物理與化學發泡水泥砌塊的制備及對比研究

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

發泡水泥材料具有保溫隔熱性好、質量輕、強度高、不易燃燒、隔音性能好、使用壽命長、節能環保等優點，在地暖、外墻、自保溫砌塊等方面都發揮著非常重要的作用。此外，由于粉煤灰在發泡水泥材料中的大量使用，使得工業廢渣堆積等問題得到了很好地緩解。可見，發泡水泥材料的發展推動了建筑節能技術的進步，并具有良好的社會、經濟、環境效益。

2 試驗部分

2.1 試驗原料

水 泥：山東某水泥廠生產的 42.5 普通硅酸鹽水泥，其化學組成如表1 所示；

粉煤灰：山東某火電廠 I 級粉煤灰，其化學組成如表2所示；

發泡劑：自主研制，動物蛋白類發泡劑，發泡倍數為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的建筑石膏，其化學組成如表3 所示；

鋁粉：購于山東某建材市場，細度為 400 目。

表1 水泥的化學組成 %

表2 粉煤灰的化學組成 %

表3 建筑石膏化學成分 %

2.2 物理與化學發泡水泥的制備工藝對比

物理發泡：按一定配比稱取水泥、粉煤灰和石膏，采用先獨立發泡，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、室內養護等，具體工藝流程如圖1 所示。

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

圖1 物理發泡水泥生產工藝流程

圖2 化學發泡水泥生產工藝流程

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

2.3 物理與化學發泡水泥的性能比較

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：試驗所取物理發泡與化學發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 物理發泡與化學發泡水泥試樣的性能指標

圖3 物理發泡與化學發泡水泥試樣 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，物理發泡與化學發泡水泥試樣的導熱性能和抗凍性差別明顯。物理發泡水泥試樣的隔熱性能和抗凍性明顯優于化學發泡水泥試樣，其主要原因可能是泡孔結構的差別。物理發泡形成的泡孔均為閉合的孔結構，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 (圖3-a)；而化學發泡是通過料漿中某些組分的化學反應產生氣體，隨著化學產生的氣體的增多，氣泡不可避免的發生膨脹，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，閉合泡孔結構與密實料漿的交替出現使發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生膨脹疊加效應，一定程度上加劇了試樣孔結構的破壞。

3 結論

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

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

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