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        物理與化學(xué)發(fā)泡水泥砌塊的制備及對比研究

        2013-07-11 07:07:22楊濤馬洪鐸
        商品混凝土 2013年10期
        關(guān)鍵詞:泡孔蒸壓發(fā)泡劑

        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(jì)南 250117)

        1 前言

        隨著能源危機(jī)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(rèn)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(jī)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(qiáng)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??梢?,發(fā)泡水泥材料的發(fā)展推動了建筑節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步,并具有良好的社會、經(jīng)濟(jì)、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(xì)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(hù)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(hù)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(jī)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(hù),而物理發(fā)泡通常不用蒸壓養(yǎng)護(hù)。

        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(jìn)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(biāo)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(biāo)

        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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(jìn)展[J].混凝土.2008,(5):80-82.

        [2] 佘海龍,耿春雷,王冬等.無機(jī)化學(xué)發(fā)泡水泥技術(shù)研究進(jìn)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.

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