小議高性能泡沫混凝土

時(shí)間：2020-07-16 來源：河津市恒藝環(huán)保建材有限公司

1  引言

    混凝土技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了干硬性混凝土、流態(tài)混凝土、高性能混凝土等階段。高性能混凝土是1990年以來發(fā)展起來的一種新型的高技術(shù)混凝土，伴隨著******減水劑（超塑化劑）、其他各種功能外加劑、纖維一級(jí)高性能礦物摻和料的使用，使得混凝土擁有良好地工作性、力學(xué)性能以及耐久性，這種新型混凝土成為高性能混凝土（high performance concrete），簡(jiǎn)稱HPC.

    作為特種混凝土之一的泡沫混凝土?xí)r一種通過向水泥（砂）漿中摻入預(yù)制出的水膜性泡沫而引入大量氣孔、經(jīng)過硬化得到的一種多空輕質(zhì)混凝土。這種輕質(zhì)混凝土的干密度通常在150kg/m3~1500kg/m3，具有很好的保溫節(jié)能性能。目前國(guó)內(nèi)泡沫混凝土的發(fā)展還處于初級(jí)階段，工程中使用的泡沫混凝土都是簡(jiǎn)單的水泥、水、集料（酌情加入）和泡沫的簡(jiǎn)單混合，生產(chǎn)技術(shù)水平類似于幾十年前的普通混凝土，很少摻入現(xiàn)代混凝土中廣泛應(yīng)用的******減水劑和高性能礦物摻合料等其他各種添加劑，因此得到的泡沫混凝土性能很差，嚴(yán)重影響了泡沫混凝土的聲譽(yù)，使人們誤認(rèn)為泡沫混凝土只能達(dá)到如此低的力學(xué)性能，阻礙了泡沫混凝土的推官應(yīng)用。因此，基于高性能混凝土的特點(diǎn)，應(yīng)該將高性能混凝土的制備技術(shù)引入到泡沫混凝土的生產(chǎn)中，提出高性能泡沫混凝土的概念。

2  高性能泡沫混凝土的組成

    高性能泡沫混凝土應(yīng)該是在大幅度提高普通普通泡沫混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作混凝土，影響對(duì)具有較高的耐久性、工作性、實(shí)用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。但作為一種特殊的混凝土，高性能泡沫混凝土除了符合普通混凝土的一般規(guī)律外，還具有一些自身的特點(diǎn)，其組成材料應(yīng)達(dá)到以下技術(shù)要求。

2.1水泥

    各種水泥都能用來制備泡沫混凝土，由于泡沫混凝土摻入了大量的泡沫，延緩了水泥水化過程，推薦使用凝結(jié)時(shí)間較快的硫鋁酸鹽水泥、高鋁水泥、早強(qiáng)型硅酸鹽水泥、菱鎂水泥、石膏等，但考慮到耐久性，制備高性能泡沫混凝土的水泥還是應(yīng)該選擇普通硅酸鹽水泥，尤其是應(yīng)用于墻體等重要部位時(shí)。

2.2泡沫劑

    泡沫劑是制備泡沫混凝土的重要的組分，是決定泡沫混凝土性能的關(guān)鍵組分，影響著泡沫混凝土的孔徑大小、均一性、炮孔封閉性等指標(biāo)，***終影響到泡沫混凝土的力學(xué)性能和耐久性。因此，選擇合適的泡沫劑就成為制備高性能泡沫混凝土的關(guān)鍵步驟。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，高性能的泡沫應(yīng)該在滿足制備泡沫混凝土所需的穩(wěn)定、均一、細(xì)小等特點(diǎn)的要求后，其單位體積所含的有機(jī)物（表面活性物）越小越好，泡沫劑變成泡沫，其中所含大量表面活性劑摻入水泥漿后是影響水泥變化的，會(huì)降低材料力學(xué)性能，泡沫越穩(wěn)定，在大部分情況下，其單位體積表面活性物質(zhì)含量必定越多，水泥收到的影響越大，這對(duì)于泡沫混凝土的強(qiáng)度等指標(biāo)是不利的。高穩(wěn)定的泡沫其穩(wěn)定性非常好，泡沫細(xì)膩微小，但是支撐氣泡沫穩(wěn)定的是單位體積含有大量的表面活性物質(zhì)，當(dāng)摻入到水泥時(shí)，多余的表面活性劑必然對(duì)水泥水化造成負(fù)面影響，但反過來講，穩(wěn)定性很差的泡沫可能剛混到水泥（砂）漿后，就大量破損，也不適合用來制備高性泡沫混凝土。經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究，我們認(rèn)為良好的泡沫劑應(yīng)具備用量少、發(fā)泡倍數(shù)高（即技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好）、穩(wěn)定性事宜（至少能支撐到漿體凝結(jié)）、閉孔率高、吸水性低、不影響強(qiáng)度等特點(diǎn)，評(píng)價(jià)泡沫劑優(yōu)良的決定性因素不是泡沫穩(wěn)定性，而是泡沫料漿的穩(wěn)定性及其硬化厚的性能。就以北京亞設(shè)YS-901發(fā)泡劑為例在空氣中泡沫穩(wěn)定性半消時(shí)間在120分鐘左右，可以說沒有任何優(yōu)勢(shì)可言，可加入漿體中穩(wěn)定性非常好在生產(chǎn)密度為300kg/m3泡沫混凝土沒有任何塌陷。

2.3外加劑

    以******減水劑為代表的各種外添加劑的應(yīng)用是現(xiàn)代高性能混凝土的標(biāo)志之一，同樣高性能泡沫混凝土的特點(diǎn)之一也應(yīng)該是低水膠比，******減水劑等各種外加劑是制備高性能泡沫混凝土的必要組成分。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)泡沫混凝土?xí)r大量使用******減水劑等外加劑的情況還不普遍，攪拌水泥（砂）漿時(shí)，使用的水泥膠比普遍在0.5左右，甚至更高。有別于其他混凝土，泡沫混凝土制備時(shí)摻入的泡沫式水膜性的，其組成除了表面活性劑、空氣外，就是大量的水分，因此算上泡沫里含有的水（因?yàn)榕菽?**終要破掉變成水），泡沫混凝土的水膠比普遍在0.6以上，在大量空氣和水分引入后，泡沫混凝土的力學(xué)性能很低，所以制備高性能泡沫混凝土需要在******減水劑的幫助下，大幅度降低攪拌水泥（砂）漿時(shí)的水膠比，在實(shí)驗(yàn)室使用新型的聚羧酸鹽減水劑時(shí)，水膠比可以降低到0.2左右，可以極大地提高基材的強(qiáng)度。

    除了減水劑之外，高性能泡沫混凝土使用的其他常用外加劑（如憎水劑、調(diào)凝劑、早強(qiáng)劑等）也都是生產(chǎn)高性能泡沫混凝土的必要組分。

2.4高性能摻合料

    不同于普通混凝土，在引入摻和料時(shí)必須要考慮其與泡沫的相容性，一般生產(chǎn)泡沫混凝土使用的摻和料應(yīng)具備以下特點(diǎn)：一是細(xì)密度越細(xì)越好，這樣對(duì)泡沫的包裹性越好；二是摻和料的吸水性不宜過大，否則會(huì)吸收泡沫中的水分，造成破泡。因此，像磨細(xì)礦渣、高等級(jí)的超細(xì)粉煤灰、硅灰等都適合用來制備高性能泡沫混凝土，而諸如鋼渣等活性較低、顆粒形貌粗糙、密度較大、有一定吸水性的摻和料可能不適合摻入到高性能泡沫混凝土中。摻入粉煤灰等摻和料，還可以改善漿料的和易性，降低成本降低泡沫混凝土的收縮開裂性，但摻量不宜過大，同時(shí)需要保證一定的養(yǎng)護(hù)齡期。

2.5集料

    泡沫混凝土一般不會(huì)使用石子類的集粗料，考慮到對(duì)泡沫的包裹性，其使用的集料一般是粒徑較小的細(xì)砂，一般泡沫混凝土的干密度在500kg/m3~700kg/m3以上是就需要摻入細(xì)沙。有時(shí)會(huì)使用如陶粒、沸石、微珠等輕集料，使其與要制備的漿料密度接近，可有效防止集料的沉降。

2.6纖維

    泡沫混凝土屬于多空混凝土的一種，其收縮較大，尤其是不加集料較低干密度級(jí)別的泡沫混凝土，收縮值就更值得重視。因此，纖維的種類很多，可根據(jù)泡沫混凝凝土的不同干密度級(jí)別及應(yīng)用領(lǐng)域而定。

3   高性能泡沫混土的性能

    采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制備泡沫混凝土材料，可成倍提高其抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能以及耐久性能。以上述800kg/m3干密度級(jí)別的泡沫混凝土，在合適的配合比下，其強(qiáng)度可以達(dá)到8MPa以上。但是泡沫混凝土畢竟是一種輕質(zhì)、低密度的特種混凝土，其性能不可能用正常密度的混凝土標(biāo)準(zhǔn)來衡量，尤其是在耐久性方面，PaulJ.Tikalsky等人就認(rèn)為由于泡沫混凝土不同于普通混凝土，測(cè)試泡沫混凝土凍融循環(huán)的環(huán)境條件與普通混凝土有所區(qū)別，而且根據(jù)其特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也與普通混凝土不同。因此，我們所說的高性能泡沫混凝土是在這種材料自身規(guī)律允許的情況下，******限度的提升其工作性、實(shí)用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性，耐久性和經(jīng)濟(jì)性等。

    泡沫混凝土由于輕質(zhì)、保溫、隔熱、隔音、不燃、利廢、耐久等特點(diǎn)，在特殊工程中有著良好的應(yīng)用前景。但是國(guó)內(nèi)對(duì)于高性能泡沫混凝土的研究還不是很多，對(duì)泡沫混凝土微觀孔結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的機(jī)理認(rèn)識(shí)還不深刻，對(duì)提高泡沫混凝土耐久性的技術(shù)手段以及適用于高性能泡沫混凝土耐久性的評(píng)價(jià)體系等領(lǐng)域的研究還沒展開，這些都是我們以后需要重點(diǎn)研究解決的技術(shù)領(lǐng)域。

4   高性能泡沫混凝土的生產(chǎn)

    目前國(guó)內(nèi)泡沫混凝土產(chǎn)品分為現(xiàn)澆和預(yù)期制兩類，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是現(xiàn)澆。

    在現(xiàn)澆泡沫混凝土的生產(chǎn)施工方面，其生產(chǎn)工藝和施工設(shè)備存在很大的問題，這也是泡沫混凝土質(zhì)量低下的一個(gè)重要原因。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)澆泡沫混凝土主要用于層面保溫層、地暖保溫層以級(jí)一些墊層，大多數(shù)生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備都是連續(xù)式投料、攪拌、輸送、澆注，即投料、攪拌、輸送、澆注四個(gè)環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行，無法保證計(jì)量，很多工地都是邊上料邊進(jìn)水，抽走的漿體無法保證其正好是混勻的部分，而且其與泡沫混合比例全憑經(jīng)驗(yàn)，一旦攪拌不勻的水泥（砂）漿堵塞攪拌系統(tǒng)和管道時(shí)即加大水量來稀釋，這樣得到的泡沫混凝土根本沒有配合比例可言。我們都知道，******減水劑摻入后，需要一定的攪拌時(shí)間，確保攪拌均勻才能發(fā)揮作用，如果采用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大多數(shù)現(xiàn)澆泡沫混凝土設(shè)備，投料、攪拌和輸送在同一時(shí)間進(jìn)行，那么減水劑攪拌不勻，局部干硬、局部離析，將無法發(fā)揮其作用，也無法達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的配合比，生產(chǎn)不出高性能泡沫混凝土。

    筆者認(rèn)為，要得到準(zhǔn)確配合比的泡沫混凝土，比較理想的方式應(yīng)參照混凝土攪拌站的生產(chǎn)流程，經(jīng)歷泡沫混凝土攪拌站，由罐車運(yùn)送到施工工地。但是泡沫混凝土與普通混凝凝土還有所不同用，泡沫混凝土要進(jìn)行兩次攪拌，即首先將水泥、集料、添加劑、水等攪拌成水泥（砂）漿，然后再按配合比混入泡沫，攪拌均勻得到泡沫混凝土漿料。在泡沫混凝土攪拌站進(jìn)行水泥（砂）漿的攪拌，否則加入泡沫后，在罐車開往工地途中，泡沫在長(zhǎng)時(shí)間的攪拌下會(huì)大量破掉，所以應(yīng)該在工地上放置一臺(tái)小型發(fā)泡機(jī)，按配合比將泡沫輸送到含有已攪拌均勻的水泥(砂)漿的罐車中攪拌，***后澆注。因此，對(duì)于現(xiàn)有的普通混凝土攪拌站，只需添加一臺(tái)小型的發(fā)泡機(jī)就可以了生產(chǎn)高性能泡沫混凝土。

    而對(duì)于泡沫混凝土工廠化預(yù)制制品來說，其生產(chǎn)工藝及其質(zhì)量相對(duì)簡(jiǎn)單，完全可以借鑒上述流程，但需要采用合理的配合比和養(yǎng)護(hù)制度，建議中高密度的泡沫混凝土摻入合適的輕集料，以解決制品收縮開裂。

5   結(jié)語

    目前，我國(guó)泡沫混凝土技術(shù)水平還很低，其發(fā)展方向應(yīng)該是高性能化，一方面在材料配方、設(shè)備、制備技術(shù)、微觀機(jī)理一級(jí)耐久性方面要做大量研究工作；另一方面則需要改進(jìn)生產(chǎn)工藝流程，尤其是現(xiàn)澆泡沫混凝土方面，急需升級(jí)現(xiàn)有設(shè)備，做到******計(jì)量，保證材料質(zhì)量。只有發(fā)展高性能泡沫混凝土，才能使這一材料走出低質(zhì)量、低價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的惡性循環(huán)，才能使其從屋面、地面工程應(yīng)用走向墻體等更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。