1.1 泡沫混凝土的结构性能
1.1 泡沫混凝土的结构性能
其材料的结构性能同加气混凝土基本相似,是多孔混凝土的一个品种。将发泡剂产生的泡沫混入到含硅、钙质材料和水及外加剂组成的混合浆中拌合,硬质颗粒附着在泡沫外壳,使其形成相互隔开的独立的气泡,混合料中的气孔分布越是均匀、尺寸越小、则混凝土强度越高,其材质性能更好。在常温下 (>IO ℃ ) 多孔材料凝结形成多种所需形体,在蒸汽蒸压养护下硅质、钙质材料产生水热反应后形成胶凝材料,冷却后即成为具有较高强度的多孔轻质材料。
泡沫混凝土具有质轻、保温、隔热、耐火、抗冻性好的建筑节能材料,混合浆在成型时可自流平、自密实 ; 施工和易性好、利于泵送和整平,同其他建筑材料都会有良好的相容性,强度可根据需要调整。其主要性能体现在以下几个方面:
a) 质轻密度小:泡沫混凝土的密度一般为 300kg / m 3 ~ 1200kg / m 3 在建筑材料选用中比常规建材降低自重 30 %左右,可降低结构和基础的重量和造价,对抗震有利;
b) 热工性能好:泡沫混凝土内含有众多独立不贯通细小孔洞,形成良好的热工性能,正常的导热系数在 0 . 08W / (m · K) ~ 0 . 25W / (m · K) 之间,保温隔热隔音效果明显。在我国三北广大地区外墙厚度采用 200mm ~ 250mm 的泡沫混凝土砌块,保温性能相当于 490mm ( 二砖 ) 厚的效果,用于节能墙体和屋面保温层更好。
c) 隔热防火性能好:由于泡沫混凝土属于多孔轻质材料,可用于楼层的向阳隔热层和沿公路一侧的隔音层使用。同时在防火、防水性能方面也具有良好效果,充分利用废弃材料、节省耕地和能源、降低价格。
1.2 发泡剂的性能及其应用
1.2.1发泡剂的品种及性能:用于混凝土的发泡剂种类较多,目前常用的发泡剂主要是各种表面活性剂。现时国内发泡剂主要是松香胶发泡剂、废动物毛发发泡剂、树脂皂类发泡剂、木质素磺酸盐、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂、蛋白质水解物及高分子表面活性剂等。国内发泡剂总体上看功能偏少、稳定性差、制品强度较低。国外如意大利、日本研制的发泡剂多以蛋白质类为主,发泡数量多、稳定性好、产品强度高。近年来国内己开发出一批性能较好的固体树剂和蛋白质泡沫剂,如 CON — A 型泡沫剂、 FP 型固体树指泡沫剂、 U 型发泡剂、 HJ-3 型磺酸盐系列微泡剂等。
发泡剂形成的泡沫质量应具有坚韧性、发泡量、泌水性等指标作为标准。泡沫的坚韧性是指泡沫在空气中在一定的时间内不过早的被破坏;发泡量是泡沫体积增大于发泡剂溶液体积的倍数;泌水量是指泡沫被破坏后所产生发泡剂水溶液的体积。表 1 为常用发泡剂的性能指标。
发泡剂因其分子结构的不对称,能聚集在气 - 液表面上降低表面张力,提高膜的机械强度,因此可在纯静液体中加入发泡剂后,经搅拌、混合、喷射、吹入等机械方法将气体带入就制得所需泡沫。
1.2.2
泡沫性质及稳定性:泡沫的稳定性是极为重要的。不稳定的原因是由于泡沫中液体的析出和气体穿透液膜扩散,其稳定性主要取决于液体析出的速度和液膜的质量,增加溶液的粘度可以解决这一问题。目前国内制泡主要是采用高速搅拌机,利用高速旋转的叶片制作泡沫,叶片上下泡径不匀,泡沫质量与叶片长度、角度、层数、线速度、时间有关。外界环境压力一大则气泡分布窄均匀,泡沫也稳定;泡沫的稳定是随着气温的升高而下降,拌合料如粉煤灰、砂粒形状均匀、表面光洁,这样泡沫本身的特性能较好发挥,不致产生集中,利于泡沫稳定。
1.3 原材料
a) 水泥:泡沫砼是一种大流动性砼,为了能使拌合料在较短时间内凝结,防止产生沉降和泌水,尽快提高砼的早期强度,宜采用高强度等级的早强水泥,以硅酸盐或硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥较好。这几种水泥由于具备了早期强度高、微膨胀、干缩性小的优点,是泡沫砼较好的胶结材料。
b) 粉煤灰:粉煤灰具有掺合料和生成胶凝材料的双重效果,它的颗粒越小则活性越大,制成的泡沫砼强度越高。泡沫砼的干容重取决于孔隙率,粉煤灰的类型和掺量对孔隙率影响不大,一般掺量在 30 %~ 60 %对泡沫砼的孔隙率、抗压强度没有影响,如矿渣细料和粉煤灰的复合使用效果更有利于砼强度的提高,同时若配制较高强度砼时可掺入适量硅灰更好。
c) 石灰和石膏:采用生石灰在水化时能产生较大热量。有利于掺入适量粉煤灰的泡沫砼早期强度的提高,在配合比中随着石灰掺量的增加,泡沫砼的强度也相应提高,其控制用量一般在 10 %— 15 %。石膏在胶结材料中起激发剂的作用,随着石膏掺量的加大,泡沫砼的早期强度会快速增加,当超过一个定值后强度反而会降低,其最佳掺量在 3 %~ 4 %为宜。
d) 轻集料:当需要更轻集料的泡沫砼时可掺入一定量的轻集料,如膨胀珍珠岩、硅石粉、轻质陶粒等;如对重量不要求时可掺一定量的炉渣、浮石、砂等。当选用膨胀珍珠岩作为制作泡沫砼的功能调节剂时,不仅可使砼的浇筑高度增加,保持混合料上下均匀不沉降,而使制品具有良好的吸音效果。
1.4 外加剂
泡沫砼与加气砼基本相似,同样具有干缩性大、吸湿性强的不足。为减少干缩弥补不足采取填加复合外加剂的方法解决。在配制时掺入膨胀剂以减少收缩裂缝;掺入纤维材料以提高抗拉强度;掺适量集料以减少体积收缩;用有机物对其表面进行浸渍,提高表面强度并降低吸水率;掺入粉煤灰可减少水泥用量提高后期强度的增长。
1.5 加工制作工艺
泡沫砼制品的加工生产流程是先将水泥、集料、掺合料、外加剂和水按配合比重量分别计量加入装有泡沫溶液的容器内进行搅拌,拌合均匀后再倒入模板内,低幅震动抹平,养护脱模即可。同时要注意搅拌时间的控制,随着水化时间的延长,泡沫砼的强度呈上升,密度呈下降趋势,最佳时间控制在 90min 为宜。
养护泡沫砼时表面的泡沫破裂是不可避免的,在水平和垂直方向均可出现,但由于表面干燥失水产生的微裂缝可以避免的,构件成型后用铁抹压刮平,待初凝后覆盖塑料布或早期蒸养,防止早期失水过快产生开裂。