混凝土发泡剂及泡沫稳定性的研究_高波

混凝土发泡剂及泡沫稳定性的研究

Study on Foaming Agent of C oncrete and Stability of Foam

高 波,王群力,周孝德

(西安理工大学粉体工程研究中心,710048)

摘 要:介绍了混凝土发泡剂的发展概况,分析了发泡剂泡沫的稳定性,阐述了发泡剂的性能优劣是影响发泡混凝土生产的关键,而其自身性质和掺入方式都对混凝土性能产生较大影响。

关键词:发泡剂;泡沫;稳泡剂

(T he pow der mater ial engineer ing research centre ,Xian U niverisity of Science and Engineer ing ,Xian 710048China)Abstract: T he g eneral situat ion of foaming ag ent of concr ete was introduced and the stability of foam was analyzed in t his paper.It was discussed t hat t he foaming agent is the key of producing foaming co ncrete and the quality and mode of mixing into concrete affect t he proper ties of concrt ete greatly.

Key words: foaming agent; fo am;foam stabilizing ag ent

中图分类号:T U 528 2 文献标识码:A 文章编号:1005-8249(2004)01-0013-04

收稿日期:2003-11-05

1 前 言

发泡混凝土通常是用机械方法发泡剂水溶液制备成泡沫,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、浇注成型、养护而成的一种内部含有大量封闭气孔的 密孔 混凝土。生产发泡混凝土的关键是配制发泡剂。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用于发泡混凝土生产。只有在泡沫和料浆混合时薄

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,才能用来生产轻质发泡混凝土[1]

。目前,我国的混凝土发泡剂功能少、产量低,所产生的泡沫的稳定性、均匀性、分散性都不理想。而发泡剂又是生产轻质发泡混凝土的关键,因此有必要对发泡剂进行系统的认识和研究。

新型绿色墙体材料、地面材料以及配制中低强度等级高掺量粉煤灰混凝土等,开发利用前景十分广阔。

参 考 文 献

[1]王福元,吴正严.粉煤灰利用手册[M ].北京:中国电力出版社,1997,39

[2]鄢朝勇.用活化低等级粉煤灰开发绿色新型胶凝材料的试验研究[J].工业建筑,2002(12)

[3]钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M ].北京:科学出版社2002:130

[4]

蒋亚清,王洪波.湿排粉煤灰的活化与应用[J ].粉煤灰综合利用,2000(4):23

[5]鄢朝勇,李国栋.用湿排粉煤灰配制高强粉煤灰水泥的研究[J ].粉煤灰综合利用,2001(3)

[6]鄢朝勇,周俭清.用活化湿排粉煤灰配制42.5~52.5R 高掺量粉煤灰水泥的研究[J].广东建材,2002(10)

[7]鄢朝勇.粉煤灰小型空心砌块的生产与应用[J].新型建筑材料,2002(8)

[8]鄢朝勇,王建军.用低等级粉煤灰研制新型绿色墙体材料[J].混凝土与水泥制品,2003(3)

[9]吴中伟.高性能混凝土-绿色混凝土[J ].混凝土与水泥制品,2000(1):3~4

[10]

鄢朝勇.用低等级粉煤灰高掺量配制C30级混凝土的研究[J ].新型建筑材料,2003(6)

13

2 发泡剂介绍

发泡剂种类很多,其中多为阴离子表面活性剂。目前,国内发泡剂品种主要有[2]松香胶发泡剂、废动物毛发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂等。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。日本、意大利的发泡剂多为蛋白质类,质量好。我国也有以动物蛋白为主要原料的发泡剂,其发泡倍数及稳定性较好,但因原料来源有限,生产成本高,开发与应用受到制约。

发泡剂生成泡沫的质量以坚韧性、发泡倍数、泌水量等指标来衡量。泡沫的坚韧性就是泡沫在空气中在规定时间内不致破坏的特性,常以泡沫柱在单位时间内的沉陷距来确定。发泡倍数是泡沫体积大于发泡剂溶液体积的倍数。泌水量是指泡沫破坏后所产生发泡剂水溶液的体积。表1为常见发泡剂的性能[3]。

表1 常见发泡剂的性能

发泡剂品种与浓度十二烷基苯

磺酸钠

0.5%1%

松香

皂

1%2%

松香热

聚物

1%2%

动物

毛发

2%3%

发泡倍数2732282925262022

1h泌水量/ml1501401201101401206040 1h沉陷距/mm50383429383385

3 发泡剂泡沫性质研究

3.1 泡沫的形成

基于表面张力作用,液体表面有自动缩小的趋势,因而纯静液体经搅拌后并不能产生大量泡沫。在纯静液体中,两个气泡相碰就会毫无阻碍地结合在一起,最后气泡全部破裂。但如果在液体中溶解一种能降低气-液界面张力的物质,使之形成在组成上与其他液体有区别的且有一定机械强度的临界层,那么两个气泡相碰时,这种临界层便可作为 缓冲层 防止气泡破裂。发泡剂因其分子结构的不对称性,能聚集在气-液界面上,降低表面张力,提高膜的机械强度,形成 缓冲层 ,因而在纯静液体中加入发泡剂后用搅拌、混合、吹入、喷射等机械方法将气体带入发泡剂液体中就能制得泡沫。

3.2 泡沫的稳定性及影响因素分析

所谓泡沫的稳定性是指生成泡沫的持久性,即泡沫存在 寿命 的长短。这包括两个方面:一是泡沫自身的持久性,由发泡剂的质量来决定;一是泡沫在外界环境中以及和混凝土料浆混合时能保持不破灭的性能,它不仅和其自身性能有关,也取决于外界因素的影响。现从几个方面来阐述泡沫的稳定性。

3.2.1 泡沫自身的稳定性

由于气体和液体的密度相差很大,所以液体中的气泡总是很快上升至液面,形成以少量液体构成的液膜隔开气体的气泡聚集物,即泡沫。泡沫不稳定,会很快发生衰变,目前普遍认为有两个方面的原因:泡沫中液体的析出和气体穿透液膜扩散。

泡沫中液体的析出 泡沫中液体的析出是气泡相互挤压和重力作用的结果。气泡挤压主要来源于曲面压力。泡沫中各个气泡互交处形成所谓Plateau边界(见图1)。根据Laplace公式,可以导出P B-P A= /R (式中:P A为A处的液膜压力,P B为B处的液膜压力, 为表面张力,R为气泡半径)。液膜中A处的压力小于B处的压力,于是,液体会自动地从B处流至A处,结果是液膜逐渐变薄[4]。

另一种排液过程是液体因重力而下降,使膜逐渐变薄。这种情况仅在液膜较厚时才比较显著,液膜变薄至一定程度,便导致破裂。

气体透过液膜扩散 无论用何种方法产生的泡沫,其大小总不是完全均匀的。由于弯曲液面附加压力的作用,小泡内的气体压力总是高于大泡,因而气体自高压的小泡透过液膜,扩散到低压的大泡中去,造成小泡变小直至消失,大泡变大,

最终导致气泡破裂。

图1 Plateau边界

从以上两方面可以看出,泡沫自身的稳定性主要取决于液体析出的快慢和液膜的强度,而增大溶液的粘度恰恰可以解决这两方面的问题。如果液体本身的粘度较大,则液膜中的液体不易排出,液膜厚度变小的速度较慢,因而延缓了液膜破裂的时间,增加了泡沫的稳定性,同时也使泡沫具有一定的 弹性 。对此,一般可加稳泡剂以达到目的。

14