董建新，焦晨驊，姬軍，劉曉圣，侯東，衛(wèi)林林

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，浙江杭州 311199；2.全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司，北京 102209）

建設(shè)裝配式建構(gòu)筑物是國家電網(wǎng)公司實(shí)現(xiàn)“兩型一化”（資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化）的重要舉措，要求裝配式變電站墻體系統(tǒng)中的墻體材料具有結(jié)構(gòu)性、熱工性、隔聲性、防火性、密閉性、裝飾性等多種功能。同時(shí)，變電站墻體在框架結(jié)構(gòu)中起到圍護(hù)、隔斷和隔熱等作用，對建筑結(jié)構(gòu)的影響也至關(guān)重要。此外，變電站電力設(shè)備溫度范圍波動不宜過大，這對變電站隔墻又提出了保溫節(jié)能的要求[1-4]。

發(fā)泡水泥通常是以水泥為基料，添加發(fā)泡劑及其它添加劑制備的一種新型無機(jī)材料，具有環(huán)保、節(jié)能降耗、耐火、耐高溫等特點(diǎn)，可應(yīng)用于外墻保溫、防火隔離帶、隔熱夾芯層等建筑保溫方面[5-9]。鋁酸鹽水泥（CAC，又稱高鋁水泥），具有凝結(jié)硬化速度快、早期強(qiáng)度高、耐磨損性能強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其具有較高的耐熱性能（可達(dá)1300 ℃以上），廣泛應(yīng)用于耐火材料和快速修補(bǔ)工程中[10-13]。煅燒高嶺土（CK）是由高嶺土（KL）煅燒脫水除雜后制得，具有密度小、比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)[14-15]。因此，將CK、發(fā)泡劑等摻入水泥中制備隔熱保溫材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本研究以CAC、CK 為原料制備發(fā)泡水泥，考察了CK 用量、發(fā)泡劑用量、水灰比、纖維用量等因素對發(fā)泡水泥性能的影響，為制備性能優(yōu)異的發(fā)泡水泥隔熱保溫材料提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

（1）高嶺土（KL）：主要化學(xué)成分見表1，XRD 圖譜見圖1。

圖1 高嶺土的XRD 圖譜

表1 KL 的主要化學(xué)成分 %

由表1、圖1 可見，KL 的主要成分為SiO2和Al2O3，除含有高嶺石外還含有伊利石和石英。

（2）鋁酸鹽水泥（CAC）：CA-50，A700，鄭州嘉耐特種鋁酸鹽有限公司，主要化學(xué)成分見表2，XRD 圖譜見圖2。

表2 CAC 的主要化學(xué)成分 %

圖2 CAC 的XRD 圖譜

由表2、圖2 可見，鋁酸鹽水泥的主要成分為Al2O3和CaO，主要礦物為鋁酸一鈣和鋁酸二鈣。CAC 的主要物理力學(xué)性能見表3。

表3 CAC 的主要物理力學(xué)性能

（3）發(fā)泡劑：H2O2，濃度為30%；穩(wěn)泡劑：硬脂酸鈣，摻量為CAC 質(zhì)量的0.5%；聚羧酸高性能減水劑：摻量為CAC 質(zhì)量的0.5%：聚丙烯纖維：長度5 mm。

1.2 原料預(yù)處理

首先用球磨機(jī)對KL 粉磨60 min，然后在800 ℃煅燒2 h[16]，得到煅燒高嶺土（CK），備用，其主要化學(xué)成分見表4。

表4 CK 的主要化學(xué)成分 %

1.3 試樣準(zhǔn)備

將CK 和聚丙烯纖維按一定比例混合，再加入適量外加劑等置于水泥膠砂攪拌機(jī)中混合均勻，接著加入一定量自來水，繼續(xù)攪拌直至混合均勻后，迅速加入H2O2，高速攪拌10 s后快速倒入模具中，待發(fā)泡結(jié)束后，用保鮮膜覆蓋模具表面，防止水分流失，自然養(yǎng)護(hù)至28 d 齡期，即得到發(fā)泡水泥。表5為制備配比，圖3 為發(fā)泡水泥的制備工藝流程。

表5 制備發(fā)泡水泥的配比

圖3 發(fā)泡水泥的制備工藝流程

1.4 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

JJ-5 型水泥膠砂攪拌機(jī)；QFW-4L 行星球磨機(jī)；X'Pert Powder PRO 型X 射線衍射儀；TX5300 型西派克視頻顯微鏡（深圳市西派克光學(xué)儀器有限公司）；WDW-50 型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)。

2 分析與討論

2.1 不同因素對發(fā)泡水泥性能的影響

2.1.1 CK 用量對發(fā)泡水泥性能的影響

CK 和CAC 總量為100%，以CAC 為基料，發(fā)泡劑用量為7%，在水灰比為0.6，纖維用量為0.4%條件下，CK 用量對發(fā)泡水泥性能的影響見圖4。

由圖4 可見，隨CK 用量的增加，發(fā)泡水泥的抗壓強(qiáng)度先提高后降低，氣孔率變化幅度較小。分析原因：CK 具有較高活性，其在加速水泥水化同時(shí)也消耗水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2，但其產(chǎn)生的總水化熱大于純水泥的水化熱[17]。因此發(fā)泡水泥抗壓強(qiáng)度提高。但當(dāng)CK 用量過多時(shí)，CAC 水化產(chǎn)生的Ca（OH）2不足以滿足CK 活性反應(yīng)的需求量，因此抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值后下降。

圖4 CK 用量對發(fā)泡水泥性能的影響

CK 用量對CAC 內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)具有一定改善作用，氣孔在發(fā)泡水泥中所占比例隨CK 用量的增加而有所增多，但同時(shí)隨著CK 用量的增加，其填充效應(yīng)也會越顯著，兩者相互制約，因此，發(fā)泡水泥氣孔率整體變化不大。

2.1.2 發(fā)泡劑用量對發(fā)泡水泥性能的影響

CK 用量為15%，水灰比為0.6，聚丙烯纖維用量為0.4%，發(fā)泡劑用量對發(fā)泡水泥性能的影響見圖5。

圖5 發(fā)泡劑用量對發(fā)泡水泥性能的影響

由圖5 可見，發(fā)泡劑用量越多，發(fā)泡水泥的抗壓強(qiáng)度越低，氣孔率則越大。分析原因：發(fā)泡劑用量增加，水泥漿料中產(chǎn)生的氣泡也就越多，造成氣孔結(jié)構(gòu)被破壞，單位體積CK 和CAC的量減少，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低，氣孔率增大。因此，選擇發(fā)泡劑用量為7%較為適宜。

2.1.3 水灰比對發(fā)泡水泥性能的影響

CK 用量為15%，發(fā)泡劑用量為7%，纖維用量為0.4%，水灰比對發(fā)泡水泥性能的影響見圖6。

圖6 水灰比對發(fā)泡水泥性能的影響

由圖6 可見，水灰比越大，發(fā)泡水泥的抗壓強(qiáng)度越低，氣孔率則越大，且對氣孔率的影響較大。分析可知，當(dāng)水灰比增大時(shí)，氣泡在料漿中所受的壓力減少，氣孔體積變大，氣孔率增加。當(dāng)水灰比過小（＜0.3）時(shí)，CAC 漿料過稠，導(dǎo)致分散不均勻，水化不徹底，無法成型；當(dāng)水灰比增加時(shí)，用水量增多，漿料變稀，流動性增大，毛細(xì)孔增多，造成抗壓強(qiáng)度降低。因此，選擇水灰比為0.6 較為適宜。

2.1.4 纖維用量對發(fā)泡水泥性能的影響

CK 用量為15%，發(fā)泡劑用量為7%，水灰比為0.6，纖維用量對發(fā)泡水泥性能的影響見圖7。

圖7 纖維用量對發(fā)泡水泥性能的影響

由圖7 可見，隨著纖維用量的增加，發(fā)泡水泥的抗壓強(qiáng)度先提高后降低，而氣孔率則先減小后增大，且對抗壓強(qiáng)度的影響較大。分析原因：由于攪拌作用，纖維在漿料中呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)隨機(jī)分布，增加漿料的均勻性，同時(shí)，纖維還可以改善氣孔結(jié)構(gòu)，抑制裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)大，提高抗壓強(qiáng)度，氣孔率略有下降；但當(dāng)纖維用量過多時(shí)，其在漿料中會發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，使發(fā)泡水泥抗壓強(qiáng)度降低，氣孔率略有增大。因此，選擇纖維用量為0.4%較為適宜。

綜上，選擇最優(yōu)制備條件為：CK 用量15%，發(fā)泡劑用量7%，水灰比0.6，纖維用量0.4%時(shí)，制備的發(fā)泡水泥抗壓強(qiáng)度1.72 MPa，氣孔率為31.2%。

2.2 發(fā)泡水泥的XRD 分析

圖8 為最優(yōu)條件下制備的發(fā)泡水泥的XRD 圖譜。

圖8 發(fā)泡水泥的XRD 圖譜

由圖8 可見，發(fā)泡水泥水化產(chǎn)物中有鈣礬石、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣生成。

2.3 發(fā)泡水泥的微觀形貌（見圖9）

從圖9 可見，未摻CK 的發(fā)泡水泥氣孔相對較大，摻CK后氣泡分布均勻且孔徑變小。主要是由于CAC 中摻入的CK具有較大的火山灰活性，比表面積較大，反應(yīng)接觸面積也更大，有利于氣泡的生成和穩(wěn)定。再則，原料經(jīng)粉磨后顆粒較小，能夠很好地填充到孔隙中，改善料漿中的氣孔結(jié)構(gòu)，有利于體系抗壓強(qiáng)度的提高。

3 結(jié) 論

（1）當(dāng)煅燒高嶺土用量為15%，發(fā)泡劑用量為7%，水灰比為0.6，纖維用量為0.4%時(shí)，制備的發(fā)泡水泥抗壓強(qiáng)度為1.72 MPa，氣孔率為31.2%。

（2）煅燒高嶺土的添加有利于氣泡分布均勻，減小孔徑。較小的煅燒高嶺土顆粒有利于填充到孔隙中，改善料漿中氣孔的結(jié)構(gòu)。