压力和气泡大小的分布 泡沫在不同压力下稳定性不同, 一般是压力越大, 泡沫越稳定。这是因为泡沫质量一定时, 压力越大, 泡沫半径越小; 膜的面积越大, 液膜变得越薄, 排液速度越低。排液半衰期T1/ 2与气泡直径d 的关系为: T1/ 2 = 580ηh/ pgd2Vtf (式中:η为液相粘度, h 为泡沫柱最初高度,ρ为液相密度, Vtf为泡沫最初液体分数, g 为重力加速度) 。因为气泡大小不均匀, 此式只能定性地说明某些变量之间的关系。也有人认为, 泡沫稳定性与压力的关系是气相中非凝析成分随压力增高而增加的结果。Monsalve从理论上阐明, 单位时间内泡沫泡数的减少与最初气泡大小分布频率有关。气泡分布越窄、越均匀, 泡沫越稳定。因此, 要获得稳定泡沫, 应尽量使泡沫的气泡半径分布窄一些。
另外, 泡沫最终在混凝土料浆中形成“密孔”, 时间越长, 泡沫破裂的可能性越大。所以,尽快促使发泡混凝土凝结硬化是提高其稳定性的另一途径, 一般可使用早强硅酸盐水泥或添加早强剂来达到目的。
从以上论述可以看出, 影响泡沫稳定性的因素,不仅和其自身的性质有关, 而且也与外界环境有关,只有在实际应用中根据经验和实验选择合适方法来获得稳定泡沫。
4 发泡剂的使用
4. 1 稳泡剂的作用
在发泡剂使用中, 稳泡剂起着不容忽视的作用。发泡剂往往和稳泡剂复配使用。稳泡剂一般为胶类物质。胶类分子在水溶液中, 可使其溶液在流动时产生较大的内部磨擦, 使溶液有较高的粘度。正因为胶使液体的粘度增加, 这便增加了泡沫的液膜粘度, 一则增加液膜表面强度, 另则使液膜二表面膜临近的液体不易排出(因表面粘度大, 表面临近, 液体也不易流动) , 液膜厚度变小的速度较慢, 因而延缓了液膜破裂时间, 增加了泡沫的稳定性。另外, 加入稳泡剂后溶液的起泡高度略小于不加胶时溶液的起泡高度。这主要是因为溶液粘度增加, 增大单位表面积的功也增大, 在做同样功的情况下, 增大的表面积减小, 因而起泡高度减小。
从表2 可以看出, 发泡剂加入稳定泡剂, 其发泡倍数明显降低, 但稳定性却显著提高[3 ] 。
表2 常见稳泡剂的性能
项目 |
十二烷基苯磺酸钠1% |
稳泡剂及浓度 |
尼纳儿 |
动物胶 |
0.5% |
1% |
2% |
1% |
2% |
3% |
发泡倍数 |
19 |
16 |
13 |
21 |
18 |
12 |
1h泌水量/ml |
110 |
80 |
60 |
110 |
90 |
80 |
1h沉陷距/mm |
30 |
20 |
16 |
25 |
18 |
13 |
4. 2 发泡剂掺入混凝土的合理方法
在工业生产中, 发泡剂掺入混凝土的方式不同,对混凝土性能会有较大影响。
泡沫掺入混凝土中, 即在混凝土中形成大量封闭的小孔。而孔结构影响混凝土性能的三个最主要因素是孔的形状、孔隙率和孔径分布。众所周知, 混凝土中气孔的形状越圆滑, 受力越均匀, 越不容易产生应力集中, 对混凝土强度就越有利。随着混凝土孔隙率增加, 混凝土强度降低, 在相同孔隙率下, 平均孔径越小, 混凝土强度越高[5 ] 。另外, 在发泡混凝土中,孔径大于1mm 的孔即属于有害孔, 它对混凝土的力学性能将产生极为不利的影响。因此孔径大于1mm的孔的多少, 对发泡混凝土的力学性能具有很大的影响。所以, 进入混凝土的泡沫要尽量具备高坚韧性、均匀性、分散性和小孔径性, 如何将泡沫制成均等的孔型、孔径非常关键。
在混凝土中掺入泡沫时, 泡沫必然产生大量损失。“为了获得理想的气孔含量或特定的混凝土容重,许多情况下, 需要加入理论计算量的2~3 倍的泡沫[6 ]”。这就涉及到发泡剂的掺入方式。发泡剂的掺入方式有两种[8 ] : 一种是在混凝土拌和物中掺入发泡剂, 使之在搅拌过程中自然发泡; 另一种是在分离的装置中预先把发泡剂制成泡沫, 再掺入混凝土拌和物中。前者在混凝土中的气孔含量具有明显的变化, 难以控制; 后者虽多一道工序, 却可以搅拌出质量相对较高的泡沫。
目前国内制泡技术主要采用高速搅拌机, 即是将发泡剂溶液倒入高速搅拌机中, 然后用搅拌机的高速叶片搅拌发泡剂制取泡沫。国外制取发泡混凝土的泡沫多为压缩空气, 让发泡剂溶液和压缩空气在混合室内混合, 然后在压缩空气作用下, 穿过一个特制的发泡筒, 发泡筒内有的采用磁片,有的采用玻璃球, 有的采用铜网。两种发泡工艺比较, 压缩空气发泡设备比高速搅拌机稍复杂一些。压缩空气发泡, 一方面发泡效率较高, 能将发泡剂溶液完全吹制成泡沫, 通过发泡筒后其泡径均匀; 另一方面可将泡沫直接吹入搅拌好的料浆中, 减少中间环节, 能更好地防止中间环节导致的泡沫破灭。高速搅拌机发泡, 其上下泡径不均, 发完的泡沫须经中间设备倒入搅拌好的料浆中,中间环节会导致部分泡沫破灭[8 ] 。从生成的泡沫质量方面和最终混凝土质量方面考虑, 建议选用第二种方法。
5 结 论
5.1 发泡剂是制备发泡混凝土的关键, 它的好坏直接决定着混凝土的质量。
5.2 泡沫的稳定性取决于多种因素, 为保证泡沫稳定, 发泡剂常和稳泡剂复合配制使用。
5.3vv发泡剂生成的泡沫最终在混凝土中形成的孔形结构会对混凝土性能产生较大影响, 孔径越小, 孔形越圆, 孔分散越均匀, 混凝土的性能越高。为得到均匀、细小的密闭圆孔, 须选择合理的发泡剂掺入法。
5.4 尽快研制出性能良好、价格适宜的发泡剂, 将大大推动我国发泡混凝土的应用。
参 考 文 献
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[ 3 ] 张巨松. 混凝土发泡剂功能的探讨[J ] . 混凝土, 2002 (7) :34~35
[ 4 ] 廖广志, 李立众, 孔繁华, 张思富等. 常规泡沫驱油技术[M] . 石油工业出版社, 1999 年8 月
[ 5 ] 盖广清. 陶粒泡沫混凝土孔结构及其对性能影响的研究[J ] . 硅酸盐建筑制品, 1995 (5) :13~15
[6 ] Von prot , Dr - Lng. H Weight et al. Structural Lightweight Con2 crete with Reduced Density - Light - Aggregate Foamed Concrete Properties of he Hardended Concrete [J ] . Betonwerk + Fertiyteril -Tethnik , HEFT , No3 , 3 , 1980 , 157~166 , No , 4 , 4 1980 ,230~239
[7 ] 盖广清, 肖力光, 殷维河. 材料因素对陶粒泡沫混凝土拌和物和易性影响的探讨[J ] . 吉林建筑工程学院学报, 1999 , (2) :11~14
[ 8 ] 张巨松, 杨合, 曾尤. 国内外混凝土发泡剂及发泡技术分析[J ] .低温建筑技术, 2001 (4) , 66~67