泡沫混凝土研究進展

1、泡沫混凝土研究進展摘要:泡沫混凝土以其獨特的性能以及在建筑保溫中的廣泛應(yīng)用,得到了較高的重視與快速的發(fā)展。本文綜述了泡沫混凝土的原材料、制備工藝、性能、配合比設(shè)計方法,總結(jié)了國內(nèi)外泡沫混凝土的應(yīng)用及泡沫混凝土與傳統(tǒng)的保溫材料的對比,并提出了目前研究中存在的問題。關(guān)鍵字:泡沫混凝土;原材料;制備;性能;配合比設(shè)計;應(yīng)用;進展Progress in foamed concreteAbstract: Because of the unique properties and the wide appliance on thermal insulation, foamed concrete receiv

2、e much attention and get rapid development. In this paper, materials, preparation technology, properties, mix design are summarized. The appliance of foamed concrete at home and abroad as well as the contrast between foamed concrete and traditional thermal insulation materials is analyzed. The probl

3、ems current studies exist are referred.Key words: foamed concrete; materials; preparation; properties; mix design; appliance; problems在自然資源日益減少、自然環(huán)境遭到破壞的今天,如何減少材料對自然資源的依賴,降低材料在制備、使用中的能耗,加大材料的回收與再利用成為全社會共同關(guān)注的焦點。在建筑領(lǐng)域,對于建筑在使用中能耗的降低也越來越受到人們的重視。在建筑墻體外側(cè)外掛、粘貼外保溫板材,或涂抹保溫砂漿層,以構(gòu)建外墻外保溫體系,能夠有效起到保溫、隔熱的作用,提高冬季供暖

4、以及夏季制冷的效率,有效降低建筑使用過程中的能耗。在我國,外墻外保溫體系應(yīng)用最多的是聚苯乙烯泡沫(EPS、XPS、聚氨酯硬泡體(PU等有機保溫材料。雖然具有輕質(zhì)、保溫效果好等優(yōu)點,但其易燃、易老化、耐久性差等缺點同樣制約著這類材料的發(fā)展。而隨著近年來多次發(fā)生的建筑外墻外保溫材料引起的火災(zāi)事故,如北京央視新址附屬文化中心、上海膠州路教師公寓、沈陽皇朝萬鑫大廈等火災(zāi)事故等,建筑外墻外保溫體系的耐火性問題也得到了空前的重視。在這樣的背景下,泡沫混凝土作為一種理想的無機不然保溫材料也得到了較快的發(fā)展。泡沫混凝土是將發(fā)泡劑溶液通過機械方法制成的泡沫,加入到含硅和鈣的材料(水泥、粉煤灰、礦渣粉、石灰和石英

5、砂等、外加劑、纖維及水等制成的料漿中,經(jīng)混合攪拌、澆筑成形和養(yǎng)護而成的一種輕質(zhì)多孔建筑材料。它與普通混凝土在原材料上最大的區(qū)別在于其不使用粗集料,同時引入大量均勻分布的氣泡,使得新拌階段和硬化后的泡沫混凝土能表現(xiàn)出許多特殊的性能,如新拌漿體流動度大、易泵送,硬化后質(zhì)輕、保溫隔熱、隔音吸聲、不燃和抗震等。泡沫混凝土不僅可以作為黏土磚的替代品之一,也可以用于其他一些普通混凝土不能勝任的具有特殊性能要求的場合。因此,近年來泡沫混凝土得到極大的推廣應(yīng)用,并且越來越受到研究者的青睞。資料統(tǒng)計顯示,2009年,我國泡沫混凝土的年產(chǎn)量由2008年的500萬m3增加到600萬m3,2010年,我國應(yīng)用泡沫混凝

6、土澆筑的建筑保溫層面積超過1億m2。1 原材料泡沫混凝土的基本原材料為水泥、骨料、水和發(fā)泡劑。為改善泡沫混凝土的性能,常在此基礎(chǔ)上添加一定量的活性摻合料、纖維和其他外加劑等。1.1 水泥泡沫混凝土選擇最多的膠凝材料是普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥;另外還有選擇鎂質(zhì)發(fā)泡水泥(氯氧鎂水泥作為無機膠凝材料的,它是由輕度煅燒菱鎂礦(MgCO3得到的菱苦土(MgO及氯化鎂水溶液反應(yīng)生成的氣硬性凝膠材料。水泥作為泡沫混凝土的主要膠凝材料,起膠結(jié)作用,是其強度的主要來源。由于泡沫混凝土引入大量氣泡,如果發(fā)泡劑溶液產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定性不好,成型后的制品中的泡沫將在水泥料漿硬化前破裂,導(dǎo)致塌模和表面裂縫

7、。普通水泥價格低,但凝結(jié)較慢,因此,宜采用高強度等級早強硅酸鹽水泥和早強、快硬特種水泥(如硫鋁酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥等。也可在普通水泥中摻入一定量的高鋁水泥和碳酸鋰,以調(diào)整水泥漿的凝結(jié)時間。喬歡歡1等以普通硅酸鹽水泥作基材制備泡沫混凝土,為了與泡沫的穩(wěn)定時間相匹配,研究采用在普通水泥中摻入一定量的高鋁水泥和碳酸鋰來調(diào)整水泥漿的凝結(jié)時間。其研究表明,摻入8%的高鋁水泥,初凝時間20 min,加入高鋁水泥2%的碳酸鋰后,初凝時間僅12 min。XRD、孔結(jié)構(gòu)分析表明:在普通水泥中碳酸鋰,有LiH ( AlO225H2O 沉淀物生成,加速了鋁酸鈣的水化,但水化3 d 漿體有害孔數(shù)量增加。1.2 發(fā)泡劑

8、發(fā)泡劑生成的泡沫最終在混凝土中形成的孔形結(jié)構(gòu)會對混凝土性能產(chǎn)生較大影響;孔徑越小,孔形越圓,孔分散越均勻,泡沫混凝土的性能越好。發(fā)泡劑性能的好壞影響新拌漿體的含氣量、流動性和澆筑體的體積穩(wěn)定性,最終會影響硬化體的表觀密度和強度。因此,發(fā)泡劑是生產(chǎn)泡沫混凝土的關(guān)鍵技術(shù)之一。發(fā)泡劑的種類主要有:松香類、合成類表面活性劑、蛋白類和復(fù)合型。松香類是第一代發(fā)泡劑。這類發(fā)泡劑主要有松香皂和松香熱聚物類。合成類表面活性劑是第二代發(fā)泡劑。這類發(fā)泡劑易起泡,發(fā)泡倍數(shù)高,但是存在泡壁薄、穩(wěn)定性差以及對混凝土強度影響大等缺點。蛋白類是第三代發(fā)泡劑。這類發(fā)泡劑分為植物蛋白和動物蛋白兩類,植物蛋白發(fā)泡劑包括茶皂素型和皂

9、角苷型,動物蛋白發(fā)泡劑包括水解動物蹄角、水解廢動物毛和水解血膠三類。復(fù)合型是第四代發(fā)泡劑。這類發(fā)泡劑不再是單一的組分,而是由多種功能組分復(fù)合而成。王梅等2以菜籽粕為原料,采用氫氧化鈉、乙醇、硫酸銨提取的菜籽粕蛋白質(zhì)溶液與水以體積比2:1 混合作基液,分別摻入一定量不同類型的表面活性劑進行復(fù)配,制備蛋白質(zhì)類混凝土發(fā)泡劑。通過測定復(fù)配體系的發(fā)泡高度和穩(wěn)泡時間優(yōu)化復(fù)配方案,并測定復(fù)配前后泡沫性能最優(yōu)時試樣的表面張力和黏度。結(jié)果表明,在乙醇提取液中摻入3.0 g/L SDS + 0.5 /L CTAB + 210g/L SDBS進行復(fù)配時增效作用最好,發(fā)泡高度達(dá)110 mm,穩(wěn)泡時間47h。復(fù)配后發(fā)泡

10、劑的表面張力由43.47 mN /m 降低到25.75mN /m,黏度由4.20 mPas增加到4. 50 mPas。通過對比表明,復(fù)配發(fā)泡劑的性能在發(fā)泡性和穩(wěn)泡性方面已經(jīng)超過某些市售發(fā)泡劑。石行波等3分別以NaOH和Ca(OH2作為堿水解催化劑水解廢棄豬蹄角粉。對2種堿水解催化劑做了對比,通過正交實驗對水解條件進行優(yōu)化。在100、1.5%的Ca(OH2溶液中反應(yīng)6h制得了一種起泡力強、穩(wěn)定性高的發(fā)泡劑。分別加入一定量不同類型的表面活性劑、明膠或阿拉伯樹膠粉進行復(fù)配,試驗結(jié)果表明,表面活性劑會降低發(fā)泡劑的穩(wěn)定性,以明膠加入量為0.1%時復(fù)配效果最好,發(fā)泡體積達(dá)510 ml,穩(wěn)定時間30.33

11、h。王翠花等4以牛蹄角為主要蛋白質(zhì)原料,在適量Ca(OH2和少量NaHSO3存在的條件下,成功地合成出蛋白質(zhì)型泡沫混凝土用發(fā)泡劑,并就幾種表面活性物質(zhì)和膠狀物質(zhì)對該發(fā)泡劑制得的泡沫穩(wěn)定性的改性效果進行了研究。實驗結(jié)果表明,添加的3種物質(zhì)對該發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性均有不同程度的改善,其中烷基苯磺酸鹽的改善作用最明顯,當(dāng)改性劑在發(fā)泡液中的添加量為6.7g/L 時,發(fā)泡倍數(shù)為16.7,泡沫穩(wěn)定時間大于3 h。尹冰等5以氫氧化鈉、鹽酸和人發(fā)為主要原料制備XK型動物蛋白混凝土發(fā)泡劑,以十二烷基苯磺酸鈉(LAS、十二烷基硫酸鈉(SDS和明膠3 種穩(wěn)泡劑對合成發(fā)泡劑進行復(fù)配改性,并對復(fù)配發(fā)泡劑的穩(wěn)泡性能進行了分

12、析研究。結(jié)果表明,這3種穩(wěn)泡劑能不同程度提高合成發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性,其中以LAS與明膠復(fù)配的改性作用最好。王翠花等6采用添加少量表面活性物質(zhì)和膠狀物質(zhì)于蛋白質(zhì)型發(fā)泡劑中,用發(fā)泡倍數(shù)和泡沫體積隨時間的變化作為發(fā)泡劑性能評價指標(biāo),探討了它們對發(fā)泡劑的發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性的改善效果。實驗結(jié)果表明,添加的4 種物質(zhì)對發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性均有不同程度的改善作用。其中烷基苯磺酸鹽的改善作用最明顯,當(dāng)其摻量為0.2g/30mL 發(fā)泡液時,發(fā)泡倍數(shù)為16.7,泡沫穩(wěn)定時間大于3h。石行波等7制備了一種動物蛋白發(fā)泡劑,并用其進行泡沫混凝土實驗,并采用表面活性劑發(fā)泡與礦物材料發(fā)泡相結(jié)合的新型模式。探討了水灰比、粉煤灰

13、、泡沫量以及礦物材料摻量對泡沫混凝土的影響,確定了各組分的最佳摻量。在此條件下制得了一系列泡沫混凝土砌塊,其容重為581772kg/m3,抗壓強度為3.06.0MPa,吸水率為19%28%。李軍偉8研究了活性污泥蛋白質(zhì)的發(fā)泡性能,探討了三乙醇胺和十二烷基苯磺酸鈉2 種改性劑對發(fā)泡劑發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性的改善效果,并將其應(yīng)用于制備泡沫混凝土砌塊,結(jié)果表明,活性污泥蛋白質(zhì)濃度為2%,攪拌轉(zhuǎn)速1000r/min,攪拌時間15 min時,發(fā)泡劑的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性較好;三乙醇胺、十二烷基苯磺酸鈉對發(fā)泡劑的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性有改善作用,三乙醇胺的最佳摻量為2%,十二烷基苯磺酸鈉的最佳摻量為0.7%。丁

14、起9以十二烷基硫酸鈉和皂素溶液為主要原料制備復(fù)配發(fā)泡劑,加入適量的明膠溶液并采用非離子表面活性劑十二烷基聚氧乙烯醚進行改性,制備了SDS 高效混凝土發(fā)泡劑,并對發(fā)泡劑的性能進行了分析研究。結(jié)果表明,SDS 高效發(fā)泡劑的穩(wěn)定性較好,黏度高,泡沫泌水速度降低。將研制的SDS 高效發(fā)泡劑應(yīng)用于泡沫混凝土砌塊的生產(chǎn),取得了較好的效果。發(fā)泡劑最基本的兩大性質(zhì)是起泡能力和泡沫穩(wěn)定性。發(fā)泡劑的選擇應(yīng)在保證一定的起泡能力的基礎(chǔ)上,重視其泡沫穩(wěn)定性。泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體系,由于體系存在著大量的氣-液界面,屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,所以泡沫最終還是趨于破壞的。造成泡沫破壞的主要原因有重力排液、表面張力排液

15、和氣泡內(nèi)氣體的擴散。泡沫穩(wěn)定性主要取決于液體析出的快慢和液膜的強度,增大溶液的粘度和液膜的粘彈性,可以解決泡沫因上述原因造成的自身破裂問題,如摻加具有泡沫穩(wěn)定性的表面活性劑和膠狀物。泡沫穩(wěn)定性的另一方面是泡沫在外界環(huán)境中以及與料漿混合時能保持不破裂的性能,它不僅與其自身性能有關(guān),也取決于外界因素的影響。高波等10分析了發(fā)泡劑泡沫的穩(wěn)定性,闡述了發(fā)泡劑的性能優(yōu)劣是影響發(fā)泡混凝土生產(chǎn)的關(guān)鍵,而其自身性質(zhì)和摻入方式都對混凝土性能產(chǎn)生較大影響。Ranjani I S11等研究了十二烷基硫酸鈉、十二烷基醚硫酸鈉等四種合成類表面活性劑制出的泡沫是否適合用于泡沫混凝土的制備,并以此來評價其起泡能力和泡沫穩(wěn)定

16、性,并且試驗測定了發(fā)泡劑的濃度和制泡時采用的壓力對泡沫的密度和穩(wěn)定性的影響。李英全等對12聚合物水泥泡沫材料的關(guān)鍵組分聚合物、泡沫劑及多種專用外加劑的制備及其性能進行了研究,設(shè)計開發(fā)了配套使用的新型發(fā)泡機,通過材料配方與制備工藝的優(yōu)化集成,制備了性能優(yōu)異的聚合物水泥泡沫保溫材料,并通過SEM、XRD 等對泡沫材料進行了分析研究。結(jié)果表明,聚合物水泥泡沫材料是一種技術(shù)性能、經(jīng)濟和社會效益都十分突出的新型節(jié)能保溫材料,在實現(xiàn)建筑節(jié)能的同時,可保證防火安全和使用壽命。1.3 骨料制備泡沫混凝土骨料通常分為普通集料、輕骨料和超輕骨料三類,包括砂、陶粒、碎石屑、膨脹聚苯乙烯和膨脹珍珠巖等。根據(jù)泡沫混凝土

17、密度和強度要求,決定是否采用骨料和采用哪類骨料。骨料品種和表觀密度對泡沫混凝土強度影響明顯。為保證泡沫混凝土密度,用輕骨料比用普通骨料可使水泥漿體形成的結(jié)構(gòu)更致密。泡沫混凝土抗壓強度通常較低,抗壓破壞通常發(fā)生在含有大量氣孔的水泥基基體中。與普通混凝土相比,使用密度較低的骨料將明顯提高泡沫混凝土抗壓強度。趙維霞等13采用粉煤灰和膨脹珍珠巖雙摻技術(shù),配制出性能穩(wěn)定的泡沫混凝土。結(jié)果表明:摻入粉煤灰和膨脹珍珠巖,可明顯提高混凝土的勻質(zhì)性,減少離析和泌水,獲得勻質(zhì)的混凝土拌合料。當(dāng)水膠比為0. 45時,摻入15%25%的粉煤灰和膨脹珍珠巖,早期強度可提高5%。孫文博等14研究了陶粒摻量、泡沫摻量、水泥

18、摻量、砂率、用水量、粉煤灰摻量對陶粒泡沫混凝土強度的影響,并確定了各組分的最佳摻量。研究結(jié)果表明:陶粒泡沫混凝土在配制時,陶粒摻量、泡沫摻量、砂率都有其最佳值,而增加水泥用量并不能顯著增加該混凝土的強度。從降低陶粒泡沫混凝土的成本出發(fā),應(yīng)以粉煤灰代替部分水泥,且應(yīng)采用超量取代法。袁俊15研究了水泥、粉煤灰、膨脹珍珠巖和發(fā)泡劑的不同用量對屋面材料體積質(zhì)量、抗壓強度、導(dǎo)熱系數(shù)等性能的影響,并用熟石灰作為激發(fā)劑改善屋面材料性能,得出體積質(zhì)量為700 kg/m3級別的泡沫混凝土屋面材料,其28d強度最高可達(dá)3.61MPa,導(dǎo)熱系數(shù)最低至0.15W/(mK,具有較好的使用性能要求;綜合考慮強度和導(dǎo)熱系數(shù)

19、因素,確定合理的配合比為水泥:粉煤灰:膨脹珍珠:工業(yè)熟石灰:減水劑:發(fā)泡劑=475:216:22: 29:2.4:0.4。Remadnia A等16利用粉碎廢棄塑料瓶顆粒為輕骨料取代砂子,制備超輕泡沫混凝土,研究發(fā)現(xiàn)摻加塑料瓶細(xì)顆?？梢愿纳瓢韬臀锏牧鲃有?并且制備的超輕混凝土具有良好的保溫性。俞心剛等17對影響煤矸石泡沫混凝土干表觀密度、抗壓強度的主要因素進行了研究,結(jié)果表明,重慶中梁山煤礦煤矸石的熱活化最佳煅燒溫度為750 ;水料比對干表觀密度有很大影響;隨泡沫劑用量的增加,煤矸石泡沫混凝土流動度下降,干表觀密度降低,抗壓強度顯著下降;煅燒煤矸石的研磨時間對煤矸石泡沫混凝土的干表觀密度和抗壓

20、強度影響很大。蔡安蘭等18以建筑垃圾、普通水泥、廢泡沫塑料(EPS和發(fā)泡劑為原料制備泡沫混凝土,研究了建筑垃圾用量對泡沫混凝土抗壓強度、干表觀密度和導(dǎo)熱系數(shù)等物理性能的影響,結(jié)果表明,采用激發(fā)劑的情況下,建筑垃圾用量達(dá)到70%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù),可以制得干表觀密度為860 kg/m3、28d抗壓強度大于3MPa、導(dǎo)熱系數(shù)小于0.20W/(mK的泡沫混凝土,可作為非承重圍護結(jié)構(gòu)的保溫材料使用。1.4 摻合料泡沫混凝土常使用的活性摻合料有粉煤灰、礦渣粉等。同時,也可在其中加入非活性摻合料,降低生產(chǎn)成本。粉煤灰是一種火山灰質(zhì)活性材料,由于其本身的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和顆粒形狀等特征,在混凝土中摻入粉煤灰可產(chǎn)生粉

21、煤灰效應(yīng),即活性效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)。另外粉煤灰對混凝土內(nèi)部的界面也產(chǎn)生影響,稱為界面效應(yīng)。由于粉煤灰來料方便,有政策優(yōu)惠,所以其在泡沫混凝土材料研發(fā)和工程應(yīng)用中比較廣泛。一般來說,泡沫混凝土的強度會隨粉煤灰摻量增大而不斷下降,其吸水率也會隨摻灰量增加而不斷升高。礦渣是高爐煉鐵過程的熔融物經(jīng)淬冷得到的副產(chǎn)品,屬于第一類礦物摻合料,礦渣粉顆粒表面粗糙,棱角尖銳,需水量較大。礦渣粉對和易性的貢獻不及粉煤灰,但活性比粉煤灰高,在相同摻量時,摻礦渣粉的泡沫混凝土早期強度一般都比單摻粉煤灰的高,流動性變小,但其7d 抗壓強度稍大。在泡沫混凝土中摻入一定量的礦渣微粉,能提高泡沫混凝土的抗壓強度,但過

22、多的摻量反而會降低強度。Kearsley E P19等用粉煤灰大體積取代水泥制備泡沫混凝土,研究結(jié)果表明,粉煤灰最高取代率至67%對泡沫混凝土的抗壓強度沒有明顯的影響,他們得出的結(jié)論是泡沫混凝土的抗壓強度主要受密度影響。Kunhanandan E K等20研究了粉煤灰作為填料與砂子以不同的比例混合摻加時對泡沫混凝土性能的影響,研究發(fā)現(xiàn)泡沫混凝土漿體的稠度主要受粉煤灰替代率影響,而流動性能主要受泡沫體積影響,對于一定密度的泡沫混凝土,用粉煤灰替代砂子有利于提高抗壓強度。方永浩等21研究了粉煤灰對水泥粉煤灰泡沫混凝土的干體積密度和抗壓強度的影響,結(jié)果表明用粉煤灰取代水泥會降低泡沫混凝土的抗壓強度,

23、其影響程度隨混凝土孔隙率的增大而減小。楊久俊等22從粉煤灰中提取厚壁高強微珠并與水泥和自制無機高分子熱聚物發(fā)泡劑預(yù)混合,制成流態(tài)泡沫混凝土,在常溫常壓養(yǎng)護下,600kg級抗壓強度可以達(dá)到57MPa,700kg 級達(dá)到10MPa以上,明顯高于同級別的鋁粉加氣混凝土的強度,8001600kg級達(dá)到承重材料的強度。夏清等23以普通硅酸鹽水泥、粉煤灰為主要原料,配以發(fā)泡劑、膨脹珍珠巖、石灰和硅酸鋁纖維等外加劑,制備了泡沫混凝土質(zhì)輕質(zhì)墻材。采用正交及對比試驗方法研究了原料配合比對輕質(zhì)墻材密度、28 d 抗壓及抗折強度的影響,結(jié)果表明加入1%2%的N發(fā)泡劑,水泥及粉煤灰的摻量在38%50%之間時,輕質(zhì)墻材

24、的各項性能指標(biāo)優(yōu)于國家新墻材標(biāo)準(zhǔn)。陳兵等24研究了硅粉對泡沫混凝土強度的影響,得出了硅粉能顯著提高泡沫混凝土的抗壓強度,且泡沫摻量越大,其增強效果越顯著。喬歡歡等25以普通硅酸鹽水泥為結(jié)合劑,用粉煤灰和硅灰取代砂和部分水泥,研究摻和料種類對泡沫混凝土抗壓強度、吸水率以及抗凍性的影響。結(jié)果表明:泡沫混凝土的性能不僅與孔隙率有關(guān),還與基體材料中摻合料的種類有關(guān)。加入硅灰可引起泡沫混凝土的成型水膠比增加,顯著提高了泡沫混凝土的早期強度,但同時引起吸水率的增加,也不利于抗凍;當(dāng)摻合料為粉煤灰時,提高了泡沫混凝土的抗凍耐久性,當(dāng)將原狀粉煤灰磨細(xì),使泡沫混凝土的后期強度增長較快,并大幅度的降低了吸水率,但

25、對抗凍性影響不大。張喜等26研究了高堿玻璃纖維、磷渣、陶粒、建筑廢棄細(xì)粉對泡沫混凝土的性能影響,得出了4 種不同摻合料的活性從大到小排列為建筑廢棄物細(xì)粉、高堿玻璃纖維、磷渣、陶粒。4種不同摻合料對于泡沫混凝土的表觀密度影響:高堿玻璃纖維降低了泡沫混凝土的表觀密度,其余3種摻合料均增大了表觀密度,增大程度從大到小排列為陶粒、磷渣、建筑廢棄物細(xì)粉。綜合表觀密度和強度評定4種摻合料對泡沫混凝土作用最好的為建筑廢棄物細(xì)粉。1.5 纖維在泡沫混凝土中可用木纖維、竹纖維、聚丙烯纖維、纖維素纖維和尼倫纖維等多種低模量纖維。摻加纖維可以顯著提高泡沫混凝土的劈裂抗拉強度,并且干縮率也明顯下降。陳兵等24研究了聚

26、丙烯纖維對泡沫混凝土性能的影響,結(jié)果表明采用摻加微硅粉和聚丙烯纖維技術(shù),可以制備表觀密度在800 1500 kg/m3,而抗壓強度達(dá)到10 50MPa的結(jié)構(gòu)用泡沫混凝土;微硅粉的摻入對于泡沫混凝土早期抗壓強度發(fā)展具有較大貢獻,而粉煤灰的摻入對于泡沫混凝土長期抗壓強度的獲得具有貢獻。泡沫混凝土抗壓強度隨泡沫摻量的增大呈近線形減小,對于給定泡沫摻量的泡沫混凝土,微硅粉的摻加能較大幅度地提高其抗壓強度,最高可以達(dá)到25%。聚丙烯纖維能顯著提高泡沫混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度,聚丙烯纖維對泡沫混凝土抗壓強度提高幅度隨泡沫摻量的不同而有較大差異,隨著泡沫摻量的增大,聚丙烯纖維對泡沫混凝土抗壓強度提高幅

27、度增大,最大可以提高45. 0%。因此,對于低抗壓強度的泡沫混凝土,采用摻加聚丙烯纖維是一個有效的增強途徑。泡沫混凝土具有較高的干縮特性,其90 d干縮值達(dá)到(1300 170010-6。對于相同配比的泡沫混凝土,微硅粉的摻入對其干縮性能無明顯影響,而聚丙纖維的摻入對其收縮性能有顯著改善,其90 d 的干縮值僅為(700 110010-6。宋斌等27對摻加粉煤灰、纖維、激發(fā)劑的水泥基泡沫混凝土強度進行了力學(xué)實驗,結(jié)果表明,添加0. 5% 聚丙烯纖維后可使泡沫混凝土的強度提高40% 以上,添加50% 粉煤灰后使強度降低40%,使用化學(xué)激發(fā)劑后,使添加50% 粉煤灰的水泥基泡沫混凝土的強度提高20

28、% 以上。王立久等28以磷酸鎂水泥或堿礦渣水泥作為結(jié)構(gòu)面板,植物纖維泡沫混凝土作為芯材制成的三明治結(jié)構(gòu),來代替現(xiàn)今常用的外墻墻體材料,并對其適用性和經(jīng)濟性進行了分析。1.6 外加劑為滿足泡沫混凝土和易性及某些特殊性能要求,泡沫混凝土中須加入不同種類外加劑。如摻早強劑和速凝劑以加快泡沫混凝土強度發(fā)展;摻憎水劑以降低泡沫混凝土吸水率;摻膨脹劑以減少收縮裂縫等。牛云輝等29以PO32.5水泥、級粉煤灰為主要原料,采用外加劑單因素試驗研究方法和塌模試驗,研究了四種外加劑對泡沫混凝土性能的影響。結(jié)果表明:聚羧酸減水劑最佳摻量為2.5%,速凝劑最佳摻量為3%,PP 纖維最佳摻量為0.4%,穩(wěn)泡劑最佳摻量為

29、0.06%。通過四種外加劑相互耦合,制備的泡沫混凝土能有效解決泡沫混凝土現(xiàn)澆承重墻體時容易出現(xiàn)的塌模、開裂等問題。俞心剛等30以普通硅酸鹽水泥為粘合劑,用煤矸石和粉煤灰部分水泥,研究摻加不同的早強劑對此種泡沫混凝土的強度、吸水率以及孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:早強劑的種類對此這種泡沫混凝土的強度、吸水率以及孔的結(jié)構(gòu)形態(tài)有顯著的影響。張磊蕾等31對內(nèi)摻憎水劑F、內(nèi)摻有機硅和表面刷涂有機硅等3種降低吸水率的方法進行了試驗研究。結(jié)果表明,摻憎水劑F 可顯著降低泡沫混凝土的吸水率,內(nèi)摻有機硅改善吸水性能的效果次之,刷涂有機硅的效果較差。管文32通過聚羧酸減水劑、三聚氰胺減水劑和萘系減水劑在泡沫混凝土中應(yīng)用

30、效果的比較表明,萘系減水劑的綜合效果最好。萘系減水劑可提高水泥的分散性及泡沫混凝土的7 d 和28 d 抗壓強度,摻加萘系減水劑后泡沫混凝土的自然干燥收縮率降低,同時質(zhì)量吸水率和體積吸水率都呈下降趨勢。張磊蕾等33研究了乙烯-醋酸乙烯酯聚合物乳液(簡稱EV A乳液對泡沫混凝土力學(xué)性能、收縮性能和孔結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明:EV A乳液能顯著提高泡沫混凝土的抗折強度,使抗壓強度先提高后降低; EV A乳液摻量越大,齡期越長,改善泡沫混凝土收縮的效果越好;隨EV A乳液摻量的增加, 100m內(nèi)小孔數(shù)量逐漸減少,100200m氣孔數(shù)量逐漸增加,400m以上大孔數(shù)量逐漸增加,孔徑呈增大趨勢。袁偉等34研究

31、了外摻HPMC(纖維素醚對泡沫混凝土性能的影響。結(jié)果表明,HPMC的加入能顯著提高新拌泡沫混凝土漿體的保水率,對硬化泡沫混凝土的失水速率有一定影響;其次,HPMC的加入能有效改善新拌泡沫混凝土的保坍性,同時提高其對溫度變化的適應(yīng)能力;另外,摻加HPMC的硬化泡沫混凝土試件抗壓強度顯著降低, 28d 抗壓強度僅為未摻HPMC試件的80%左右,但在自然養(yǎng)護條件下,摻HPMC試件的強度隨HPMC的增加而有所提升。2 制備方法2.1 制備工藝泡沫的穩(wěn)定性對泡沫混凝土的性能、質(zhì)量、成品率、合格率等起決定性作用,因而要獲得優(yōu)質(zhì)泡沫混凝土,必須選用能生產(chǎn)穩(wěn)定性泡沫的發(fā)泡劑。大小分布不均的泡沫容易破裂,即泡沫

32、泡徑分布均勻有利于泡沫穩(wěn)定;泡徑越大,澆筑穩(wěn)定性越差,且泡沫混凝土強度越低;此外,泡徑越大,泡沫混凝土連通孔越多,保溫性也越差,且吸水率增高,導(dǎo)致抗凍性變差。泡沫混凝土的生產(chǎn)分為預(yù)先制泡法和混合制泡法。混合制泡法是把表面活性劑與基料混在一起,在料漿制備的過程中,同時產(chǎn)生泡沫而形成泡狀結(jié)構(gòu)的混凝土;混合制泡法所需泡沫須堅韌穩(wěn)定以承受料漿的壓力,直到料漿初凝,以形成孔隙中充滿氣體的結(jié)實骨架。預(yù)先制泡法包括基料的制備和穩(wěn)定泡沫的預(yù)制,然后將泡沫融入基料中;預(yù)先制泡法生產(chǎn)的泡沫分為濕泡沫和干泡沫兩種,泡沫穩(wěn)定性主要受臨近界面壓力的影響,其發(fā)泡劑用量較混合制泡法少。在泡沫混凝土澆灌入模硬化后,可觀察到明

33、顯沉陷和坍陷現(xiàn)象。一般而言,用濕養(yǎng)護的泡沫混凝土的后期強度較用空氣養(yǎng)護的高,較高溫度(如40 濕養(yǎng)護條件下制品后期強度較普通濕養(yǎng)護條件下高,且濕養(yǎng)護的成本較低。因此,盡管濕養(yǎng)護條件下混凝土制品的早期強度增長較為緩慢,但在實際應(yīng)用中濕養(yǎng)護已被廣泛接受。高壓蒸汽養(yǎng)護對提高泡沫混凝土制品強度及降低干縮非常有利,如采用高壓蒸汽養(yǎng)護的制品干縮較濕養(yǎng)護下降12%50%。國外的泡沫混凝土生產(chǎn)大部分采用現(xiàn)代化的蒸壓工藝,自動化程度高,產(chǎn)品質(zhì)量好。2.2 發(fā)泡方法按照氣泡產(chǎn)生的機理不同,我們可以把氣泡分為化學(xué)發(fā)泡氣泡和機械發(fā)泡氣泡?；瘜W(xué)發(fā)泡特點就是物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng), 產(chǎn)生了新的氣體物質(zhì),所發(fā)出的氣泡中的氣體為

34、單一類型氣體,例如由雙氧水受熱產(chǎn)生的氣體為純氧氣,由鋁粉反應(yīng)產(chǎn)生的氣體為純氫氣,此外化學(xué)發(fā)泡還有一個重要特征就是氣泡本身無泡壁,氣泡的穩(wěn)定存在必須借助以水泥等材料的水化物為穩(wěn)泡基材(如圖1a ,氣泡的泡徑大小會隨著壓力的不同和發(fā)泡物質(zhì)的多少而不斷地變化,很難控制,但一般我們視這種氣泡為閉孔結(jié)構(gòu),具備高防滲性能, 加氣混凝土中的氣泡就是采用化學(xué)發(fā)泡而制得。 機械發(fā)泡的特點就是利用機械充分?jǐn)嚢杌蛘呒羟信菽炷翆Ｓ玫谋砻婊钚詣┗虮砻婊钚晕镔|(zhì)的水溶液,它是一種物理作用,不產(chǎn)生新的物質(zhì),氣泡是由于在機械的作用下,利用表面活性物質(zhì)或者表面活性劑的特殊性能來包裹空氣, 氣泡中的氣體就是空氣,氣泡的泡壁是由

35、一種或者多種表面活性劑或者表面活性物質(zhì)和水的一種穩(wěn)定的雙電子層結(jié)構(gòu)(如圖1b ,氣泡的泡徑大小可以按照某種方法去控制,一般情況可以控制泡徑在0.1 mm 左右,非常均勻和穩(wěn)定,氣泡結(jié)構(gòu)是否開孔或閉孔,是與表面活性劑和表面活性物分子微觀質(zhì)結(jié)構(gòu)和使用方法有直接的關(guān)系。泡沫混凝土制品就是采用機械發(fā)泡所發(fā)出泡沫與混凝土漿料攪拌、成型和養(yǎng)護而制成的。泡沫混凝土中所使用的泡沫是由專用的表面活性劑或表面活性物質(zhì)溶液在機械的攪拌或剪切作用下包裹空氣而成型的。表面活性劑和表面活性物質(zhì)的微觀分子結(jié)構(gòu)由性質(zhì)截然不同的兩部分組成,一部分是與油有親和性的憎水基,另一部分是與水有親和性的親水基。因為具備這種結(jié)構(gòu)特點,表面

36、活性劑和表面活性物溶解于水中后,親水基受到水分子的吸引,而親油基則受到水分子的排斥。為了克服這樣的不穩(wěn)定狀態(tài),表面活性劑或者表面活性物只有占據(jù)到溶液的表面,親油基伸向氣相中,親水基深入到水中。理想狀態(tài)下,表面活性物質(zhì)和表面活性劑在油水界面的排列微觀示意圖。單個的氣泡是由穩(wěn)定的雙電子層結(jié)構(gòu)包裹空氣而形成的。扈士凱等35對泡沫自身的容重、摻量、孔徑分布等因素對泡沫混凝土性能的影響進行研究,結(jié)果表明:泡沫容重對泡沫混凝土的強度等性能有很大的影響,泡沫容重在70g/L90g/L 時最為合適;隨著泡沫摻量的增加,泡沫混凝土的干表觀密度及強度逐步降低;泡沫孔徑分布不均勻,對泡沫混凝土的力學(xué)性能有負(fù)面影響。

37、李清等36研究了HPMC 穩(wěn)泡劑對泡沫混凝土泡沫穩(wěn)定性、坍落度、體積穩(wěn)定性、密度、強度等性能的影響,結(jié)果顯示HPMC 穩(wěn)泡劑有效穩(wěn)定泡沫、改善泡沫混凝土性能,并以此為基礎(chǔ)獲得了泡沫混凝土的相對最優(yōu)配方。李書進等37研究了2 種不同穩(wěn)泡劑對粉煤灰泡沫混凝土發(fā)泡倍數(shù)和泡沫穩(wěn)定時間的影響,得出摻入十二烷基苯磺酸鈉和阿拉伯樹膠均可提高發(fā)泡倍數(shù),在摻量為00.8%范圍內(nèi),隨著摻量的增加發(fā)泡倍數(shù)有提高的趨勢。兩種穩(wěn)泡劑可同時提高泡沫的穩(wěn)定性,且摻量相同的條件下,阿拉伯樹膠的改性作用更加顯著。3 泡沫混凝土的性能3.1 強度Ashby 和Gibson 根據(jù)孔壁彎曲機制,通過量綱相似分析的方法,對各向同性多孔

38、材料,建立了圖2 所示的立方體模型。圖2中l(wèi) 表示立方體的邊長,t 表示棱邊的尺寸,t s 表示閉(a (b 圖1 化學(xué)制泡、機械制泡氣泡微觀示意圖口胞面的厚度。模型的建立是以多孔材料為各向同性為前提。對于閉孔材料,壓縮模量來自3個部分的貢獻:第1部分為棱邊的彎曲,與開孔泡沫相同;第2部分來源于膜(氣孔壁的拉伸,棱邊的彎曲引起氣孔壁發(fā)生形變;第3 部分為閉孔的內(nèi)部氣體壓力。泡沫混凝土的抗壓強度的模型可采用Gibson-Ashby 模型中的脆性多孔材料的抗壓強度模型,式(1適用于開口孔穴的多孔材料,式(2適用于閉口孔穴的多孔材料。crfs0.2 s 2/3 (1 crfs0.2 s 2/3+ 1

39、 s (2 式中,cr 為抗壓強度,Pa ;fs 為孔壁斷裂強度,Pa ;為孔棱中的材料分?jǐn)?shù);* 為材料的表觀密度,kg/m 3;s 為材料的實際密度,kg/m 3。而泡沫混凝土氣孔絕大多數(shù)是閉孔結(jié) 構(gòu),除非有特殊的設(shè)計要求。所以式(2適用于泡沫混凝土。周順鄂等38制備了一系列的泡沫混凝土,對泡沫混凝土的壓縮力學(xué)性能進行了測試,研究了泡沫混凝土壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征,分析了影響泡沫混凝土壓縮性能的相關(guān)因素,并運用Gibson-Ashby 模型對抗壓強度進行了模擬,通過擬合得出了抗壓強度與相對密度的方程,確定了表征孔棱材料分?jǐn)?shù)和孔壁斷裂強度的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。研究表明,泡沫混凝土壓縮過程分為4 個

40、階段,即平臺階段、密實階段、屈服階段和衰退階段,其壓縮力學(xué)性能受到基體材料、容重和氣孔形態(tài)及分布等因素的影響;Gibbson-Ashby 模型擬合的結(jié)果具有較高的合理性,對分析泡沫混凝土微觀結(jié)構(gòu)力學(xué)性能有較大的幫助。李龍珠等39采用正交試驗法研究泡沫混凝土的制備工藝對其強度性能的影響,研究結(jié)果表明:在泡沫加入量、水灰比和養(yǎng)護條件三因素中,影響泡沫混凝土抗壓強度的主要因素為泡沫加入量,較優(yōu)的組合7d 和28 d 抗壓強度分別達(dá)到0.7MPa 和1.4MPa 。泡沫混凝土的強度隨著泡沫加入量的增加而降低,水灰比在較適宜的范圍內(nèi)對強度的影響不大,考慮到經(jīng)濟條件及可行性養(yǎng)護條件宜采取自然養(yǎng)護。王武祥4

41、0研究了泡沫混凝土絕干密度與抗壓強度之間的關(guān)系,研究表明,在組成、配比和制備工藝相同時,泡沫混凝土抗壓強度與絕干密度之間具有良好的相關(guān)性。通過控制泡沫混凝土濕密度,進而控制絕干密度,可達(dá)到控制抗壓強度的目的。泡沫混凝土配合比設(shè)計可依據(jù)固定原材料重量法和固體混合料體積法進行。即控制單位體積泡沫混凝土漿體中固體組分量和固體組分比例優(yōu)化。在組成、配比和制備工藝相同的前提下,泡沫混凝土抗壓強度與絕干密度之間具有良好的相關(guān)性。通過檢測泡沫混凝土濕密度,進而控制泡沫混凝土絕干密度,從而達(dá)到控制泡沫混凝土抗壓強度的目的。在水泥粉煤灰泡沫水原料體系泡沫混凝土中,摻加適量粉煤灰將有助于提高泡沫混凝土抗壓強度,提

42、高抗裂性,同圖2 Gibson-Ashby 模型時可降低生產(chǎn)成本。方永浩等21研究了粉煤灰和泡沫摻量對水泥粉煤灰泡沫混凝土的干體積密度和抗壓強度的影響,用讀數(shù)顯微鏡和圖像分析軟件分析了泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu),重點研究了泡沫混凝土的抗壓強度與氣孔結(jié)構(gòu)關(guān)系。結(jié)果表明用粉煤灰取代水泥會降低泡沫混凝土的抗壓強度,但其影響程度隨混凝土氣孔率的增大而減小:當(dāng)粉煤灰取代率20%(質(zhì)在不同水灰比和孔隙率條件下的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能進行試驗研究,結(jié)果表明,泡沫混凝土抗壓強度隨著孔隙率的增大而降低,隨水灰比的增大先升高后降低,當(dāng)水灰比在0.28左右時,抗壓強度最高;臨界應(yīng)變值沒有呈現(xiàn)出隨水灰比和孔隙率的明顯變化規(guī)律,其值

43、只取決于材料本身的本構(gòu)關(guān)系;填充泡沫之后,混凝土整體破碎至失效的應(yīng)變范圍明顯加大,且隨著孔隙率的增加,應(yīng)變范圍隨之增加,能量吸收能力隨之增強。韓珀等42研究了PP和PV A纖維對3個密度等級的泡沫混凝土抗壓、抗彎性能的影響;同時還研發(fā)了纖維水泥板一泡沫混凝土復(fù)合墻體形式,并對其力學(xué)性能進行了測試和保溫節(jié)能特性進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,泡沫混凝土干密度是其抗壓強度的主要控制因素,纖維的摻入可提高抗壓峰值荷載之后的承載能力,但對抗壓強度值影響不大;纖維的摻加不但能大幅提高泡沫混凝土的抗彎強度,同時還使其表現(xiàn)出較好的延性;復(fù)合墻體材料整體抗壓及抗彎強度較泡沫混凝土材料有了大幅提高。與典型的保溫墻體相比

44、,在相同節(jié)能效果下,1000、700和500 kg/m33個密度等級復(fù)合墻體的厚度分別為470mm、350mm和240mm。一一一一一一一一一一一一一一一一一圖3 泡沫混凝土試樣的顯微照片和二值化圖像3.2 收縮開裂在缺乏粗集料的情況下,影響泡沫混凝土收縮的因素與普通混凝土相比可能是不同的。對于有50%的泡沫體積泡沫混凝土,收縮大約為36%,比基本組合更低,泡沫混凝土的收縮是泡沫體積和間接相關(guān)的數(shù)量和收縮糊化特性的一個功能。在低水分含量范圍內(nèi),收縮率大大增加,雖然從相對較大的人造空氣毛孔來除水分不會有助于收縮,人工空隙率可能也不會有助于收縮,但是在某種程度上,通過一些收縮間接影響體積的穩(wěn)定性,

45、這對更高的泡沫體積影響更大。泡沫混凝土的收縮、開裂和吸水是三個密切關(guān)聯(lián)的問題:一般說來,泡沫混凝土由于早期養(yǎng)護不善、保水措施不夠或使用過程中條件比較苛刻,均會引發(fā)其內(nèi)部的水分蒸發(fā),從而導(dǎo)致體積收縮、開裂或發(fā)生顯著的吸水作用。馬一平等43采用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料,可以制備表觀密度達(dá)130kg/m3、28d3.3 孔隙特征方永浩等21研究了泡沫摻量對泡沫混凝土的干體積密度和抗壓強度的影響,用讀數(shù)顯微鏡和圖像分析軟件分析了泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu),得出了泡沫混凝土的抗壓強度與其硬化水泥漿體基體的強度、Feret 孔徑大于10 m 氣孔的體積分?jǐn)?shù)和形狀因子具有良好的相關(guān)性,并指出水泥粉煤灰泡沫混凝土

46、的抗壓強度與氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系可表示為f c=fc,01S i0.35。管文45通過裂縫寬度觀測儀直接觀察泡沫混凝土的氣孔結(jié)構(gòu),分析影響泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)的因素,同時就孔結(jié)構(gòu)對泡沫混凝土抗壓強度和吸水性能的影響進行探討,得出了摻加減水劑能使孔徑更加均勻,摻加纖維素醚后,泡沫混凝土的孔徑更加細(xì)小均勻,與普通硅酸鹽水泥相比,用快硬硫鋁酸鹽水泥配制的泡沫混凝土其孔徑更加細(xì)小均勻。Kearsley E P等46研究了泡沫混凝土孔隙率與抗壓強度之間的關(guān)系,并且提出了它們之間的數(shù)學(xué)模型,試驗發(fā)現(xiàn)泡沫混凝土的抗壓強度主要受孔隙率和齡期的影響。Kunhanandan E K等47研究了孔體積、孔徑及孔間距對泡沫

47、混凝土強度和表觀密度的影響,結(jié)果表明孔徑分布越窄,強度越高;摻入泡沫量越大,泡沫越易合并成大孔隙,從而造成孔徑分布變寬和強度降低,但孔隙形狀對泡沫混凝土的性能沒有影響。Tikalsky P J等48對泡沫混凝土的抗凍融性作了相關(guān)研究,發(fā)現(xiàn)抗壓強度、初始滲透深度、吸收及吸收速率是泡沫混凝土抗凍融性最關(guān)鍵的因素,而表觀密度和滲透性對抗凍融性的影響不是太明顯。Prinya C等49研究了密度等級為1600kg/m3的結(jié)構(gòu)輕質(zhì)泡沫混凝土的干縮性能,試驗發(fā)現(xiàn)乙二醇復(fù)合物可改善泡沫混凝土的干縮,并且用粉煤灰部分代替水泥和砂也能減少干縮。Othuman M A等50通過試驗分析了密度為600kg/m3180

48、0kg/m3的輕質(zhì)泡沫混凝土在高溫下的熱學(xué)性能,提出了測量熱導(dǎo)率的兩種方法:熱防護板測量法和瞬間加熱測試法。3.4 導(dǎo)熱系數(shù)泡沫混凝土因其多孔的特性而具有優(yōu)異的熱工性能。通常導(dǎo)熱系數(shù)在0. 080. 25W/ ( mk之間,具有顯著的保溫隔熱效果。泡沫混凝土由固相和氣相兩相組成,并以固相為連續(xù)相,氣相為分散相。泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)主要取決于固相材料的性質(zhì)、內(nèi)部缺陷、孔洞尺寸、孔洞形狀和相互間連通情況等因素。熱量在泡沫混凝土內(nèi)的熱傳導(dǎo)包括四種機理,即氣體導(dǎo)熱傳遞、氣體對流傳遞、包圍氣體的固體表面之間的輻射換熱以及在固相的導(dǎo)熱傳遞。泡沫混凝土的氣相是降低熱導(dǎo)率的主導(dǎo)因素。描述泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)有許

49、多模型,包括串、并聯(lián)模型,Maxwell-Eucken 模型,Levy 模型和有效介質(zhì)理論模型。其中,Levy 模型誤差較小,可以達(dá)到很高的預(yù)測精度,尤其是當(dāng)泡沫混凝土的氣孔率較大時。下面就Maxwell-Eucken 模型和Levy 模型進行介紹51。Maxwell 模型(圖3表征了沒有相互作用的均一球體無規(guī)則分散在基體中所形成的材料的熱傳導(dǎo)性。該模型只考慮氣孔率一個因素對多相體有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響。并且Maxwell 模型假設(shè)分散在基體中的分散相粒子不互相接觸,這意味著分散相不可能形成熱傳導(dǎo)途徑。Maxwell-Eucken 1:e =121+22 12 v 21+2+ 12 vMaxwel

50、l-Eucken 2:e =121+22 12 1v 21+2+ 12 1v式中:e 為有效導(dǎo)熱系數(shù);1為連續(xù)相導(dǎo)熱系數(shù);2為分散相導(dǎo)熱系數(shù);v 為分散相體積率(氣孔率。 泡沫混凝土制作過程中,泡沫在混入漿體前大體都保持圓球形,但當(dāng)它們混入漿體后,由于不均衡擠壓力的作用,氣泡形狀發(fā)生較大的改變,不規(guī)則性增加。尤其是在漿體下部,由于漿體自重的壓力,氣泡多變成不規(guī)則的多邊扁形?；镜哪Ｐ腿鏜axwell 模型不考慮分散相即氣孔的形狀,所以預(yù)測結(jié)果會跟實際有所差別。Hamilton 和Crosser 考慮了分散相形狀,改進了Maxwell 模型,提出了Hamilton-Crosser 模型,運用該模

51、型可以分析氣孔形狀因素對導(dǎo)熱系數(shù)的影響。Hasselman 等又研究了球形分散相尺寸對材料導(dǎo)熱性能的影響,進一步改進了Maxwell 模型,推導(dǎo)出了Hasselman 模型。通過運用該模型分析,可以得出氣孔尺寸對導(dǎo)熱系數(shù)的影響。Levy 在Maxwell-Eucken 模型的基礎(chǔ)上通過數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出Levy 方程,因此該方程沒有明確的物理意義,這使得解釋方程中參數(shù)的物理意義成為無法解決的問題。Wang 等52通過理論推導(dǎo)證明Levy 模型等效于兩種Maxwell-Eucken 模型的復(fù)合,因此Levy 模型的物理意義可以解釋為在宏觀尺度上相同體積的具有相同導(dǎo)熱系數(shù)的兩種Maxwell 結(jié)構(gòu)的均

52、勻混合,如圖4圖3 Maxwell-Eucken 模型所示。Levy 方程:e =121+22 12 F 21+2+ 12 FF =2G 1+2v 2G 1+2v 28v G 2G = 12 2 1+2 2+122羅云峰等53對蒸壓泡沫混凝土磚與蒸壓加氣混凝土砌塊進行了導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱系數(shù)及隔熱性能的對比試驗,從其內(nèi)部傳熱機理及微觀結(jié)構(gòu)闡述了前者較后者具有更優(yōu)良隔熱性能的原因。 馬保國等54制備了以硫鋁酸鹽水泥為基礎(chǔ)的泡沫混凝土,用光學(xué)數(shù)字顯微鏡和圖像分析軟件(Image .Proplus6.0計算孔徑,并測定了孔隙率,研究了水膠比、發(fā)泡劑摻量及攪拌時間對試樣性能的影響,重點采用正交試驗分析了3

53、個因素對干密度的影響。結(jié)果表明:3個因素對干密度的影響程度大小順序為:發(fā)泡劑摻量攪拌時間水膠比;較好的組合是A3B3C3,試塊干密度為221 kg/m 3抗壓強度為0.23MPa 、吸水率為28%;干密度隨著孔徑的增大而降低,而孔隙率卻恰恰相反;干密度與孔隙率之間呈線性關(guān)系,即0=2317-23P ,隨孔隙率的增大而降低。 3.5 吸水率泡沫混凝土吸水率較高,而吸水率是衡量混凝土耐久性的一項重要技術(shù)指標(biāo)。泡沫混凝土吸水后其保溫效果急劇下降;在低溫寒冷天氣條件下, 則會因凍融而造成強度的降低和結(jié)構(gòu)的破壞,嚴(yán)重影響泡沫混凝土制品的耐久性。泡沫混凝土是由許多大小不等的泡孔和泡孔間壁組成的結(jié)合體。泡孔

54、由泡沫在料漿中形成,并在硬化過程中固定在硬化的水泥漿體中。泡孔間壁系由水泥水化產(chǎn)物、未反應(yīng)的材料顆粒和孔間壁內(nèi)的孔隙組成。泡沫混凝土的孔隙,根據(jù)孔形狀分為封閉孔和開口孔,封閉孔隙不吸水(常溫常壓下,而主要是開口孔隙吸水。開口孔隙主要由兩方面的因素形成:泡沫混凝土凝固硬化過程中,泡沫液膜在重力和表面張力,以及料漿擠壓的雙重作用下產(chǎn)生不均勻擴散, 從而導(dǎo)致封閉的泡沫孔產(chǎn)生缺陷,凝結(jié)后表現(xiàn)為不完整的孔;由于水灰比較大,而在泡孔間壁產(chǎn)生泌水通道。因此泡沫混凝土的吸水率不僅決定于其基體材料的吸水率,也取決于其孔結(jié)構(gòu),包括孔隙率、孔尺寸、孔形狀和孔徑的分布等。(1發(fā)泡劑。在發(fā)泡劑穩(wěn)定的前提下,泡沫質(zhì)量主要

55、決定于發(fā)泡劑的性能,其對制品圖4 Levy 模型吸水率的影響則取決于孔徑尺寸、孔徑均勻程度和泡沫穩(wěn)定時間。一般來說,孔徑尺寸越小,孔徑越均勻,泡沫穩(wěn)定時間越長,則泡沫形成開口孔隙的幾率就越低。(2礦物摻合料。摻加磨細(xì)粉煤灰能降低泡沫混凝土的吸水率,而摻加硅灰則增大泡沫混凝土的吸水率。這可能與硅灰比表面積大,增加體系成型需水量,多余水分在硬化過程中蒸發(fā),增加泡孔間壁開口孔隙的幾率有關(guān)。磨細(xì)粉煤灰顆粒絕大多數(shù)為球形玻璃體,有潤滑作用,摻入泡沫混凝土中可減少水泥漿體的內(nèi)摩擦阻力,大幅度降低需水量,有助于漿體中孔隙的細(xì)化和填充,減少泡孔間壁開口孔隙率。(3水泥種類?？煊擦蜾X酸鹽水泥能降低吸水率。原因在

56、于水泥凝結(jié)時間縮短,漿體稠化速度加快,制品凝結(jié)硬化快,利于泡沫的穩(wěn)定,減少了泡沫合并破裂、形成開口孔隙的幾率。(4憎水劑。P型憎水劑之所以能有效地降低吸水率,主要因為P型憎水劑能同水泥水化產(chǎn)物中的羥基基團形成穩(wěn)固的化學(xué)健,牢固地結(jié)合在泡孔間壁水泥基體孔壁的表面。由于憎水的有機官能團朝向孔壁的外側(cè),使得泡孔間壁水泥基體孔隙的表面獲得一定的憎水性,導(dǎo)致水分難以通過孔隙向制品內(nèi)滲透,為泡沫混凝土帶來了較好的整體憎水效果。P型憎水劑摻量較高時,制品抗壓強度之所以降低,主要是因為P 型憎水劑憎水效果作用較快,在泡沫混凝土28d 養(yǎng)護期內(nèi)較大程度地阻礙了外界水分的進入,水泥水化不完全,從而導(dǎo)致泡沫混凝土抗

57、壓強度降低。3.6 抗火性能泡沫混凝土為具有不燃特性A級保溫材料,被用于建筑外墻保溫隔熱材料時,其抗壓強度會因火場可燃材料的高溫煅燒而有所降低,但其耐火極限能完全滿足建筑防火設(shè)計規(guī)范。泡沫混凝土的抗壓強度在燒灼后下降,密度越大,燒灼后強度的下降程度也越大。對于相同密度的泡沫混凝土試件,灼燒時間不同,其抗壓強度的變化不同。燒灼時間越長,抗壓強度下降的程度越大。泡沫混凝土具有保溫隔熱性的主要原因是內(nèi)部引入了泡沫,從而使其成為一種特殊的多孔性泡沫材料?？捉Y(jié)構(gòu)對抗壓強度也有較大的影響,從而影響泡沫混凝土的抗火性能。把泡沫混凝土試件表面層剝離后,從內(nèi)部的氣孔結(jié)構(gòu)看,試件有許多大小不等的氣孔和氣泡壁組成,

58、氣孔由泡沫在料漿中形成,孔壁由水化產(chǎn)物、未反應(yīng)的材料顆粒和其內(nèi)部孔隙組成。密度不同,氣泡大小、分布不同:密度增大,孔徑減小?？讖叫　饪追忾]、分布均勻,形如蜂窩狀時,灼燒后,結(jié)構(gòu)變化小,抗壓強度值變化不大,能抵抗較大的外力作用,其抗火性能較好;而孔徑大,分布不均勻,氣孔相互貫通時,灼燒后,孔結(jié)構(gòu)易被破壞,很小的外力作用就導(dǎo)致試件表面裂紋,其抗壓強度值較低,抗火性能較低55。楊小芳等56在模擬火災(zāi)條件下,通過測定不同密度、不同煅燒時間、不同含水量的泡沫混凝土和混凝土的抗壓強度值,比較泡沫混凝土和混凝土的耐火極限的變化規(guī)律。結(jié)果表明,在火災(zāi)條件下,泡沫混凝土和混凝土的抗壓強度損失率均隨密度的增大而降低;密度為300kg/m3和800kg/m3。的泡沫混凝土,在800下煅燒20min后,其抗壓強度損失率分別為66.3 和25.5;在同樣的煅燒條土和混凝