三）適用范圍及模型實(shí)驗(yàn)
（ a ）在模擬的頂面以 151/min 的速度向模型注水，模型的四周及上表面的交界面設(shè)有若干漏氣孔，空氣包裹從底部的注水孔注漿。
（ b ）注入的漿體在底部逐漸固化，沒有出現(xiàn)材料的分散、離析及消泡現(xiàn)象。
（ c ）漿體沒有從出口隨水流出，模型的注漿飽滿。
與氣泡輕質(zhì)土相比，空氣包裹的流動(dòng)性雖小，但它在水中不會(huì)出現(xiàn)材料分離及消泡現(xiàn)象，是水中空洞填充，特別是隧道注漿最理想的材料。如隧道襯砌體背后的注漿。
（四）隧道注漿實(shí)例
（五）隧道注漿常用各工法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
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項(xiàng)目 |
水泥類 |
非水泥類 |
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發(fā)泡類 |
非發(fā)泡類 |
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空氣輕質(zhì)土 |
空氣包裹 |
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材料 |
①氣泡水泥砂漿
②氣泡水泥漿 |
氣泡水泥砂漿 + 特殊添加劑 |
水泥砂漿 |
空洞填充用的發(fā)泡尿烷 |
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容重（ KN/m3 ） |
11~12 |
同左 |
20 左右 |
1 |
|
材料單價(jià) |
便宜 |
便宜 |
便宜 |
昂貴 |
|
膠凝時(shí)間 |
幾個(gè)小時(shí) |
幾秒鐘內(nèi)膠凝狀 |
幾個(gè)小時(shí) |
1 到 2 分鐘 |
|
施工設(shè)備規(guī)模 |
大（必要） |
同左（必要） |
同左（必要） |
簡易（不需要） |
|
施工準(zhǔn)備及退場(chǎng)所需時(shí)間 |
大 |
大 |
大 |
小 |
|
地下涌水地段 |
材料易離析 |
可能 |
可能，但必須進(jìn)行導(dǎo)水處理 |
可能 |
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山體龜裂地段 |
易泄露 |
停止填充則變成可塑狀，泄露停止 |
較難泄露 |
發(fā)泡堵塞裂縫，難泄露 |
|
細(xì)微部分的填充 |
流動(dòng)性強(qiáng)，填充可達(dá)細(xì)微部分 |
提高壓力即可填充 |
流動(dòng)性較差，不易流入細(xì)微部分 |
發(fā)泡過程中有流動(dòng)性，可在附近填充 |
|
襯砌荷重負(fù)擔(dān) |
中 |
中 |
大 |
小 |
|
襯砌體裂縫的滲漏 |
需防止細(xì)微裂縫 |
需防止裂縫大于 1mm 的滲漏 |
同左 |
無滲漏 |
|
排水的 pH 值 |
呈堿性 |
同左 |
同左 |
無變化 |
|
優(yōu)缺點(diǎn)
○優(yōu)點(diǎn)
●缺點(diǎn) |
●漏水較多，引起材料分離，不可填充（實(shí)驗(yàn)施工得出結(jié)論）
●流入排水系統(tǒng)，有阻塞排水系統(tǒng)的危險(xiǎn) |
○對(duì)于漏水部位有效，可確填充。
○流入排水系統(tǒng)可能性較小。
●與尿烷相比，施工性較差。 |
●較難填充細(xì)微部位
●襯砌體承受荷載大
●在漏水量較大的地方砂漿容易分離，流出 |
○可在漏水處確保填充完成
○較難流入排水系統(tǒng)
○施工性極好
○在行車線一方防漏措施簡單
●施工費(fèi)用較高 |
HXBY ?；渲閹r無機(jī)復(fù)合保溫砂漿是一種新型的墻體、屋面保溫隔熱、防水材料。該產(chǎn)品是將高分子?；?、高效發(fā)泡劑、珍珠巖、硅酸鹽水泥、工程纖維、粉煤灰、細(xì)砂等材料采用特定的工藝現(xiàn)場(chǎng)攪拌后，現(xiàn)抹上墻或整體澆注于屋面。
該產(chǎn)品通過高分子?；杭鞍l(fā)泡劑發(fā)泡后形成的細(xì)微而交錯(cuò)排列的獨(dú)立氣泡群密集分布于硅酸鹽水泥空間中，同硅酸水泥結(jié)合形成永不分解的具有防水性能的高分子結(jié)晶體，對(duì)水泥砂漿進(jìn)行改性。同時(shí)，改性后的水泥砂漿對(duì)膨脹珍珠巖進(jìn)行包裹，將水分子完全阻擋在高分子結(jié)晶體的外壁，從而徹底解決了膨脹珍珠巖的吸水問題。
該產(chǎn)品以?；渲閹r及細(xì)砂為主要骨料，以水泥為基料，具有極低的體積收縮率、優(yōu)異的抗裂性，抗壓、粘結(jié)強(qiáng)度滿足建筑保溫材料的要求，是集保溫隔熱、防水、抗裂于一體的高性能建筑保溫材料；它克服了聚苯顆粒等有機(jī)材料溶點(diǎn)低、高溫時(shí)產(chǎn)生有害氣體、易老化、使用壽命短等缺陷，是聚苯顆粒保溫砂漿的有效替代品。
（二）主要熱、力學(xué)性能指標(biāo)（ 1 ）
國家建筑材料工業(yè)房建材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心
|
試 驗(yàn) 項(xiàng) 目 |
標(biāo) 準(zhǔn) |
實(shí) 測(cè) 結(jié) 果 |
|
濕表觀密度， kg/m 3 |
≤ 800 |
470 |
|
干表觀密度， kg/ 3 |
≤ 450 |
379 |
|
導(dǎo)熱系數(shù)， W/m.k 常溫 |
≤ 0.08 |
0.061 |
|
抗壓強(qiáng)度， MPa （形變 10% ） |
≥ 0.40 |
2.60 |
|
飽和吸水率， % |
/ |
1.0 |
|
線收縮率， % |
≤ 0.3 |
0.20 |
|
軟化系數(shù)（ 28d 養(yǎng)護(hù)） |
≥ 0.5 |
0.85 |
|
拉伸粘結(jié)強(qiáng)度， MPa |
原強(qiáng)度 |
≥ 0.1 |
0.15 |
|
耐水強(qiáng)度 |
≥ 0.08 |
0.13 |
|
燃燒性能級(jí)別 |
A 級(jí) |
A 級(jí) |
|
隔聲量（ DB ） |
≥ 40 |
45 |
|
蓄熱系數(shù) |
≥ 1.5 |
3.0 |
（二）主要熱、力學(xué)性能指標(biāo)（ 2 ）
HXYB ?；渲閹r無機(jī)復(fù)合保溫砂漿放射性核素指標(biāo)
|
試 驗(yàn) 項(xiàng) 目 |
標(biāo) 準(zhǔn) |
實(shí) 測(cè) 結(jié) 果 |
|
外照射指數(shù) |
≤ 1.0 |
0.3 |
|
內(nèi)照射指數(shù) |
≤ 1.0 |
0.1 |
|
鐳 -226 （ Bq/kg ） |
…. |
13.23 |
|
釷 -232 （ Bq/kg ） |
…. |
18.51 |
|
鉀 -40 （ Bq/kg ） |
…. |
814.40 |
HXBY 護(hù)面抗裂砂漿性能指標(biāo)
|
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 |
性能指標(biāo) |
|
拉伸粘結(jié)強(qiáng)度， MPa |
原強(qiáng)度（養(yǎng)護(hù) 28d ） |
≥ 0.7 |
|
浸水（養(yǎng)護(hù) 28d 后浸水 7d ） |
≥ 0.5 |
|
柔韌性（抗壓強(qiáng)度 / 抗折強(qiáng)度） |
≤ 3.0 |
|
可使用時(shí)間 |
可操作時(shí)間， h |
≥ 1.5 |
|
可操作時(shí)間內(nèi)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度， MPa |
≥ 0.7 |
（二）主要熱、力學(xué)性能指標(biāo)（ 3 ）
HXBY 玻化珍珠巖無機(jī)復(fù)合保溫砂漿墻體保溫系統(tǒng)性能指標(biāo)
|
序號(hào) |
項(xiàng)目指標(biāo) |
指標(biāo)性能 |
|
1 |
耐侯性
試樣經(jīng) 80 次高溫（ 70 ℃ ） - 淋水（ 15 ℃ ）循環(huán)和 20 次加熱（ 50 ℃ ） - 冷凍（ 20 ℃ ）循環(huán)。 |
未出現(xiàn)開裂，空鼓和脫落現(xiàn)象；拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為 0.16MP; 破壞位于保護(hù)層。 |
|
2 |
耐凍性 |
夏熱冬冷地區(qū) 10 次循環(huán)、嚴(yán)寒及寒冷地區(qū) 30 次循環(huán)后，表面無空鼓、無脫落、無滲水裂縫；保護(hù)層與保溫層的拉伸粘接強(qiáng)度 0.15MPa ，破壞部位位于保溫層。 |
|
3 |
抗沖擊強(qiáng)度 |
C 型 |
普通型（單網(wǎng)） 3J 沖擊合格
加強(qiáng)型（加一層加強(qiáng)網(wǎng) 10J 沖擊合格 |
|
T 型 |
鍍鋅鋼絲網(wǎng) 3J 沖擊合格 |
|
4 |
抗風(fēng)荷載性能 |
安全檢測(cè)結(jié)果： 6.7kPa 未破壞 |
|
5 |
吸水量（浸水 1h ）， g/m 2 |
≤ 653 |
|
6 |
水蒸氣濕流密度 g/(m 2 · h) |
1.81 |
|
7 |
不透水性 |
試樣防護(hù)層內(nèi)無水滲透 |
|
8 |
耐磨損（ 500L 砂） |
無開裂、龜裂或護(hù)面層表面剝落、損傷 |
|
9 |
系統(tǒng)抗拉強(qiáng)度， MPa |
0.20MPa ，破壞部位不在各層界面 |
|
10 |
系統(tǒng)抗拉強(qiáng)度（浸水） |
0.17 破壞部位不在各層界面 |
|
11 |
飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度， MPa |
0.56 |
|
12 |
抗震性能 |
面磚及外保溫系統(tǒng)無脫落 |
( 三 ) 系統(tǒng)的主要特色
1 、保溫防水一體化
目前無機(jī)砂漿類保溫材料的主要缺陷表現(xiàn)在防水性能差，保溫層透水后，材料導(dǎo)熱系數(shù)上升，強(qiáng)度下降等，這將直接影響到系統(tǒng)的保溫性能和使用壽命。利用現(xiàn)場(chǎng)玻化技術(shù)， HXBY ?；渲閹r無機(jī)復(fù)合保溫砂漿外墻保溫系統(tǒng)不但解決了材料的防水性問題，而且由于氣泡群的“潤滑作用”，避免了攪拌過程中因外力導(dǎo)致的膨脹珍珠巖的易碎問題，保證了膨脹珍珠巖固有的保溫性能；在各種墻體的外墻、內(nèi)墻使用不同厚度的該材料可達(dá)到寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能 50 ％的標(biāo)準(zhǔn)要求。
2 、施工便捷，成本低
可采用廠拌生產(chǎn)，也可采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌生產(chǎn)后直接坯刮上墻，無縫界施工。由于材料的吸水率低，抗流性能好，一次成型厚度大，與其它保溫材料相比，生產(chǎn)及施工工序極為簡單，可直接替代毛坯墻上水泥砂漿找平、保溫層及保溫層的保護(hù)層，干燥后可直接在該保溫系統(tǒng)上做涂料底層和掛瓷磚，與其他保溫系統(tǒng)相比，具有明顯的低成本優(yōu)勢(shì)。屋面保溫防水施工也非常簡化，整體現(xiàn)澆并與主體形成一體化結(jié)構(gòu)，找平、找坡、保溫及無縫施工一次完成，減少因施工縫導(dǎo)致的質(zhì)量隱患，省工省時(shí)。
3 、耐高溫、抗冷凍、不燃燒、不老化，使用壽命長
4 、隔音減震性能好
材料中氣泡的體積含有率超過 75 ％，因而具有良好的隔音減震效果，隔聲量大于： 45db 。
［應(yīng)用實(shí)例 2 ］
混凝土發(fā)泡劑的研制
1 發(fā)泡混凝土通常是用機(jī)械方法發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫 , 再將泡沫加入到含硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑等組成的料漿中 , 經(jīng)混和攪拌、澆注成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種內(nèi)部含有大量封閉氣孔的“密孔”混凝土。生產(chǎn)發(fā)泡混凝土的關(guān)鍵是配制發(fā)泡劑。能產(chǎn)生泡沫的物質(zhì)很多 , 但并非所有能產(chǎn)生泡沫的物質(zhì)都能用于發(fā)泡混凝土生產(chǎn)。只有在泡沫和料漿混合時(shí)薄膜不致破壞 , 具有足夠的穩(wěn)定性 , 對(duì)膠凝材料的凝結(jié)和硬化不起有害影響的發(fā)泡劑 , 才能用來生產(chǎn)輕質(zhì)發(fā)泡混凝 土。目前 , 我國的混凝土發(fā)泡劑功能少、產(chǎn)量低 , 所產(chǎn)生的泡沫的穩(wěn)定性、均勻性、分散性都不理想。而發(fā)泡劑又是生產(chǎn)輕質(zhì)發(fā)泡混凝土的關(guān)鍵 , 因此有必要對(duì)發(fā)泡劑進(jìn)行系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和研究。
2 發(fā)泡劑介紹
發(fā)泡劑種類很多，其中多為陰離子表面活性劑。目前，國內(nèi)發(fā)泡劑品種主要有松香膠發(fā)泡劑、廢動(dòng)物毛發(fā)泡劑、樹脂皂類發(fā)泡劑、水解血膠發(fā)泡劑、石油磺酸鋁發(fā)泡劑等。我國發(fā)泡劑總體上說不夠理想，功能偏少，盡管有些發(fā)泡倍數(shù)大，但穩(wěn)定性差、制品強(qiáng)度不高。日本、意大利的發(fā)泡劑多為蛋白質(zhì)類，質(zhì)量好。我國也有以動(dòng)物蛋白為主要原料的發(fā)泡劑，其發(fā)泡倍數(shù)及穩(wěn)定性較好，但因原料來源有限，生產(chǎn)成本高，開發(fā)與應(yīng)用受到制約。
發(fā)泡劑生成泡沫的質(zhì)量以堅(jiān)韌性、發(fā)泡倍數(shù)、泌水量等指標(biāo)來衡量。泡沫的堅(jiān)韌性就是泡沫在空氣中在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不致破壞的特性，常以泡沫柱在單位時(shí)間內(nèi)的沉陷距來確定。發(fā)泡倍數(shù)是泡沫體積大于發(fā)泡劑溶液體積的倍數(shù)。泌水量是指泡沫破壞后所產(chǎn)生發(fā)泡劑水溶液的體積。表 1 為常見發(fā)泡劑的性能。
表 1 常見發(fā)泡劑的性能
|
發(fā)泡劑品種與濃度 |
十二烷基苯磺酸鈉 |
松香皂 |
松香熱聚物 |
動(dòng)物毛發(fā) |
|
0.5% |
1% |
1% |
2% |
1% |
2% |
2% |
3% |
|
發(fā)泡倍數(shù) |
27 |
32 |
28 |
29 |
25 |
26 |
20 |
22 |
|
1h 泌水量 /ml |
150 |
140 |
120 |
110 |
140 |
120 |
60 |
40 |
|
1h 沉陷距 / ㎜ |
50 |
38 |
34 |
29 |
38 |
33 |
8 |
5 |
3 發(fā)泡劑泡沫性質(zhì)研究
3.1 泡沫的形成
基于表面張力作用，液體表面有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，因而純靜液體經(jīng)攪拌后并不能產(chǎn)生大量泡沫。在純靜液體中，兩個(gè)氣泡相碰就會(huì)毫無阻礙地結(jié)合在一起，最后氣泡全部破裂。但如果在液體中溶解一種能降低氣 - 液界面張力的物質(zhì)，使之形成在組成上與其他液體有區(qū)別的且有一定機(jī)械強(qiáng)度的臨界層，那么兩個(gè)氣泡相碰時(shí)，這種臨界層便可作為“緩沖層”防止氣泡破裂。發(fā)泡劑因其分子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，能聚集在氣 - 液界面上，降低表面張力，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度，形成“緩沖層”，因而在純靜液體中加入發(fā)泡劑后用攪拌、混合、吹入、噴射等機(jī)械方法將氣體帶入發(fā)泡劑液體中就能制得泡沫。
3.2 泡沫的穩(wěn)定性及影響因素分析
所謂泡沫的穩(wěn)定性是指生成泡沫的持久性，即泡沫存在“壽命”的長短。這包括兩個(gè)方面：一是泡沫自身的持久性，由發(fā)泡劑的質(zhì)量來決定；一是泡沫在外界環(huán)境中以及和混凝土料漿混合時(shí)能保持不破滅的性能，它不僅和其自身性能有關(guān)，也取決于外界因素的影響?，F(xiàn)從幾個(gè)方面來闡述泡沫的穩(wěn)定性，
3.2.1 泡沫自身的穩(wěn)定性
由于氣體和液體的密度相差很大，所以液體中的氣泡總是很快上升至液面，形成以少量液體構(gòu)成的液膜隔開氣體的氣泡聚集物，即泡沫。泡沫不穩(wěn)定，會(huì)很快發(fā)生衰變，目前普遍認(rèn)為有兩個(gè)方面的原因：泡沫中液體的析出和氣體穿透液膜擴(kuò)散。
泡沫中液體的析出 泡沫中液體的析出是氣泡相互擠壓和重力作用的結(jié)果。氣泡擠壓主要來源于曲面壓力。泡沫中各個(gè)氣泡互交處形成所謂 Plateau 邊界 ( 見圖 !) 。根據(jù) Laplace 公式，可以導(dǎo)出 P B - P A =σ/ R ( 式中 : P A 為 A 處的液膜壓力， P B 為 B 處的液膜壓力。 σ 為表面張力 , R 為氣泡半徑 ) 。液膜中 A 處的壓力小于 B 處的壓力，于是，液體會(huì)自動(dòng)地從 B 處流至 A 處，結(jié)果是液膜逐漸變薄。
圖 1 Plateau 邊界
另一種排液過程是液體因重力而下降，使膜逐漸變薄。這種情況僅在液膜較厚時(shí)才比較顯著，液膜變薄至一定程度，便導(dǎo)致破裂。
氣體透過液膜擴(kuò)散 無論用何種方法產(chǎn)生的泡沫，其大小總不是完全均勻的。由于彎曲液面附加壓力的作用，小泡內(nèi)的氣體壓力總是高于大泡，因而氣體自高壓的小泡透過液膜，擴(kuò)散到低壓的大泡中去，造成小泡變小直至消失，大泡變大，最終導(dǎo)致氣泡破裂。
從以上兩方面可以看出，泡沫自身的穩(wěn)定性主要取決于液體析出的快慢和液膜的強(qiáng)度，而增大溶液的粘度恰恰可以解決這兩方面的問題。如果液體本身的粘度較大，則液膜中的液體不易排出，液膜厚度變小的速度較慢，因而延緩了液膜破裂的時(shí)間，增加了泡沫的穩(wěn)定性，同時(shí)也使泡沫具有一定的“彈性”。對(duì)此，一般可加穩(wěn)泡劑以達(dá)到目的。
3.2.2 外界環(huán)境因素對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響
壓力和氣泡大小的分布 泡沫在不同壓力下穩(wěn)定性不同，一般是壓力越大，泡沫越穩(wěn)定。這是因?yàn)榕菽|(zhì)量一定時(shí)，壓力越大，泡沫半徑越小；膜的面積越大，液膜變得越薄，排液速度越低。排液半衰期 T 1 ／ 2 與氣泡直徑 d 的關(guān)系為： T 1/2 ／ =580ηh ／ pgd 2 V tf ( 式中： η 為液相粘度， h 為泡沫柱最初高度， P 為液相密度， Vlf 為泡沫最初液體分?jǐn)?shù)， g 為重力加速度 ) 。因?yàn)闅馀荽笮〔痪鶆?，此式只能定性地說明某些變量之間的關(guān)系。也有人認(rèn)為，泡沫穩(wěn)定性與壓力的關(guān)系是氣相中非凝析成分隨壓力增高而增加的結(jié)果。 Monsalve 從理論上闡明，單位時(shí)間內(nèi)泡沫泡數(shù)的減少與最初氣泡大小分布頻率有關(guān)。氣泡分布越窄、越均勻，泡沫越穩(wěn)定。因此，要獲得穩(wěn)定泡沫，應(yīng)盡量使泡沫的氣泡半徑分布窄一些。
溫度的影響 溫度對(duì)泡沫的影響也較大。一般情況下，泡沫穩(wěn)定性隨溫度升高而下降。低溫時(shí)，當(dāng)泡沫液膜達(dá)到一定厚度時(shí)，泡沫就呈現(xiàn)亞穩(wěn)狀態(tài)，當(dāng)溫度特別低時(shí)，將直接影響發(fā)泡倍數(shù)；高溫時(shí)，泡沫的破滅由泡沫柱頂端開始，泡沫體積隨時(shí)間增長呈規(guī)律性減小。這是由于在最上面的液膜上側(cè)，總是向上凸的，這種彎曲膜對(duì)蒸發(fā)作用很敏感，溫度越高蒸發(fā)越快，膜變薄到一定厚度時(shí)就破裂了，因此大多數(shù)泡沫在高溫下是不穩(wěn)定的。
混凝土料漿的影響 泡沫最終要和料漿進(jìn)行混合攪拌，在此過程中，料漿中成分的顆粒形貌對(duì)泡沫的穩(wěn)定性也有重要影響。 { 見圖 2) 。料漿中顆粒 ( 粉煤灰、細(xì)砂等 ) 形狀均勻，表面圓滑，則和泡沫接觸時(shí)可以認(rèn)為是兩個(gè)圓球的“面面接觸”，這樣泡沫本身的“機(jī)械強(qiáng)度”和“彈性”特征可能很好發(fā)揮，不致產(chǎn)生應(yīng)力集中，有利于泡沫穩(wěn)定；若顆粒形狀各異，棱角分明，則接觸時(shí)為“點(diǎn)面接觸”，這必然會(huì)刺傷泡沫，產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致泡沫破裂。
圖 2 泡沫和不同顆粒形貌接觸
另外，泡沫最終在混凝土料漿中形成“密孔”，時(shí)間越長，泡沫破裂的可能性越大。所以，盡快促使發(fā)泡混凝土凝結(jié)硬化是提高其穩(wěn)定性的另一途徑，一般可使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥或添加早強(qiáng)劑來達(dá)到目的。
從以上論述可以看出，影響泡沫穩(wěn)定性的因素，不僅和其自身的性質(zhì)有關(guān)，而且也與外界環(huán)境有關(guān)，只有在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)選擇合適方法來獲得穩(wěn)定泡沫。
4 發(fā)泡劑的使用
4.1 穩(wěn)泡劑的作用
在發(fā)泡劑使用中，穩(wěn)泡劑起著不容忽視的作用。發(fā)泡劑往往和穩(wěn)泡劑復(fù)配使用。穩(wěn)泡劑一般為膠類物質(zhì)。膠類分子在水溶液中，可使其溶液在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)部磨擦，使溶液有較高的粘度。正因?yàn)槟z使液體的粘度增加，這便增加了泡沫的液膜粘度，一則增加液膜表面強(qiáng)度，另則使液膜二表面膜臨近的液體不易排出 ( 因表面粘度大，表面臨近，液體也不易流動(dòng) ) ，液膜厚度變小的速度較慢，因而延緩了液膜破裂時(shí)間，增加了泡沫的穩(wěn)定性。另外，加入穩(wěn)泡劑后溶液的起泡高度略小于不加膠時(shí)溶液的起泡高度。這主要是因?yàn)槿芤赫扯仍黾樱龃髥挝槐砻娣e的功也增大，在做同樣功的情況下，增大的表面積減小，因而起泡高度減小。
從表 2 可以看出，發(fā)泡劑加入穩(wěn)定泡劑，其發(fā)泡倍數(shù)明顯降低，但穩(wěn)定性卻顯著提高。
表 2 常見穩(wěn)泡劑的性能
|
項(xiàng)目 |
十二烷基苯磺酸鈉 1% |
|
穩(wěn)泡劑及濃度 |
尼納兒 |
動(dòng)物膠 |
|
0.5% |
1% |
2% |
1% |
2% |
3% |
|
發(fā)泡倍數(shù) |
19 |
16 |
13 |
21 |
18 |
12 |
|
1h 泌水量 /ml |
110 |
80 |
60 |
110 |
90 |
80 |
|
1h 沉陷距 / ㎜ |
30 |
20 |
16 |
25 |
18 |
13 |
4.2 發(fā)泡劑摻入混凝土的合理方法
在工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)泡劑摻入混凝土的方式不同，對(duì)混凝土性能會(huì)有較大影響。
泡沫摻入混凝土中，即在混凝土中形成大量封閉的小孔。而孔結(jié)構(gòu)影響混凝土性能的三個(gè)最主要因素是孔的形狀、孔隙率和孔徑分布。眾所周知，混凝土氣孔的形狀越圓滑，受力越均勻，越不容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，對(duì)混凝土強(qiáng)度就越有利。隨著混凝土孔隙率增加，混凝土強(qiáng)度降低，在相同孔隙率下，平均孔徑越小，混凝土強(qiáng)度越高。另外，在發(fā)泡混凝土中，孔徑大于 l ㎜的孔即屬于有害孔，它對(duì)混凝土的力學(xué)性能將產(chǎn)生極為不利的影響。因此孔徑大于 1mm 的孔的多少，對(duì)發(fā)泡混凝土的力學(xué)性能具有很大的影響。所以，進(jìn)入混凝土的泡沫要盡量具備高堅(jiān)韌性、均勻性、分散性和小孔徑性，如何將泡沫制成均等的孔型、孔徑非常關(guān)鍵。
在混凝土中摻入泡沫時(shí)，泡沫必然產(chǎn)生大量損失?！盀榱双@得理想的氣孔含量或特定的混凝土容重，許多情況下，需要加入理論計(jì)算量的 2 ～ 3 倍的泡沫”這就涉及到發(fā)泡劑的摻入方式。發(fā)泡劑的摻入方式有兩種：一種是在混凝土拌和物中摻入發(fā)泡劑，使之在攪拌過程中自然發(fā)泡；另一種是在分離的裝置中預(yù)先把發(fā)泡劑制成泡沫，再摻入混凝土拌和物中。前者在混凝土中的氣孔含量具有明顯的變化，難以控制；后者雖多一道工序，卻可以攪拌出質(zhì)量相對(duì)較高的泡沫。
目前國內(nèi)制泡技術(shù)主要采用高速攪拌機(jī)，即是將發(fā)泡劑溶液倒入高速攪拌機(jī)中，然后用攪拌機(jī)的高速葉片攪拌發(fā)泡劑制取泡沫。國外制取發(fā)泡混凝土的泡沫多為壓縮空氣，讓發(fā)泡劑溶液和壓縮空氣在混合室混合，然后在壓縮空氣作用下，穿過一個(gè)特制的發(fā)泡筒，發(fā)泡筒內(nèi)有的采用磁片，有的采用玻璃球，有的采用銅網(wǎng)。兩種發(fā)泡工藝比較，壓縮空氣發(fā)泡設(shè)備比高速攪拌機(jī)稍復(fù)雜一些。壓縮空氣發(fā)泡，一方面發(fā)泡效率較高，能將發(fā)泡劑溶液完全吹制成泡沫，通過發(fā)泡筒后其泡徑均勻；另一方面可將泡沫直接吹入攪拌好的料漿中，減少中間環(huán)節(jié)，能更好地防止中間環(huán)節(jié)導(dǎo)致的泡沫破滅。高速攪拌機(jī)發(fā)泡，其上下泡徑不均，發(fā)完的泡沫須經(jīng)中間設(shè)備倒入攪拌好的料漿中，中間環(huán)節(jié)會(huì)導(dǎo)致部分泡沫破滅。從生成的泡沫質(zhì)量方面和最終混凝土質(zhì)量方面考慮，建議選用第二種方法。
［應(yīng)用實(shí)例 3 ］
混凝土發(fā)泡劑的泡沫穩(wěn)定性試驗(yàn)
• 主要原材料
?。?1 ）發(fā)泡劑母液：發(fā)泡劑母液在實(shí)驗(yàn)室人工合成，系蛋白質(zhì)型混凝土發(fā)泡劑。
?。?2 ）表面活性物質(zhì)和膠狀物質(zhì)：三乙醇胺，烷基醇酰胺（俗稱 6501 ）和阿拉伯樹膠粉均為市售化學(xué)試劑；烷基苯磺酸鹽由北京慕湖外加劑有限公司提供。
二．試驗(yàn)方法
目前我國還沒有發(fā)泡劑的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程，各研制單位都根據(jù)自己的研究情況，采用自己的的技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法。本文通過測(cè)定發(fā)泡液的發(fā)泡倍數(shù)和泡沫隨放置時(shí)間的保持情況，來確定發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)和生成泡沫的穩(wěn)定性，采用了相應(yīng)的測(cè)試方法和判別指標(biāo)。具體試驗(yàn)步驟如下：
量取 10mL 蛋白質(zhì)型發(fā)泡劑母液，以一定比例與水稀釋 ( 即為發(fā)泡液 ) ，將發(fā)泡液加入有體積刻度的細(xì)長圓柱形透明玻璃或塑料容器中，先輕輕搖晃，使容器內(nèi)發(fā)泡液混合均勻；然后劇烈振蕩 1 分鐘，使容器內(nèi)發(fā)泡液轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽?。振?dòng)并觀察泡沫體積，重復(fù)劇烈振蕩若干次，使發(fā)泡液充分發(fā)泡，待泡沫體積不再發(fā)生變化，記錄泡沫體積即為發(fā)泡體積。泡沫體積與發(fā)泡液體積之比即為發(fā)泡倍數(shù)，以此來表示發(fā)泡能力。靜置，加蓋，當(dāng)泡沫體積≤ 200mL 時(shí)就認(rèn)為基本消泡。本試驗(yàn)中對(duì)泡沫穩(wěn)定性的改性主要是在發(fā)泡液中添加各種表面活性物質(zhì)和膠狀物質(zhì)，以達(dá)到對(duì)泡沫穩(wěn)定性的改善作用。
三 試驗(yàn)結(jié)果與分析
泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體系，由于體系存在著巨大的氣 - 液界面，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系，泡沫最終還要破壞的。造成泡沫破壞的主要原因是 :
(1) 重力排液。存在于氣泡間的液膜，由于液相密度大于氣相的密度，因此在地心引力的作用下就會(huì)產(chǎn)生向下的排液現(xiàn)象，使液膜減薄，并導(dǎo)致泡沫破裂。重力排液僅在液膜較厚時(shí)起主要作用。
(2) 表面張力排液。由于泡沫是多面體氣泡的堆積而成。根據(jù) Young-Laplace 公式可知，凹液面處的壓力小于平液面處的壓力，因此液體從壓力大處向壓力小處排液，使得壓力大處液膜減薄，最終導(dǎo)致液膜破裂。
(3) 氣泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散。因?yàn)樾纬膳菽臍馀荽笮〔灰唬鶕?jù) Young-Laplace 公式 (Δ p =2γ ／ R ), 附加壓力 Δ p 與曲率半徑成反比，小氣泡的壓力大于大氣泡的壓力。因此小氣泡會(huì)通過液膜向大氣泡里排氣，使小氣泡變小以至于消失；大泡變大且會(huì)使液膜變薄，最后破裂。
從以上三個(gè)方面可以看出，泡沫自身的穩(wěn)定性主要取決于液體析出的快慢和液膜的強(qiáng)度，而增大溶液的黏度和液膜的黏彈性恰恰可以解決這三方面的問題。本試驗(yàn)通過對(duì)發(fā)泡劑分別單摻和雙摻具有穩(wěn)泡性的表面活性物和膠狀物，來改善泡沫的穩(wěn)定性。摻入物質(zhì)按照作用方式分為兩類：第一類是能降低液體表面張力，提高泡沫薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的黏彈性，減小泡沫的透氣性，增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性；第二類是增黏性物質(zhì)，通過提高液相黏度來減緩泡沫的排液速率，從而提高泡沫的穩(wěn)定性。通過對(duì)發(fā)泡液的發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性的改性試驗(yàn)，分析比較摻入物質(zhì)對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響，并確定最佳的改性物質(zhì)和摻量，從而有助于發(fā)泡劑在泡沫混凝土制備中的進(jìn)一步使用，也對(duì)泡沫混凝土在建筑領(lǐng)域的推廣起到促進(jìn)作用。
1 三乙醇胺 (TEA) 對(duì)發(fā)泡液的改性
試驗(yàn)中主要在三乙醇胺摻量低于 0.3mL ／ 30mL 發(fā)泡液范圍內(nèi)，就其對(duì)發(fā)泡液的發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性改性作用進(jìn)行了測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果如圖 l 和圖 2 所示。
圖 1 三乙醇胺對(duì)發(fā)泡倍數(shù)的影響 圖 2 三乙醇胺對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響
根據(jù)圖 l 可以看出，當(dāng)三乙醇胺加入后，發(fā)泡倍數(shù)的變化并不明顯，在 13 ～ 14 之間，但是摻量為 0.2 ～ 0.3mL 時(shí)，放置時(shí)間為 l h 的泡沫體積明顯低于其它，而且已基本消泡，穩(wěn)定性較差。而摻量為 0.1-0.15mL 時(shí)泡沫的穩(wěn)定性明顯有所改善， 2h 的泡沫體積仍在 300mL 以上 , 并且在 2h 時(shí)泡沫體積仍然大于空白試樣。說明當(dāng)三乙醇胺摻量在 0.1 ～ 0.15 ／ 30mL 發(fā)泡液范圍內(nèi)能改善泡沫的穩(wěn)定性。
2. 阿拉伯樹膠粉對(duì)發(fā)泡液的改性
阿拉伯樹膠粉 , 俗名阿拉伯膠 , 溶于水 , 主要用作增稠劑。采用阿拉伯膠是出于其對(duì)泡沫膜壁強(qiáng)度增強(qiáng)作用的考慮 , 試驗(yàn)時(shí)阿拉伯膠直接以粉狀物添加到發(fā)泡液中 , 待靜置片刻溶解后再進(jìn)行發(fā)泡試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果示于圖 3 和圖 4
圖 3 阿拉伯膠對(duì)發(fā)泡倍數(shù)的影響 圖 4 阿拉伯膠對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響
根據(jù)圖 3 可以看出，阿拉伯膠摻入后都不同程度地降低了起泡性，尤其明顯的是摻量從 0.4g 增加到 0.6g ，發(fā)泡倍數(shù)呈下降趨勢(shì)；當(dāng)摻量為 0.6g 時(shí)發(fā)泡倍數(shù)明顯降低，發(fā)泡倍數(shù)變小，僅為 9.7 。根據(jù)圖 4 可以看出，在泡沫放置了 1h 左右時(shí)，泡沫體積變化不太明顯；放置了 2h 時(shí)泡沫體積變化較大。當(dāng)阿拉伯膠摻量為 0.3 -0.5g 時(shí)，泡沫在 3h 時(shí)體積明顯大于其它試樣和空白試樣，而且都還在 200mL 以上，穩(wěn)定性相對(duì)較好。其原因是：阿拉伯膠是種增稠劑，其加入后使得母液相應(yīng)地變稠，這樣發(fā)出的泡沫薄膜質(zhì)量有了提高，增加了薄膜的黏彈性，減小了泡沫的透氣性，從而增強(qiáng)了泡沫的穩(wěn)定性。但因?yàn)閾搅坎粩嘣龃髸r(shí)，液相的黏度也不斷增大，起泡時(shí)克服黏滯阻力所要做的功也增大，起泡度也就降低。而且摻量增大，液膜中的液體的比重也增加，這時(shí)重力作用就容易造成泡沫破裂而析水，從而穩(wěn)定性降低。
3 烷基醇酰胺對(duì)發(fā)泡液的改性
烷基醇酰胺 ( 俗稱 6501) ，為非離子型表面活性劑，少量取用時(shí)難以計(jì)量準(zhǔn)確，因此添加時(shí)首先與水以 1 ： 200( 體積比 ) 稀釋后再添加到發(fā)泡液中。試驗(yàn)結(jié)果示于圖 5 和圖 6 。
圖 5 6501 稀釋液對(duì)發(fā)泡倍數(shù)的影響 圖 6 6501 稀釋液對(duì)發(fā)泡倍數(shù)的影響
從圖中的變化規(guī)律可以看出， 6501 引入發(fā)泡液后，發(fā)泡倍數(shù)明顯降低；隨摻量增加發(fā)泡倍數(shù)雖然一度增加，但仍然不及空白試樣。這說明 6501 對(duì)發(fā)泡劑母液的發(fā)泡能力沒有改善作用。而且從圖 6 看出穩(wěn)定性也很差，不但沒有改善，反而比空白試樣有很大降低。所以，無論從發(fā)泡能力和還是泡沫穩(wěn)定性考慮， 6501 不能對(duì)發(fā)泡劑母液的起泡性和穩(wěn)定性起到有效改性作用。
• 烷基苯磺酸鹽對(duì)發(fā)泡液的改性
烷基苯磺酸鹽為一種陰離子型表面活性劑。試驗(yàn)時(shí)以粉狀的形式直接添加于發(fā)泡液中。試驗(yàn)結(jié)果示于圖 7 和圖 8 。
圖 7 烷基苯磺酸鹽對(duì)發(fā)泡倍數(shù)的影響 圖 8 烷基苯磺酸鹽對(duì)穩(wěn)定性的影響
由圖 7 以看出，當(dāng)烷基苯磺酸鹽摻量為 0.2 ～ 0.4g 的范圍內(nèi)時(shí)，都增大了發(fā)泡倍數(shù)；而且根據(jù)圖 8 可以看出，穩(wěn)泡時(shí)間較長， 4h 還沒有完全消泡。而當(dāng)摻量繼續(xù)增加時(shí)，發(fā)泡倍數(shù)與穩(wěn)定性反而有所降低。主要是因?yàn)閾搅吭龃笫沟门菽幸后w比重不斷增大，因而重力作用明顯，液膜逐漸變薄，薄到一定程度便導(dǎo)致泡沫破裂。試驗(yàn)結(jié)果表明，在發(fā)泡液中添加烷基苯磺酸鹽類表面活性劑有望改善其發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性，適宜的摻量控制范圍為 0.2 ～ 0 .4g ／ 30mL 發(fā)泡液。三乙醇胺和阿拉伯膠復(fù)合添加對(duì)發(fā)泡液的改性。
• 三乙醇胺摻量固定為 0.15mL ／ 30mL 發(fā)泡液，改變阿拉伯膠摻量。試驗(yàn)結(jié)果示于圖 9 和圖 10 。
圖 9 三乙醇胺和阿拉伯膠對(duì)發(fā)泡倍數(shù)的影響 圖 10 三乙醇胺和阿拉伯膠對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響
由圖可以看出，三乙醇胺和阿拉伯膠復(fù)合添加后對(duì)發(fā)泡倍數(shù)的影響不明顯，當(dāng)三乙醇胺摻量固定為 0.15mL ／ 30mL 發(fā)泡液，阿拉伯膠摻量為 0.5 ～ 0 .6g ／ 30mL 發(fā)泡液時(shí)，發(fā)泡倍數(shù)有所降低，而阿拉伯膠摻量為 0.3 -0.4g ／ 30mL 發(fā)泡液時(shí)，發(fā)泡倍數(shù)雖變化不大，但靜置 2h 后，泡沫的體積在 200mL 以上，穩(wěn)定性相對(duì)較好。
四 結(jié)論
1 烷基苯磺酸鹽摻量為 0.2 ～ 0 .4g ／ 30mL 發(fā)泡液，發(fā)泡倍數(shù)和穩(wěn)定性都有了明顯改善，對(duì)發(fā)泡劑母液起到了有利的改性作用。
2 三乙醇胺摻量為 0.1 ～ 0.15mL ／ 30mL 發(fā)泡液時(shí)，泡沫的穩(wěn)定性有一定的改善作用。
3 阿拉伯膠的摻入，引起起泡性降低，但對(duì)泡沫穩(wěn)定性有改善作用。
4 三乙醇胺與阿拉伯膠復(fù)合摻入后，發(fā)泡倍數(shù)基本沒有變化，但是泡沫穩(wěn)定性比單獨(dú)摻加三乙醇胺時(shí)有進(jìn)一步改善。適宜的摻量為三乙醇胺 0.15mL ／ 30mL 發(fā)泡液，阿拉伯膠 0.5 ～ 0.6 ／ 30mL 發(fā)泡液。
以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，三乙醇胺、烷基苯磺酸鹽和阿拉伯膠對(duì)發(fā)泡液發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性有不同程度的改善作用。但是單純泡沫體系和泡沫混凝土體系可能會(huì)有所差別，所以可以考慮將這幾種對(duì)發(fā)泡液改性后生成的泡沫應(yīng)用到泡沫混凝土制備中，以進(jìn)一步驗(yàn)證它們對(duì)發(fā)泡劑性能的改善作用在泡沫混凝土制備中的有效性。
［應(yīng)用實(shí)例 4 ］
泡沫混凝土
墻體革新與建筑節(jié)能要求使用的材料具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、節(jié)能、利廢、保溫、隔熱等性能，輕質(zhì)泡沫混凝土是一種新型的具備上述要求的材料，在作為框架填充墻、管道保溫、屋面保溫工程中受到廣泛的重視。發(fā)泡混凝土是利用機(jī)械方式將發(fā)泡劑水溶液制作成泡沫，再將泡沫混入到含硅質(zhì)材料如：砂、粉煤灰；鈣質(zhì)材料如：水泥、石灰等，各種外加劑及水組合的混合料中，經(jīng)攪拌均勻澆筑成型各種所需的規(guī)格，養(yǎng)護(hù)而成的含有大量封閉氣孔的輕質(zhì)混凝土，其材料具有良好的物理力學(xué)性能。
1 泡沫混凝土的開發(fā)現(xiàn)狀
1.1 泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)性能
其材料的結(jié)構(gòu)性能同加氣混凝土基本相似，是多孔混凝土的一個(gè)品種。將發(fā)泡劑產(chǎn)生的泡沫混入到含硅、鈣質(zhì)材料和水及外加劑組成的混合漿中拌合，硬質(zhì)顆粒附著在泡沫外殼，使其形成相互隔開的獨(dú)立的氣泡，混合料中的氣孔分布越是均勻、尺寸越小、則混凝土強(qiáng)度越高，其材質(zhì)性能更好。在常溫下 (>IO ℃ ) 多孔材料凝結(jié)形成多種所需形體，在蒸汽蒸壓養(yǎng)護(hù)下硅質(zhì)、鈣質(zhì)材料產(chǎn)生水熱反應(yīng)后形成膠凝材料，冷卻后即成為具有較高強(qiáng)度的多孔輕質(zhì)材料。
泡沫混凝土具有質(zhì)輕、保溫、隔熱、耐火、抗凍性好的建筑節(jié)能材料，混合漿在成型時(shí)可自流平、自密實(shí) ; 施工和易性好、利于泵送和整平，同其他建筑材料都會(huì)有良好的相容性，強(qiáng)度可根據(jù)需要調(diào)整。其主要性能體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
a) 質(zhì)輕密度?。号菽炷恋拿芏纫话銥?300kg ／ m 3 ～ 1200kg ／ m 3 在建筑材料選用中比常規(guī)建材降低自重 30 ％左右，可降低結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的重量和造價(jià)，對(duì)抗震有利；
b) 熱工性能好：泡沫混凝土內(nèi)含有眾多獨(dú)立不貫通細(xì)小孔洞，形成良好的熱工性能，正常的導(dǎo)熱系數(shù)在 0 ． 08W ／ (m · K) ～ 0 ． 25W ／ (m · K) 之間，保溫隔熱隔音效果明顯。在我國三北廣大地區(qū)外墻厚度采用 200mm ～ 250mm 的泡沫混凝土砌塊，保溫性能相當(dāng)于 490mm ( 二磚 ) 厚的效果，用于節(jié)能墻體和屋面保溫層更好。
c) 隔熱防火性能好：由于泡沫混凝土屬于多孔輕質(zhì)材料，可用于樓層的向陽隔熱層和沿公路一側(cè)的隔音層使用。同時(shí)在防火、防水性能方面也具有良好效果，充分利用廢棄材料、節(jié)省耕地和能源、降低價(jià)格。
1.2 發(fā)泡劑的性能及其應(yīng)用
1.2.1 發(fā)泡劑的品種及性能：用于混凝土的發(fā)泡劑種類較多，目前常用的發(fā)泡劑主要是各種表面活性劑?，F(xiàn)時(shí)國內(nèi)發(fā)泡劑主要是松香膠發(fā)泡劑、廢動(dòng)物毛發(fā)發(fā)泡劑、樹脂皂類發(fā)泡劑、木質(zhì)素磺酸鹽、水解血膠發(fā)泡劑、石油磺酸鋁發(fā)泡劑、蛋白質(zhì)水解物及高分子表面活性劑等。國內(nèi)發(fā)泡劑總體上看功能偏少、穩(wěn)定性差、制品強(qiáng)度較低。國外如意大利、日本研制的發(fā)泡劑多以蛋白質(zhì)類為主，發(fā)泡數(shù)量多、穩(wěn)定性好、產(chǎn)品強(qiáng)度高。近年來國內(nèi)己開發(fā)出一批性能較好的固體樹劑和蛋白質(zhì)泡沫劑，如 CON — A 型泡沫劑、 FP 型固體樹指泡沫劑、 U 型發(fā)泡劑、 HJ-3 型磺酸鹽系列微泡劑等。
發(fā)泡劑形成的泡沫質(zhì)量應(yīng)具有堅(jiān)韌性、發(fā)泡量、泌水性等指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)。泡沫的堅(jiān)韌性是指泡沫在空氣中在一定的時(shí)間內(nèi)不過早的被破壞；發(fā)泡量是泡沫體積增大于發(fā)泡劑溶液體積的倍數(shù)；泌水量是指泡沫被破壞后所產(chǎn)生發(fā)泡劑水溶液的體積。表 1 為常用發(fā)泡劑的性能指標(biāo)。
表 1 常用發(fā)泡劑的性能指標(biāo)
|
發(fā)泡劑品種 |
十二烷基苯磺酸鈉 |
松香皂 |
松香熱聚物 |
動(dòng)物毛發(fā) |
|
濃度 % |
0.5 |
1 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
發(fā)泡倍數(shù) |
27 |
32 |
28 |
29 |
25 |
26 |
20 |
22 |
|
1h 泌水量 ml |
150 |
140 |
120 |
110 |
140 |
120 |
60 |
40 |
|
1h 沉降距 ㎜ |
50 |
38 |
34 |
29 |
38 |
33 |
8 |
5 |
發(fā)泡劑因其分子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，能聚集在氣 - 液表面上降低表面張力，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度，因此可在純靜液體中加入發(fā)泡劑后，經(jīng)攪拌、混合、噴射、吹入等機(jī)械方法將氣體帶入就制得所需泡沫。
1.2.2 泡沫性質(zhì)及穩(wěn)定性：泡沫的穩(wěn)定性是極為重要的。不穩(wěn)定的原因是由于泡沫中液體的析出和氣體穿透液膜擴(kuò)散，其穩(wěn)定性主要取決于液體析出的速度和液膜的質(zhì)量，增加溶液的粘度可以解決這一問題。目前國內(nèi)制泡主要是采用高速攪拌機(jī)，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片制作泡沫，葉片上下泡徑不勻，泡沫質(zhì)量與葉片長度、角度、層數(shù)、線速度、時(shí)間有關(guān)。外界環(huán)境壓力一大則氣泡分布窄均勻，泡沫也穩(wěn)定；泡沫的穩(wěn)定是隨著氣溫的升高而下降，拌合料如粉煤灰、砂粒形狀均勻、表面光潔，這樣泡沫本身的特性能較好發(fā)揮，不致產(chǎn)生集中，利于泡沫穩(wěn)定。
1.3 原材料
a) 水泥：泡沫砼是一種大流動(dòng)性砼，為了能使拌合料在較短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)，防止產(chǎn)生沉降和泌水，盡快提高砼的早期強(qiáng)度，宜采用高強(qiáng)度等級(jí)的早強(qiáng)水泥，以硅酸鹽或硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥較好。這幾種水泥由于具備了早期強(qiáng)度高、微膨脹、干縮性小的優(yōu)點(diǎn)，是泡沫砼較好的膠結(jié)材料。
b) 粉煤灰：粉煤灰具有摻合料和生成膠凝材料的雙重效果，它的顆粒越小則活性越大，制成的泡沫砼強(qiáng)度越高。泡沫砼的干容重取決于孔隙率，粉煤灰的類型和摻量對(duì)孔隙率影響不大，一般摻量在 30 ％～ 60 ％對(duì)泡沫砼的孔隙率、抗壓強(qiáng)度沒有影響，如礦渣細(xì)料和粉煤灰的復(fù)合使用效果更有利于砼強(qiáng)度的提高，同時(shí)若配制較高強(qiáng)度砼時(shí)可摻入適量硅灰更好。
c) 石灰和石膏：采用生石灰在水化時(shí)能產(chǎn)生較大熱量。有利于摻入適量粉煤灰的泡沫砼早期強(qiáng)度的提高，在配合比中隨著石灰摻量的增加，泡沫砼的強(qiáng)度也相應(yīng)提高，其控制用量一般在 10 ％— 15 ％。石膏在膠結(jié)材料中起激發(fā)劑的作用，隨著石膏摻量的加大，泡沫砼的早期強(qiáng)度會(huì)快速增加，當(dāng)超過一個(gè)定值后強(qiáng)度反而會(huì)降低，其最佳摻量在 3 ％～ 4 ％為宜。
d) 輕集料：當(dāng)需要更輕集料的泡沫砼時(shí)可摻入一定量的輕集料，如膨脹珍珠巖、硅石粉、輕質(zhì)陶粒等；如對(duì)重量不要求時(shí)可摻一定量的爐渣、浮石、砂等。當(dāng)選用膨脹珍珠巖作為制作泡沫砼的功能調(diào)節(jié)劑時(shí)，不僅可使砼的澆筑高度增加，保持混合料上下均勻不沉降，而使制品具有良好的吸音效果。
1.4 外加劑
泡沫砼與加氣砼基本相似，同樣具有干縮性大、吸濕性強(qiáng)的不足。為減少干縮彌補(bǔ)不足采取填加復(fù)合外加劑的方法解決。在配制時(shí)摻入膨脹劑以減少收縮裂縫；摻入纖維材料以提高抗拉強(qiáng)度；摻適量集料以減少體積收縮；用有機(jī)物對(duì)其表面進(jìn)行浸漬，提高表面強(qiáng)度并降低吸水率；摻入粉煤灰可減少水泥用量提高后期強(qiáng)度的增長。
1.5 加工制作工藝
泡沫砼制品的加工生產(chǎn)流程是先將水泥、集料、摻合料、外加劑和水按配合比重量分別計(jì)量加入裝有泡沫溶液的容器內(nèi)進(jìn)行攪拌，拌合均勻后再倒入模板內(nèi)，低幅震動(dòng)抹平，養(yǎng)護(hù)脫模即可。同時(shí)要注意攪拌時(shí)間的控制，隨著水化時(shí)間的延長，泡沫砼的強(qiáng)度呈上升，密度呈下降趨勢(shì)，最佳時(shí)間控制在 90min 為宜。
養(yǎng)護(hù)泡沫砼時(shí)表面的泡沫破裂是不可避免的，在水平和垂直方向均可出現(xiàn)，但由于表面干燥失水產(chǎn)生的微裂縫可以避免的，構(gòu)件成型后用鐵抹壓刮平，待初凝后覆蓋塑料布或早期蒸養(yǎng)，防止早期失水過快產(chǎn)生開裂。
2 國內(nèi)泡沫砼的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1 輕質(zhì)泡沫砼砌塊
泡沫砼已用于填充墻體、屋面保溫等建筑工程中，南方地區(qū)在建筑中一般采用密度 800kg ／ m 3 ～ 1000kg ／ m 3 的泡沫砼砌塊，其使用規(guī)格趨向于輕集料砼空心砌塊，主要使用規(guī)格為 390mm × l 90mm × 190mm ；西北地區(qū)一般用密度 500kg ／ m 3 ～ 700kg ／ m 3 的砌塊，規(guī)格相當(dāng)于加氣砼砌塊，主要規(guī)格尺寸為 600mm × 300mm × 300mm 、 600mm × 300mm × 200mm 等。密度等級(jí)從 300 級(jí)～ 1200 級(jí)，每 100 級(jí)增加其密度不同強(qiáng)度等級(jí)也不同，一般強(qiáng)度自 1.5MPa ～ 4.OMPa 之間。
不同地區(qū)的工程對(duì)泡沫砼有不同的需求，例如對(duì)抗凍性、抗碳化性、隔音隔熱效果等，內(nèi)外墻有所不同。表 2 為西北地區(qū)某研制所配制的免蒸復(fù)合發(fā)泡沫砼砌塊，其質(zhì)量等級(jí)為 600kg ／ m 3 的砌塊配合比，原材料中有：水泥、石灰、粉煤灰、復(fù)合外加劑 ( 硅酸鹽和硫酸鹽會(huì)產(chǎn)生超塑性 ) 、發(fā)泡劑 ( 自制的 FP 復(fù)合發(fā)泡劑 ) 、減水劑、礦粉、植物纖維和水等。
表 2 體積質(zhì)量等級(jí)為 600 ㎏ /m 3 的發(fā)泡砌塊材料配合比
|
原材料 |
規(guī)格 |
用量 ㎏ |
備注 |
|
水泥 |
42.5R 硅酸鹽水泥 |
180 |
— |
|
粉煤灰 |
燒失量 5% |
330 |
— |
|
礦渣細(xì)粉 |
細(xì)度 6000m 2 /g |
45 |
— |
|
石灰 |
140 目有效 CaO ≥ 70% |
8 |
— |
|
復(fù)合外加劑 |
硅硫酸鹽 |
20 |
— |
|
纖維 |
植物纖維 |
5 |
復(fù)合外加劑 : 水 =1:5 |
|
減水劑 |
減水率 25% |
0.5 |
纖維 : 水 =1:5 |
|
發(fā)泡劑 |
— |
3.5 |
減水劑 : 水 =1:10 |
|
水 |
PH=7 |
180 |
發(fā)泡劑 : 水 =1:(23 ～ 25) |
經(jīng)應(yīng)用抽樣復(fù)查測(cè)試， 600 級(jí)的實(shí)際技術(shù)性能為 : 干容重 648kg ／ m 3 ；抗壓強(qiáng)度 3.8MPa ；吸水率為 12.0 ％；抗凍性經(jīng) 25 次凍融循環(huán)合格 ; 干燥收縮量 0.72mm ／ m ，產(chǎn)品各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)與傳統(tǒng)的加氣砼砌塊對(duì)比顯著。
2.2 大摻量泡沫砼砌塊
以 700 級(jí)粉煤灰泡沫砼砌塊為例，試件采用比表面積 400m 2 ／ kg 的細(xì)粉煤灰為主要原材料，發(fā)泡劑為 ( 聚合物改性松脂皂液 ) 。使用的配合比為：水泥：粉煤灰：熟石灰：石膏：減水劑 (UNF) ：早強(qiáng)劑 ( 硫酸鹽 ) ：膨脹劑：發(fā)泡劑 =1 ： 1 ～ 1.6 ： 0.05 ～ 0.25 ： 0.05 ～ 0.20 ： 0.005 ～ 0.01 ： 0.005 ～ 0.02 ： 0.005 ～ 0.09 ：適量。實(shí)際檢測(cè)抗壓強(qiáng)度達(dá) 3.5MPa 、干燥收縮量 0.72mm ／ m 、碳化系數(shù) 0.21W ／ (m · K) 、 15 次凍融循環(huán)合格。
大摻量泡沫砼試配表明，隨著粉煤灰量的增加，則對(duì)容重和強(qiáng)度影響極小，在摻量 40 ％～ 60 ％范圍內(nèi)，砼的容重減小吸水率增加， 28 天的抗壓強(qiáng)度偏低，加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度會(huì)逐漸上升。在常溫下制作養(yǎng)護(hù)，其導(dǎo)熱系數(shù)小、質(zhì)輕、抗凍性可滿足需要，粉煤灰越細(xì)其產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度越高。粉煤灰泡沫劑摻量增大，其砼的容重減小、吸水率增加、 28 天抗壓強(qiáng)度降低，對(duì)三者的影響明顯。
2.3 屋面泡沫砼保溫層現(xiàn)澆
泡沫砼屬于節(jié)能型保溫材料在屋面采用強(qiáng)度等級(jí)為 200kg ／ m 3 ～ 1000kg ／ m 3 ，復(fù)合施工是將保溫層、找坡和找平層三道工序一次施工 , 簡化屋面構(gòu)造層數(shù)，施工簡便整體性熱工性好，優(yōu)于膨脹珍珠巖保溫層。常用的施工配合比為：
普通硅酸鹽水泥 250kg ／ m 3 ～ 270kg ／ m 3 ；輕質(zhì)集料 190kg ／ m 3 ～ 200kg ／ m 3 ；發(fā)泡劑 6kg ／ m 3 ；石灰 ( 石膏 ) 10kg ／ m 3 ～ 15kg ／ m 3 ；外加劑 9.5kg ／ m 3 ～ 10kg ／ m 3 ；水 200kg ／ m 3 ；防水透氣液 1.Okg ／ m 3 ～ 1.6kg ／ m 3 。
屋面保溫層采用泡沫砼根據(jù)需要厚度一次澆筑成型，實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)泡氣體充分，孔壁厚度均勻、密度小、不龜裂、隔熱吸音好，既可減輕建筑物重量，又可達(dá)到防滲防水、保溫隔熱效果。
2.4 陶粒泡沫砼
輕質(zhì)陶粒砼是將多孔泡沫料漿注入預(yù)先放有陶粒的模內(nèi)成型，強(qiáng)度是隨著陶粒強(qiáng)度的增長而增加。陶粒泡沫砼在配制時(shí)要經(jīng)有資質(zhì)的試驗(yàn)室進(jìn)行試配，選擇陶粒用量、泡沫摻量、砂率的最佳摻量，而增加水泥用量并不能明顯提高砼的強(qiáng)度，摻入適量粉煤灰代替水泥其效果更好。陶粒泡沫砼的抗凍性優(yōu)于其他填充集料，經(jīng) 50 次凍融循環(huán)后強(qiáng)度和重量損失小于 10 ％。
2.5 粉煤灰泡沫砼墻板
粉煤灰泡沫輕質(zhì)墻板的通常做法是：砼中摻入粉煤灰 30 ％～ 45 ％、水泥 45 ％～ 60 ％、膨脹珍珠巖 10 ％～ 15 ％；外形尺寸 2700mm × 600mm × 60mm 、表面密度小于 40kg ／ m 2 、抗折力大于 1400N 、導(dǎo)熱系數(shù)小于 0 ． 20W ／ (m · K) 、空心率 28 ％、防火性能好。
2.6 其他材料泡沫輕質(zhì)砼
凝結(jié)快收縮量小的泡沫砼，這種砼采用由鋁酸鈣和硫酸鈣組成的硅酸鈣水泥作為快凝膠結(jié)材料、用緩凝劑及按工程需要所選擇的集料所組成。采用蛋白質(zhì)發(fā)泡劑、表面活性劑及發(fā)氣劑及水等，同集料一同攪拌。其制品具有凝結(jié)快、干縮性小、強(qiáng)度早強(qiáng)增長快的特性。在工程中需要重量較低的泡沫砼，如用硅石作為主要材料做為地坪、防靜電、防火等工程。
3 輕質(zhì)泡沫砼應(yīng)用中注意的問題
泡沫砼應(yīng)用中容易產(chǎn)生的問題有：強(qiáng)度偏低達(dá)不到所需要求，尤其是密度小于 800kg ／ m 3 的泡沫砼抗壓強(qiáng)度小于 2.OMPa ，表面干縮微裂縫、吸水率大等。為避免上述問題的存在 , 在提高以強(qiáng)度為主的設(shè)計(jì)時(shí)重視到：選擇經(jīng)過優(yōu)化的配合比、使用高效減水劑、采用優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑、加強(qiáng)成品的早期保濕防止水分過早蒸發(fā)、減小干縮過快開裂、適量摻入膨脹劑等。
我國正在推廣生態(tài)節(jié)能和資源利用的建筑材料，輕質(zhì)泡劑砼的推廣應(yīng)用前景是十分看好。但要保證泡沫砼的強(qiáng)度質(zhì)量，研制高效發(fā)泡劑、復(fù)合外加劑及 ( 集料 ) 原材料配合比、對(duì)砼性能在設(shè)備、工藝流程的影響，在實(shí)踐應(yīng)用中總結(jié)提高處理好具體技術(shù)問題，使泡沫砼的應(yīng)用更廣泛。
［應(yīng)用實(shí)例 5 ］
現(xiàn)澆輕質(zhì)泡沫混凝土
近年來，輕質(zhì)泡沫混凝土的研究和應(yīng)用開發(fā)在國內(nèi)外受到了越來越多的重視，這種新型建筑材料顯著地體現(xiàn)了發(fā)展節(jié)能、利廢、保溫、輕質(zhì)、隔熱等新型材料的性能要求，其種類和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。
泡沫混凝土通常是將由發(fā)泡劑制備成的泡沫液加入到含硅、鈣質(zhì)的混合膠材、輕骨料及各種塑化劑等組成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種內(nèi)部含有大量封閉氣孔的混凝土，泡沫混凝土輕質(zhì)多孔，具有良好的物理力學(xué)性能。由于其主要成分和功能的不同，可以有多種不同類型的泡沫混凝土，常用的有水泥砂漿和粉煤灰泡沫混凝土，另外還開發(fā)了水玻璃泡沫混凝土、快硬低收縮泡沫混凝土、陶粒、 EPS 輕集料泡沫混凝土、泡沫粉煤灰硅酸鹽制品，如輕質(zhì)隔墻隔聲板、復(fù)合外墻板、夾芯構(gòu)件等。
泡沫混凝土砌塊的物理性能與普通加氣混凝土砌塊相似，可以利用其隔熱性能和輕質(zhì)高強(qiáng)作為框架構(gòu)的填充墻和結(jié)構(gòu)非承重墻體材料，還可以用作墻體、屋面隔聲保溫層和管道保溫套等。在一些新的應(yīng)用領(lǐng)域中，泡沫混凝土還被應(yīng)用到地基補(bǔ)償、地面防靜電地板、防火墻的絕緣填充、隔聲層、隧道襯管回填、貧混凝土填層、屋面邊坡、鋼罐地?fù)巍跬翂Φ?，?yīng)用前景十分廣闊。
1 輕質(zhì)泡沫混凝土的實(shí)驗(yàn)研究
1.1 實(shí)驗(yàn)制備原料選用
一般泡沫混凝土中應(yīng)用較廣泛的是水泥 - 砂和水泥 - 混和材泡沫混凝土兩種類型 , 可以按照工程要求添加一些功能外加劑。本次試驗(yàn)主要針對(duì)水泥 - 粉煤灰 - 砂泡沫混凝土，采取正交試驗(yàn)的手段，分析其中各成分及其配合比的影響。
主要原料的種類和性質(zhì)如下：
(1) 水泥：普通硅酸鹽 32.5R 水泥
(2) 粉煤灰：Ⅱ級(jí)灰 ( 含水率 27 ％ )
(3) 泡沫劑：混凝土泡沫劑
(4) 砂： ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂
(5) 減水劑：慕湖牌減水劑
1.2 試驗(yàn)制備方法及過程
試驗(yàn)采用泡漿分開混合法，主要步驟有：混合砂漿制備、泡沫制備、泡漿混合攪拌、澆筑成型 ( 試件大小為 70.7mm × 70.7mm × 70mm ) 。
試驗(yàn)主要設(shè)備：泡沫高速攪拌機(jī)、水泥砂漿攪拌機(jī)、振動(dòng)臺(tái)。
具體的操作過程如下：
(1) 先按設(shè)計(jì)配比將水泥、粉煤灰、砂、泡沫劑、水、減水劑分別計(jì)量，將泡沫劑和發(fā)泡所需用水倒入制泡機(jī)，容積 2L 的制泡時(shí)間大約為 3min 左右；
(2) 水泥等混合原料在攪拌機(jī)內(nèi)先干拌均勻，再加入水和減水劑攪拌 2-3min ；
(3) 將泡沫液緩慢倒入混合料內(nèi)繼續(xù)攪拌 5min 左右，保證泡沫均勻分布在混合料中；
(4) 最后將制得的料漿注模，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng) 40s 密實(shí)，刮平表面， 24-48h 后脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。
1.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.3.1 正交表的設(shè)計(jì)
本次試驗(yàn)的采用的是四因素三水平的正交表 L9(3 4 ) ，其中的因素考慮水泥在膠結(jié)材中的含量比、泡沫劑量、水灰比、減水劑的不同影響，根據(jù)前期的預(yù)試驗(yàn)初步確定了各成分的水平值，具體見表 1 。
四個(gè)因素：
A 水泥摻量 ( 膠凝材料 )( ％ )
表 1 因素水平表
|
因素 |
水平 |
|
1 |
2 |
3 |
|
C(A) |
45.1% |
51.6% |
58.1% |
|
CCW(B) |
6g |
7g |
8g |
|
W/C(C) |
0.60 |
0.625 |
0.65 |
|
AT-2(D) |
0 |
1.0% |
1.2% |
B CCW-95 泡沫劑用量 (g)
表 2 正交試件原料配比及試驗(yàn)結(jié)果 (g/ 3.0L )
|
編號(hào) |
水泥 |
粉煤灰 |
水 |
泡沫劑 |
砂 |
AT-2 |
W/C |
14d 抗壓強(qiáng)度 /Mpa |
28d 抗壓強(qiáng)度 /Mpa |
表觀密度 ( ㎏ /m 3 ) |
|
1(4.19) |
700 |
850 |
420 |
6 |
1350 |
0 |
0.600 |
1.5 |
1.9 |
1118 |
|
2(4.20) |
700 |
850 |
438 |
7 |
1250 |
7 |
0.625 |
0.7 |
0.8 |
911 |
|
3(4.21) |
700 |
850 |
455 |
8 |
1150 |
8.4 |
0.650 |
0.2 |
0.56 |
934 |
|
4(4.21) |
800 |
750 |
520 |
6 |
1350 |
9.6 |
0.650 |
1.26 |
1.3 |
976 |
|
5(4.23) |
800 |
750 |
500 |
7 |
1250 |
0 |
0.625 |
1.33 |
1.7 |
968 |
|
6(4.24) |
800 |
750 |
480 |
8 |
1150 |
8 |
0.600 |
0.5 |
0.6 |
945 |
|
7(4.24) |
900 |
650 |
585 |
6 |
1350 |
9 |
0.650 |
0.54 |
0.75 |
903 |
|
8(4.28) |
900 |
650 |
540 |
7 |
1250 |
10.8 |
0.600 |
0.3 |
0.36 |
866 |
|
9(4.28) |
900 |
650 |
563 |
8 |
1150 |
0 |
0.625 |
0.26 |
0.29 |
801 |
說明 : 上表中三個(gè)檢測(cè)指標(biāo) 14d/28d 抗壓強(qiáng)度 ( 由于泡沫混凝土強(qiáng)度較低、發(fā)展較慢 , 選擇 14d 和 28d 檢測(cè)值 ) 和表觀密度 , 分別為觀測(cè)值 Xk 、 Y k 、 Z k , 極差為 Rx 、 Ry 、 Rz 、 Sj 和 St 分別是各觀測(cè)值的平方和與總平方和。
表 3 極差分析
|
試驗(yàn) |
A |
B |
C |
D |
X k |
Y k |
X k |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1.5 |
1.9 |
1118 |
|
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
0.7 |
0.8 |
911 |
|
3 |
1 |
3 |
3 |
3 |
0.2 |
0.56 |
934 |
|
4 |
2 |
1 |
2 |
3 |
1.26 |
1.3 |
976 |
|
5 |
2 |
2 |
3 |
1 |
1.33 |
1.7 |
968 |
|
6 |
2 |
3 |
1 |
2 |
0.5 |
0.6 |
945 |
|
7 |
3 |
1 |
3 |
2 |
0.54 |
0.75 |
903 |
|
8 |
3 |
2 |
1 |
2 |
0.3 |
0.36 |
866 |
|
9 |
3 |
3 |
2 |
3 |
0.26 |
0.29 |
801 |
|
X 1j |
2.40 |
3.30 |
2.30 |
3.09 |
X |
|
|
|
X 2j |
3.09 |
2.33 |
2.22 |
1.74 |
|
|
|
X 3j |
1.10 |
0.96 |
2.07 |
1.76 |
0.7322 |
|
|
|
R x |
1.99 |
2.34 |
0.23 |
1.35 |
Sxt |
|
|
|
S xj |
0.6807 |
0.9215 |
0.0091 |
0.3991 |
2.0104 |
|
|
|
Y 1j |
3.26 |
3.95 |
2.86 |
3.89 |
Y |
|
|
|
Y 2j |
3.60 |
2.86 |
2.39 |
2.15 |
|
|
|
Y 3j |
1.40 |
1.45 |
3.01 |
2.22 |
0.917 |
|
|
|
R y |
2.20 |
2.50 |
0.62 |
1.74 |
Syt |
|
|
|
S yj |
0.9350 |
1.0474 |
0.0698 |
0.6468 |
2.6990 |
|
|
|
Z 1j |
2963 |
2997 |
2929 |
2887 |
Z |
|
|
|
Z 2j |
2889 |
2745 |
2688 |
2759 |
|
|
|
Z 3j |
2570 |
2680 |
2805 |
2776 |
935.8 |
|
|
|
R z |
393 |
317 |
241 |
128 |
Szt |
|
|
|
S zj |
29076.2 |
18690.9 |
9682.9 |
322.1 |
60671.6 |
|
|
C 水灰比 (W/C)
D AT-2 減水劑摻量 (%)
1.3.2 正交試驗(yàn)試樣配比及檢驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)指標(biāo)為： 14d ／ 28d 抗壓強(qiáng)度和干表觀密度，以三個(gè)試件的檢測(cè)平均值為準(zhǔn)。
試件大?。?70.7mm × 70.7mm × 70.7mm 。
1.3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)說明
(1) 發(fā)泡劑量所形成的泡沫體積量大約為： 6g ～ 2.0L 。發(fā)泡比例： 1g 發(fā)泡劑： 50g 水，本次試驗(yàn)以發(fā)泡劑質(zhì)量來作為水平取值。
(2) 減水劑的減水效果在 10 ％ -15 ％左右，本試驗(yàn)中減水率取 10 ％。
(3) 實(shí)際用水量包含了發(fā)泡用水量和膠結(jié)料的需水量，并考慮了泡沫劑的結(jié)合水，結(jié)合水的系數(shù)按預(yù)試驗(yàn)效果取 0.4 計(jì)算。泡沫中除去結(jié)合水，其他水量參與膠結(jié)材的水化作用。本次試驗(yàn)的水灰比是以實(shí)際總用水量來計(jì)算。
(4) 粉煤灰充當(dāng)集料，實(shí)際也有一定的膠凝作用，對(duì)強(qiáng)度有貢獻(xiàn)。
2 試驗(yàn)結(jié)果分析
正交試驗(yàn)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中多因素隨機(jī)變量的分析法，由于任意兩列的各水平搭配次數(shù)相同，保證了試驗(yàn)點(diǎn)在因子空間中的均衡分散性，每列中的因素在各水平上出現(xiàn)的次數(shù)相同，可有效地進(jìn)行因子比較。以下是對(duì)多因素隨機(jī)變量進(jìn)行極差和方差分析，不考慮交互作用。
2.1 對(duì)各因素隨機(jī)變量進(jìn)行極差分析
由以上的極差分析可以得出，樣本三個(gè)觀測(cè)指標(biāo)的極差大小顯著性各有不同。泡沫劑的摻入量對(duì)于 14d 和 28d 抗壓強(qiáng)度有顯著影響；其次，水泥在凝膠材料中的含量也有很重要的影響；第三位是減水劑的影響；水灰比在本實(shí)驗(yàn)對(duì)于抗壓強(qiáng)度的影響最小。
圖 1 、圖 2 、圖 3 是各因素對(duì)指標(biāo)的影響極差分析圖。
表 4 各因素對(duì) 14d 抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的方差分析表
|
來源 |
平方和 |
自由度 |
均方 |
F 值 |
臨界值 |
|
A |
0.6807 |
2 |
0.3403 |
74.8924 |
F0.99(2,2)=99.0 |
|
B |
0.9215 |
2 |
0.4607 |
101.3863 |
|
C |
0.0091 |
2 |
0.0045 |
1.0000 |
|
D |
0.3991 |
2 |
0.1995 |
43.9095 |
F0.95(2,2)=19.0 |
|
誤差 |
0.0091 |
2 |
0.0045 |
|
|
總和 |
2.0104 |
8 |
|
|
表 5 各因素對(duì) 28d 抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的方差分析表
|
來源 |
平方和 |
自由度 |
均方 |
F 值 |
臨界值 |
|
A |
0.9350 |
2 |
0.4675 |
13.4043 |
F0.99(2,2)=99.0 |
|
B |
1.0474 |
2 |
0.5237 |
15.0147 |
|
C |
0.0698 |
2 |
0.0349 |
1.0000 |
|
D |
0.6468 |
2 |
0.3234 |
9.27.27 |
F0.95(2,2)=19.0 |
|
誤差 |
0.0698 |
2 |
0.0349 |
|
|
總和 |
2.6990 |
8 |
|
|
表 6 各因素對(duì)表觀密度指標(biāo)的方差分析表
|
來源 |
平方和 |
自由度 |
均方 |
F 值 |
臨界值 |
|
A |
29076.2 |
2 |
14538.1 |
9.0 |
F0.99(2,2)=99.0 |
|
B |
18690.9 |
2 |
9345.4 |
5.8 |
|
C |
9682.9 |
2 |
4841.4 |
3.0 |
|
D |
3221.6 |
2 |
1610.8 |
1.0 |
F0.95(2,2)=19.0 |
|
誤差 |
3221.6 |
2 |
1610.8 |
|
|
誤差 |
60671.6 |
8 |
|
|
2 對(duì)各因素隨機(jī)變量進(jìn)行方差分析
用 F 分布檢驗(yàn)各因子的作用顯著性 ( 取顯著水平 α =0.01 、 0.05) ，列方差分析見表 4 ～表 6 。
由以上的方差分析可以得出，泡沫的摻量對(duì)于材料的抗壓強(qiáng)度有著最重要的影響，最優(yōu)的組合是 A2B1ClDl ，泡沫量越大，混凝土中的孔隙和氣泡越多，密實(shí)度降低，從而抗壓強(qiáng)度也降低。其次，水泥是主要的膠結(jié)材料，它的含量對(duì)于強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也有很大的影
水灰比在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)對(duì)于強(qiáng)度的影響不明顯，對(duì)于總水量和參與水化作用的用水量，它們分別的水灰比必須都在一個(gè)恰當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。減水劑的添加要控制量，可以在必要時(shí)加入少量外加劑。對(duì)于干表觀密度的影響，水泥量和泡沫量對(duì)表觀密度的影響較明顯，在設(shè)計(jì)密度時(shí)，主要參考這兩項(xiàng)原料的配比。
3 結(jié)論
(1) 泡沫的摻量對(duì)于材料的強(qiáng)度和表觀密度有著重要的影響，泡沫量越大，混凝土中的孔隙和氣泡越多 , 密實(shí)度降低，抗壓強(qiáng)度也降低。
(2) 水泥的用量對(duì)材料的強(qiáng)度和表觀密度有很大的影響。
(3) 可以在泡沫混凝土中摻加一定量的減水劑，以改善混凝土的性能。
［應(yīng)用實(shí)例 6 ］
隔熱泡沫混凝土
1 泡沫混凝土的基本性能
1.1 泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)形式
泡沫混凝土是以水泥 (425 號(hào)以上 ) 、細(xì)砂為基料，加入發(fā)泡劑、膨脹劑、助劑、甚至防水劑，經(jīng)過專用攪拌機(jī)攪拌而成，具有無數(shù)微小獨(dú)立、分布均勻、封閉的氣孔結(jié)構(gòu)。
1.2 泡沫混凝土的物理性能
由于泡沫混凝土具有獨(dú)特的氣孔結(jié)構(gòu)形式，使其具有良好的隔熱性能，還兼有質(zhì)輕體硬、防水、防火、抗震等性能，如表 1 。
表 1 泡沫混凝土的物理性能
|
序號(hào) |
檢測(cè)項(xiàng)目 |
單位 |
數(shù)值 |
備注 |
|
1 |
抗壓強(qiáng)度 |
Mpa |
2.5 ～ 2.7 |
|
|
2 |
抗折強(qiáng)度 |
Mpa |
1.2 |
|
|
3 |
密度 |
㎏ /m 3 |
500 ～ 900 |
絕干恒重 |
|
4 |
吸水率 |
% |
＜ 15 |
|
|
5 |
氣干含水率 |
% |
＜ 10 |
|
|
6 |
干燥收縮 |
㎜ /m |
＜ 0.5 |
|
|
7 |
導(dǎo)熱系數(shù) |
W/(m · K) |
0.18 |
|
|
8 |
耐火極限 |
h |
2.7 |
|
|
9 |
隔聲 |
db |
20 |
9 ㎝厚度 |
|
10 |
抗沖擊性 |
次 |
100 |
10 ㎏· m 落差 |
1.3 泡沫混凝土與其它隔熱材料的物理性能對(duì)比值 ( 表 2)
表 2 泡沫混凝土與其它隔熱材料的物理性能對(duì)比
|
材料名稱
物理性能 |
泡沫混凝土 |
膨脹珍珠巖 |
陶粒混凝土 |
架空隔熱層 |
|
抗壓強(qiáng)度 (Mpa) |
2.5 ～ 7.5 |
5.0 ～ 7.5 |
7.5 |
3.7 ～ 5.0 |
|
抗折強(qiáng)度 (Mpa) |
1.2 |
3.2 |
5.3 |
4.3 |
|
密度 ( ㎏ /m 3 ) |
500 ～ 900 |
1000 ～ 1400 |
1200 ～ 1600 |
1800 |
|
吸水率 (%) |
＜ 15 |
64 |
100 |
100 |
|
氣干含水率 (%) |
＜ 10 |
|
|
|
|
干燥收縮 ( ㎜ /m) |
＜ 0.5 |
0.6 |
0.65 |
0.8 |
|
導(dǎo)熱系數(shù)［ W(m · K) ］ |
0.18 |
0.59 |
0.83 |
0.76 |
|
耐火極限 (h) |
2.7 |
|
|
|
|
隔熱效果對(duì)比值 ( ㎝ ) |
6 |
65 |
80 |
40 |
|
抗沖擊性 10 ㎏· m/ 次 |
100 |
120 |
150 |
2 |
注： 1 ．本表部分?jǐn)?shù)據(jù)摘自《民用建筑規(guī)范》 GD50176 — 95
2 ．隔熱效果對(duì)比值是指隔熱效果等同時(shí)相對(duì)應(yīng)的隔熱層厚度
1.4 泡沫混凝土的隔熱與密度強(qiáng)度的關(guān)系
熱的傳遞有傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種方式，由于泡沫混凝土內(nèi)有大量的空氣存在，大大降低了它的導(dǎo)熱性能，又因?yàn)槠潴w內(nèi)氣泡處于獨(dú)立，封閉的狀態(tài)，不能形成空氣和液體的對(duì)流 ( 因?yàn)槲瘦^低 ) ，氣泡也使得界面增加，從而有效地減少熱能的穿透 ( 如電磁波的輻射等 ) ，這就是泡沫混凝土的隔熱機(jī)理。
表 3 是泡沫混凝土及有關(guān)材料的導(dǎo)熱系數(shù)，以供對(duì)比。
表 3 幾種材料的導(dǎo)熱系數(shù)
|
材料名稱 |
導(dǎo)熱系數(shù) |
|
空氣 |
0.22 |
|
普通混凝土 |
1.28 ～ 1.55 |
|
泡沫混凝土 |
0.151 ～ 0.291 |
|
鋼材 |
58.00 |
從泡沫混凝土的隔熱機(jī)理可知，氣泡越多，密度越小，強(qiáng)度越小，隔熱效果越好；反之，氣泡越少，密度越大，強(qiáng)度越大，隔熱效果越差。表 4 是泡沫混凝土在兩種密度時(shí)的強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比值。
表 4 不同密度時(shí)的強(qiáng)度與導(dǎo)熱系數(shù)
|
密度 ㎏ /m 3 |
強(qiáng)度 ,Mpa |
導(dǎo)熱系數(shù) ,W/(m · K) |
|
400 |
2 |
0.151 |
|
800 |
7 |
0.291 |
2 泡沫混凝土的優(yōu)越性
用泡沫混凝土取代長期沿用屋面架空隔熱磚，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
2.1 保溫隔熱，節(jié)約能源
泡沫的熱阻值是普遍架空隔熱磚的 5 ～ 10 倍，保溫隔熱效果顯著，從而節(jié)約能源。
2.2 保護(hù)屋面，防止屋面結(jié)構(gòu)變形開裂
由于泡沫混凝土具有良好隔熱性能，可以有效地防止屋面結(jié)構(gòu)變形以及屋面結(jié)構(gòu)與磚墻交接處的溫差裂縫通病。
2.3 延長防水層壽命，加強(qiáng)防水效果
吸水率低、導(dǎo)熱系數(shù)小、質(zhì)輕體硬的泡沫混凝土與防水層 ( 或結(jié)構(gòu)層 ) 緊貼一體，既可以有效防止因熱漲冷縮而引起屋面結(jié)構(gòu)層 ( 或剛性防水層 ) 的變形裂而出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，又可以有效地防止柔性防水材料的老化變質(zhì)，而泡沫混凝土吸水率較低 (<15 ％ ) ，本身就具備一定防水效果，因此泡沫混凝土在保護(hù)屋面的同時(shí)，還可以延長防水層的壽命并加強(qiáng)防水效果。
2.4 可使天臺(tái)環(huán)境更加美觀、平整和實(shí)用
由于泡沫混凝土隔熱層是現(xiàn)場(chǎng)澆搗、整體成型、質(zhì)輕體硬、與基層緊密相連，大大提高了隔熱層的承重能力，可將原來不雅觀的架空隔熱屋面變成美觀、平整和實(shí)用的園林或文娛場(chǎng)地等，擴(kuò)大建筑物的使用空間。
2.5 節(jié)約造價(jià)，施工較為簡便
泡沫混凝土的密度通常為 500 ～ 900kg ／ m 3 ，現(xiàn)在有的可以做到 350kg ／ m 3 ，可按使用要求選用各種密度和厚度的隔熱層，當(dāng)代替結(jié)構(gòu)找坡時(shí)，既可節(jié)約工程造價(jià)，又可避免結(jié)構(gòu)找坡而出現(xiàn)頂層天花梁板傾斜現(xiàn)象。泡沫混凝土隔熱層一般厚度為 6 ～ 8cm ，由于其坍落度較大，因此泡沫混凝土的施工比普通混凝土施工更為簡便，不須振搗，只須按排水坡向用直尺抹平。同時(shí)泡沫混凝土的造價(jià)并不高， 6cm 厚的泡沫混凝土比五腳架空磚造價(jià)略高，這也是泡沫混凝土易于推廣的一個(gè)重要因素。
3 泡沫混凝土的施工工藝流程
1) 施工前，按照泡沫混凝土隔熱、強(qiáng)度、密度等要求，設(shè)計(jì)出泡沫混凝土相應(yīng)的施工配合比以及隔熱層的厚度。
2) 泡沫混凝土施工前必須先做好柔性或剛性防水層，上人或非上人屋面防水隔熱構(gòu)造可按圖 1 和
圖 2 施工。
圖 1 非上人屋面防水隔熱層構(gòu)造圖
1- 現(xiàn)澆泡沫混凝土隔熱層； 2-Ф2@150 × 150 防裂鐵篩網(wǎng)； 3- 防水層； 4- 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層
圖 2 人上屋面防水隔熱層構(gòu)造圖
1 —地磚貼面； 2 —水泥砂漿找平層； 3 —現(xiàn)澆泡沫混凝土隔熱； 4 —
Ф2@150 × 150 防裂鐵篩網(wǎng)； 5 —防水層層； 6 —鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層
3) 按保溫隔熱層的設(shè)計(jì)厚度，用水泥砂漿打定點(diǎn)，做好坡度，坡度宜為 2 ％左右，把基層清理干凈?！ ?) 鋪設(shè) Ф2@150 × 150 防裂鐵篩網(wǎng)，為節(jié)約起見，可用竹片代替。
5) 在泡沫混凝土攪拌機(jī) ( 圖 3 所示 ) 上面的晶體攪拌器內(nèi)，按一定的配合比，加入清水 (1.6 ～10kg)
和發(fā)泡劑 (0.1 ～ 0 .6kg ) 快速攪拌約 3 分鐘，使其成為待用的泡沫晶體。
圖 3 泡沫混凝土攪拌機(jī)
6) 在攪拌泡沫晶體的同時(shí)，按一定配合比將清水 (24 ～ 150kg ) 注入下面的攪拌器內(nèi)，依次加入水泥(48 ～ 300kg ，標(biāo)號(hào) 425 號(hào)以上 ) 和適量的細(xì)砂 ( 可用粉煤灰 ) 、膨脹劑、助劑等，慢速攪拌均勻，約 2 分鐘。
7) 將泡沫晶體，加入下面攪拌器中的水泥混合物內(nèi)繼續(xù)攪拌均勻，約 2 分鐘后待用。
8) 將待用的泡沫混凝土運(yùn)送以所需施工的基面，用直尺按定點(diǎn)抹平。
9) 施工完畢后開始自然養(yǎng)護(hù)， 24 小時(shí)左右可灑水養(yǎng)護(hù)，約半個(gè)月后才能交付使用。
10) 如需鋪設(shè)地磚，可在泡沫混凝土施工后能上人時(shí)進(jìn)行。
4 泡沫混凝土的設(shè)計(jì)及施工注意事項(xiàng)
1) 設(shè)計(jì)泡沫混凝土隔熱層時(shí)，要考慮隔熱效果與泡沫混凝土的強(qiáng)度、密度基本成反比的關(guān)系，建議與泡沫混凝土專業(yè)公司聯(lián)系，通過配合比試驗(yàn)，設(shè)計(jì)出合理的強(qiáng)度、密度以及厚度。
2) 泡沫混凝土的強(qiáng)度畢竟較低，抗壓強(qiáng)度在 2.5 ～ 7.5MPa ，干縮性也較大，在凝結(jié)過程很容易開裂，因此有必要加設(shè)防裂網(wǎng)，還須經(jīng)常淋水養(yǎng)護(hù)，每天淋水 2 ～ 3 次為宜。
3) 用作行人的地面，須在泡沫混凝土上面鋪設(shè)地磚，以防破壞隔熱層，以達(dá)到美觀耐用的效果。鋪設(shè)地磚前，先淋濕泡沫混凝土面，再涂 1 ～ 2 道水泥漿。
4) 泡沫混凝土的施工必須在有專業(yè)知識(shí)的技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行，對(duì)每道工序嚴(yán)格把關(guān)，才能保證其施工質(zhì)量。
5) 施工前要清理干凈基層，以保證泡沫混凝土與基層緊密相連。
6) 泡沫混凝土凝結(jié)較慢，在施工約兩天后，才可行人，在未能行人時(shí)切勿在其上面行人或堆積雜物，以免破壞泡沫混凝土的氣泡結(jié)構(gòu)，影響其隔熱效果。
7) 由于泡沫混凝土的流動(dòng)性很大，如用作尖屋頂屋面的隔熱層，施工時(shí)須用模板輔助。
8) 澆搗泡沫混凝土，建議按每 100m 2 制作一組試壓件，試壓件按砂漿試件要求制作。
9) 考慮熱脹冷縮影響，建議按 6mX × 6m 留設(shè)寬 2 ㎝的伸縮縫，縫內(nèi)填充柔性防水涂料。
10) 用作泡沫混凝土的發(fā)泡劑不要過期，水泥須檢驗(yàn)合格，泡沫混凝土的加工要按配合比進(jìn)行。
［應(yīng)用實(shí)例 7 ］
泡沫混凝土泡沫發(fā)生器
1 國內(nèi)外現(xiàn)有發(fā)泡工藝及設(shè)備
目前國內(nèi)外生產(chǎn)泡沫混凝土的方式主要有如下三種：
第一種是將發(fā)泡劑溶入水中，然后和水泥均勻攪拌。該種方法由于在水泥漿中形成氣泡，水泥漿粘度較大，且在攪拌初期料漿不均，一般不能充分發(fā)揮發(fā)泡劑的作用，因此，需要的發(fā)泡劑量大，成本較高，且泡徑不勻，僅適用于微量引氣混凝土。
第二種是采用高速攪拌葉片制取泡沫，國內(nèi)的制泡技術(shù)目前主要是采用高速攪拌機(jī)，即將發(fā)泡劑溶液倒入高速攪拌機(jī)中，然后用攪拌機(jī)的高速葉片攪動(dòng)發(fā)泡劑溶液來制取泡沫。然后用器皿將發(fā)好的泡沫取走，倒入水泥漿攪拌機(jī)中拌制成泡沫混凝土。高速攪拌機(jī)發(fā)泡，其上下泡徑不均，發(fā)完的泡沫必須經(jīng)過中間設(shè)備將泡沫倒入攪拌好的水泥漿中，中間環(huán)節(jié)會(huì)導(dǎo)致部分泡沫破滅。另外，本方法特點(diǎn)是必須先發(fā)泡，然后才能使用，過剩的泡沫過一段時(shí)間會(huì)破滅。
第三種是采用壓縮空氣制泡，國外多用此方法生產(chǎn)泡沫混凝土。利用壓縮空氣將發(fā)泡劑溶液和壓縮空氣穿過一個(gè)特制的發(fā)泡筒，在發(fā)泡筒內(nèi)的混合室中進(jìn)行混合，然后在壓縮空氣的作用下，將形成的泡沫吹出發(fā)泡筒，直接投入水泥攪拌機(jī)中拌制泡沫混凝土。發(fā)泡筒內(nèi)有的采用磁片，有的采用玻璃球，有的采用銅網(wǎng)等。和前兩種發(fā)泡工藝比較，壓縮空氣發(fā)泡設(shè)備比高速攪拌機(jī)稍復(fù)雜一點(diǎn)，但壓縮空氣發(fā)泡，一方面發(fā)泡效率較高，將發(fā)泡劑溶液完全吹制成泡沫，通過發(fā)泡筒后其泡徑均勻，另一方面，可以將泡沫直接吹入攪拌好的水泥漿中，減少了中間環(huán)節(jié)，更好地防止了中間環(huán)節(jié)導(dǎo)致的泡沫破滅。此外，該方法是邊攪拌水泥漿邊發(fā)泡，需要多少泡沫就發(fā)多少，不存在過剩和中間環(huán)節(jié)的問題。
2 發(fā)泡設(shè)備的研制
2.1 設(shè)計(jì)原則
根據(jù)我們所見到的國外的發(fā)泡設(shè)備，初步擬定了以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：
1) 能合理控制氣液的比例關(guān)系；
2) 能合理控制氣體的速度、流量；
3) 保證泡沫的連續(xù)性、均勻性、穩(wěn)定性；
4) 保證設(shè)備本身的穩(wěn)定工作。
2.2 結(jié)構(gòu)與工作原理
發(fā)泡設(shè)備的工作原理如圖 1 所示。容器 2 內(nèi)裝有發(fā)泡劑的溶液，有壓縮空氣機(jī) 1 產(chǎn)生壓縮空氣，分為兩個(gè)氣路，一支路直接接入發(fā)泡筒作為泡沫形成的氣源和泡沫形成的推動(dòng)力；另一支路接入壓力容器內(nèi)，推動(dòng)壓力容器內(nèi)的發(fā)泡劑溶液進(jìn)入發(fā)泡筒，壓縮空氣與發(fā)泡劑溶液的發(fā)泡筒的尾部進(jìn)入發(fā)泡筒。
圖 1 壓力發(fā)泡設(shè)備工作原理
1. 空氣壓縮機(jī) 2. 壓力容器 3. 發(fā)泡筒 4. 氣、液管路
發(fā)泡筒由筒壁、金屬網(wǎng)格、網(wǎng)格固定材料、尾部料、氣混合室和噴嘴組成。
發(fā)泡筒尾部封閉，另一端開口，封閉端同時(shí)引入兩個(gè)噴嘴，一個(gè)是壓縮空氣，另一個(gè)是發(fā)泡劑溶液。在封閉端氣、液進(jìn)入處形成一個(gè)封閉的空間，稱為混合室。其作用是使壓縮空氣和發(fā)泡劑溶液在此充分、均勻混合，產(chǎn)生霧狀的液滴，保證產(chǎn)生的泡沫均勻、穩(wěn)定。
氣、液在離開混合室后就開始發(fā)泡，只不過此時(shí)量小，離開混合室后泡沫通過幾十層的金屬網(wǎng)。在通過網(wǎng)的過程中，氣、液進(jìn)—步混合，泡沫大量形成，由于網(wǎng)的作用，產(chǎn)生的氣泡直徑均勻、細(xì)小，并逐漸穩(wěn)定從出口流出。
2.3 研制過程中的幾個(gè)問題
2.3.1 壓縮空氣壓力的選擇
用我們?cè)囍频脑O(shè)備，采用了不同壓力的壓縮空氣進(jìn)行了發(fā)泡試驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著壓力值的增大，發(fā)泡速度加快，但泡沫穩(wěn)定性稍差；反之，降低壓力，發(fā)泡速度減慢，參照國外的設(shè)備及資料我們確定的壓力為 0.5MPa 。
2.3.2 發(fā)泡劑液體與壓縮空氣的進(jìn)入混合室方式
我們進(jìn)行了氣、液平行和垂直進(jìn)入的試驗(yàn)，我們觀察到氣、液垂直進(jìn)入混合室有利于氣、液的混合與分散，發(fā)出的泡沫質(zhì)量較好。進(jìn)氣噴嘴和進(jìn)液噴嘴之間有一定的距離，使進(jìn)入的液體一進(jìn)入混合室，立即讓壓縮空氣吹開、分散，然后進(jìn)入拉泡和穩(wěn)泡階段。
2.3.3 發(fā)泡筒的尺寸
發(fā)泡筒的規(guī)格用由 ФD*L 表示。其中 D 為筒的內(nèi)徑， L 為筒的有效長度，內(nèi)徑 D 有泡沫產(chǎn)量和泡沫生產(chǎn)速度決定，一般泡沫出筒速度為 0.1 ～ 0 .2m ／ s ，根據(jù)泡沫需求量，就可確定內(nèi)徑 D 。發(fā)泡筒的有效長度由三部分構(gòu)成：混合室的長度 L1 ，拉泡和穩(wěn)泡段長度 I2 及泡沫出口長度 L3 ，其中 I1=1.2 ～ 1 ． 5D ， I3 二 1.5 ～ 2D ， L2 由拉泡層的層數(shù)和層間距決定，一般取 L2=8 ～ 10D ， L ／ D=10 ～ 12 。
2.3.4 拉泡網(wǎng)的選擇
國外的發(fā)泡筒拉泡和穩(wěn)泡段采用了不同的材料，有的采用磁片有的采用玻璃球，我們?cè)O(shè)計(jì)采用的是金屬網(wǎng)格布，可采用不銹鋼絲網(wǎng)和銅網(wǎng)，考慮道發(fā)泡筒的使用壽命，我們選擇的是銅絲網(wǎng)。網(wǎng)孔尺寸對(duì)泡徑有一定的影響，一般網(wǎng)孔尺寸小，泡徑尺寸也小。同時(shí)網(wǎng)孔和網(wǎng)的層數(shù)也有關(guān)。
2.3.5 網(wǎng)的層數(shù)的選擇
為了摸清網(wǎng)的層數(shù)對(duì)泡沫質(zhì)量的影響，我們選擇了 15 、 20 、 25 、 30 、 50 層進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)網(wǎng)的層數(shù)很少時(shí)，泡沫產(chǎn)量較大，但泡徑較大，泡沫穩(wěn)定性較差。網(wǎng)的層數(shù)越多，泡沫越均勻穩(wěn)定，但阻力較大，產(chǎn)量下降。所以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，網(wǎng)層數(shù)在 20 ～ 30 較合適。
3 兩種發(fā)泡設(shè)備的對(duì)比
經(jīng)過多次試驗(yàn)調(diào)整 , 用該泡沫發(fā)生器對(duì)國產(chǎn)和進(jìn)口發(fā)泡劑進(jìn)行了測(cè)試 , 完全滿足發(fā)泡劑指標(biāo)的要求。同時(shí)，我們用高速電鉆改制一個(gè)高速攪拌器，用同樣的發(fā)泡劑進(jìn)行了發(fā)泡對(duì)比，測(cè)試結(jié)果如表 1 。
表 1 兩種發(fā)泡工藝的對(duì)比
|
發(fā)泡工藝 |
項(xiàng)目 |
指標(biāo) |
美國發(fā)泡劑 |
自制發(fā)泡劑 |
|
壓縮空氣發(fā)泡 |
發(fā)泡倍數(shù) |
＞ 20 |
23 |
21 |
|
1h 沉降距 ㎜ |
＜ 10 |
7 |
9 |
|
1h 泌水量 ml |
＜ 80 |
68 |
75 |
|
高速攪拌機(jī)發(fā)泡 |
發(fā)泡倍數(shù) |
＞ 20 |
24 |
23 |
|
1h 沉降距 ㎜ |
＜ 10 |
11 |
14 |
|
1h 泌水量 ml |
＜ 80 |
76 |
82 |
由表 1 數(shù)據(jù)可以看出：兩種發(fā)泡工藝是明顯有區(qū)別的，同樣的發(fā)泡劑，采用壓縮空氣發(fā)泡，其發(fā)泡倍數(shù)稍小一些，但其穩(wěn)泡性能明顯比高速攪拌發(fā)泡好。
［應(yīng)用實(shí)例 8 ］
非承重墻體材料——發(fā)泡混凝土
一．機(jī)理：用廉價(jià)的空氣代替珍珠巖、陶粒等輕質(zhì)填充物。
二．制泡工藝： 1kg 混凝土 MNC — FP 發(fā)泡劑 + 50kg 水放在桶內(nèi)，用高速攪拌器攪動(dòng)，攪拌直至無水為止，即都發(fā)成泡。
三． 發(fā)泡混凝土配合比：
1 ．高強(qiáng)度等級(jí)的水泥 100 ㎏。
2 ．粉煤灰 100kg 。
3 ．萘系高效減水劑 1.25kg 。
