚,张聪,华渊.混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyFRSHCC)的力学性能[J].硅酸盐通报,2019,38(1):77-82,87

Evaluation of Foaming Effect of Four Cement Foaming Agents

SU Hai-ting1, WU Qi-ze1,2, MA Qian1, XU Man1

1.271000,2.116000,

Foamed cement insulation board, as an inorganic insulation material rising in recent years, is green, environment-friendly, simple to construct, high in fire resistance, and has the same service life as buildings. However, no relevant documents have been issued on the preparation of foamed cement boards in China so far, which has hindered the further development of foamed cement boards to a certain extent. In this project, ordinary Portland cement is used as the main cementing material, and four foaming agents are compared by testing the effects of dry density, opening situation, compressive strength and flexural strength of foamed cement insulation board. The results show that different types of foaming agents have different effects on the strength and density of the specimens. LG-2258 not only has obvious foaming effect, but also has certain compressive strength and flexural strength. The research shows that LG-2258 foaming agent has high cost performance, and LG-2258 foaming agent can be used in actual projects to save costs.

Foaming cement;performance comparison strength; dry density

TQ172.1+1

A

1000-2324(2020)03-0559-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.036

2018-11-24

2019-01-25

山东省自然基金联合专项(ZR2018LE017);泰山学院引进人才科研启动基金(Y012018008);泰山学院青年教师科研基金(QN-01-201803);泰安市科技发展计划(2017GX007)

苏海霆(1988-),男,博士,讲师,主要研究方向:保温发泡水泥板,高速铁路梁轨相互作用. E-mail:suhaiting1988@gmail.com