聚合物改性水泥基泡沫混凝土的试验研究

[摘

要]

采用化学发泡的方法研究影响泡沫混凝土抗压强度的因素，在水灰比0.53、发泡剂掺量

5.0%、搅拌机转速3000r/min 、搅拌时间60s 时，纯水泥泡沫混凝土性能最优，28d 干表观密度为294kg/m 3，抗压强度为0.848MPa ，导热系数为0.069W/（m ·K ）。研究掺加VAE 乳液对泡沫混凝土的影

响，在水灰比0.48、水泥质量0.5%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂、5.0%的发泡剂、料浆温度27℃～29℃、搅拌速度3000r/min 、搅拌时间60s 、VAE 掺量2.4%时，28d 干密度为364.3kg/m 3，抗压强度为1.58MPa ，导热系数为0.072W/（m ·K ），比同密度下不掺VAE 乳液的28d 抗压强度增加了41.1%，明显起到了增强作用。通过SEM 对泡沫材料进行微观结构分析，泡沫混凝土孔结构变得更加细小均匀，导热系数降低。

[关键词]聚合物；VAE 乳液；泡沫混凝土；化学发泡

聚合物改性水泥基泡沫混凝土的试验研究

赵春新

张智强

段东方

（重庆大学，重庆400045）

1前言

泡沫混凝土具有轻质、保温隔热、隔音耐火、抗

震、防水等性能，已在建筑工程中得到广泛应用[1-4]。但传统的泡沫混凝土强度低、脆性大、易塌模开裂[5]，改善其脆性增加其塑性变形能力尤为重要。高聚物化学性质稳定，具有优良的弹性、可塑性、机械性能（抗拉、抗弯、抗冲击等）。醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE 乳液）是一种典型的高聚物，无毒无味，属于绿色环保产品，同时还具有良好的柔软性、成膜性、粘结性和广泛的相容性，被广泛应用于粘合剂、涂料、地毯、纸张处理及水泥改性与建筑、包装等领域[6-7]。目前，将VAE 乳液添加到水泥泡沫混凝土中，对改善其性能具有重大意义[8]，但尚需进一步的研究。

2

试验部分

2.1

试验原料

水泥：重庆拉法基水泥厂42.5R 普通硅酸盐水

泥；外加剂：有机盐类稳泡剂、透明液体状化学发泡剂、调凝剂碳酸锂，均为市售化学纯产品；聚合物：市售乙烯-醋酸乙烯共聚乳液（VAE 乳液）。

2.2试验设备

GFJ-1.1搅拌分散多用机、5E-DHG 电热恒温干

燥箱、KZJ-500型电动抗折试验机、微机控制电子万能试验机、KRM-1型导热系数测定仪、TESCAN VEG -

A ⅢCMH 扫描电镜。

2.3试验方法

本试验采用化学发泡法。发泡机理为[9-11]：发泡剂在

水泥浆体的碱性环境中发生分解反应，在短时间内生成大量气体，气体与料浆混合后，料浆包裹住气泡产生体积膨胀。试验中聚合物改性泡沫混凝土试件的制备过程为：将发泡剂与VAE 乳液及水等液体类原料按照一定搅拌速率搅拌1min 左右，将水泥与适当比例固体外加剂混合均匀加入到液体类原料中，按照一定搅拌速率搅拌2min 左右，然后注入试模，静停发泡，养护。

试验中采用的40mm ×40mm ×160mm 试件，使用

KZJ-500型电动抗折试验机测试其抗折强度，微机

控制电子万能试验机测试其抗压强度；采用KRM-1型导热系数测定仪测试200mm ×200mm ×60mm 和

200mm ×200mm ×20mm 试件的导热系数，并用TES -CAN VEGA ⅢCMH 扫描电镜观察其微观结构。

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试验结果与讨论

3.1

水泥泡沫混凝土基准配合比的确定

大量研究发现，影响泡沫混凝土的强度和密度的

主要因素有：温度、水灰比、发泡剂掺量、搅拌速度和搅拌时间等[12-14]。本试验在一定发泡温度下，研究了上述因素对水泥泡沫混凝土基本性能的影响，相关试验结果如下。

3.1.1水灰比的影响

保持水泥的量不变，掺入水泥质量0.34%的调凝

剂碳酸锂、5.0%发泡剂SY 和0.3%稳泡剂YS ，在室温

条件下，料浆温度为27℃～29℃，分别试验了水灰比为0.47～0.55时，发泡试件的抗压强度和容重，试验结果见图1、图2。

由图1、图2可知，水灰比与抗压强度大致呈线性关系，水灰比从0.47到0.55变化时，抗压强度与试件容重均呈下降趋势；当水灰比达到0.5时，下降趋势减缓；当水灰比增加到0.55时，抗压强度与试件容重均严重下降，分别为10.2%和22.6%。这是因为随着水灰比的逐渐增大，单位体积内的水泥相对减少，而水泥是泡沫混凝土强度的主要来源。当水灰比为0.53时，制备出的泡沫混凝土容重较低，且强度值相对较高，因此，确定在试验中水灰比选用0.53。

3.1.2发泡剂掺量的影响

试验中，保持水灰比为0.53，掺入水泥质量0.34%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂YS，料浆温度为27℃～29℃，转速为2500r/min不变，分别

试验了发泡剂SY掺量为水泥用量

的4.2%～5.5%时，试件的抗压强度

和容重，试验结果见图3、图4。

由图3、图4可知，随着发泡剂

掺量的增大，试件的抗压强度及容

重均降低，发泡剂掺量在4.8%～

5.1%范围内时，抗压强度和容重都

相对稳定，试验中选择发泡剂掺量

为5.0%。

3.1.3搅拌机转速的影响

试验中，保持水灰比为0.53，掺

入水泥质量0.34%的调凝剂碳酸

锂、0.3%稳泡剂YS，5.0%的发泡剂

SY，料浆温度为27℃～29℃，分别试

验了转速为1000r/min～6000r/min

时，试件的抗压强度和容重，试验

结果见图5、图6。

由图5、图6可知，试件的抗压

强度随着搅拌机转速的增加而增

加，到2500r/min时达到最大，之后

趋于稳定；试件的容重随着搅拌机

转速的增加而呈降低趋势，3000r/

min之后变化不明显。而且随着转

速的增加，试件的孔结构趋向于均

匀细小，在3000r/min之后无明显变化，确定搅拌机转速为3000r/min。

3.1.4搅拌时间的影响

保持其他量不变，本次试验搅拌时间从60s～150s，单位变量为30s，所得试验结果见图7、图8。

由图7、图8可知，抗压强度随着搅拌时间的增加呈略微降低趋势，而试件容重随之增大，因为搅拌时间过长将会对发泡剂的分解速度产生影响，破坏气泡与水泥浆体之间的界面结构关系，导致内部孔结构遭到破坏，从而强度降低，容重增加。本试验选择搅拌时间为60s。

根据上述试验结果，水泥泡沫混凝土的基准配合比确定为：水灰比0.53，水泥质量0.34%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂，5.0%的发泡剂，料浆温度为27℃～29℃，搅拌机转速为3000r/min，搅拌时间为60s，此时的干表观密度为294kg/m3，28d抗压强度为0.848MPa，

导