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泡沫混凝土发展现状与应用述评

2009/12/02 00:00 来源:

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  摘要:泡沫混凝土自1979年开始应用以来,发展迅速,应用范围也不断扩展。它是一种利废、环保、节能、低廉且不具可燃性的新型建筑材料。本文对其所用原材料、制备方法、应用领域的扩展及今后的发展方向进行了综述。

  节能、环保是我国今后经济建设发展的关键环节。由于泡沫混凝土具有质轻、高强、节能、利废、保温、隔热等性能,因而其应用领域从最初的石油工业逐步向建筑、煤炭、交通等行业发展。显然,其应用领域的扩展,离不开泡沫混凝土制备技术的提高。本文围绕泡沫混凝土的制备技术,就其原料和制备工艺进行了论述。

  一、泡沫混凝土的概念及应用领域

  泡沫混凝土,又称发泡水泥,是通过化学或物理的方式根据应用需要将氮气、二氧化碳气、氧气或空气引入混凝土浆体中,经过成型、合理养护,使形成含有大量孔洞并具有一定强度的混凝土制品。泡沫混凝土,按组成胶结材料,可分为水泥泡沫混凝土、菱镁泡沫混凝土、石膏泡沫混凝土、火山灰质胶结材料泡沫混凝土;按所用主要填充料的种类,可分为粉煤灰泡沫混凝土、矿渣泡沫混凝土、秸秆泡沫混凝土等;按密度,一般可分为6个等级,即300KG/M3、400KG/M3、500KG/M3、600KG/M3、700KG/M3、800KG/M3;按使用功能,可分为保温型、保温结构型、结构型;按应用领域可分为房建泡沫混凝土、园林泡沫混凝土、工程泡沫混凝土、工业泡沫混凝土;按养护方式,可分为自然养护泡沫混凝土、蒸汽养护泡沫混凝土、蒸压养护泡沫混凝土。

  气泡的引入使泡沫混凝土具备了质轻、自动流平的优点,其隔热隔音性能也显著提高,并且施工输送更为方便,不但降低了制品成本,而且极大地扩展了水泥制品的应用领域。

  1.石油工业。在地质勘探固体矿床钻探领域,采用低比重水泥浆堵漏,可以减少泵送压力, 有利于泵送至漏失地段,起到防漏堵漏的目的。

  2.煤矿开采。原煤开采完毕,为了防止地面下沉,可用泡沫混凝土回填。

  3.公路、铁路、码头往往都需要修建挡土墙、隔音墙。运用泡沫水泥预制件修建隔音墙,不但可以减低成本,而且效果也会更好。用泡沫水泥对挡土墙进行回填、固土,不仅可以加固挡土墙,而且可以减轻挡土墙的负荷。

  4.低温地板热供暖及内外墙的隔热、保暖隔音材料。粉煤灰水泥发泡材料不能燃烧、质轻、导热系数(0.06W·M-1·K-1)可做到接近聚苯乙烯隔热板的水平(0.06W·M-1·K-1),其强度也远远超过聚苯乙烯隔热板。

  5.修建运动场和田径跑道。使用排水能力强的可渗性泡沫混凝土作为轻质基础,上面覆以人造草皮, 可作为运动场。或者在泡沫混凝土上铺一层0.05M厚的多孔沥青及塑料, 则可作为田径跑道。[Page]

  6.管线回填。随着人们生活质量的提高以及出于安全性的考虑,水、油、气、电、通讯线路都将转入地下,运用泡沫水泥对施工空穴进行适当回填,将会有效地保证管线的安全。

  总之,在一切承重压力允许的领域,如构建房顶边坡、防火墙加固基础等,泡沫水泥都是理想的材料。

  二、泡沫混凝土的原料

  2.1水泥

  水泥是泡沫混凝土的主要原料之一,起粘结作用。不同标号的水泥凝结强度和凝结时间不同,即使同标号的水泥,由于生产厂家不同,其组成也有差异,因此原则上讲,对同一种发泡剂,必须在小试的基础上,才能大规模施工。

  2.2骨料

  骨料,根据用途需要可以是沙子、陶粒、浮石、膨胀珍珠岩等。其中粉煤灰和炼铁矿渣属废物利用,最具应用开发价值。

  2.3发泡剂

  关于发泡剂的概念,严格而言,发泡剂应是起泡剂、稳泡剂、缚水剂等助剂的总称。起泡剂是能够发生化学反应并产生气体的物质。稳泡剂是指具有稳泡作用的表面活性剂,如十二烷基苯磺酸钠、水解蛋白质等。缚水剂等助剂是指那些能够与表面活性剂亲水端通过氢键相互作用,并强烈吸附水分子与气泡表面的物质,如聚丙烯酰胺、阿拉白胶等。

  2.3.1物理发泡与化学发泡

  一般而言,单纯的由一种物质组成的发泡剂,难以制得高性能、低密度的泡沫混凝土。就引入气体的方式来讲,发泡方式可分为两类:物理发泡和化学发泡。物理发泡即是用机械的方法把空气、氮气、氢气、二氧化碳气或氧气引入到由水泥、骨料、稳泡剂和水形成的浆体中使之形成一个亚稳体系。该亚稳体系的稳定时间应大于水泥的初凝时间。化学发泡则是将能够发生化学反应并产生目标气体的物质(起泡剂)与水泥、骨料、稳泡剂、缚水剂和水一起混合均匀,而后浇注成型,控制温度使起泡剂反应产生气泡,其最佳的反应状态是在混合成型期间几乎不反应,而在成型后并在水泥初凝之前逐步反应完毕。由以上分析可见,物理发泡对稳泡剂(生产中也常笼统称为发泡剂)的要求比化学发泡要求高。也就是说,用同样的稳泡剂,采用化学发泡比物理发泡制得的泡沫混凝土的质量要好些。但是,化学发泡对温度、时间的掌握却比较苛刻。

  2.3.2发泡剂研究进展[Page]

  早期使用的水泥发泡剂比较单一,如松香皂、十二烷基苯磺酸钠等(实属稳泡剂)。在用机械引入气体的情况下,它们的发泡倍数虽然高,但稳泡性差,难以制得1G/CM3以下的泡沫混凝土。后期使用蛋白质型发泡剂(由动物踢角、血、毛发水解而得),虽然发泡倍数不如前者,但由于其兼有稳泡、缚水功能,因而使泡沫在水泥浆中的稳定时间较长,制得泡沫混凝土也较好。当今人们使用的水泥发泡剂,大都是依据物理化学原理经复配而成的产品,如CON-A型泡沫剂、CCW-95型固体泡沫剂、U型发泡剂、HJ-3型磺酸盐系列微泡剂、日本产蛋白质型发泡剂ESCORT K和青海3%型发泡剂等。

  三、泡沫混凝土的制备工艺

  3.1 化学发泡工艺

  化学发泡工艺所用机械比较简单。由于水泥浆在浇注后、初凝前起泡剂继续产生气泡,因而具有膨胀作用,故化学发泡工艺多用于充填、堵漏、加固等场合,也可用于预制板领域。


(中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处)

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