1 泡沫混凝土的制备原理

1 泡沫混凝土的制备原理

泡沫混凝土通常是用机械或压缩空气的方法将泡沫剂的水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的混凝土。

2 影响泡沫混凝土强度的因素

与普通混凝土一样，泡沫混凝土的强度并不是一个固定的数值，不同的胶凝材料种类、水泥用量、混凝土配合比、水灰比、泡沫用量(不同的体积质量)、发泡剂、养护制度及其他外加剂的采用与否等都影响泡沫混凝土的强度。本文仅对水灰比、配合比及外加剂的选择做重点讨论。

2.1水灰比的影响

在普通混凝土的制备中，混凝土的强度随成型水灰比的减小而增大，但在泡沫混凝土试验中发现的情况却不尽相同。

1)在浆体的流动性主要依靠外加剂的用量来控制时(即浆体已经具备良好的流动性)，随着水灰比的减小，强度增大；反之，减小。分析原因:随着水灰比的减小，混凝土中的游离水量减少，泡沫混凝土的吸水率降低，有效增加了混凝土强度;但当水灰比继续降低时，由于水泥水化的需水量不足会吸收泡沫中的水分，使得泡沫破裂，从而引起封闭气泡数量减少和混凝土均匀性下降，造成强度降低。

2)在浆体的流动性主要依靠水的用量来控制时，随着水灰比的增大，强度增大；反之，减小。

分析原因：较高的成型水灰比，保证了浆料的良好流动性，能确保将泡沫均匀引入到水泥浆料中并均匀分布，从而实现强度的增长。相反，水灰比的降低，浆体材料流动性不足，将引起气泡分布不均，从而降低混凝土的强度。

综合以上情况，泡沫混凝土的水灰比对强度的影响是多方面的，应结合具体情况具体分析，调整水灰比的大小，使泡沫混凝土内部材料结构均匀而多封闭独立气泡是提高泡沫混凝土强度的重要途径。

2.2 配合比的影响

泡沫混凝土制备时可以单独采用水泥，也可能同时采用除水泥以外的混合材(如硅灰、矿渣、粉煤灰等)，还可能同时采用细集料(砂子)。第一种情况:单独采用水泥时相对简单，所用水泥的强度等级越高、用量越多，制备的泡沫混凝土强度也就越大。所以，当希望制备较高强度的泡沫混凝土时，需要选择高强度等级的水泥。第二种情况:混合材料的引入会导致泡沫混凝土早期强度的显著降低，而对后期强度影响不大。如果填入适当的强度激发剂，

则可有效减缓前期强度降低。实际施工中往往以同时掺用混合材料和砂子的情况最为多见，因此，泡沫混凝土的配合比存在一个适宜的范围，需要根据试验确定。

2.3 外加剂用量的影响

泡沫混凝土使用的外加剂主要包括水泥强度激发剂、减水剂和发泡剂。

2.3.1发泡剂

从泡沫混凝土的制备原理分析，利用发泡剂引入大量气孔赋予其普通混凝土所没有的轻质、隔音、保温、高流动性等功能是泡沫混凝土制备的基础;但从结构和力学的角度看，同时也引起结构致密性大大降低，从而降低了泡沫混凝土的强度。那么，如何将发泡剂的用量控制在既能实现轻质、隔音、保温和高流动性等功能，同时混凝土强度又不低于预期目标是混凝土生产科研的一个新课题。

能产生泡沫的物质很多，但并非所有能产生泡沫的物质都可以用作发泡剂。只有发泡倍数足够大，在泡沫和浆料混合时薄膜不致破坏，具有足够的稳定性，对胶凝材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂，才适合用来生产泡沫混凝土。

发泡剂对泡沫混凝土强度的影响主要体现在泡沫的尺寸、均匀性(尺寸均匀性和分布均匀性)、泡沫的稳定性、发泡能力等。要求发泡剂的发泡能力强、密度低、单位携水量小，泡沫牢固、细小、均匀分布，对混凝土的副作用小。

2.3.2水泥强度激发剂

水泥强度激发剂主要在水泥混合材的场合采用，可以减轻泡沫混凝土早期强度降低的程度。但是，使用激发剂往往会降低泡沫混凝土的最终强度。

2.3.3减水剂

混凝土减水剂使泡沫混凝土即使在较低水灰比下仍然能够顺利完成浆料与泡沫的混合，制备出泡沫分布均匀的泡沫混凝土。所以，掺加适量的高效减水剂是制备高强泡沫混凝土的重要手段之一。但是，因为减水剂的价格比较贵而且有些减水剂与发泡剂在某些性能方面有相反的作用，所以减水剂的种类和添加量必须由试验确定。

掺加不同减水剂对泡沫混凝土早期强度的影响(见表1)。

从表1中可以看出，掺加减水剂后泡沫混凝土的早期强度显著增加：掺入高浓萘系减水剂对强度的贡献更大。其原因在于，通过掺高浓萘系减水剂，使得水泥水化产物结构更加致密，CSH胶凝较多，而且与Ca(OH)2晶体穿插搭接成网状结构。

3 提高泡沫混凝土强度的途径

综上所述，配合比、水灰比和外加剂的添加是影响泡沫混凝土强度的主要因素。选择适宜的配合比，使用高效减水剂并控制适宜的低水灰比，采用优质高效的发泡剂，能有效的提高泡沫混凝土的强度。

4 结语

泡沫混凝土又称为轻质混凝土或发泡水泥等，是一种利废、环保、节能、低廉且具有轻质高强、不吸水、不燃性的新型建筑节能材料，可用作屋面保温隔热、地暖及地面垫层和内隔墙及外墙保温等。泡沫混凝土在国内推广应用的时间还不长，对其性能和制备技术还需要进一步的研究和探索；由于制备泡沫混凝土是一个系统的过程，影响其性能的因素比较复杂，在研究过程中，有所侧重，才能有所突破。希望本文在提高强度方面的一些观点能对同行有所启发。

1.1水泥

水泥是泡沫混凝土强度的主要来源，也是首要影响因素。为达到强度最大化，每个设计绝干密度的泡沫混凝土均有一个最佳水泥用量。原材料体系不同，水泥用量对泡沫混凝土强度的影响规律并不一致。在非净浆体系中，泡沫混凝土强度先随水泥用量增加而提高，当超过最佳水泥用量后，强度则随水泥用量继续增加而降低。在净浆体系中，水泥用量则相对固定，只有水泥强度等级仍对泡沫混凝土强度产生影响。

硅酸盐系列水泥来源广泛、质量稳定、经济、耐久性好，因而被泡沫混凝土行业广泛使用。硫(铁)铝酸盐第三系列水泥在泡沫混凝土浆体形成、结构稳定性、早期强度发展等方面具有特色，应用逐年增加，在一些特殊重点工程中的应用相继取得成功。

1.2泡沫剂

能产生泡沫的物质很多，但并非所有能产生泡沫的物质都能作为泡沫剂使用。只有产生的泡沫在与砂(净)浆混合时不破裂，具有足够稳定性，且不影响胶凝材料凝结和硬化的物质才能用于制备泡沫剂。通过改变泡沫添加量，可制成不同浆体密度和绝干密度的泡沫混凝土，泡沫混凝土强度也将因泡沫引入量不同而不同。优选泡沫剂品种和确定最佳掺量是制备高性能泡沫混凝土的必要条件。

1.3骨料

制备泡沫混凝土骨料通常分为普通集料、轻骨料和超轻骨料三类。根据泡沫混凝土密度和强度要求，蒸压加气混凝土砌块厂家 。决定是否采用骨料和采用哪类骨料。骨料品种和表观密度对泡沫混凝土强度影响明显。为保证泡沫混凝土密度，用轻骨料比用普通骨料可使水泥浆体形成的结构更致密。泡沫混凝土抗压强度通常较低，抗压破坏通常发生在含有大量气孔的水泥基基体中。与普通混凝土相比，使用密度较低的骨料将明显提高泡沫混凝土抗压强度。

1.4粉煤灰

鉴于粉煤灰来源广泛、价格低廉，并具有一定活性，成为泡沫混凝土的首选掺合料。粉煤灰能显著提高泡沫混凝土的后期强度，改善成型效果。

1.5外加剂

泡沫混凝土常用外加剂包括分散剂、早强剂、速凝剂、防水剂、憎水剂。早强剂和速凝剂可加速泡沫混凝土结构的形成过程和强度发展，提高浆体结构稳定性。

2配合比设计研究

泡沫混凝土配合比设计依据固定原材料重量法和固体混合料体积法进行。通过检测泡沫混凝土湿密度，进而控制泡沫混凝土绝干密度和均匀性，达到控制泡沫混凝土抗压强度目的。

2.1固定原材料重量法

以水泥-粉煤灰-泡沫-水原料体系泡沫混凝土为研究对象。设计参数：

泡沫混凝土设计绝干密度为r干，单位为kg/m³；

基本用水量为yw，单位为kg/m³。

基本水料比为ω，取值见表1。视粉煤灰掺量和泡沫剂质量作适当调整；

水泥用量为yc，单位为kg/m³。水泥水化修正系数k1，经验值取k1=0.10；

粉煤灰用量为yf，单位为kg/m³；粉煤灰水化修正系数k2，经验值取k1=0.02；

粉煤灰掺量为η，单位为%；

表1ω经验值

泡沫混凝土设计绝干密度为ρ干(kg/m³) 400 500 600 700 800 900 1000

ω 0.69 0.64 0.60 0.56 0.54 0.52 0.50

配合比设计关系式见式(1)和式(2)：

k1yc+ k2yf=ρ干(1)

yf/(yf +yc)=h(2)

水泥、粉煤灰和水用量按式(3)、式(4)和式(5)计算：

yf=ηρ干/((1-η)k1+ηk2)(3)

yc=(1-η)ρ干/( (1-η)k1+ηk2) (4)

yw=w(yc+yf)(5)

2.2固定混合料体积法

1m³泡沫混凝土中，由水泥、粉煤灰和水组成的浆体总体积为v1，泡沫添加量v2按式(6)计算。即配制单位体积泡沫混凝土，由水泥、粉煤灰和水组成浆体体积不足部分由泡沫填充。

v2= k3(1-v1) (6)

式中：v2——泡沫添加量，单位为m³；

v1——加入泡沫前，水泥、粉煤灰和水组成的浆体总体积，单位为m³；

k3——富余填充系数，k3通常大于1，视泡沫剂质量和制泡时间而定。主要考虑泡沫加入到浆体中再混合时的损失。

2.3泡沫混凝土浆体密度

泡沫混凝土浆体密度r湿按式(7)计算：

ρ湿= (1+ω)ρ干/(ηk2+(1-η)k1) +v2/fv(7)

式中：ρ湿——泡沫混凝土浆体密度，单位为kg/m³；

fv——泡沫剂水溶液发泡量，单位为m³/kg。

3．泡沫混凝土绝干密度与抗压强度相关性

3.1试验研究

3.1.1原材料

水泥：北京琉璃河水泥厂产42.5普通硅酸盐水泥。

粉煤灰：北京石景山发电厂产ⅲ级干排粉煤灰。

混凝土泡沫剂：白色粉末，ccw-2008型，中国建筑材料科学研究总院研制。具有起泡、稳泡、增粘、防水功能。

3.1.2试样制备

首先使用高速搅拌机(转速700转/min)将设定比例的泡沫剂水溶液制成泡沫，搅拌时间以泡沫达到均匀、细小、稳定为准。再按设定比例计量水泥、粉煤灰和水，使用砂浆搅拌机将其搅拌成均匀浆体，搅拌时间控制在180s。然后在浆体中加入一定体积的泡沫，继续搅拌至均匀为止，预计时间在180s左右。。采用固定混合料体积法和原材料重量法来控制泡沫混凝土混合料密度，进而控制泡沫混凝土密度。成型好的试件在室内放置，用塑料布覆盖。2d-5d(时间长短视cfc密度而定)后脱模，在室内密封条件下养护至试验龄期。

3.1.3性能测试

测试试件28d龄期的抗压强度、绝干密度和吸水率，试验方法参照jc/t

1062-2007《泡沫混凝土砌块》进行。试件尺寸为100mm×100mm×100mm。

3.2试验结果

泡沫混凝土设计绝干密度ρ干取400kg/m³、500kg/m³、600kg/m³、700kg/m³、800kg/m³、900kg/m³和1000kg/m³，对应的基本水料比w分别取0.69、0.64、0.60、0.56、0.54、0.52和0.50，粉煤灰掺量η取0、10%、20%、30%和40%。测试28d龄期泡沫混凝土的抗压强度和绝干密度。粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%和40%时，泡沫混凝土绝干密度与抗压强度相关性回归曲线。回归结果列于表2。

显然，不论是否掺加粉煤灰，还是粉煤灰掺量有所变化，泡沫混凝土抗压强度与绝干密度之间具有良好的相关性。即在组成、配比和制备工艺相同的前提下，泡沫混凝土抗压强度与绝干密度基本是一一对应。而粉煤灰掺量则对泡沫混凝土抗压强度值产生影响。

表2泡沫混凝土抗压强度与绝干密度的乘幂方程式

序粉煤灰掺绝干密度范围乘幂方程式 r2 备注

号 量(%) (kg/m³)

r压=3´10-8r干1 0 0.9862 420-1070

2.8661

r压=3´10-8r干2 10 0.9935 420-1040

2.8432

r压=4´10-9r干r压为泡沫混凝土3 20 0.9948 420-1080

3.1678 28d抗压强度

r压=9´10-10r干4 30 0.9853 540-1030

3.3786

r压=5´10-10r干5 40 0.9605 690-1010

3.4503

4粉煤灰掺量对泡沫混凝土性能的影响

泡沫混凝土设计绝干密度ρ干取700kg/m³、800kg/m³、900kg/m³和1000kg/m³，对应的基本水料比ω分别取0.56、0.54、0.52和0.50，粉煤灰掺量η取0、10%、20%、30%和40%。含有不同掺量粉煤灰的泡沫混凝土，其28d抗压强度计

算结果列于图6。结果表明，在水泥-粉煤灰-泡沫-水原料体系泡沫混凝土中，粉煤灰占有适当比例，将有助于提高泡沫混凝土强度，而且可降低成本，降低收缩率，提高抗裂性。

粉煤灰中含有70%以上的玻璃体，主要成分是sio2和al2o3。在强碱激发作用下将显现胶凝活性。在泡沫混凝土中，水泥因水化不断放出强碱ca(oh)2，与粉煤灰产生化学反应，生成具有胶凝性能的水化硅酸钙、低硫型和高硫型水化硫铝酸钙，促进泡沫混凝土强度增长。

在早期，粉煤灰几乎不发生火山灰反应，因此随粉煤灰掺量增加，混凝土抗压强度降低。表现为掺加粉煤灰的泡沫混凝土试块脱模时间长，低绝干密度泡沫混凝土表现极为明显。随着泡沫混凝土养护龄期增加，粉煤灰火山灰作用和水泥水化反应的促进作用，以及粉煤灰微集料效应，掺加适量粉煤灰的泡沫混凝土抗压强度可以达到和超过纯水泥泡沫混凝土(也称泡沫水泥)。在本研究中，粉煤灰适宜掺量为20%。

5结论

(1) 组成是影响泡沫混凝土强度的首要因素，主要包括水泥品种和强度等级、骨料种类与绝干密度、粉煤灰品质、外加剂品种和发泡倍数等。

(2) 泡沫混凝土配合比设计可依据固定原材料重量法和固体混合料体积法进行。即控制单位体积泡沫混凝土浆体中固体组分量和固体组分比例优化。

(3) 在组成、配比和制备工艺相同的前提下，泡沫混凝土抗压强度与绝干密度之间具有良好的相关性。通过检测泡沫混凝土湿密度，进而控制泡沫混凝土绝干密度，从而达到控制泡沫混凝土抗压强度的目的。

(4) 在水泥-粉煤灰-泡沫-水原料体系泡沫混凝土中，掺加适量粉煤灰将有助于提高泡沫混凝土抗压强度，提高抗裂性，同时可降低生产成本。

(责任编辑：admin)