（材料学专业论文）高性能泡沫混凝土的研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 泡沫混凝土是一种新型保温隔热材料，它和加气混凝土相比，可 自然养护硬化；生产工艺简单，投资规模小。泡沫混凝土不但生产成 各种各样的预制品，而且还能现场浇注。随着我国墙体材料的改革与 建筑节能政策的推行，节能型建筑材料的开发和应用受到广泛的重 视，国内大力发展节能、利废、保温、轻质等新型材料，其中泡沫混 凝土砌块将在非承重墙体材料中占有重要的地位。然而，目前泡沫混 凝土存在诸多问题，如普遍使用特种水泥，凝结时间较长，浆体易泌 水离析，强度偏低；而且泡沫混凝土的导热机理和压缩力学性能没有 进行深入的研究。本研究针对以上问题，以普通硅酸盐水泥作基材， 选用传统的表面活性剂与矿物添加剂相结合的新型发泡模式，制备不 同容重的泡沫混凝土，并采用扫描电镜、压汞仪、导热仪等仪器，对 其进行性能测试和理论分析。具体的研究内容如下。 对泡沫混凝土基本性能进行了测试。主要研究了各种外加剂对泡沫 混凝土凝结时间、力学性能、流动性、粘度的影响，浇注高度对容重的影响， 以及粉煤灰种类对需水量和抗压强度的影响。 研究了聚乙烯醇( p v a ) 对大掺量粉煤灰泡沫混凝土的改性，结果表明 一定掺量的p v a 能提高力学性能，减少微裂缝，降低有害孔的含量。研究了 粉煤灰的细度掺量及粉煤灰激发剂的掺量对大掺量粉煤灰泡沫混凝土2 8 d 抗 压强度的影响，结果表明泡沫混凝土的2 8 d 抗压强度随着粉煤灰细度的 增大而增大；粉煤灰掺量为3 0 ，泡沫混凝土的2 8 天抗压强度达到 最大。激发剂相对粉煤灰的最佳掺量为2 0 。 制备轻质高强泡沫混凝土时，适当的颗粒级配可有效的提高泡沫 混凝土的2 8 d 抗压强度。通过研究石英砂矿粉粉煤灰体系的泡沫混 凝土发现，石英砂越细，越有助于强度的提高；在同样配比和同样细 度时，用粉煤灰制备的泡沫混凝土的2 8 d 抗压强度要高于用矿渣的； 矿粉掺量在3 0 5 0 的掺量范围之内存在一个最佳值。 对导热的基本概念和导热微分方程进行了介绍。着重对适合于泡 沫混凝土墙体材料的一维稳态平壁导热模型进行了探讨。对泡沫混凝 土的导热系数模型进行了研究，结果表明导热系数随着气孔率的增加 满足指数衰减模型。推导出了在最小热传导时，厚度一定泡沫混凝土 西南科技大学硕士研究生学位论文第l i 页 的最佳容重模型。对泡沫混凝土的压缩特性进行了研究，并分析了影 响压缩特性的相关因素，并应用g ib b s o i l as h b y 模型对抗压强度进行 了模拟，得出了表征孔棱和孔壁的参数。 对泡沫混凝土墙体材料的中试进行了详细的阐述。包括产品的主 要特点，主要生产设备和工艺，原料的选择和产品配比设计，生产线 设计。运用泡沫混凝土墙体材料和现浇的泡沫混凝土修建了试验房， 包括墙体砌筑，墙面抹灰，屋面与地面施工。介绍了建筑节能热工测 试的基础理论，围护结构的温度、传热系数、热桥及热工缺陷的检测 方法。对试验房进行了热工测试并对测试数据进行了分析和处理。数 据分析表明，泡沫混凝土具有良好的保温效果，满足节能5 0 6 5 的要求。 关键词：高性能泡沫混凝土自保温墙体材料大掺量粉煤 灰轻质高强承重导热系数模型容重优 化模型抗压强度模型中试热工测试 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 a bs trac t f o a m e dc o n c r e t ei san e wt h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l i tc a nh a r d e n u n d e rn a t u r a lc u r i n gc o m p a r e dw i t ha e r a t e dc o n c r e t e i th a ss i m p l e p r o d u c t i o np r o c e s sa n dl o wi n v e s t m e n t f o a m e dc o n c r e t en o to n l yc a n b em a d ei n t om a n ym a n u f a c t u r e dp r o d u c t s ，b u ta l s oc a nb ep o u r e do n s i t e i t sm o r e i m p o r t a n t t o p a y a t t e n t i o nt o d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f e n e r g y c o n s e r v a t i o n b u i l d i n g m a t e r i a l s ，w i t ht h e i m p l e m e n t a t i o no fp o l i c yf o rw a l lm a t e r i a lr e f o r m a t i o na n db u i l d i n g e n e r g yc o n s e r v a t i o ni no u rc o u n t r y n e wm a t e r i a l sw i t ht h ep r o p e r t i e s o fe n e r g ys a v i n g ，u t i l i z i n gi n d u s t r i a lw a s t e ，t h e r m a li n s u l a t i o n ，a n d l i g h tw e i g h t a r eb e i n gv i g o r o u s l yd e v e l o p e di n d o m e s t i c a m o u n g t h e m ，f o a m e dc o n c r e t eb l o c kw i l lp l a ya ni m p o r t a n tp a r ti nn o - b e a r i n g w a l lm a t e r i a l h o w e v e r ，t h e r ea r ev a r i o u sp r o b l e m si nf o a m e dc o n c r e t e g e n e r a l l y ，w eu s es p e c i a lc e m e n t t op r e p a r ef o a m e dc o n c r e t e t h e s e t t i n gt i m ei sr e l a t i v e l yl o n g w a t e rs e g r e g a t i o na n df o a m e dc o n c r e t e p a s t eu s u a l l yo c c u r c o m p r e s s i o ns t r e n g t h i s r e l a t i v e l y l o w t h e t h o r o u g hr e s e a r c ho nt h e r m a lc o n d u c t i n gm e c h a n i s ma n dc o m p r e s s i o n m e c h a n i c a lp r o p e r t yo ff o a m e dc o n c r e t ei s n tc a r r i e do u t t os o l v et h e p r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e ，w eu s eo r d i n a r yp o r t l a n dc e m e n ta sm a t r i x m a t e r i a l a n dan e wf o a mt e c h n o l o g yw h i c hc o m b i n e st h et r a d i t i o n a l s u r f a c t a n ta n dm i n e r a la d d i c t i v e si sa d o p t e dt op r e p a r ef o a m e dc o n c r e t e w i t hd i f f e r e n td e n s i t y t h es p e c i f i cr e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s f u n d a m e n t a lp r o p e r t i e so ff o a m e dc o n c r e t ea r et e s t e d w em a i n l y s t u d yt h ei n f l u e n c eo fv a r i o u sk i n d so fa d m i x t u r e so nt h es e t t i n gt i m e ， m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，f l u i d i t ya n dv i s c o s i t yo ff o a m e dc o n c r e t e ，t h e i n f l u e n c eo fp o u r i n gh e i g h to nv o l u m ew e i g h t ，a n dt h ei n f l u e n c eo ff l y a s hs p e c i e so nw a t e rr e q u i r e m e n ta n dc o m p r e s s i o ns t r e n g t h w ed or e s e a r c ho np v am o d i f i c a t i o no fl a r g ef l ya s hc o n t e n t c o n c r e t e t h er e s u l t ss h o wt h a tp v aw i t hc e r t a i nc o n t e n tc a ni m p r o v e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ， r e d u c e m i c r o c r a c k ， a n dd e c r e a s e p o r e c o n t e n t w ea l s od or e s e a r c ho nt h ei n f l u e n c eo ff i n e n e s sa n dm i x i n g 西南科技大学硕士研究生学位论文第lv 页 a m o u n to f f l y a s ha n d m i x i n ga m o u n t o fa c t i v a t o ro n 2 8 一d a y c o m p r e s s i o ns t r e n g t h o ff o a m e dc o n c r e t e t h er e s u l t si n d i c a t et h a t 2 8 d a yc o m p r e s s i o ns t r e n g t hw i l lb ei m p r o v e dw i t hi n c r e a s i n go ff l y a h sf i n e n e s s 2 8 d a yc o m p r e s s i o ns t r e n g t ho ff o a m e dc o n c r e t ec a nr e a c h t h em a x i m u mw h e na d d i n g3 0 f l ya s h t h ea d d i n gc o n t e n to fa c t i v a t o r r e l a t i v e l yt of l ya s hi s2 0 a p p r o p r i a t eg r a i nc o m p o s i t i o nc a ni m p r o v e2 8 一d a yc o m p r e s s i o n s t r e n g t h o ff o a m e dc o n c r e t ew h e n p r e p a r i n gf o a m e dc o n c r e t e t h e r e s e a r c ho fq u a r t z - - s l a g f l ya s hs y s t e ms h o w st h a tt h el o w e rt h eq u a r t z s a n df i n e n e s s i s ，t h eh i g h e rt h ec o m p r e s s i o ns t r e n g t ho ff o a m e d c o n c r e t e t h ec o m p r e s s i o ns t r e n g t ho ff o a m e dc o n c r e t e c o n t a i n i n gf l y a s hi s h i g h e rt h a n f o a m e dc o n c r e t ec o n t a i n i n g s l a g w i t ht h es a m e p r o p o r t i o na n df i n e n e s s t h e r e i sao p t i m u mv a l u eo f s l a gm i x i n g a m o u n tb e t w e e n3 0 a n d5 0 b a s i cc o n c e p t sa n dd i f f e r e n t i a l e q u a t i o n so fh e a t t r a n s f e ra r e d e s c r i b e d o n e - d i m e n s i o n a ls t e a d yh e a tc o n d u c t i o nm o d e ls u i t a b l ef o r f o a m e dc o n c r e t ew a l lm a t e r i a li s e m p h a t i c a l l y d i s c u s s e d t h e r m a l c o n d u c t i v i t ym o d e lo ff o a m e dc o n c r e t ei ss t u d i e d t h er e s u l ts h o w st h a t t h e r m a l c o n d u c t i v i t y m a t c h u p t o e x p o n e n t i a ld e c a y m o d e lw i t h i n c r e a s i n g o fp o r o s i t y t h e o p t i m u mv o l u m ew e i g h tm o d e lw i t ht h e m i n i m u mt h e r m a lc o n d u c t i v i t yi sd e r i v e dw h e nt h et h i c k n e s so ff o a m e d c o n c r e t ei sd e f i n i t e w ea l s od or e s e a r c ho nt h es q u e e z i n gp r o p e r t i e so f f o a m e dc o n c r e t e t h er e l a t i v ef a c t o r se f f e c to ns q u e e z i n gp r o p e r t i e si s a n a l y z e d c o m p r e s s i o ns t r e n g t h v a l u e sa r es i m u l a t e d b y g i b b s o n a s h b ym o d e l p a r a m e t e r sc h a r a c t e r i z i n gp o r er i ba n dp o r e w a l lw e r eo b t a i n e d t h ep i l o tt e s to ff o a m e dc o n c r e t ew a l lm a t e r i a li sd e s c r i b e di n d e t a i l i ti n c l u d e sm a i nc h a r a c t e r i s t i co ft h ep r o d u c t ，m a i np r o d u c t i o n e q u i p m e n ta n dp r o c e s s ，c h o i c eo fr a wm a t e r i a la n dp r o p o r t i o nd e s i g no f t h ep r o d u c t ，a n dt h ed e s i g no fp r o d u c t i o nl i n e t h ee x p e r i m e n t a lh o u s e i sb u i l t b yu s i n gf o a m e dc o n c r e t ew a l lm a t e r i a la n dc a s t i n p l a c e f o a m e dc o n c r e t e i ti n c l u d e sw a l l m a s o n r y ，w a l lp l a s t e r i n g ，a n d c o n s t r u c t i o no fr o o fa n dg r o u n d t h ef u n d a m e n t a lt h e o r yo fb u i l d i n g 西南科技大学硕士研究生学位论文第v 页 e n e r g yc o n s e r v a t i o nh e a te n g i n e e r i n gt e s t i n g ，a n dd e t e c t i o nm e t h o do f b u i l d i n ge n v e l o p et e m p e r a t u r e ，h e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t ，h e a tb r i d g e ， a n d t h e r m o d y n a m i cd i s f i g u r e m e n ta r ei n t r o d u c e d h e a te n g i n e e r i n g t e s t i n go fe x p e r i m e n t a lh o u s ei sd o n ea n dt e s t i n gd a t ai sa n a l y z e d t h e a n a l y s i ss h o w st h a tf o a m e dc o n c r e t ep o s s e s s e sg o o di n s u l a t i o ne f f e c t a n dm e e tt h ed e m a n do fs a v i n g5 0 - - 一6 5 e n e r g y k e y w o r d s ：h i g hp e r f o r m a n c ef o a m e dc o n c r e t e ；s e l f c o n s e r v i n g w a l lm a t e r i a l ；h i g hc o n t e n tf l ya s h ；l i g h t w e i g h ta n d h i g hs t r e n g t h ；b e a r i n g ；t h e r m a lc o n d u c t i v i t ym o d e l ； v o l u m e w e i g h to p t i m i z a t i o nm o d e l ；c o m p r e s s i o n s t r e n g t hm o d e l ；p i l o tt e s t ；t h e r m a lt e s t i n g 独创- i 生声明 本人声明所呈交的沦蛄邑我个 、在导师指导下进同 勺1 瓶作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特另i 仂眺闲空；f 睚贼| 拍蚴 ，论文中刁泡含其他 、已到嗣捌游眶越的昕充成 果，也刁包含为教细南科技大等短昭规建鳓箍胀哮往弼扭曰专而使用过麒耐誓伴 o 与我一同匝 作的同志砖橱形移嘶蝴铂桐贡献均已舒仑文中作了阱确的说明并表示了谢意。 签名：闪咖爹嗍 叼、6 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南硼劐嗡缉移踝留、使用学位论文的规定，即：学皮茹褓群荆立论文 自勺：复e p 佑怠毓赫坷蛐卡悯；学舸以公布 擞的全躯黼内容，可匕翮影印、 缩印莸黼怦锻保毹仑文。伤搐眸粼娩文甜礅昨越谴守止嘲均 签名：周惨审 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 1 绪论 1 1 研究背景、目的及意义 1 1 1研究背景 随着我国经济的快速发展，房屋建筑规模扩大、城市化水平不断 加快和人民生活水平的提高，建筑已经成为我国能耗的大户，在我国 能源消耗总量中所占的比例已从2 0 世纪7 0 年代末的10 增加到2 0 0 0 年 2 7 6 ，其中供热采暖能源消耗占到其中的6 0 ，全国城市居民空调安 装率已从19 91 年的0 71 发展到2 0 0 0 年的3 2 5 9 。2 0 0 2 年，我国一次 能耗消耗量为15 14 亿吨标准煤，其中城市建筑的建造与能耗的l3 以上，连同墙体材料生产能耗共占总能耗的2 0 左右。采暖地区( 三北) 的建筑能耗约占总能耗的2 5 。因此，建筑节能应作为我国能源可持 续发展的重要组成部分之一。因此合理利用能源，提高能源利用率， 保护生态环境是我国社会发展的根本大计，而建筑物外墙围护结构节 能技术的改进、保温材料的更新，对于社会能耗、建筑能耗的降低具 有非常重要的意义。 目前我国正在大力推行墙体材料改革与建筑节能政策，政府和社 会越来越重视节能型建筑材料的开发和应用。当前建筑节能外墙保温 材料只有聚苯板材、挤塑板、泡沫硅酸盐板材、保温砌块。因此发展 节能、利废、保温、轻体、隔热等新型材料迫在屑睫并逐渐会成为主 要趋势。而加气混凝土、泡沫混凝土、其他新型外墙保温材料研究、 开发和利用正符合了社会发展需要。近年来，轻质泡沫混凝土的研究 和应用开发在国内受到了越来越多的重视，国内已经有多家单位开展 了泡沫混凝土的研究。 泡沫混凝土又名发泡混凝土。它的突出特点就是在混凝土内形成 泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。泡沫混凝土采用机械的方法 将发泡剂制成泡沫，然后再将已制得的泡沫和硅钙质材料、菱镁材料 或石膏材料所制成的料浆均匀搅拌，即制成泡沫混凝土拌和物。搅拌 使这些材料的硬质微粒黏附到泡沫的外壳上面，泡沫的气孔就变为互 相隔开的单个气泡。气泡的壁体是由泡沫料浆的微粒和水构成。泡沫 混凝土气孔形状与加气混凝土的有所不同，不是椭球体，它在毛细管 作用下多少要产生变形而变成多面体。拌和物中的细孔分布得愈均 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 匀、尺寸愈小，则泡沫混凝土强度愈高。在静停期间，多孔拌和物逐 渐稠化凝结、形成坯体。在蒸养和自然养护条件下，这些材料间产生 水化反应，生成水化硅酸盐以及水化铝硅酸盐胶凝物质或其他胶凝物 质，使坯体逐渐变成具有一定强度和其他物理力学性能的多孔人造石 材。可以这样说，泡沫混凝土属于广义的加气混凝土。因这种泡沫混 凝土的泡沫是外加的，所以人们习惯称之为外发泡。机械发泡所制得 的泡沫混凝土泡径大小可以通过人工控制，它的泡径一般都小于 3 m m 。 由于发泡剂所产生泡沫的稳定时间是有限的，为了保证气泡不破 碎就必须缩短胶凝材料的凝结时间，国内制备泡沫混凝土现大多采用 快硬、快凝和高标号的特种水泥。但特种水泥价格昂贵且产量小、分 布不广，限制了这些成果的转化。用硅酸盐水泥作结合剂制备泡沫混 凝土的研究相对较少，所制备的泡沫混凝土的质量也相对较差，很少 在工程上得到应用。国内发泡剂主要有松香类发泡剂、蛋白类和表面 活性剂类，总体上说不够理想，功能偏少，尽管有些发泡倍数大，但 稳定性差，制品强度不高。制取泡沫主要采用机械搅拌，受发泡工艺 受的条件局限，新制成的泡沫不及时使用，泡沫就要逐渐消失，泡沫 不宜储存，对现场大面积的使用造成一定的局限。在使用泡沫混凝土 的工程中，大多出现以下问题：强度偏低；硬化表面开裂、吸收大量 外来水分；泡沫混凝土砌块墙体抹灰易出现空鼓和裂缝，会降低墙 体保护作用，影响装饰效果。 从我国局部地区的泡沫混凝土砌块推广过程中来看，高性能和经 济优化是生产应用所要达到的主要目标，其中包括研制高效发泡剂、 原料与复合外加剂的选用配比以及对混凝土工艺流程及设备优化等， 进一步在理论和实践上解决好这些技术问题，对于泡沫混凝的发展 应用具有推动意义。 1 1 2研究目的及意义 泡沫混凝土砌块在非承重墙体材料中，占有重要的地位。近年来， 我国也开始进行了免蒸压泡沫混凝土的技术研究，取得了一些成果。 但总体技术水平与国外有不小的差距，在工程上也没有大面积的应 用。加之，由于地方原材料的差异，所取得的研究成果的通用性很差。 因此结合地方原材料开展新型节能墙体材料的研究开发是非常必要 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 和迫切的。本实验以硅酸盐水泥为结合剂开发泡沫混凝土作单一建筑 围护结构的新型墙体节能体系的相关技术，其节能指标能满足冬冷夏 热地区节能5 0 6 5 的要求。本实验大量使用工业废料，既降低了成 本又减小了固体废渣对环境带来的威胁，变废为宝，符合国家建设节 约型社会，提高资源循环利用、改善环境、促进循环经济发展的方针， 并且根据国家政策使用工业废渣3 0 以上可以相应减免税收的政策， 因此本课题具有较大的社会效益和经济效益。 1 2 泡沫混凝土的研究现状 1 2 1 概述 1 2 1 1泡沫混凝土定义 泡沫混凝土是采用发泡剂通过机械制出泡沫，再将泡沫加入胶凝 材料浆体，制成泡沫料浆，然后成型或现浇，经自然养护或者蒸压养 护所形成的微孔轻质材料。这里没有将化学发泡和蒸压养护工艺所形 成的微孔材料列入泡沫混凝土。因为化学发泡和蒸压养护工艺是加气 混凝土的两个重要的特点。 1 2 1 2泡沫混凝土优点 泡沫混凝土有以下几个方面的优点： 重量轻。它的干体积密度一般为2 0 0 7o o k g m 3 ，相当于黏土砖 的1 3 1 1o 左右，普通水泥混凝土的l 5 l 10 左右，也低于一般 的轻骨料混凝土。因而采用它作为墙体屋面材料可以大大减轻建筑物 自重。同时，也就可以减少建筑物对地基的压力，减小建筑物基础、 梁、柱等结构尺寸，可以节约建筑材料和工程费用，大幅减小工程量， 缩短工期。 保温性能良好、减薄墙体，增加建筑面积。由于其内部含有大量 气泡和微孔，因而有良好的绝热性能。其保温效果远远强于同厚度的 粘土砖墙，从而增加了建筑物的使用面积。 抗震性能优异，地基荷载越小，抗震力越强。地基的荷载与墙体 材料的密度直接相关，墙体材料密度越小，建筑的地基荷载就越小， 与传统建筑材料相比，建筑物自重可减轻l 3 2 5 ，因此，泡沫混 凝土具有良好的抗震性。 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 减少噪音污染。泡沫混凝土具有良好的气孔结构，能起到良好的 隔音效果，大大减少了噪音的影响，改善了居住环境。由于泡沫混凝 土的多孔性，它具有一定的吸声能力。虽因孔隙不连通而使吸声性能 受到限制，但由于泡沫混凝土具有可加工性，极易对其表面施行某种 加工，经加工处理后，其可以达到中等效果的吸声性能。加之，泡沫 混凝土具有耐潮、耐火、强度较高等优点，且比其他吸声材料便宜， 在某些情况下可以作为吸声材料加以采用。 调节室内温度。泡沫混凝土产品的含水率可根据室内环境的变化 而变化，具有一定的调节室内环境的作用，用泡沫混凝土所建的墙体， 无论外面的气候条件如何，可最大限度地消除墙体与人体之间的辐射 现象，保持室内相对湿度的平衡，既不干燥也不潮湿，能很好的调节 室内的温度。 1 2 1 3泡沫混凝土的分类 表1 - i泡沫混凝土的分类 t a b 1 1cia 5 sific a ti0 f l0 ff o a m e dconcre t e 分类方式泡沫混凝土种类 组成胶结材料 掺合料填充种类 密度 发泡方式 使用功能 生产工艺 应用领域 养护方式 孔径 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 粉煤灰泡沫混凝土、煤矸石泡沫混凝土、矿渣泡沫混凝 土、尾矿砂泡沫混凝土、秸秆粉泡沫混凝土 见j c t10 6 2 2 0 0 7 泡沫混凝土砌块标准 发泡混凝土、充气混凝土 保温型、结构型、保温结构型 现场浇注混凝土和泡沫混凝土制品 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 自然养护、蒸汽养护、蒸压养护 微孔泡沫混凝土( 3 m m ) 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 1 2 1 4泡沫混凝土的主要用途 ( 1 ) 建筑节能方面的应用 屋面保温隔热：制品类有泡沫混凝土屋面隔热砖、保温板、菱镁 泡沫夹心波瓦和泡沫彩色水泥瓦。现浇类有现浇泡沫混凝土屋面保温 隔热层，泡沫与聚苯颗粒复合保温隔热层。 墙体保温隔热：制品类有泡沫混凝土砌块、彩色保温砌块、泡沫 石膏砌块和各种保温内外墙板。现浇类有现浇泡沫混凝土墙体。 墙面保温隔热：制品类有外墙外保温体系，外墙内保温体系，发 泡文化石、发泡文化砖。现浇类有喷涂型泡沫混凝土墙面保温层。 地面保温：制品类有地面保温砖、地面保温板。现浇类有现浇地 暖保温层。 ( 2 ) 工程应用 这是近几年发展较快的应用领域，起步虽迟于建筑节能应用，但 应用量上升较快，应用范围也扩大的很快。 挡土墙：主要用于公路护坡、路基、引桥、地基、河岸、港口的 挡土墙，在国外应用量非常大，在国内也已开始应用。 地下回填：主要用于报废矿井、报废地下设施等地下空间的低成 本回填。这在发达国应用比较普遍，在我国也已起步。 环境覆盖：主要用于垃圾灭菌无害化覆盖、生态植草混凝土泡沫 地面、沙区蓄水覆盖等。 地基工程：主要用于补偿地基、抗冻地基、机场跑道、运动跑道 等混凝土填层等。 ( 3 ) 园林应用：泡沫混凝土在园林方面的应用也是一个新兴的 领域，虽还不是十分广泛，但是呈现良好的发展势头。主要应用包括： 泡沫混凝土假山石；轻质水上漂浮制品；发泡彩色装饰园艺陶粒；发 泡仿木材料；无土栽培轻质基质。 ( 4 ) 工业应用 在工业领域的应用目前尚处于起步，但均很成功，前景较好，应 用的行业也会越来越多。 化工应用：通孔型泡沫混凝土是良好的滤质。另外泡沫混凝土也 用于化工储罐底脚的浇注等。 耐火应用：这是泡沫混凝土应用较成功的领域。它可用于炉窑现 浇保温层、喷涂保温层、泡沫混凝土耐火保温砖等。 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 工业管道保温：主要用于生产管道保温外壳或管道保温喷涂层 陶瓷工业：用于制备轻质陶瓷制品 ( 5 ) 在装饰材料方面的应用 目前主要用于纸面石膏板、菱镁防火板、轻质吊项、各种模制装 饰制品的降密；用于生产防火泡沫涂料 1 2 2泡沫混凝土 如今在合理利用与开发资源的前提下，粉煤灰泡沫混凝土的生产 和应用以成为趋势。伴随着电力工业的发展，粉煤灰废渣与目俱增， 是一种能够综合利用的宝贵的二次资源，为防止污染、利废，利用粉 煤灰生产建筑材料逐渐形成一种新兴工业，在泡沫混凝土中大量应用 粉煤灰可以达到降低混凝土成本、利于环保等目的。有研究表明陪“， 用粉煤灰代替水泥还可以提高水泥浆的性能。 王永兹1 在蒸压养护条件下研制出容重为5 0 0 - - 12 0 0 k g m 3 ，导热 系数为0 11 0 4 5 w m k ，吸水率小于4 0 的建筑砌块。它具有容重小， 导热系数低，吸音性能好，具有一定强度和可加工性能好等优点，可 用于围护结构和保温结构使用的建筑砌块。 根据很多工作者以往的研究t 6 - 9 ，随着粉煤灰掺量的增加，水泥 用量不断减少，混凝土抗压强度大幅下降。但粉煤灰具有潜在活性， 在碱性环境下，随着期龄的增长，高掺量粉煤灰泡沫混凝土的抗压强 度会明显增加。泡沫混凝土的抗压强度主要受到干密度的影响，用大 掺量粉煤灰代替水泥( 可达水泥的6 7 ) ，不会影响养护较好的泡沫混 凝土的长期抗压强度；粉煤灰分级与否也不会造成粉煤灰泡沫混凝土 的抗压强度的减少。 1 2 3发泡剂 发泡剂在我国应用已有5 0 多年的历史。在2 0 世纪5 0 年代初，我国 就开发出松香和松香热聚物这两种发泡剂并用于砂浆和泡沫混凝土。 这两种发泡剂几十年来在国内应用十分普遍，为建材建筑业界所熟 悉，这是我国的第一代发泡剂，至今仍有较大的应用。2 0 世纪8 0 年代 之后，随着我国表面活性工业的兴起，合成类发泡剂开始应用，并取 代了相当一部分松香皂1 和松香热聚物，成为发泡剂的一个主要的品 种。这是我国第二代发泡剂的发展时期。2 0 世纪末期，意大利、日本、 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 韩国、美国等发达国家的高性能蛋白型发泡剂，开始进入我国，并逐 渐显示出其高稳定性的优势，得到了较大的应用。在国外蛋白发泡剂 的促进下，我国青海等地也开发出了多种牌号的动物蛋白发泡剂，植 物蛋白发泡剂也开始在东南沿海地区出现并推广应用，我国进入了第 三代发泡剂的开发应用时期1 ”。如今，我国的发泡剂正从第三代向 第四代过渡，发泡剂有单一成分逐渐向多成分复合发展。 发泡剂有如下几种分类”。发泡剂按电离性质分为阴离子、阳离 子、非离子、两性离子四大类。按成分划分，大致分为松香树脂类、 合成表面活性剂类、蛋白质类、复合类、其他类。其他类包括石油磺 酸铝发泡剂、造纸废液发泡剂、丙烯酸环氧酯发泡剂和磷脂发泡剂。 按其发展年代可分为：第一代发泡剂( 松香树脂类) ，包括松香皂发 泡剂和松香热聚物；第二代发泡剂( 合成类发泡剂) ，包括阴离子和 非离子型表面活性剂；阴离子型中最常见、成本最低、最易得的是烷 基苯磺酸盐类，其代表是十二烷基苯磺酸钠，非离子型大体上有四个 类型，包括醚型、脂型、醚脂型和含氮型，主要是聚乙二醇型；第三 代发泡剂( 蛋白型发泡剂) ，包括植物蛋白型和动物蛋白型，植物蛋 白型分为茶皂素发泡剂和皂角苷型发泡剂，动物蛋白型包括动物蹄角 发泡剂、动物毛发泡剂、动物血胶发泡剂；第四代发泡剂( 复合型发 泡剂) ，而发泡剂的复合方法有互补法、协同法、增效法、增加功能 法，复合外加剂的组分有基本组分( 占8 0 ) 和外加剂组分( 占2 0 ) ， 外加剂组分包括增泡组分、稳泡组分、功能组分、调节组分。 目前美意日等发达国家发泡剂技术已非常成熟，并已形成完整的 技术标准和检测体系。其发泡剂以稳定性较好的蛋白质型为主，并向 我国出口。我国的发泡剂应用要比国外晚得多，而且大多是混凝土引 气剂，从上世纪六十年代，我国开始生产应用引气剂( 又称微末剂) ， 但量很小。直到上世纪末，引气剂才广泛应用。近几年，由于我国墙 改的带动，用于轻质墙板和泡沫混凝土的发泡剂迅速发展，但发泡剂 性能和国外相比( 发泡倍数和稳定性) ，仍有一定的差距。 我国发泡剂总体上说不够理想，功能偏少，尽管有些发泡倍数大， 但稳定性差，制品强度不高。大致分类主要有松香类发泡剂、蛋白类 和表面活性剂类。已研发出的发泡剂品种有以下几个品种。松香类发 泡剂是我国自上世纪5 0 年代初开始生产泡沫混凝土以来，采用最多 的一种传统发泡剂，该发泡剂的合成工艺简单，原料易得，成本低， 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 发泡能力强，其缺点是泡沫稳定性差，制品强度偏低。青海型发泡剂 ，是用牛羊蹄角、碱和水在一定温度和压力下制成棕色液体。该发泡 剂相对具有良好的起泡、稳泡性能，不足在于生产成本较高，应用受 到了限制。广州工业大学研制的一种混凝土砌块发泡剂，：外观为无 色液体，密度为1 1k g m 3 ，由该发泡剂制成的产品性能均符合 q ( c z ) w t j1 9 5 的要求。c c w - 9 5 型粉状发泡剂钉由中国建筑材料科学 研究院房建所研制，为无色固体粉磨，无毒、无腐蚀性，其泡沫稳定 性好，与水泥品种适应性强，发泡量大。憎水发泡剂n 引由中国建材研 究院和北京玉湖新材料科技开发有限公司合作研制，具有特殊性能的 发泡剂，外观为白色粉末，加水后立刻起泡，发泡快，泡沫细小，稳 泡时间长。威海双杰新型建材开发有限公司研制出w s d 动物性水泥发 泡剂。 国外发泡剂研究较早，已有较成熟的产品。已研发出的发泡剂有 以下几个品种。s a v o ly ”等采用烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐复合制 成的一种应用于石膏板等墙体材料中的表面活性剂类发泡剂。 is hijim a ”，等研制出水分散性铝粉浆体发泡剂。美国研制出由烷基磺 酸碱金属盐和水解蛋白质复合组成的液体发泡剂”。a l0iss o m m e r 等采用聚氯乙烯、烷基磺酸盐、藻酸盐和聚丙烯酸脂复合有机型发泡 剂。 和国外相比，目前我国市场上的发泡剂是四代并存，种类、牌号 繁多。合成表面活性剂类约占6 0 ，松香皂类约占3 0 ，蛋白类和茶皂 类约占1o ，其价格也相差极大，最贵的2 3 万元吨，而且性能也相 差甚远，即使同一类发泡剂，由于其原料生产工艺、有效含量不同， 价格与性能也相差极大。相对而言，我国发泡剂总体上功能偏少，尽 管有些发泡倍数大，但泡沫稳定性、均匀性、分散性都不理想，制品 强度不高。 1 2 4发泡工艺与搅拌混泡工艺 发泡机就是能将发泡剂一定浓度的水制成泡沫的设备。发泡机最 早出现在国外，其原始机型是采用叶轮高速旋转制泡，故又名打泡机。 后来随着技术的进步，发泡机的技术含量不断的提高，新机型不断的 出现，形成了不同的技术体系。我国早在2 0 世纪5 0 年代就开始使用发 泡机，但不是专用的发泡机型，而是采用砂浆搅拌机。即将发泡剂直 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 接加入砂浆搅拌机或混凝土搅拌机，让发泡剂和砂浆或混凝土一起搅 拌生成泡沫。2 0 世纪7 0 年代前后，开始出现专用的发泡机，即高速叶 轮发泡机。以后又不断技术升级和换代，如今已发展为以高压充气为 主体的第三代机型，基本可以满足泡沫混凝土的需求。 发泡机从发泡原理来划分，目前广泛应用的只有高速叶轮型、高 压空气型、鼓风中低压型等三类。 搅拌与混泡工艺包含两个工艺单元。第一单元为制各胶凝材料浆 体，第二单元为胶凝材料浆体与泡沫的混合。两个工艺，在大多数情 况下，由一台搅拌机完成。在搅拌机内先制备胶凝材料浆体，制好后， 加入泡沫混合均匀。该方法是间歇进行的，不能连续进行，适于产量 不是太高、无法连续生产的间歇工艺。当产量很高，要求制浆与混泡 连续进行时，就需增加一台专用混泡机。 1 3泡沫混凝土的应用现状 1 3 1泡沫混凝土国内应用现状 在我国，泡沫混凝土在一定程度上得到了应用，但整体的利用水 平不是很高，和国外相比有一定的差距。泡沫混凝土在我国的应用主 要有泡沫混凝土砌块、泡沫混凝土轻质墙板、泡沫混凝土补偿地基等 【2 2 】【23 i o 泡沫混凝土砌块。泡沫混凝土砌块是泡沫混凝土在墙体材料中应 用量最大的一种材料，砌块根据实用要求分为保温砌块和围护砌块。 在我国南方地区以隔热为主。在北方，泡沫混凝土主要用作墙体保温 层。 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g r c 轻质墙板，由于价格较高，影响了其推广应用。中国建筑材 料科学研究院采用g r c 隔墙板生产工艺结合固体发泡剂和泡沫水泥的 研究成果，开发了粉煤灰泡沫水泥轻质墙板的生产技术，并得到了应 用。 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。由于建筑各部分自重的不同，在施工过程中 产生自由沉降差，在建筑物物设计过程中，要求在建筑物自重较低的 部分，其基础需填软材料，作为补偿地基使用，泡沫混凝土能较好的 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 0 页 满足补偿地基材料的要求，n ”。 1 3 2泡沫混凝土国外应用现状 近年来，美国、英国、荷兰、加拿大、韩国、日本等国家充分利 用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，提高了工程质量心引n 。主要应用有以下几个方面。 用作挡土墙。主要用作港口的岸墙，它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c z ”，用于减少侧向压 力的泡沫混凝土的容重一般为4 0 0 6 0 0 k g m 3 。 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，上面覆以砾石或人造草皮，作为运动场，泡沫混凝土的 容重为8 0 0 9 0 0 k g m 3 。或者在泡沫混凝土上盖一层0 0 5 m 后的多孔沥 青层或塑料层，则可作用径跑道用。 用作夹心构件：在预制钢筋混凝土构件时可采用泡混凝土作为内 芯，使其具有轻质高强隔热的良好性能，通常采用容重为4 0 0 6 0 0 k g m 3 的泡沫混凝土。 用作复合墙板：用泡沫混凝土制作各种轻质板材，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。泡沫混凝土的容重通常 6 0 0 k g m 3 左右。 管线回填：地下废气的油柜、管线、污水管及其他空穴容易导致 火灾或塌方，采用泡沫混凝土回填可以解决这些后患