毕业设计（论文）-高发泡混凝土的制备与应用.doc

齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计（论文） 题 目 高发泡混凝土的制备与应用 学 院 材料科学与工程学院 专业班级 无 机 062 学生姓名 指导教师 成 绩 2010 年 6 月 20 日齐齐哈尔大学毕业设计（论文）摘 要本论文对泡沫混凝土的相关技术进行了研究，包括泡沫混凝土的技术原理、主流发泡剂的发泡性能对比与改性、发泡剂与泡沫混凝土的和易性、优质泡沫混凝土的制备等。在分析了发泡剂技术原理以及泡沫稳定性对泡沫混凝土的影响基础上，对发泡剂的泡沫稳定性进行了改性研究。泡沫混凝土强度试验结果表明试样干密度为376kg/m3的强度为0.8mpa；干密度为764kg/m3的强度为3.0 mpa。通过对复合型发泡剂的改性实验发现，不是所有的表面活性剂都能作为改性剂使用。制作泡沫混凝土时不宜加入水玻璃；三乙醇胺掺入后，总体上对泡沫混凝土性能起了稳定性改善作用。从断面结构分析知道，孔隙在泡沫混凝土中分布均匀，绝大多数孔隙的孔径都在理想范围内，而且多为圆形封闭孔，有利于泡沫混凝土的性能。关键词：泡沫混凝土；发泡剂；稠度；水灰比iabstractthis paper studies the relevance technology of foamed concrete,includes the technical principles of foamed concrete,the comparison and modification of the main foaming agent,the workability of foaming agent and foamed concrte,high-quality prepaaration of foamed concrete,and so on. then analyzes the foaming agent principle and the impact of foamed concrete,on this basis, we do some modification research on foam stability. the result of foamed concrete strength-test showed that the foamed concrete 7d,the dry density reaches 376kg/m3 strength of 0.8mpa;the dry density reached 764kg/m3 and the strength of 3.0 mpa.by blowing the modified compound was found,not all surfactant can be used as a modifier.triethanolamine,after incorporation,the overall performance of the foam concrete played a role in the stability of improvement;production of foam concrete by adding water glass when not. from the analysis of pore structure of section,pores in the foamed concrete distributed equably,most of the poresdiameter are in ideal range,mostly like closed round hole,is conducive to increase the foamed concretes performance,this paper also proves that the recombination foaming agent adding a certain amount of modification can have a good application.keywords：foam concrete; blowing agent; consistency; water-cement ratioii目 录摘 要iabstractii第章 绪 论11.1 引言11.2 泡沫混凝土的特性21.3 泡沫混凝土的组成21.4 发泡剂介绍31.4.1 发泡剂31.4.2 气泡形成原理41.4.3 发泡剂分类及性能检测方法51.5 泡沫混凝土和加气混凝土的异同71.6 国内外泡沫混凝土的应用现状91.7 国内泡沫混凝土研究和应用方面存在的问题111.8 选题依据及目标12第章 实验部分132.1 实验仪器与原材料132.1.1 实验仪器132.1.2 原材料132.2 实验方法142.2.1 混凝土稠度的确定142.2.2 泡沫混凝土制备方法一152.2.3 泡沫混凝土制备方法二152.3 实验配方设计172.4 性能测试182.4.1 干密度测试182.4.2 导热系数测试182.4.3 抗压实验测定192.4.4 吸水率测定20第章 结果与讨论213.1 实验样品结构与形貌分析213.2 导热系数曲线结果分析233.3 物理性能结果分析26结 论27参考文献28致 谢29ii第章 绪 论1.1 引言从1992年6月联合国气候变化框架公约到2010年京都议定书，国际社会对全球气候变化制定了一个又一个的规定。具体说，它是世界上第一个全面控制二氧化碳等温室气体排放、温室气体对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响而制定的国际公约，也是国际社会在应对环境问题上进行国际合作的一个基本框架。我国是一个发展中大国，又是一个建筑大国，每年新建房屋面积非常之高，超过所有发达国家每年建成建筑面积的总和。随着全面建设小康社会的逐步推进，建设事业迅猛发展，建筑能耗迅速增长。建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。而这些能耗是不可避免的，但我们可以采用一些方法可以减免这方面的能耗。据统计我国有的近400亿平方米建筑，仅有1%的建筑为节能建筑，其余无论从建筑围护结构还是采暖空调系统来衡量，均属于高耗能建筑，单位面积采暖所耗能源相当于的发达国家的23倍。这是由于我国的建筑围护结构保温隔热性能较差，单位采暖用能的能耗就有2/3白白跑掉。而在每年的新建的建筑中真正称得上“节能建筑”的还不足1亿平方米，建筑耗能总量在我国能源消费总量中的份额已超过27%，逐渐接近全国总能耗的三成。随着国内筑节能技术政策的逐步落实，建筑节能工作由北方采暖区，到中部的夏热冬冷区，南方炎热区，既有新建建筑的保温节能，又有建筑的节能改造。又由基础较好的城市，到一般城市再到农村，由点到面，逐步铺开，因此这个市场非常之大。据统计，全国每年将近有120亿元的屋面保温市场；其中30亿元左右的地暖市场；20亿元以上泡沫混凝土垫层市场，预计到2020年，建筑节能改造投资将达到1.5万亿元，可见市场前景非常之可观。由于泡沫混凝土市场前景的可观性，近几年国内外都非常重视对泡沫混凝土的理论和实践的探索与研究，充分利用其轻质保温的良好特性，将它在建筑工程中大量应用。泡沫混凝土在建筑中的应用，不仅能够加快了工程进度，还可以提高工程的质量，增加了建筑物各种优异的性能，而且使工程总成本降低，因此泡沫混凝土在高层建筑物得到了一个很大的发展空间。随着泡沫混凝土技术的研发应用上的完善，极大地推动了泡沫混凝土材料在建筑工程领域应用空间。其具有节能降耗的效果，促进了在建筑中的应用，使其在保温隔热、室内外垫层、非承重墙体、新型节能砖、抗震、隔音等建筑工程领域得到了大面积推广。301.2 泡沫混凝土的特性1. 轻质由于泡沫混凝土密度小，因此在高层建筑的内墙和其他非承重结构中应用，可以有效地减小高层建筑物的自重。2. 保温隔热由于泡沫混凝土中含有大量封闭孔隙，因此具有很好的保温隔热性能。采用泡沫混凝土作为建筑物非承重墙体及屋面材料，具有良好的节能效果。3. 隔音耐火泡沫混凝土属多孔材料，因此其具有良好的隔音效果，在建筑物的楼层和高速公路的隔音板、地下建筑物的顶层等可采用该材料作为隔音层。泡沫混凝土是无机材料，不会燃烧，从而具有良好的耐火性，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能。4. 抗震泡沫混凝土由于密度小、质量轻、弹性模量小，在地震载荷作用下所承受的力要小的多，震动波的传递速度也较慢，且结构的自震周期长。因其结构为多空结构，因此对冲击能量的吸收快，从而减震效果显著。5. 其他性能泡沫混凝土在施工工程中可泵性好，使其适用于大体积现场浇筑及地下采空区的填充浇筑工程。此外泡沫混凝土还有一定的防水能力强，冲击能量吸收性能好，可大量利用工业废渣，价格低廉等优点1。1.3 泡沫混凝土的组成1. 发泡剂发泡剂是利用空压机加压等方法使其形成具有一定张力的泡沫，而后将泡沫与水泥浆同时搅拌，搅拌过程中水泥将不断膨胀，当膨胀效果达到预先设定的配比后即可形成发泡混凝土。2. 稳泡剂稳泡剂一般为胶类物质。尹冰等人通过试验对十二烷基苯磺酸钠（las）、十二烷基硫酸钠（sds）和明胶这三种稳泡剂进行复配改性，并对复配发泡剂的稳定性能进行了分析研究，结果表明，这三种稳泡剂能不同程度提高合成发泡剂的泡沫稳定性，其中以las与明胶复配的改性作用最好。正负表面活性剂在适当条件下混合有可能具有比单一表面活性剂更高的表面活性2。3. 水泥水泥是泡沫混凝土产生强度的主要胶凝材料，其掺加量多少和水化后的抗压强度决定了泡沫混凝土的抗压强度，掺加量越高，泡沫混凝土抗压强度越高；水泥强度等级越高，泡沫混凝土抗压强度越高。4. 石灰、石膏、砂子石灰的主要作用是向泡沫混凝土提供sio2，使之在水热条件下与硅质材料中的sio2、a12o3作用生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，从而提高泡沫混凝土的强度。石灰水化放小大量的热量还可以促进泡沫混凝土较快的硬化，其最佳用量一般在1015之间。石膏在胶凝材料组分中起激发剂作用。随着石膏掺量的增加。泡沫混凝土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，其最佳用量一般34左右。砂子在泡沫混凝土中主要起填充作用，同时砂子的加入有利于提高硬化泡沫混凝土的体积稳定性。5. 粉煤灰粉煤灰兼具有集料和生成胶凝材料的双重作用，它的活性越大，粉煤灰泡沫混凝土的质量越好。泡沫混凝土的干容重取决于孔隙率，而粉煤灰的类型和掺量对孔隙率影响不大，对于高掺量的粉煤灰泡沫混凝土，孔隙率和龄期对抗压强度就有很大的影响。高掺量粉煤灰泡沫混凝土一般适宜的掺量在3060左右。6. 轻集料当需设计容重等级较低的粉煤灰泡沫混凝土时可考虑掺少量超轻集料（如膨胀珍珠岩、eps颗粒等），容重等级要求较大时可掺加一定比例的轻集料（如陶粒、炉渣、浮石、砂等）。当选用膨胀珍珠岩作为生产泡沫混凝土的功能调节剂时，不仅可使混凝土的浇筑高度增大，确保料浆上下匀质，而且使制品具有良好的吸音效果。7. 外加剂为了满足泡沫混凝土的和易性及某些特殊性能的要求，泡沫混凝土中必须加入不同种类的外加剂，如掺膨胀剂以减少收缩裂缝。1.4 发泡剂介绍1.4.1 发泡剂发泡剂可分为广义和狭义两个概念。这两个概念是有一定的差别，它可以区分非应用性的发泡剂与应用性发泡剂。广义的发泡剂是指所有其水溶液能再引入空气的情况下大量产生泡沫的表面活性剂或表面活性物质。因为大多数表面活性剂与表面活性物质均有大量的起泡的能力，因此，广义的发泡剂包含了大多数表面活性剂与表面活性物质。因而，广义的发泡剂的范围很大，种类很多，其性能品质相差很大，具有非常广发的选择性。广义的发泡剂的发泡倍数（产泡能力）、泡沫稳定性（可用性）等技术性能没有严格的要求，只表示它有一定的产生大量泡沫的能力，产生的泡沫能否有实际的用途则没有界定。狭义的发泡剂是指那些不但能产生大量泡沫，而且泡沫具有优异性能，能满足各种产品发泡的技术要求，真正能用于生产实际的表面活性剂或表面活性物质。它与广义发泡剂的最大区别就是其应用价值，体现其应用价值的是其优异性能。其优异性能表现为发泡能力特别强，单位体积产泡量大，泡沫非常稳定，可长时间不消泡，泡沫细腻，和使用介质的相容性好等。狭义的发泡剂就是工业实际应用的发泡剂，一般人们常说的发泡剂就是指这类狭义发泡剂。只有狭义的发泡剂才有研究和开发的价值泡沫混凝土发泡剂属于狭义的发泡剂。1.4.2 气泡形成原理目前发泡剂品种主要有松香型发泡剂、表面活性剂类发泡剂、植物类发泡剂、动物类发泡剂和复合类发泡剂3。1. 表面张力液体表面均存在表面张力，表面张力也就是所有液体表面自动收缩的拉力。表面张力的实质，其实是液体表面分子间存在的吸引力。根据分子物理学，在分子间都存在这相互吸引力，即范德瓦尔斯引力。当物质以液态存在，范德瓦尔斯力就起着重要的作用，它使水分子用于相互的吸引而不能自由的分离。没有范德瓦尔斯引力，水分子就会一个个脱离，液体也就无法存在。在液体内部的分子，受到来自邻近分子的吸引力，总体来说是相等的，即所受到的邻近分子的吸引力的合力为零。处于液体表面的那些分子，因为气相中分子的密度小，对液体表面分子的吸引力很小以至于忽略不计，而使液体表面分子收到一个指向液体内部的不平衡的拉力。这个不平衡的净拉力使液体表面分子产生脱离液体表面进入液体内部的趋势。从而使液体表面具有张力，有自发收缩的趋势。这就是在重力可忽略的情况下小液珠和气泡总是趋向于呈球型的原因4。2. 表面张力和发泡的关系泡沫混凝土所使用的大量泡沫，是由一个个微小的气泡组成的。这些微小的气泡均是由很薄很薄的水膜构成的。而气泡的实质就是水膜包围一定的空气所形成的球体。也就是说，气泡也是水泡5。要形成气泡，就要使水分子能够离开液体表面同时包围气体。如果液体表面张力很大，水分子就无法克服其水分子间的吸引力来离开水面进而形成气泡的。因此，水的表面张力与发泡就有着十分重要的关系。水的表面张力越大，发泡就越困难，泡沫就越难形成。而反之，表面张力越小，水分子就越容易包围空气而脱离水面，也就越容易形成气泡6。因此，降低水的表面张力，使之达到水分子能够在包围空气的情况下离开水面的程度，就成为发泡的一个最重要的技术因素和基本要求。用什么样的技术手段来降低水的表面张力，使气泡更易于形成，是发泡时所要解决的首要问题。3. 影响表面张力的因素表面张力是分子间吸引力强弱的表征度量。因此引起分子间吸引力变化的因素都会引起表面张力的变化。（1）温度对表面张力的影响随温度的升高，液体的表面张力通常都会下降，当温度接近临界温度时，液相和气相的界线趋于消失，表面张力最终降为零。温度升高，液体的表面张力下降，主要是由于随温度升高气体的饱和蒸汽压增大，气相分子对液体表面分子的吸引力增强。反之温度升高会促使液相的体积膨胀，液相分子间距增大，分子间相互作用力减小。这两种效应均使液体的表面张力减小。（2）压力对表面张力的影响气相的压力对液体的表面张力的影响要比温度对液体表面张力的影响复杂很多。首先气相压力的增加使气相分子的密度增大，有更多的气体分子与液面接触，从而使液体表面分子所受到的两相分子的吸引力不同程度的变小，导致液体表面张力下降。但液体表面张力随气相压力变化并不大，大约气相压力增加10个大气压，液体的表面张力会随之下降约1 knm-1。例如在101.33 kpa下水和四氯化碳的表面张力分别是72.8 knm-1和26.8 knm-1，而在1 013 kpa时表面张力则分别是71.8 knm-1和25.8 knm-1。另外气相压力的增加，气相分子有可能会被液面吸收，溶解于液体中改变液相成分，使得液体表面张力发生变化，这些因素均导致液体表面张力下降7。1.4.3 发泡剂分类及性能检测方法1. 发泡剂分类按泡沫的消灭时间可分为寿命为几秒的“短暂泡沫”和在无干扰条件下能维持几日不破的“持久泡沫”。短暂泡沫没有实际实用价值，泡沫混凝土实际实用的都是持久泡沫，因此，在生产中所说的泡沫大多是指持久性泡沫，它的寿命一般大于l h，最长可达几天。按生产泡沫的力和破泡力之间的平衡，可分为不断接近平衡状态的“不稳定性泡沫”以及达到平衡状态的“稳定性泡沫”。短暂泡沫均是不稳定性泡沫，有使用价值的是稳定性泡沫，所以稳定性泡沫是本研究的重点。按聚集状态可分为液多气少的“气泡分散体”（稀泡）和气多液少的“浓泡”。稀泡的气泡分散体在气泡之间存有大量的水分，流动性很强，看起来像乳液，制成的泡沫混凝土的料浆很稀，所生产的泡沫混凝土强度低、连通孔多、气孔率低，是一种劣质泡沫，不符合泡沫混凝土的技术要求。气多液少的泡沫，才能生产出优质的泡沫混凝土。这种泡沫可以堆积很高，外观类似海绵。泡沫混凝土实际实用的就是该种海绵状泡沫。2. 根据泡沫中存在气液界面和气固界面的情况可分为三类。（1）气液型泡沫这种泡沫是气体分散于液体间形成的，有气液界面。根据泡沫厚度（即吸附有表面活性剂的气液界面间的距离）可把泡沫进一步分为湿泡沫和干泡沫，湿泡沫都是不稳定的泡沫，其泡沫厚度在可显示对光产生干涉的厚度范围。干泡沫是稳定的泡沫，其厚度通常在银膜至牛顿黑膜范围内。（2）气固型泡沫如泡沫混凝土、发泡塑料、含气泡的玻璃、加气混凝土、面包饼干等食品中的泡沫。这类泡沫都是在液态下发泡，之后在固化过程中形成的。这种气固型泡沫存在于气体和固体界面。这种泡沫在有发泡机制出之后是气液型泡沫，而加入水泥浆中凝结之后才形成气固型泡沫。（3）气液固型泡沫将不溶性固体或液体分散在另一种液体中通入气体时，生成的气泡在脱离液面时将固体或液体带出，这种形成的气泡称为气液固型泡沫，如废水处理，矿石的浮选中用于分离的泡沫。衡量泡沫性能的指标有三个：发泡剂的发泡倍数、沉陷距和泌水量等。通常认为最理想的发泡剂应是沉陷距和泌水量最小、发泡倍数最大8。3. 发泡剂国内外性能检测方法（1） 国外常用的技术标准发泡倍数：大于20倍，1 h泡沫的沉降距：不大于10 mm，1 h泌水量：不大于80 ml，发泡剂可以促进水泥、菱镁、石膏等胶凝材料的凝结，但必须保证有足够的操作时间。（2） 广东某大学化工系的技术标准及检测方法 泡沫稳定性：用泡沫沉陷距衡量泡沫稳定性。泡沫发生后，用下述方法测量泡沫沉陷距：取内径为6 cm，高9 cm的容器（或用尺寸相近容积约为250cm3的容器），盛满新发生的泡沫，刮平表面，在泡沫上复一张纸，平静地放在无风处，40 min后量取泡沫沉陷距。 起泡力：用泡沫高度衡量起泡力。取一定量的发泡剂，加一定量的水配成溶液，用602f型电动搅拌机中速搅拌10min，量取泡沫高度。（3） 北京某房建所技术标准及检测方法 发泡剂技术指标：ph值7.0左右； 1 kg泡沫剂发泡量500l； 泡沫的制备：采用高速搅拌机制泡，制泡技术参数：搅拌机转速为1 200 r/min以上，搅拌时间以泡沫达到均匀、细小、稳定为界限，容积为1m3的搅拌机制泡时间一般为35 min。（4） 上海某大学的技术标准和检测方法 技术标准：以起泡高度及消泡时间来判定发泡剂质量。 将1 000 ml量筒坚直放置，沿筒壁注入200 ml的待测引气溶液，注意不能产生气泡，封住筒口，30s颠倒共计10次后，静置，立即使用直尺测量起泡高度（即泡沫最高处与液面之间的距离），记录消泡时间，试验用溶液浓度为0.1%（质量）。应用于泡沫混凝土中的发泡剂种类很多，目前主要有：松香酸皂类发泡剂、金属铝粉发泡剂、植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂、木质素磺酸盐、废动物毛发泡剂等。国外的发泡刺多以蛋白质类为主。发泡数量多、稳定性好、产品强度高。而国内发泡剂总体上看功能偏少、稳定性差、制品强度较低。但近年来国内已开发出一批性能较好的同体树脂泡沫剂和蛋白质泡沫剂，如htw1,htq1,htd1，hch9，zf300，kc15，kc16等复合型泡沫剂。4. 发泡剂泡沫性质及其稳定性发泡剂因其分子结构的不对称性，能聚集在气液界面上，从而降低了表面张力，大幅度的提高膜的机械强度，因而在纯静液体中加入发泡剂后用搅拌、混合、吹入、喷射等机械方法将气体带入发泡剂液体中就能够制得泡沫9。目前普遍认为泡沫中液体析出和气体穿透液膜扩散是导致泡沫衰变的主要因素。换言之，泡沫的稳定性主要取决于液体析出的快慢和液膜的强度。因此可以选择适当的发泡剂，以降低液相的表面张力，增加液膜的强度和弹性；同时加入稳泡剂，提高泡沫稳定性。国内的制泡技术目前主要是采用高速搅拌机。即将发泡剂与水以一定的比例混合成稀释溶液倒人高速搅拌机中剧烈搅拌预制泡沫。制泡过程是首先打开搅拌机，然后加入一定浓度的泡沫剂水溶液，搅拌时间以泡沫达到均匀、细小、稳定为准，这种方法缺点是搅拌出来的泡沫不够均匀。一般容积2 m3的打泡机制泡时间大约为5 min左右10。此这种预制的泡沫的方法制备出来的泡若当时用不完，过一段时间就会自己消泡，从而造成经济的浪费。国外多用压缩空气法生产泡沫混凝土，这种制泡的方法是相对于机械制泡的方法要均匀的多。制泡过程是首先将一定浓度的泡沫剂溶液注入料仓内，然后开动气泵。在达到设定的压力后气泵自动停止。打开开关后气泡将自动喷出，可以连续供泡。此法发泡效率高且可以将泡沫直接吹入搅拌好的水泥浆中。更好地预止了中间环节导致的泡沫消泡的情况。1.5 泡沫混凝土和加气混凝土的异同在水泥浆或者水泥砂浆中适量引入细小的气泡，搅拌均匀再浇筑硬化后的混凝土称为泡沫混凝土。泡沫混凝土砌块属于加气混凝土砌块的一种，其外观质量、内部气孔结构、使用性能等均与蒸压加气混凝土砌块基本相同。蒸压加气混凝土砌块的生产，采用内掺发泡剂通过化学反应放出气体发泡，而泡沫混凝土砌块的生产，采用（发泡剂通过）发泡机物理制泡后，再将气泡加入水泥浆中混合；蒸压加气混凝土砌块采用蒸压工艺，泡沫混凝土砌块则采用常温养护或干热养护。综上所述，泡沫混凝土砌块和蒸压加气混凝土砌块两种产品的外观、内部结构，以及它们的技术性能基本相同，二者的主要不同是发泡、制作的方法和养护方法。1. 不同点泡沫混凝土虽然和传统加气混凝土在结构和性能上大致相同，但在其他许多方面还是有许多不同之处的。它和加气混凝土的不同主要有两点。第一，加气混凝土的气孔是椭圆形球体，而泡沫混凝土气孔既可以是椭圆形的也可以是多面体的；第二，它的发泡方式不同，加气混凝土是通过化学反应生成气体，随之形成气孔，而泡沫混凝土是通过机械制泡将泡沫加入混凝土浆体形成气孔。（1）所用固体废弃物种类繁多众所周知，传统加气混凝土，绝大多数都是以水泥和粉煤灰为主要原料，固体废弃物只用粉煤灰一种。泡沫混凝土所用的固体废弃物十分广泛，几乎包含了绝大多数的固体废弃物，例如，粉煤灰、煤渣、煤矸石、钢渣、矿渣等。（2）可以实现更小的密度传统加气混凝土实现低密度的手段只采用发泡，而不使用轻集料，所以它难实现超低密度。而泡沫混凝土由于选用了很多低密度轻集料，发泡和轻集料并举，可以更容易实现超低密度泡沫混凝土。（3）发泡手段更加灵活传统加气混凝土只采用化学发泡，而泡沫混凝土采用哪个了更加灵活的发泡手段。它除利用发泡机和发泡剂发泡外，还可以利用高压气泵充气，只要能达到使混凝土内部形成封闭气孔的目的，发泡手段花样繁多。（4）养护工艺更加多样传统加气混凝土必须采用蒸养养护，而泡沫混凝土由于所生产的品种很多，因而需要养护工艺的多样性。为此根据不同胶凝材料，可采取自然养护、蒸汽养护或其它养护方式，这不但有利于扩大胶凝材料范围，也有利于降低发泡的成本。（5）生产模具种类繁多传统加气混凝土大都采用大型钢模整体浇筑，而泡沫混凝土为了降低投资，增加制品种类，提高产品附加值，除大型钢模外，还采用多种材料制成的小型模具、异型模具、组合模具、艺术模具等。更重要的是，它还可以不使用模具，直接现场浇筑，而加气混凝土则无法进行现场浇筑。2. 相同点泡沫混凝土是在传统加气混凝土基础上逐渐发展起来的，因此，它在本质上和传统加气混凝土没有区别。（1）结构特征相同泡沫混凝土和加气混凝土一样，皆以封闭性气孔为主，连通孔和封闭孔较少，气孔大小均匀，绝大多数气孔孔径小于3 mm。（2）密度相近泡沫混凝土虽然采用的材料和加气混凝土各不不同，但它的密度等级划分和传统加气混凝土的级别相同。（3）力学性能及其它技术指标相同或相近泡沫混凝土和传统加气混凝土相比，在发泡方式和养护方式上虽有不同之处，但它的物理力学性能及其它性能基本和加气混凝土相似或相近，没有明显区别。泡沫混凝土技术指标参照执行加气混凝土标准。（4）均以无机材料为主传统加气混凝土采用的是无机材料，泡沫混凝土采用了部分有机固体废弃物，但它的主要原料仍然是无机材料，它的制品仍具有不燃的特性。如果采用废橡胶或废塑料制成各种泡沫材料，即使气孔结构和密度符合泡沫混凝土的要求，也不能称为泡沫混凝土，只能称为泡沫塑料或泡沫橡胶。1.6 国内外泡沫混凝土的应用现状1. 国内外泡沫混凝土的应用现状近年来，我国越来越重视建筑节能工作，随着与建筑节能有关政策的实施，墙体材料改革取得了显著的成就，节能材料倍受欢迎。泡沫混凝土以其良好的特性，已用于节能墙体材料中，在其它方面也获得了应用。目前，泡沫混凝土在我国的应用情况如下。（1）泡沫混凝土砌块在我国南方地区，一般用密度等级为9001 200 kg/m3。的泡沫混凝土砌块作为框架结构的填充墙，主要是利用该砌块隔热性能好和轻质高强的特点。尤其广东省应用最多。在北方，泡沫混凝土砌块主要用作墙体保温层。（2）泡沫混凝土轻质墙板目前用于建筑物分户和分室隔墙的主要材料是grc轻质墙板，由于其原料价格较高，影响了其推广应用。中国建筑材料科学研究院采用grc隔墙板生产工艺结合固体泡沫剂和泡沫水泥的研究成果，开发出了粉煤灰泡沫水泥轻质墙板的生产技术，并得到了应用。该产品生产采用的原料如下：3040的粉煤灰，4565的硫铝酸盐水泥，015的膨胀珍珠岩以及一定体积的泡沫。与传统的grc轻质墙板相比，采用泡沫混凝土生产技术，不但能明显降低产品的成本，而且大大改善了浆体的流动性，使成型更为方便。（3）泡沫混凝土补偿地基现代建筑设计与施工越来越重视建筑物在施工过程中的自由沉降。由于建筑物群各部分自重的不同，在施工过程中将产生自由沉降差，在建筑物设计过程中要求在建筑物自重较低的部分其基础须填软材料，作为补偿地基使用。泡沫混凝土能较好地满足补偿地基材料的要求。据现场测试，此种低密度泡沫混凝土的强度可很好地控制在设计的范围内，且具有良好的压缩性11。2. 国外泡沫混凝土应用的新进展近年来，美洲国家，亚洲国家，欧洲国家，都充分利用了泡沫混凝土的良好特性，将它在建筑工程中的应用领域不断扩大，加快了工程进度，提高了工程质量，应用如下：（1）现浇泡沫混凝土工艺日本采用蛋白质添加适量的阳离子表面活性剂配成的混合发泡剂，采用现场浇注成型的工艺，研制成功现浇泡沫混凝土新工艺。其制备方法有三种：一种是将水、蛋白质物、阳离子表面活性剂混合，经发泡剂机发泡，再注入水泥料浆中搅拌，制备泡沫水泥浆，现浇成型；一种是将水、蛋白质物、阳离子表面活性剂混合，经高速搅拌机发泡，再注入水泥料浆中，制备发泡水泥浆；一种是按第二种方法发泡，一边加入少量水泥，一边高速搅拌，制备发泡水泥浆，其中前一种制备方法较好。上述制备方法生产的现浇混凝土不仅轻质、高强、耐火，更引人注目的是不需要蒸压养护，现浇即可成型，节能效果显著。（2）用作挡土墙主要用作港口的岩墙。泡沫混凝土在岸墙后用作轻质回填材料可降低垂直载荷，也减少了对岸墙的侧向载荷。这是因为泡沫混凝土是一种粘结性能良好的刚性体，它并不沿周边对岸墙施加侧向压力，沉降降低了，维修费用随之减少，从而节省很多开支。泡沫混凝土也可用来增进路堤边坡的稳定性，可用它取代边坡的部分土壤，由于减轻了质量，从而就降低了影响边坡稳定性的作用力。对于用于减少侧向压力的泡沫混凝土而言，其密度为400600 kg/m3。（3）修建跑道使用排水能力强的可渗性泡沫混凝土作为轻质基础，上面覆盖砾石或人造草皮，作为运动场用。泡沫混凝土的密度为800900 kg/m3此类运动场可进行曲棍球，足球及网球活动。或者在泡沫混凝土上盖上一层0.05 m厚的多孔沥青层及塑料层，则可作田径跑道用。（4）用作夹芯构件在强度较高的框架下可采用泡沫混凝土作为内芯，使其具有轻质高强隔热的良好性能。通常采用密度为400600 kg/m3的泡沫混凝土。（5）用作复合墙板用泡沫混凝土制作成各种轻质板材，在框架结构中用作隔热填充墙体或与薄钢板制成复合墙板，泡沫混凝土的密度通常为600 kg/m3左右。（6）管线回填地下废弃的油柜、管线（内装粗油、化学品）、污水管及其它空穴容易导致火灾或塌方，采用泡沫混凝土回填可解决这些后患，费用也少。泡沫混凝土选用的密度取决于管子的直径及地下水位，一般为6001 100 kg/m3。（7）贫混凝土填层 由于使用可弯曲的软管，泡沫混凝土具有很大的可加工性及适应性，因此它经常用于贫混凝土填层。如对隔热性要求不很高，可采用密度为1 200 kg/m3。左右的贫混凝土填层，平均厚度为0.05m。如对隔热性要求很高，则采用密度为500 kg/m3。的贫混凝土填层，平均厚度为0.10.2 m。（8）屋面边坡泡沫混凝土用于屋面边坡，具有重量轻、施工速度快、价格低廉等优点。坡度一般为10 mm/m，厚度为0.030.2 m，采用密度为8001 200 kg/m3的泡沫混凝土。（9）储罐底脚的支撑将泡沫混凝土浇阶在钢储罐（内装粗油、化学品）底脚的底部，必要时也可形成一凸形地基，这样可确保整个箱底的支撑在焊接时年处于最佳应力状态，这一连续的支撑可使储罐采用薄板箱底。同时凸形地基也易于清洁。泡沫混凝土的使用密度为8001 000kg/m3。（10）其它泡沫混凝土也可用于防火墙的绝缘填充，隔声楼面填充、隧道衬管回填；以及供电、水管线的隔离等方面12。1.7 国内泡沫混凝土研究和应用方面存在的问题1. 在理论方面存在的不足国内对泡沫混凝土的研究还处在初级阶段，而且国内外关于这方面的研究多以专利形式出现，很少有公开发表的文献报道。关于泡沫混凝土的性能也很少有人作出全面的研究。另外，国内至今还没有建立一套完善的泡沫混凝土规范，以致施工缺乏理论指导。2. 在应用中存在的问题国内制备泡沫混凝土的技术还不够成熟，缺乏成套的设备，在一定程度上阻碍了泡沫混凝士的生产及应用。从国内泡沫混凝土的施工场和泡沫混凝土的生产情况来看，泡沫混凝土的质量普遍不高。存在以下不足：（1）强度偏低：体积密度为800850 kg/m3的泡沫混凝土的抗压强度严重偏低，一般低于2.0 mpa，有的甚至不足1.0 mpa。（2）开裂、吸水：硬化泡沫混凝土表面开裂、吸收大量外来水分。同时，由于泡沫混凝土的多孔性，使其吸收大量外来水分，因而吸水率大、收缩率大。泡沫混凝土在生产时引进了大量的气泡，且原料主要以粉料和细颗粒为主，从而在性能上表现出较高的收缩率13。1.8 选题依据及目标由国务院办公厅关于进一步推进墙体材料革新后和推广节能建筑的通知（国办发200533号）要求，于2010年底，全国所有城市城区禁止使用实心粘土砖。2009年2月国家公布了第三批限时禁止使用实心粘土砖城市名单，并对第二批“禁实”城市组织检查验收。由此看出国家对全国禁止使用实心粘土砖进行了强有力的实施方案。由于泡沫混凝土密度小，含有大量封闭孔隙有很好的保温隔热性能，泡沫混凝土属多孔材料有良好的隔音效果，且质量轻、弹性模量小，在地震载荷作用下所承受的力要小的多，震动波的传递速度也较慢，结构的自震周期长，从而减震效果显著。另外泡沫混凝土可泵性好，使其适用于大体积现场浇筑及地下采空区的填充浇筑工程。且泡沫混凝土还有一定的防水能力，冲击能量吸收性能好，可大量利用工业废渣做原料，价格低廉等优点。由此可知泡沫混凝土可取代部分的粘土砖，因此它具有很大的市场空间。泡沫混凝土的制作工艺比较简单，因此在市场上生产又具有可行性。目前国外的泡沫混凝土可以做到干密度为70 kg/m3，导热系数为0.0599w/（mk）,接近聚苯板导热系数,生产成本仅为4060 元/m3。由以上材料可在次证实其市场发展空间和生产的可行性。我的实验目标是用普通325水泥做干密度为300 kg/m3的泡沫混凝土。第章 实验部分2.1 实验仪器与原材料2.1.1 实验仪器实验所用各种设备和仪器如表21所示表22 实验仪器设备一览表仪器设备型号生产厂家导热系数测定仪自制混凝土恒温恒湿标准养护箱hby40无锡建筑材料食品机械厂压力试验机tye2000无锡建仪仪器机械有限公司电热真空干燥箱zka30龙口市电炉制造厂2.1.2 原材料实验所用各种原料如表22所示表22 实验原料一览表名称分子式纯度产地325水泥3caosio2,2caosio2,3caoal2o3ar北疆水泥厂tea外加剂(hoch2ch2)3nar哈尔滨市正远精细化工厂801稳泡剂c2h4onar蚌埠市同鼎胶水研究kc15，kc16复合型发泡剂ar北京中科筑诚建材科技有限公司 2.2 实验方法2.2.1 混凝土稠度的确定称取0.1kg（325水泥）分别加入（5 ml、10 ml、15 ml、20 ml、25 ml、30 ml、40 ml、50 ml）水，即水灰比为（0.05、0.1、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.50）。搅拌均匀后，加入200 ml泡沫搅拌均匀后再移到300 ml的烧杯中读取体积。 325水泥水（h2o）搅拌均匀30s200ml泡沫搅拌均匀30s读数300ml烧杯计算图21 混凝土稠度实验流程图2.2.2 泡沫混凝土制备方法一水泥：砂为（21；31；41；10）、水灰比为0.3，搅拌均匀，加入一定量的泡沫，搅拌均匀，在加入适当的稳泡剂、和水泥早强剂，搅拌均匀后放入模具中，养护24h。原料水（h2o）搅拌均匀泡沫剂水泥早强剂成型稳泡剂水（h2o）养护24 h脱模养护7d图22 泡沫混凝土制备方法一2.2.3 泡沫混凝土制备方法二水泥：砂为（21；31；41；10）、水灰比为0.7，加入一定量的泡沫剂，搅拌均匀，一边打入压缩空气一边搅拌。在加入适当的稳泡剂、和水泥早强剂，搅拌均匀后放入模具中，要保证不失水的条件下养护24 h。原料水（h2o）搅拌均匀泡沫剂打入压缩 空气搅拌成型搅拌均匀养护24h水泥早强剂稳泡剂脱模养护7d图23 泡沫混凝土制备方法二2.3 实验配方设计根据所查阅的资料，初步设计所研制泡沫混凝土原料配比见下表。表23 水泥:沙为1:0时早强剂和稳泡剂一览表序号水泥:沙早强剂（ml）稳泡剂（ml）水玻璃（ml）a11:0a21:00.05a31:05a41:010a51:015a61:020a71:00.0510a81:0510a91:01010a101:01010a111:01510表25水泥:沙为2:1加入早强剂一览表序号水泥:沙早强剂（ml）稳泡剂（ml）水玻璃（ml）b12:1b22:1110b32:110b42:10.52.5b52:110b62:11.02.5表26水泥:沙为2:1加入水玻璃一览表序号水泥:沙早强剂（ml）稳泡剂（ml）水玻璃（ml）c12:110c22:11010c32:1520c42:1510c52:1105c62:10.55表27水泥:沙4:1时加入早强剂一览表序号水泥:沙早强剂（ml）稳泡剂（ml）水玻璃（ml）d14:1510d24:11010d34:11510d44:11015d54:115d64:11515d71:45102.4 性能测试2.4.1 干密度测试将养护到达7d龄期的试块取出一组（3块）标号。将标好号的试样放入到烘箱，在652保温24 h，然后在1055电热真空干燥箱烘至恒重。然后逐一量取试块的长、宽、高三个方向的轴线尺寸各量取三次，精确至1 mm，求平均值。由公式（21）计算得出1m3干密度。数学表达为： （21） 式中：被测试样的密度（kg/m3）m被测试样的质量（kg）l试样的长（m）b试样的宽（m）h试样的高（m）2.4.2 导热系数测试导热系数仪是一种基于傅里叶导热定律而进行材料导热系数测量的仪器，在导热过程中，单位时间内通过给定截面的热量q，与该截面的面积a和垂直于该截面方向的温度梯度dt/dh成正比，在一维稳态导热时，其数学表达为： （22）式中：q热原的热量（w）h热原热量通过被测样品的厚度（m）a热原热量垂直通过被测样品的面积（m2）t1被测材料试样高温面的平均温度（）t2被测材料试样低温面的平均温度（）公式要成立有3个前提条件：被测材料具有各向同性或垂直导热截面上有相同的热物性；传热是一维传热，侧面没有热传递或热损失；温差是被测材料两个传热面上温度的差值。自制的导热系数测定仪工作原理图如下1453 2图24 导热系数测定仪原理图1、电阻丝；2、模拟室外室；3、样品室；4、模拟室内室；5、保温绝热材料1起到的做用是加热；2起到的作用是缓冲一部分的热量可以测出t1；3是用来放被测样品的；4可以测出t2；5起到保温绝热的作用。实验步骤：由于实验有不确定性的误差，因此，做了已知导热系数的红砖试样导热系数曲线，有与温度升高的快，所以先要1 min读一次数，等温度稳定了。在5 min读一次数，求出t由上公式（22）可求出q值。做完实验等空腔2、3和4的温度与室温一致时在做试样=376 kg/m3和=764 kg/m3试样的导热系数曲线求出t由上公式（22）求出。2.4.3 抗压实验测定选取圆盘中心的主拉力与受压快的发气方向平行的面为受压面，测取受压面的长和宽，各量取三次求出长和宽的平均值（精确至1mm），计算受压面的面积。采用液压式试验机测定抗压强度。抗压强度按下式计算： （23）式中：r试件抗压强度（mpa）p破坏荷载（n）f受压面积（cm2）2.4.4 吸水率测定将自然养护28d的试块放入电热干燥箱，65保持12 h，升至1055烘至衡重g0。在将试块放入20的水中浸泡48h后，用湿布抹去水分立即称重g1。吸水率w按公式（24）计算： （24）式中：g0为试件烘干后质量（g）g1为试件吸水后质量（g）第章 结果与讨论3.1 实验样品结构与形貌分析实验样品成型后发现样品和想像的相差甚远，在样品没成型前样品泡沫分布均匀、孔隙细小。但成型后孔隙分布不均匀，又由于消泡产生的人大孔隙，实验中对水玻璃、三乙醇胺（tea）、801胶外加剂对制品成型做了研究。实验表明加水玻璃，水泥会结成小块，结块的大小根据水玻璃加入量增加而增大；三乙醇胺（tea）主要影响水泥的早强，一般是先将水泥与泡沫先混和好在加入tea，要是先加tea就加不进泡沫。tea存在双临界掺量0.02%，0.15%，tea掺量小于0.02%时，水泥浆体凝结时间随tea掺量的增大而迅速缩短，在0.04%0.08%之间，水泥浆体凝结时间基本保持不变