小議高性能泡沫混凝土

時間：2020-07-16 來源：河津市恒藝環保建材有限公司

1  引言

    混凝土技術的發展先后經歷了干硬性混凝土、流態混凝土、高性能混凝土等階段。高性能混凝土是1990年以來發展起來的一種新型的高技術混凝土，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），簡稱HPC.

    作為特種混凝土之一的泡沫混凝土時一種通過向水泥（砂）漿中摻入預制出的水膜性泡沫而引入大量氣孔、經過硬化得到的一種多空輕質混凝土。這種輕質混凝土的干密度通常在150kg/m3~1500kg/m3，具有很好的保溫節能性能。目前國內泡沫混凝土的發展還處于初級階段，工程中使用的泡沫混凝土都是簡單的水泥、水、集料（酌情加入）和泡沫的簡單混合，生產技術水平類似于幾十年前的普通混凝土，很少摻入現代混凝土中廣泛應用的******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，嚴重影響了泡沫混凝土的聲譽，使人們誤認為泡沫混凝土只能達到如此低的力學性能，阻礙了泡沫混凝土的推官應用。因此，基于高性能混凝土的特點，應該將高性能混凝土的制備技術引入到泡沫混凝土的生產中，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該是在大幅度提高普通普通泡沫混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作混凝土，影響對具有較高的耐久性、工作性、實用性、強度、體積穩定性、經濟性。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律外，還具有一些自身的特點，其組成材料應達到以下技術要求。

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，推薦使用凝結時間較快的硫鋁酸鹽水泥、高鋁水泥、早強型硅酸鹽水泥、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該選擇普通硅酸鹽水泥，尤其是應用于墻體等重要部位時。

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，***終影響到泡沫混凝土的力學性能和耐久性。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鍵步驟。經過大量實驗，高性能的泡沫應該在滿足制備泡沫混凝土所需的穩定、均一、細小等特點的要求后，其單位體積所含的有機物（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，會降低材料力學性能，泡沫越穩定，在大部分情況下，其單位體積表面活性物質含量必定越多，水泥收到的影響越大，這對于泡沫混凝土的強度等指標是不利的。高穩定的泡沫其穩定性非常好，泡沫細膩微小，但是支撐氣泡沫穩定的是單位體積含有大量的表面活性物質，當摻入到水泥時，多余的表面活性劑必然對水泥水化造成負面影響，但反過來講，穩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。經過長期實驗研究，我們認為良好的泡沫劑應具備用量少、發泡倍數高（即技術經濟效果好）、穩定性事宜（至少能支撐到漿體凝結）、閉孔率高、吸水性低、不影響強度等特點，評價泡沫劑優良的決定性因素不是泡沫穩定性，而是泡沫料漿的穩定性及其硬化厚的性能。就以北京亞設YS-901發泡劑為例在空氣中泡沫穩定性半消時間在120分鐘左右，可以說沒有任何優勢可言，可加入漿體中穩定性非常好在生產密度為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用是現代高性能混凝土的標志之一，同樣高性能泡沫混凝土的特點之一也應該是低水膠比，******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，國內生產泡沫混凝土時大量使用******減水劑等外加劑的情況還不普遍，攪拌水泥（砂）漿時，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（因為泡沫***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）漿時的水膠比，在實驗室使用新型的聚羧酸鹽減水劑時，水膠比可以降低到0.2左右，可以極大地提高基材的強度。

    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、調凝劑、早強劑等）也都是生產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，在引入摻和料時必須要考慮其與泡沫的相容性，一般生產泡沫混凝土使用的摻和料應具備以下特點：一是細密度越細越好，這樣對泡沫的包裹性越好；二是摻和料的吸水性不宜過大，否則會吸收泡沫中的水分，造成破泡。因此，像磨細礦渣、高等級的超細粉煤灰、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，同時需要保證一定的養護齡期。

2.5集料

    泡沫混凝土一般不會使用石子類的集粗料，考慮到對泡沫的包裹性，其使用的集料一般是粒徑較小的細砂，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沙。有時會使用如陶粒、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，可根據泡沫混凝凝土的不同干密度級別及應用領域而定。

3   高性能泡沫混土的性能

    采用現代混凝土技術制備泡沫混凝土材料，可成倍提高其抗壓強度等力學性能以及耐久性能。以上述800kg/m3干密度級別的泡沫混凝土，在合適的配合比下，其強度可以達到8MPa以上。但是泡沫混凝土畢竟是一種輕質、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準來衡量，尤其是在耐久性方面，PaulJ.Tikalsky等人就認為由于泡沫混凝土不同于普通混凝土，測試泡沫混凝土凍融循環的環境條件與普通混凝土有所區別，而且根據其特點，其應用領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律允許的情況下，******限度的提升其工作性、實用性、強度、體積穩定性，耐久性和經濟性等。

    泡沫混凝土由于輕質、保溫、隔熱、隔音、不燃、利廢、耐久等特點，在特殊工程中有著良好的應用前景。但是國內對于高性能泡沫混凝土的研究還不是很多，對泡沫混凝土微觀孔結構與力學性能之間的機理認識還不深刻，對提高泡沫混凝土耐久性的技術手段以及適用于高性能泡沫混凝土耐久性的評價體系等領域的研究還沒展開，這些都是我們以后需要重點研究解決的技術領域。

4   高性能泡沫混凝土的生產

    目前國內泡沫混凝土產品分為現澆和預期制兩類，其主要應用領域是現澆。

    在現澆泡沫混凝土的生產施工方面，其生產工藝和施工設備存在很大的問題，這也是泡沫混凝土質量低下的一個重要原因。目前國內市場現澆泡沫混凝土主要用于層面保溫層、地暖保溫層以級一些墊層，大多數生產設施設備都是連續式投料、攪拌、輸送、澆注，即投料、攪拌、輸送、澆注四個環節同時進行，無法保證計量，很多工地都是邊上料邊進水，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驗，一旦攪拌不勻的水泥（砂）漿堵塞攪拌系統和管道時即加大水量來稀釋，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，需要一定的攪拌時間，確保攪拌均勻才能發揮作用，如果采用國內現有的大多數現澆泡沫混凝土設備，投料、攪拌和輸送在同一時間進行，那么減水劑攪拌不勻，局部干硬、局部離析，將無法發揮其作用，也無法達到預先設計的配合比，生產不出高性能泡沫混凝土。

    筆者認為，要得到準確配合比的泡沫混凝土，比較理想的方式應參照混凝土攪拌站的生產流程，經歷泡沫混凝土攪拌站，由罐車運送到施工工地。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，泡沫在長時間的攪拌下會大量破掉，所以應該在工地上放置一臺小型發泡機，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，對于現有的普通混凝土攪拌站，只需添加一臺小型的發泡機就可以了生產高性能泡沫混凝土。

    而對于泡沫混凝土工廠化預制制品來說，其生產工藝及其質量相對簡單，完全可以借鑒上述流程，但需要采用合理的配合比和養護制度，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   結語

    目前，我國泡沫混凝土技術水平還很低，其發展方向應該是高性能化，一方面在材料配方、設備、制備技術、微觀機理一級耐久性方面要做大量研究工作；另一方面則需要改進生產工藝流程，尤其是現澆泡沫混凝土方面，急需升級現有設備，做到******計量，保證材料質量。只有發展高性能泡沫混凝土，才能使這一材料走出低質量、低價格競爭的惡性循環，才能使其從屋面、地面工程應用走向墻體等更廣闊的應用領域。