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1泡沫混凝土结构缺陷与抗压强度偏低的原因分析p m h n t n e t

1 泡沫混凝土结构缺陷与抗压强度偏低的原因分析

1.1 泡沫混凝土表面粗糙、窜孔、密度不匀、抗压强度偏低的原因

当泡沫单独存在时，泡与泡是紧密排列的，如图1（a）所示。在泡沫内部，立体几何知识告诉我们，就某个气泡而言，在紧密排列的情形下，在该泡周围、泡心与该气泡泡心共面的气泡可有6个、并且只能有6个；而在该平面上方或下方，都分别只能有3个气泡与中心气泡紧密接触。这表明在泡沫中，没有一个泡是真正的球形，而是一个正十二面体。在水泥、粉煤灰浆料中，见图1（b），必须有足够的水满足下列需要：①充分润湿水泥、粉煤灰颗粒表面；②水泥初期快速水化所需的水分；③泡沫表面吸附水分。否则，在搅拌过程，易导致泡沫破裂。就泡沫与水泥、粉煤灰浆料的混合过程而言，由于泡沫和水泥、粉煤灰浆料的连续相均为水相，因而水在这里起着“桥梁作用”，见图1（c）。在混合过程中，水泥或粉煤灰颗粒完全可能使泡壁向内凹陷。如果发泡剂是简单的小分子表面活性剂，物理化学原理告诉我们，这种泡沫最容易破裂；如果添加高聚物作为稳泡剂，那么高聚物分子的两端完全有可能同时吸附在两个或多个泡表面，它势必阻挡水泥、粉煤灰颗粒进入这些泡之间，强行搅拌，就难免将泡拉破。图1（d）告诉我们，即使发泡机生产的泡沫泡径再均匀，由于泡沫表面的泡与其内部的泡所处环境不同，致使泡沫接触水泥、粉煤灰浆料后必定会产生少量的大泡或小泡。表面化学原理告诉我们，相邻的小泡和大泡，由于小泡的附加压力大于大泡的附加压力，故小泡会破裂，使大泡更大。泡沫破裂，使2个、3个、以致多个气泡合成一个气泡。这个过程使泡沫的总表面积不断缩小。由于每个气泡所处的环境以及它们的初始直径差异，大泡会越变越大，这就是泡沫混凝土表面粗糙、鼓泡、内部窜孔、空鼓产生的原因。泡沫破裂在形成大泡的同时，必有一部分表面活性剂被吸附在水泥、粉煤灰颗粒表面，从而影响水泥与水泥、水泥与粉煤灰之间的凝结。这种情况，在高容重的情况下，由于因吸附表面活性剂而全部或部分失去凝结能力水泥、粉煤灰颗粒相对较少，因而对水泥与水泥、水泥与粉煤灰之间的凝结影响也较小。然而在低容重的情况下，如果泡沫破裂达到50％以上，则泡沫

混凝土的抗压强度将显著下降，即出现整体疏松或上下抗压强度差异显著以及总体抗压强度偏低的问题。

理论推算和实验现象都证明，大泡所受的上升力远大于小泡。当大泡大到其所受上升力足以克服其所受阻力时，就会上浮。如果上浮过程较慢，即在混凝土浆料初凝后大泡仍未到达混凝土浆料表面，则虽不会出现“塌模”，但会出现泡沫混凝土上下抗压强度差异的问题。

如果发泡剂含有如阿拉伯胶、羟丙基纤维素醚等物质，或另外在泡沫混凝土浆料中添加此类物质，虽然可以减少破泡率，避免破泡表面活性剂对泡沫混凝土浆料凝结的影响，使所得泡沫混凝土抗压强度有所提高，但这些物质本身也会影响泡沫混凝土浆料的凝结，导致泡沫混凝土的比抗压强度仍不能令人满意。

1.2 泡沫混凝土产生“鼓泡”、“空鼓”的原因

“空鼓”现象的发生，不是泡沫混凝土的“专利”。一般的水泥砂浆，无论是抹墙或者是铺地，如果水泥砂浆接触的表面处理不好同样会产生“空鼓”。泡沫混凝土产生“空鼓”，说到底是在地暖和屋面泡沫混凝土浇注施工前，浇注泡沫混凝土的表面不平整，或吸水能力有较大差异、或粉尘清理不干净，甚至有油污造成的。浇注表面较高的地方或粉尘较多的部位，在用水洒湿浇注表面时，往往吸水不足。因而在泡沫混凝土浆料浇注后，这些部位将继续从泡沫混凝土浆料中吸收水分并排出其内部的空气。如果排出空气的速度较快，便产生“鼓泡”；如果这种空气排出过程所需的时间长于泡沫混凝土浆料初凝的时间，就必然会产生“空鼓”。

2 泡沫混凝土开裂的原因分析

普通水泥制品，若不使用沙子，照样存在开裂问题；若仅使用沙子不使用石子，经过几年的冬夏冷热变化仍然会开裂；若使用沙子、石子而不是用钢筋，经过几十年的时间，开裂的情况也屡见不鲜。可见，开裂是硅酸盐等胶凝材料的经不起恶劣气候影响的特性之一。然而，对于3～4级泡沫混凝土的内部结构而言，形成泡壁的混凝土厚度一般在零点几毫米，并且众多相互连接的泡壁形成了曲曲

折折的结构，按说低级别的泡沫混凝土应具有比普通混凝土更好的伸缩性能。关于这一点，实验室的冷热试验（-15～50℃，400次）也表明3～4级泡沫混凝土的确具有很好的抗冷热冲击性能。那么，在实际生产中，为什么泡沫混凝土总是出现开裂现象呢？人们首先想到的是“实验室的泡沫混凝土块头太小”，如果真是如此，那也应当在排出了其他影响因素之后再讲：“哪个级别的泡沫混凝土、在什么尺寸范围内才具有较好的抗裂性能。事实上，材料的不均匀性、柔韧性、内应力、干缩、冷热冲击以及材料的晶化等都是是造成其开裂的原因。其中冷热冲击是材料必须面临的环境因素，而柔韧性、内应力、干缩、材料的晶化是材料的固有特性。对于地暖和屋面泡沫混凝土保温层，导致其开裂的重要原因还在于泡沫混凝土终凝之后，它较其附着的基材仍有很大的收缩比。因此，要减少或者消除泡沫混凝土的开裂，只能从力求制备均匀的泡沫混凝土浆料和添加抗裂材料着手。

3 泡沫混凝土常见问题解决对策

3.1 选择最佳的发泡剂是解决表面粗糙、窜孔、密度不匀、抗压强度偏低的关键

要保证泡沫混凝土的质量，选择发泡剂应首先看其泡沫在混凝土浆料中的稳定性，其次看发泡倍数是不是足够大。这是因为，泡沫在混凝土浆料中比较稳定就意味着破泡很少，泡径变大的速度很慢，气泡所受上升力不能克服其所受阻力，于是形成整体密度均匀的混凝土浆料，这就避免了由于发泡剂方面引起的泡沫混凝土的常见问题，如鼓泡、内部窜孔、空鼓和上下密度差异等问题；虽然泡沫在水泥、粉煤灰浆料中混稳定，但发泡剂本身的发泡倍数很低，那么单位质量发泡剂的泡沫混凝土产量肯定也上不去。

传统泡沫剂存在起跑组分与稳泡组分相互制约的矛盾。“泡老大”牌LC-01型泡沫混凝土发泡剂，具有图2所示结构，它集起泡与稳泡功能与一身，不但发泡倍数可达5.3m3/kg（泡径0.2mm），而且接触水泥、粉煤灰浆料后会变得更稳定。其所以发泡倍数高，是因为这种泡沫剂，如同普通表面活性剂一样，可以降低水的表面张力，不像传统发泡剂的稳泡组分“高聚物”那样，一方面稳了泡，另一方面又增加了水的表面张力，降低了发泡倍数。