物理与化学发泡水泥砌块的制备及对比研究

杨涛，马洪铎

（1.青岛青建新型材料有限公司，山东 青岛 266108；2.山东金銮混凝土有限公司，山东 济南 250117）

1 前言

随着能源危机的不断凸显，建筑节能问题已引起国内外学者的高度重视。发泡保温材料以其优异的保温、防火性能，在建筑节能中发挥着重要作用，受到人们的广泛关注和认可。水泥发泡材料是通过向材料引入均匀气孔来降低材料的质量，提高隔热保温性。根据其发泡方式可分为两类，一类是物理发泡，物理发泡制备的发泡水泥称为泡沫混凝土；另一类是化学发泡，化学发泡制备的发泡水泥称为加气混凝土。物理发泡是将发泡剂水溶液在机械作用条件下引入空气，产生大量泡沫，然后将泡沫注入水泥粉煤灰料浆中一同成型，制得发泡轻质材料；化学发泡是以水泥、粉煤灰（或砂）、石灰和石膏为主要原料，以铝粉为发气剂，经混合发泡成型、蒸压等工艺制备而成。

发泡水泥材料具有保温隔热性好、质量轻、强度高、不易燃烧、隔音性能好、使用寿命长、节能环保等优点，在地暖、外墙、自保温砌块等方面都发挥着非常重要的作用。此外，由于粉煤灰在发泡水泥材料中的大量使用，使得工业废渣堆积等问题得到了很好地缓解。可见，发泡水泥材料的发展推动了建筑节能技术的进步，并具有良好的社会、经济、环境效益。

2 试验部分

2.1 试验原料

水 泥：山东某水泥厂生产的 42.5 普通硅酸盐水泥，其化学组成如表1 所示；

粉煤灰：山东某火电厂 I 级粉煤灰，其化学组成如表2所示；

发泡剂：自主研制，动物蛋白类发泡剂，发泡倍数为18，泡沫半消时间为 3h；

石灰：购于建材市场，消解时间为 13min，消解温度为86℃；

石膏：购自山东泰安某厂生产的建筑石膏，其化学组成如表3 所示；

铝粉：购于山东某建材市场，细度为 400 目。

表1 水泥的化学组成 %

表2 粉煤灰的化学组成 %

表3 建筑石膏化学成分 %

2.2 物理与化学发泡水泥的制备工艺对比

物理发泡：按一定配比称取水泥、粉煤灰和石膏，采用先独立发泡，再将泡沫与料浆混合搅拌、浇注成型的工艺方法制备泡沫混凝土砌块，其主要生产工序有料浆制备、泡沫制备、混合搅拌、浇注成型、硬化脱模、室内养护等，具体工艺流程如图1 所示。

化学发泡：按一定配比称取水泥、粉煤灰，加水混合成料浆后，注入反应釜中不断的搅拌，再加入石灰并往反应釜通入蒸汽加温，后加铝粉搅拌 1min 后浇至模具，养护凝固后蒸压，岀釜便制得加气混凝土砌块。其工艺如图2 所示。

图1 物理发泡水泥生产工艺流程

图2 化学发泡水泥生产工艺流程

由图1 和图2 可以看出，物理发泡和化学发泡生产工艺的区别主要在于发泡方式不同，物理发泡是将发泡机制得的泡沫掺入发泡水泥料浆中搅拌均匀而引入气孔；化学发泡是向料浆中掺入化学发泡剂，利用发泡剂与料浆中某些成分发生化学反应得到的气体，充分填充在料浆中，从而得到泡孔结构。另外，化学发泡需要蒸压养护，而物理发泡通常不用蒸压养护。

2.3 物理与化学发泡水泥的性能比较

试验方法：试件加工和性能试验按照 GB/T11969—2008《蒸压加气混凝土性能方法》要求进行。

试样要求：试验所取物理发泡与化学发泡水泥试样的性能指标如表4 所示。取抗压测试后的破损试样做 SEM 分析如图4 所示。

表4 物理发泡与化学发泡水泥试样的性能指标

图3 物理发泡与化学发泡水泥试样 SEM 照片

由表4、表5 和图3 可以看出，在密度和强度几乎相同时，物理发泡与化学发泡水泥试样的导热性能和抗冻性差别明显。物理发泡水泥试样的隔热性能和抗冻性明显优于化学发泡水泥试样，其主要原因可能是泡孔结构的差别。物理发泡形成的泡孔均为闭合的孔结构，掺入料浆后除少量在搅拌时破损外，绝大部分泡沫仍保持闭合状态 (图3-a)；而化学发泡是通过料浆中某些组分的化学反应产生气体，随着化学产生的气体的增多，气泡不可避免的发生膨胀，由于料浆颗粒大小不一，相邻气泡膨胀时遇到较大颗粒便发生气泡连通，泡孔多呈连通状（图3-b）。在隔热性能方面，闭合泡孔结构与密实料浆的交替出现使发泡材料具有很好的隔热效果，相反，连通孔的大量存在却降低了这种效果，隔热效果有所下降。在抗冻性能方面，由于连通孔的大量存在，使得吸水后的试样在冻融作用下发生膨胀叠加效应，一定程度上加剧了试样孔结构的破坏。

3 结论

（1）物理发泡和化学发泡生产工艺的区别主要在于发泡方式不同，物理发泡是将发泡机制得的泡沫掺入发泡水泥料浆中搅拌均匀而引入气孔；化学发泡是通过往料浆中掺入化学发泡剂，借助化学反应所产生气体在料浆中的填充作用，从而得到泡孔结构。

（2）在密度和强度几乎相同时，物理发泡与化学发泡水泥试样的导热性能和抗冻性差别明显，物理发泡水泥试样的隔热性能和抗冻性明显优于化学发泡水泥试样。

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