楊濤，馬洪鐸

（1.青島青建新型材料有限公司，山東 青島 266108；2.山東金鑾混凝土有限公司，山東 濟南 250117）

1 前言

隨著能源危機的不斷凸顯，建筑節(jié)能問題已引起國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。發(fā)泡保溫材料以其優(yōu)異的保溫、防火性能，在建筑節(jié)能中發(fā)揮著重要作用，受到人們的廣泛關(guān)注和認可。水泥發(fā)泡材料是通過向材料引入均勻氣孔來降低材料的質(zhì)量，提高隔熱保溫性。根據(jù)其發(fā)泡方式可分為兩類，一類是物理發(fā)泡，物理發(fā)泡制備的發(fā)泡水泥稱為泡沫混凝土；另一類是化學(xué)發(fā)泡，化學(xué)發(fā)泡制備的發(fā)泡水泥稱為加氣混凝土。物理發(fā)泡是將發(fā)泡劑水溶液在機械作用條件下引入空氣，產(chǎn)生大量泡沫，然后將泡沫注入水泥粉煤灰料漿中一同成型，制得發(fā)泡輕質(zhì)材料；化學(xué)發(fā)泡是以水泥、粉煤灰（或砂）、石灰和石膏為主要原料，以鋁粉為發(fā)氣劑，經(jīng)混合發(fā)泡成型、蒸壓等工藝制備而成。

發(fā)泡水泥材料具有保溫隔熱性好、質(zhì)量輕、強度高、不易燃燒、隔音性能好、使用壽命長、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，在地暖、外墻、自保溫砌塊等方面都發(fā)揮著非常重要的作用。此外，由于粉煤灰在發(fā)泡水泥材料中的大量使用，使得工業(yè)廢渣堆積等問題得到了很好地緩解。可見，發(fā)泡水泥材料的發(fā)展推動了建筑節(jié)能技術(shù)的進步，并具有良好的社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益。

2 試驗部分

2.1 試驗原料

水 泥：山東某水泥廠生產(chǎn)的 42.5 普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)組成如表1 所示；

粉煤灰：山東某火電廠 I 級粉煤灰，其化學(xué)組成如表2所示；

發(fā)泡劑：自主研制，動物蛋白類發(fā)泡劑，發(fā)泡倍數(shù)為18，泡沫半消時間為 3h；

石灰：購于建材市場，消解時間為 13min，消解溫度為86℃；

石膏：購自山東泰安某廠生產(chǎn)的建筑石膏，其化學(xué)組成如表3 所示；

鋁粉：購于山東某建材市場，細度為 400 目。

表1 水泥的化學(xué)組成 %

表2 粉煤灰的化學(xué)組成 %

表3 建筑石膏化學(xué)成分 %

2.2 物理與化學(xué)發(fā)泡水泥的制備工藝對比

物理發(fā)泡：按一定配比稱取水泥、粉煤灰和石膏，采用先獨立發(fā)泡，再將泡沫與料漿混合攪拌、澆注成型的工藝方法制備泡沫混凝土砌塊，其主要生產(chǎn)工序有料漿制備、泡沫制備、混合攪拌、澆注成型、硬化脫模、室內(nèi)養(yǎng)護等，具體工藝流程如圖1 所示。

化學(xué)發(fā)泡：按一定配比稱取水泥、粉煤灰，加水混合成料漿后，注入反應(yīng)釜中不斷的攪拌，再加入石灰并往反應(yīng)釜通入蒸汽加溫，后加鋁粉攪拌 1min 后澆至模具，養(yǎng)護凝固后蒸壓，岀釜便制得加氣混凝土砌塊。其工藝如圖2 所示。

圖1 物理發(fā)泡水泥生產(chǎn)工藝流程

圖2 化學(xué)發(fā)泡水泥生產(chǎn)工藝流程

由圖1 和圖2 可以看出，物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡生產(chǎn)工藝的區(qū)別主要在于發(fā)泡方式不同，物理發(fā)泡是將發(fā)泡機制得的泡沫摻入發(fā)泡水泥料漿中攪拌均勻而引入氣孔；化學(xué)發(fā)泡是向料漿中摻入化學(xué)發(fā)泡劑，利用發(fā)泡劑與料漿中某些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得到的氣體，充分填充在料漿中，從而得到泡孔結(jié)構(gòu)。另外，化學(xué)發(fā)泡需要蒸壓養(yǎng)護，而物理發(fā)泡通常不用蒸壓養(yǎng)護。

2.3 物理與化學(xué)發(fā)泡水泥的性能比較

試驗方法：試件加工和性能試驗按照 GB/T11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能方法》要求進行。

試樣要求：試驗所取物理發(fā)泡與化學(xué)發(fā)泡水泥試樣的性能指標如表4 所示。取抗壓測試后的破損試樣做 SEM 分析如圖4 所示。

表4 物理發(fā)泡與化學(xué)發(fā)泡水泥試樣的性能指標

圖3 物理發(fā)泡與化學(xué)發(fā)泡水泥試樣 SEM 照片

由表4、表5 和圖3 可以看出，在密度和強度幾乎相同時，物理發(fā)泡與化學(xué)發(fā)泡水泥試樣的導(dǎo)熱性能和抗凍性差別明顯。物理發(fā)泡水泥試樣的隔熱性能和抗凍性明顯優(yōu)于化學(xué)發(fā)泡水泥試樣，其主要原因可能是泡孔結(jié)構(gòu)的差別。物理發(fā)泡形成的泡孔均為閉合的孔結(jié)構(gòu)，摻入料漿后除少量在攪拌時破損外，絕大部分泡沫仍保持閉合狀態(tài) (圖3-a)；而化學(xué)發(fā)泡是通過料漿中某些組分的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體，隨著化學(xué)產(chǎn)生的氣體的增多，氣泡不可避免的發(fā)生膨脹，由于料漿顆粒大小不一，相鄰氣泡膨脹時遇到較大顆粒便發(fā)生氣泡連通，泡孔多呈連通狀（圖3-b）。在隔熱性能方面，閉合泡孔結(jié)構(gòu)與密實料漿的交替出現(xiàn)使發(fā)泡材料具有很好的隔熱效果，相反，連通孔的大量存在卻降低了這種效果，隔熱效果有所下降。在抗凍性能方面，由于連通孔的大量存在，使得吸水后的試樣在凍融作用下發(fā)生膨脹疊加效應(yīng)，一定程度上加劇了試樣孔結(jié)構(gòu)的破壞。

3 結(jié)論

（1）物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡生產(chǎn)工藝的區(qū)別主要在于發(fā)泡方式不同，物理發(fā)泡是將發(fā)泡機制得的泡沫摻入發(fā)泡水泥料漿中攪拌均勻而引入氣孔；化學(xué)發(fā)泡是通過往料漿中摻入化學(xué)發(fā)泡劑，借助化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生氣體在料漿中的填充作用，從而得到泡孔結(jié)構(gòu)。

（2）在密度和強度幾乎相同時，物理發(fā)泡與化學(xué)發(fā)泡水泥試樣的導(dǎo)熱性能和抗凍性差別明顯，物理發(fā)泡水泥試樣的隔熱性能和抗凍性明顯優(yōu)于化學(xué)發(fā)泡水泥試樣。

[1] 李峰，胡琳娜.發(fā)泡水泥材料的研究進展[J].混凝土.2008，(5):80-82.

[2] 佘海龍，耿春雷，王冬等.無機化學(xué)發(fā)泡水泥技術(shù)研究進展[J]. 商品混凝土. 2012， (7):29－47.

[3] E.K. Kunhanandan Nambiar，K. Ramamurthy.Influence of filler type on the properties of foam concrete [J]. Cement &Concrete Composites. 28 (2006) 475－480.

[4] Paul J. Tikalsky*，James Pospisil，William MacDonald.A method for assessment of the freeze-thaw resistance of preformed foam cellular concrete.Cement and Concrete Research.34(2004) :889–893.[5] E.K. Kunhanandan Nambiar，K. Ramamurthy.Influence of filler type on the properties of foam concrete [J]. Cement &Concrete Composites.28 (2006):475–480.