劉輝，逯云飛，孫輝濤

（1. 河北軍存預(yù)拌混凝土有限公司，河北 石家莊 050000；2. 廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東 東莞 523000）

實(shí)踐技術(shù)

粉煤灰基水泥發(fā)泡保溫板的制備及性能優(yōu)化

劉輝1，逯云飛2，孫輝濤1

（1. 河北軍存預(yù)拌混凝土有限公司，河北 石家莊 050000；2. 廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東 東莞 523000）

以硅酸鹽水泥、粉煤灰為原料，通過物理發(fā)泡法制備了一種具有優(yōu)良阻燃性能、較高強(qiáng)度的水泥發(fā)泡保溫板。重點(diǎn)考察了發(fā)泡劑的加入量對發(fā)泡水泥的干密度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、保溫性能等的影響。結(jié)果表明：利用動物蛋白為發(fā)泡劑，當(dāng)發(fā)泡劑用量為 2500ml/kg 時，樣品的干密度可以達(dá)到 379kg/m3，抗折強(qiáng)度為 0.62MPa，抗壓強(qiáng)度為 0.78MPa，符合工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的要求。

發(fā)泡水泥；粉煤灰；力學(xué)強(qiáng)度；保溫材料；物理發(fā)泡

0 前言

隨著我國建設(shè)資源節(jié)約型社會要求的提出和國家節(jié)能降耗政策的相繼出臺，節(jié)能型建筑材料勢必成為今后新型建材的發(fā)展方向[1]。而研究高強(qiáng)度、低成本和高防火性、低密度的泡沫材料是亟待解決的課題。隨著發(fā)泡技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)泡水泥將以一種全新的輕型保溫建筑材料出現(xiàn)在大家的面前[2-3]。發(fā)泡水泥，是通過發(fā)泡劑與水按比例混合并高速攪拌制出泡沫，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)保溫材料。它屬于氣泡狀絕熱材料，突出特點(diǎn)是在混凝土內(nèi)部形成封閉的泡沫孔，使混凝土輕質(zhì)化和保溫隔熱化[4-5]。

本文以硅酸鹽水泥、粉煤灰為原料，將粉煤灰與一定量的水泥混合，通過添加泡沫、各種強(qiáng)堿激發(fā)劑、水泥早強(qiáng)劑等的物理發(fā)泡法制備了一種具有優(yōu)良阻燃性能、較高強(qiáng)度且成本低廉的發(fā)泡水泥保溫板，探討了發(fā)泡劑的加入量對發(fā)泡水泥的干密度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、保溫性能等的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料和設(shè)備

粉煤灰原灰：平均粒徑為 54μm，西柏坡電廠；硅酸鹽水泥為 P·O42.5 級普通水泥；動物蛋白發(fā)泡劑；各種強(qiáng)堿激發(fā)劑、水泥早強(qiáng)劑、表面活性劑等。實(shí)驗(yàn)過程中使用的蒸餾水及各種原材料和試劑均為同一批。

水泥膠砂試體振實(shí)臺：ZT-96 型，無錫市錫儀建材儀器廠；水泥膠砂攪拌機(jī)，JJ-5 型，無錫市錫儀建材儀器廠；抗折抗壓實(shí)驗(yàn)機(jī)，TYE-300 型，無錫市錫儀建材儀器廠；臺式掃描顯微鏡，TM3000 型，日本日立公司。

1.2 發(fā)泡水泥的制備

先稱取一定量的水泥倒入水泥攪拌機(jī)中，然后按照水灰比 0.3 加入水，再稱取一定量的粉煤灰，一起攪拌成水泥漿，待用。然后將一定量的發(fā)泡劑[6]與水按照 1:30 的比例混合，倒入三頸瓶中，高速攪拌 5 分鐘，直到發(fā)泡穩(wěn)定，將泡沫倒入攪拌機(jī)中與水泥漿一起攪拌 3 分鐘后倒入三聯(lián)模中40mm×40mm×160 mm，以聚乙烯薄膜密封，最后在 60℃下養(yǎng)護(hù) 24h 后脫模，并測試其養(yǎng)護(hù) 7d、28d 后的抗壓、抗折強(qiáng)度。

1.3 發(fā)泡水泥性能測試

1.3.1 干密度

將養(yǎng)護(hù)后的樣品取出測定其體積和質(zhì)量。其計(jì)算公式：

ρ＝M/V×106

其中：ρ——樣品干密度，kg/m3；

M——樣品質(zhì)量，kg；

V——樣品體積，mm3。

1.3.2 抗折、抗壓強(qiáng)度

抗折、抗壓強(qiáng)度采用 JG/T 266—2011《泡沫混凝土》規(guī)定的方法進(jìn)行：將養(yǎng)護(hù)后的樣品取出，放入 TYE-300型抗折抗壓實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試。當(dāng)樣品折斷時，記錄試驗(yàn)機(jī)上的數(shù)據(jù)，得到樣品的抗折強(qiáng)度；之后將樣品裁剪成40mm×40mm×40mm 的大小，放入 TYE-300 型抗折抗壓實(shí)驗(yàn)機(jī)中，均勻地對樣品進(jìn)行加荷，直至破壞，記錄破壞荷載。按照公式；

式中；R——樣品的抗壓強(qiáng)度，MPa；P——破壞荷載，N；F——受壓面積，mm2。

1.3.3 保溫性能

將養(yǎng)護(hù)后的樣品取出，將未發(fā)泡及物理發(fā)泡的樣品分別裁剪成 40mm×40mm×15mm 大小，在上面放置固體石蠟塊，下面用酒精燈加熱，記錄石蠟從未熔至全熔的時間。

1.3.4 電鏡分析

將養(yǎng)護(hù)后的樣品取出，分別在電鏡（TM3000，日立臺視顯微鏡）下觀察未發(fā)泡及物理發(fā)泡制備樣品的微觀結(jié)構(gòu)，分析決定其性質(zhì)的根本因素。

2 結(jié)果與討論

2.1 泡沫含量對干密度的影響

從表 1 可以看出，發(fā)泡水泥的干密度隨著泡沫含量的增加而減少，因?yàn)榕菽旧硎呛猩倭靠諝獾?，所以在同體積條件下，水泥漿中添加泡沫制備出來的發(fā)泡水泥的質(zhì)量要比純水泥制備出來的要輕的多，發(fā)泡水泥的干密度要低的多，而隨著泡沫含量的增加，孔隙率越來越高，樣品中的空氣也越來越多，所以干密度越來越低。

表 1 泡沫含量對樣品干密度的影響

2.2 泡沫含量對抗折、抗壓強(qiáng)度的影響

發(fā)泡水泥添加泡沫后可以顯著地降低樣品的干密度，但是同時也使樣品的抗折、抗壓強(qiáng)度下降，對不同泡沫含量的抗折，抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測試，結(jié)果見表 2。

從表 2 可以看出，隨著泡沫含量的增加，樣品的抗折、抗壓強(qiáng)度都有顯著的降低。比較表 2 中數(shù)據(jù)可知，養(yǎng)護(hù)時間為 7 天的樣品的抗折、抗壓強(qiáng)度比養(yǎng)護(hù) 28 天后的樣品的強(qiáng)度要低一些，而且下降趨勢也有不同，這是因?yàn)闃悠返乃冶扰c其中空氣含量都對材料的抗折、抗壓強(qiáng)度有很大影響，添加泡沫，既增加了空氣含量，也提高了水灰比。隨著泡沫的添加，樣品中空氣含量增加，硬化漿體中閉合氣孔數(shù)增多，導(dǎo)致試樣受壓面內(nèi)單位面積上凈壓面減小，強(qiáng)度下降幅度較大；泡沫繼續(xù)增大，漿體中穩(wěn)定存在的氣泡減少，強(qiáng)度下降減緩，當(dāng)泡沫含量繼續(xù)增大時，漿體中水灰比進(jìn)一步增大，強(qiáng)度顯著下降[7]。

表 2 泡沫含量對抗折強(qiáng)度的影響

2.3 保溫性能

為了對比發(fā)泡水泥保溫板的隔熱效果，試驗(yàn)選取未加入發(fā)泡劑的水泥與加入發(fā)泡劑的樣品進(jìn)行對照試驗(yàn)。用火焰高度為 4cm 的酒精燈火焰（外焰溫度約為 600℃）灼燒樣品（保溫板樣品厚度為 15mm），樣品上方放置石蠟。未發(fā)泡水泥板上，經(jīng)過 4.5min 的灼燒，石蠟熔化得非常多，已經(jīng)不能保持原形。但是發(fā)泡水泥板上，經(jīng)過 4.5min 的灼燒后，石蠟只是少部分熔化。經(jīng)過 4.5min 灼燒保溫板樣品背面的溫度僅為 50℃ 左右。這是因?yàn)榘l(fā)泡水泥材料中添加了泡沫，使得水泥中的孔隙率增加，形成了許多均勻分布的微細(xì)閉合氣泡，導(dǎo)熱系數(shù)下降，很好地阻止了熱量的傳遞，起到了隔熱、保溫的效果。灼燒兩種材料使石蠟全熔所用的時間見表3。

表 3 發(fā)泡方法對保溫性能的影響

2.4 微觀結(jié)構(gòu)分析

為了分析發(fā)泡水泥保溫板的保溫性能的決定性因素，分別對未發(fā)泡及物理發(fā)泡的方法制備出的保溫材料進(jìn)行了電鏡分析，觀察了材料放大 50 倍及 1000 倍的微觀結(jié)構(gòu)。

圖 1 中電鏡圖片顯示，使用水泥與粉煤灰，未加發(fā)泡劑制備出的材料致密均勻，內(nèi)部不存在較大的孔。此外，未發(fā)泡材料的其他物理參數(shù)也存在著質(zhì)量大、導(dǎo)熱系數(shù)高等問題，不符合作為建筑材料的國家標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)物理發(fā)泡劑作用，加入相應(yīng)填料制的材料，在放大50倍的情況下可以清楚的發(fā)現(xiàn)平均孔徑 0.4mm 的氣孔，導(dǎo)致其密度大大下降；繼續(xù)在高倍鏡下觀察，可以觀測到孔內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)，孔內(nèi)壁明顯細(xì)小的顆粒聚集而成，但結(jié)合并不緊密，因此也導(dǎo)致了由物理發(fā)泡方法所制備材料的低強(qiáng)度。

圖 1 樣品的 SEM 照片

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過將泡沫添加到硅酸鹽水泥材料與粉煤灰中，制備出了發(fā)泡水泥保溫材料。這種保溫材料的隔熱保溫性能遠(yuǎn)高于普通的水泥材料，而且其干密度比普通的水泥材料要低的多。實(shí)驗(yàn)中通過改變泡沫的添加量，并測量了在不同的添加量下，樣品的干密度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、保溫性能以及電鏡分析，得出了結(jié)論，利用物理發(fā)泡法，當(dāng)發(fā)泡劑用量為 2500mL/kg 時，樣品經(jīng)過 28 天養(yǎng)護(hù)后，樣品的干密度為379kg/m3，抗折強(qiáng)度為 0.62MPa，抗壓強(qiáng)度為 0.78MPa，滿足工業(yè)生產(chǎn)的條件。

[1] 張水，李國忠．發(fā)泡水泥輕質(zhì)保溫材料的制備及性能研究[J]．墻材革新與建筑節(jié)能，2011,(5): 33-36．

[2] 謝吉星，印杰，陳俊靜．地聚合材料固化處理垃圾焚燒飛灰[J]．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010,4(4): 935-939．

[3] 張書政，龔克成．地聚合物[J]．材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003,21(3): 430-436．

[4] 張巨松，楊合，曾尤．國內(nèi)外混凝土發(fā)泡劑及發(fā)泡技術(shù)分析[J]．低溫建筑技術(shù)，2001(4): 66-67．

[5] J. G. S. Van Jaarsveld, J. S. J. Van Deventer, G. C. Lukey. The characterisation of source materials in fly ash-based geopolymers[J]. Materials Letters, 2003，57: 1272-1280．

[6] 王玉婷，蔣友新，李玉香．發(fā)泡劑在水泥基多孔吸聲混凝土中的應(yīng)用[J]．混凝土，2008(4): 42-46．

[7] 王翠花，潘志華．蛋白質(zhì)類發(fā)泡劑的合成及其泡沫穩(wěn)定性[J]．南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28(4): 92-96．

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建材工業(yè)“十三五”規(guī)劃編制工作啟動

行業(yè)中長期規(guī)劃是推進(jìn)行業(yè)管理體系和管理能力現(xiàn)代化的重要手段。為科學(xué)編制建材工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃，工信部原材料司日前委托中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院組織研究建材工業(yè)“十三五”規(guī)劃前期重大問題，旨在梳理建材工業(yè)“十三五”規(guī)劃思路，理清建材工業(yè)“十三五”發(fā)展方向、重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域發(fā)展趨勢、路徑、舉措等。

中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院是全國建材行業(yè)唯一一家專門從事建材產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢、規(guī)劃咨詢、工程咨詢、信息咨詢和管理咨詢等綜合性產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，具有品牌、技術(shù)、人才、研究等綜合優(yōu)勢。目前，該院主要從事建材行業(yè)全國、地區(qū)和企業(yè)的中長期發(fā)展規(guī)劃的編制，建材工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)政策、生產(chǎn)力布局、技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策和行業(yè)重大經(jīng)濟(jì)問題研究。

據(jù)悉，根據(jù)工業(yè)和信息化部原材料司的有關(guān)要求，中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院此次將組織業(yè)內(nèi)專家，面對 2020 年全面建成小康社會、全面深化改革在重要領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得決定性成果、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展等重大任務(wù)，立足建材工業(yè)實(shí)際，把握建材工業(yè)發(fā)展態(tài)勢，分析建材工業(yè)改革發(fā)展面臨的重大問題以及新任務(wù)、新要求。

除此之外，重大問題研究還要圍繞統(tǒng)籌建材工業(yè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、新興產(chǎn)業(yè)培育壯大、生產(chǎn)服務(wù)業(yè)發(fā)展，聚焦綠色建材、無機(jī)非金屬新材料、非金屬礦深加工和節(jié)能減排、兩化融合、技術(shù)創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)調(diào)整及安全生產(chǎn)等領(lǐng)域組織相關(guān)專家展開討論。

此次前期工作的展開將會形成強(qiáng)化建材工業(yè)的全球視野和戰(zhàn)略思維，正確處理政府和市場的關(guān)系，凝練建材工業(yè)發(fā)展的新思路、新舉措，研究提出建材工業(yè)總體與重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)、重點(diǎn)領(lǐng)域之間層次清晰、結(jié)構(gòu)合理、相互銜接的研究報(bào)告，為建材工業(yè)“十三五”規(guī)劃編制提供有效的支撐。

來源：中國建材報(bào)

Preparation and performance optimization of cement foam insulation board based on fly ash

Liu Hui1, Lu Yunfei2, Sun Huitao1
(1. Hebei Juncun Ready-mixed Concrete Co., Ltd., Hebei Shijiazhuang 050000; 2. Guangdong Hongyu Construction and Engineering Eesign Consultants Co., Ltd., Guangdong Dongguan 523000)

With the portland cement and fly ash as raw material, a kind of cement foam insulation board was made with a physical foaming method, which has excellent flame retardant properties and high strength. The effect of the amount of blowing agent on the dry density, flexural strength, compressive strength and thermal insulation properties was studied. The results showed that using of animal protein as the blowing agent, when the amount of foaming agent is 2500ml/kg, the dry density of the sample can be achieved 379 kg/m3, with a flexural strength 0.62MPa and a compressive strength 0.78MPa, which can meet the requirements of industrial applications.

foam cement; fly ash; mechanical strength; insulation materials; physical foaming

劉輝（1974,4—），女，工程師，河北軍存預(yù)拌混凝土有限公司，試驗(yàn)室主任。