四種水泥發泡劑發泡效果評價

蘇海霆,吳奇澤,2,馬倩,徐曼

四種水泥發泡劑發泡效果評價

蘇海霆1,吳奇澤1,2,馬倩1,徐曼1

1. 泰山學院 機械與建筑學院, 山東 泰安 271000 2. 大連理工大學 土木工程學院, 遼寧 大連 116000

發泡水泥保溫板作為近幾年來興起的無機保溫材料，綠色環保，施工簡單，耐火性能高，與建筑同壽命。但國內發泡劑市場魚龍混雜，質量參差不齊，衡量發泡劑性能的標準不完善，因此進行本次實驗選用了工程中應用較廣泛的四種發泡劑，采用普通硅酸鹽水泥作為主要膠凝材料，通過測試發泡水泥保溫板的干密度、開孔情況、抗壓強度和抗折強度性能，對四種常用發泡劑進行評價。結果表明不同類型的發泡劑對試件強度、密度性能指標有較大的影響，其中LG-2258不僅發泡效果明顯，同時還兼具一定的抗壓強度與抗折強度。通過此次研究表明，LG-2258發泡劑具有較高的性價比，實際工程中可以采用水泥：水：發泡劑為1:0.2:0.06來制備發泡水泥試件。

發泡水泥; 性能對比; 強度; 干密度

發泡水泥板作為理想的建筑保溫材料，導熱系數低，具優良的保溫隔熱性能，屬A級不燃材料，施工方便，成本較低，產品吸水率低且耐火性能優良[1,2]。但其內部特殊的微觀孔結構也導致其強度不足（≤1 MPa），在養護成型后易開裂，對其保溫性能也有一定的影響[3-5]。

目前，國內關于發泡劑性能的研究主要是通過發泡劑的對比，進行發泡劑復配，來提高發泡劑性能，而研究工程應用型發泡劑性能的文獻較少：張文斌等[6]利用制革廢棄物，將其與其他表面活性劑進行復配，得到新型的蛋白質型發泡劑，并測試其發泡性能。研究結果表明這種新型的蛋白質類發泡劑可以制備出性能更優良的泡沫混凝土材料；馬平等[7]將十二烷基酸鈉（SDS）與動物蛋白類發泡劑的性能進行比較，并進行復配以改進發泡劑的性能，研究得出十二烷基酸鈉（SDS）發泡性能較好；李文博[8]通過震蕩法對比了植物型、動物型和復合型三種發泡劑的發泡能力和泡沫穩定性，得出復合型發泡劑發泡能力最好且制備的發泡試件強度較高。本文為進行發泡劑性能的對比，采用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，通過測試試件的干密度、抗折強度以及抗壓強度，進行發泡劑的優選。

1 材料與方法

1.1 原材料

選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥（鞏義市藍科凈水材料有限公司）為主要膠凝材料。發泡劑采用松香酸鈉、K-12、LG-2258、高泡精，化學結構見圖1。使用飲用自來水拌合。

2.2 配合比

在制備發泡水泥保溫板的過程中，用水量以及發泡劑的摻入量都會對發泡水泥的性能產生影響，不僅會使水泥本身強度、和易性等一系列指標產生波動，還是會影響發泡的數量和質量。本次課題采用兩組配合比進行實驗研究，水泥:水:發泡劑分別為1:0.2:0.06與1:0.24:0.12。

2.3 試件制作

將水泥、發泡劑按上述配合比混合后，邊慢速攪拌邊注入水，按一定的速率攪拌1 min左右，使各物料分散均勻，然后快速攪拌直到漿體出現明顯的體積膨脹即停止攪拌。制備的實驗試件尺寸為170 mm*40 mm*40 mm，每組發泡劑分別做3個。在22 ℃，濕度60%的水泥養護箱內養護7 d，干燥后進行測試實驗。

2.5 水泥干密度、抗壓、抗折強度測試

按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》[9]推薦的方法檢測試件的干密度；參考國標GB/T 17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》[10]（ISO法）推薦的水泥膠砂抗壓強度、抗折強度測試方法進行實驗測試。采用控制加載速率的方式進行抗壓強度實驗，加載速率為2 kN/s。荷載傳感器記錄，停止加載時，等待3 s讀數，實驗裝置如圖2；采用液壓加荷的方式進行抗折強度實驗，讀數精度為0.1 MPa，實驗裝置如圖3。

2 結果與討論

2.1 干密度

各組試件的干密度、試件發泡情況對比如圖4、圖5所示。

發泡水泥作為墻體的保溫材料，通常以夾層的形式填充至墻體與面層之間，因此發泡水泥產品要求輕質。由圖6可知加入30 g發泡劑后，松香酸鈉發泡劑對試件的干密度幾乎沒有影響，相比之下，K-12對試件干密度的影響較高；加入60 g發泡劑后，松香酸銨發泡劑對試件的干密度依然幾乎沒有影響，高泡精發泡劑則對試件的干密度影響較大。圖7可清楚的看到氣泡所占的比例，原因為發泡劑使水泥試件內部氣孔增多，試件因此質量下降，密度也隨之降低。從輕質角度來看，上述四種發泡劑中，高泡精與LG-2258發泡劑的發泡倍數較高，試件的密度較小。在實際施工時，可用高泡精或LG-2258發泡劑進行發泡水泥試件的制備。

2.2 截面分析

各組試件截面對比分別為如圖6、圖7所示。

發泡水泥的主要作用時保溫與隔熱，這便要求試件內部具有孔徑較大且多的氣孔結構。通過圖9對比試件截面的發泡情況可知：發泡劑摻量為30 g時，LG-2258發泡劑所制備的水泥試件截面發泡效果明顯，但氣孔較小。而其余三種發泡劑截面并未出現明顯的發泡情況；發泡劑摻量為60g時，高泡精與LG-2258發泡劑所制備的水泥試件截面發泡效果明顯，但高泡精所制備的水泥試件截面氣泡孔徑較小，在承受荷載時，容易引起應力集中，影響承載力，不適合在實際工程應用；LG-2258發泡劑所制備的水泥試件氣泡孔徑較大，有利于試件的保溫、隔熱。在制備發泡水泥試件時，可選用LG-2258發泡劑，通過調節發泡劑的加入量，使水泥試件具備保溫與隔熱功能。

2.3 力學性能

各組試件的抗壓強度對比如圖8所示，各組試件的抗折強度對比如圖9所示。

由圖10、圖11可知，不同類型的發泡劑對水泥試件的抗壓強度和抗折強度影響不同。發泡劑加入量為30 g時，松香酸鈉的加入使水泥試件的抗壓強度影響較??；LG-2258發泡劑對水泥試件的抗折強度影響最小。發泡劑加入量為60 g時，K-12的加入使水泥試件的抗折強度影響最大；LG-2258發泡劑對水泥試件的抗壓強度影響最。雖然發泡水泥僅作為墻體保溫材料，國內對強度并沒有提出標準，但發泡水泥脆性大，易破損，施工現場損耗大，這就要求發泡水泥必須具備一定的強度指標，在方便施工同時還可以祈禱延長建筑物壽命的作用。LG-2258發泡劑所制備的水泥試件具有較高的抗壓強度與抗折強度，有利于現場的制作與施工。

3 結 論

本次實驗以加入發泡劑的種類作為單一變量，通過測定試件的干密度、抗壓強度、抗折強度，與純水泥試件的相關性能對比并比較，進行發泡劑的優選。上述四種發泡劑中，K-12與松香酸鈉發泡劑所制備的水泥試件截面并未出現明顯的發泡形況，相比之下，高泡精與LG-2258發泡劑的發泡倍數明顯。高泡精所制備的水泥試件截面氣泡孔徑均較??；LG-2258發泡劑當加摻入量為30 g時，所制備的水泥試件截面氣泡孔徑較小，當摻入量為60 g時所制備的水泥試件截面氣孔較大。綜合試件截面的發泡情況以及其他物理指標，LG-2258發泡劑發泡效果明顯，氣泡孔徑易于控制，且制備的試件力學性能較高，在上述四種發泡劑中性能較優。

[1] 侯彥葉,李冬梅.我國發泡水泥保溫板的研究現狀[J].四川化工,2014(2):16-18

[2] 馬愛國,孔國華.發泡水泥保溫板的應用及其施工要點分析[J].江蘇科技信息,2015(25):65-66

[3] 張萌,田清波,徐麗娜,等.發泡水泥的研究現狀及展望[J].硅酸鹽通報,2014(10):2547-2551

[4] 李小剛.復合發泡劑在發泡過程中的協同作用機制研究[D].北京:北京化工大學,2018

[5] 竺萬發.松香膠發泡劑制備泡沫混凝土保溫材料的試驗研究[D].武漢:湖北工業大學,2012

[6] 張文斌.蛋白質型水泥發泡劑的制備及其應用[D].大連:大連工業大學,2016

[7] 馬平.泡沫混凝土發泡劑性能研究[D].西安:西安建筑科技大學,2016

[8] 李文博.泡沫混凝土發泡劑性能及其泡沫穩定改性研究[D].大連:大連理工大學,2009

[9] 李秀.發泡劑的制備與泡沫混凝土的性能研究[D].沈陽:沈陽建筑大學,2015

[10] 韓世誠,張聰,華淵.混雜纖維增強應變硬化水泥基復合材料(HyFRSHCC)的力學性能[J].硅酸鹽通報,2019,38(1):77-82,87

Evaluation of Foaming Effect of Four Cement Foaming Agents

SU Hai-ting1, WU Qi-ze1,2, MA Qian1, XU Man1

1.271000,2.116000,

Foamed cement insulation board, as an inorganic insulation material rising in recent years, is green, environment-friendly, simple to construct, high in fire resistance, and has the same service life as buildings. However, no relevant documents have been issued on the preparation of foamed cement boards in China so far, which has hindered the further development of foamed cement boards to a certain extent. In this project, ordinary Portland cement is used as the main cementing material, and four foaming agents are compared by testing the effects of dry density, opening situation, compressive strength and flexural strength of foamed cement insulation board. The results show that different types of foaming agents have different effects on the strength and density of the specimens. LG-2258 not only has obvious foaming effect, but also has certain compressive strength and flexural strength. The research shows that LG-2258 foaming agent has high cost performance, and LG-2258 foaming agent can be used in actual projects to save costs.

Foaming cement;performance comparison strength; dry density

TQ172.1+1

A

1000-2324(2020)03-0559-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.036

2018-11-24

2019-01-25

山東省自然基金聯合專項(ZR2018LE017);泰山學院引進人才科研啟動基金(Y012018008);泰山學院青年教師科研基金(QN-01-201803);泰安市科技發展計劃(2017GX007)

蘇海霆(1988-),男,博士,講師,主要研究方向:保溫發泡水泥板,高速鐵路梁軌相互作用. E-mail:suhaiting1988@gmail.com