泡沫混凝土性能的改善及机理研究 伊欣琳

泡沫混凝土性能的改善及机理研究伊欣琳

摘要：近年来，随着社会经济的发展以及可持续发展理念被倡导，大众对于节能、环保这一标准越来越看重，尤其建筑行业飞速发展以来，对于建筑材料的选

择也成为了不小的问题，泡沫混凝土就是在这种条件下出现的，泡沫混凝土是一

种利用机械方法将水泥和泡沫混合在一起，加以搅拌养护得到的轻质多孔材料，

由于它具有节能、环保且不燃的优良性能，因此逐渐被市场认可，应用领域也逐

渐拓宽。但是任何一种材料都是瑕瑜互见，所以在利用其长处的同时，也需要改

善其短处，做到取长补短，本文从泡沫混凝土的工作机理出发，研究改善其性能

的具体措施。

关键词：泡沫混凝土；性能改善；机理研究

前言：泡沫混凝土是混凝土家族中最年轻的一员，是加气混凝土中的一个特

殊品种，其种类很多，但最常用的是水泥泡沫混凝土，水泥泡沫混凝土根据其掺

合料不同又可分为多种类型，在使用过程中我们发现这一材料有许多缺点，为此

本文从这些缺点入手探究解决这些问题的方法，为日后使用混凝土过程中解决这

些问题提供有利的依据。

1.了解泡沫混凝土的工作机理以及缺点

1.1充分了解发泡机的微观结构进而研究发泡机理

泡沫混凝土中所使用的泡沫是由专用的表面活性剂或表面活性物质溶液在机

械的搅拌或剪切作用下包裹空气而成型的。了解机械发泡气泡微观结构是认清泡

沫混凝土中的气泡结构机理的前提条件。表面活性剂和表面活性物质的微观分子

结构，其由性质截然不同的两部分组成，一部分是与油有亲和性的亲油基，也称

憎水基，另一部分是与水有亲和性的亲水基，两者产生化合反应，最终产生新的

胶联物质，这些新生成的胶联物质把分散的粉体颗粒粘接到一起，经过一段时间

的养护、硬化，基材就会变成具有一定设计强度的型体材料。

1.2与闭口气泡相比了解开孔气泡的成型机理

开孔的气泡与闭孔的气泡都是由表面活性物质或表面活性剂在机械力作用下

而产生的，微观结构都几乎近同，但一般可以从气泡的表观加以区别，开孔气泡

泡壁薄且较透明，气泡体积较闭孔气泡大，泡径不均一，泡沫稳定时间比较短。

泡沫混凝土中开孔气泡形成的大体原理如同泡沫混凝土中闭孔气泡的形成机理，

不同的是由于气泡的泡壁较薄，体积较大，力学稳定性差，随着混凝土中的胶联

材料的不断硬化，泡壁中的水分不断反应和挥发，泡壁逐渐变薄，单个气泡与周

边的气泡在化合热、重力、表面收缩张力以及毛细孔效应的共同作用下逐渐串通，形成多面大小不一的通透孔状结构，也可以简单的解释成气泡泡壁稳定的时间不

足以支持到混凝土中胶联材料的完全硬化成型，未硬化气泡泡壁破裂联通。但是

值得注意的是由于水和水蒸气可以自由通过开孔泡沫混凝土中的每个气泡，因此

此种混凝土材料不具备防水防渗功能。

1.3探讨泡沫混凝土使用过程中存在的缺点

由于泡沫混凝土的主要材料是水泥，因此干缩较大，容易产生裂缝的情况。

其次的一个缺点是强度低。泡沫混凝土强度低的主要是孔隙率和孔隙特征的原因，一般情况下，孔隙率较大时会引起强度降低。在相同孔隙率的情况下，封闭细小

均匀的圆孔，强度较髙。主要是因为孔隙率过大或孔隙不均匀时易引起应力集中，使得强度降低。最后一个缺点是泡沫混凝土的孔隙结构不易控制。由于水泥早期

的凝结硬化较慢，与泡沫的稳定时间不匹配，导致泡沫穿并，进而引起应力集中，

最终出现强度降低的结果。

2.为改善泡沫混凝土的性能所做出的措施

2.1合理利用纤维增强泡沫混凝土的抗裂性

由于泡沫混凝土的韧性较差，抗折强度较低，使用时受到了很大的局限性，

在制作过程中加入纤维作为增韧材料，阻止基材中裂缝的扩展并延缓新裂缝的产生，提高抗拉强度和抗变形能力。近几年应用比较多的主要是植物纤维、聚合物

纤维、碳纤维和纳米纤维等。目前使用最多的植物纤维是农作物秸秆。普通的稻

杆纤维加入泡沫混凝土中，可以提高泡沫混凝土的抗压强度，纤维长度为1mm，加入量为3%时，效果最佳。目前，使用较多的聚合物纤维是聚丙烯纤维和聚乙

烯醇纤维。聚丙烯纤维是较为常见的一种塑料，价格低廉，拉伸强度、屈服强度

和弹性模量均较高，但是用于混凝土中时易结团，因此在使用时应注意纤维的直

径和长度。聚乙烯醇纤维是以聚乙烯醇为原料制得的合成纤维，机械强度高，耐

酸碱腐蚀性强，并且具有良好的分散性，与水泥的粘结强度较高，将其掺入泡沫

混凝土中可以大大提高泡沫混凝土的韧性。但是由于聚乙烯醇纤维的吸水性强，

会影响泡沫混凝土的工作性，因此，将聚乙烯醇和粉煤灰一起用于泡沫混凝土中，一方面利用聚乙烯醇纤维的增韧作用，另一方面利用粉煤灰的滚珠效应，这样既

提高了强度，又不影响工作性。碳纤维是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向

方向堆砌而成，经过碳化、石墨化处理后得到的一种微晶石墨材料。弹性模量是

玻璃纤维的3倍，并且密度低，耐疲劳和耐腐蚀性好，可以大大增强泡沫混凝土

的强度和韧性。

2.2降低水泥用量降低对泡沫混凝土性质的影响

由于水泥在水化过程中会产生大量的水化热，内外产生温差，温度应力的存

在引起混凝土产生微裂缝。并且泡沫混凝土的孔隙率较高，在后期养护过程中，

蒸发失水，也容易产生裂缝，严重影响耐久性和保温性,为此,选择不同的具有火

山灰活性的掺和料代替水泥,减少裂缝的产生,常用的掺和料有粉煤灰、煤矸石和

矿渣等。粉煤灰作为工业废料,严重影响环境,将其掺人泡沫混凝土的制备中,既可

以废物利用,也可以缓解裂缝的产生,原因主要有两个方面:减少水泥的用量,降低水

化热,减少裂缝；利用滚珠效应,提高流动性,减少用水量,降低蒸发作用。煤矸石是

在采煤过程中排出的一种废弃物，占用大量土地，污染空气、水体,但含有硅、铝、钙元素,具有火山灰活性,在碱性环境下,可以生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶,既

可以降低水泥用量,也可以形成强度。矿渣具有自硬性,在一定细度条件下,能发生

水化硬化反应,产生强度。以上三种掺和料中矿渣的活性最好,粉煤灰次之,而泡沫

混凝土是一种轻质材料,需要降低密度,三种掺和料中粉煤灰的密度最小,可以降低

泡沫混凝土的密度。

2.3控制孔隙结构提高泡沫混凝土的耐久性

泡沫混凝土的孔隙结构对力学性、耐久性以及保温性能影响非常大。一般情

况下，封闭细小的圆孔对于泡沫混凝土的性能是非常有利的,但是在实际施工过程中,孔隙结构很难控制,如果出现较多的连通孔,则容易造成应力集中,强度降低,并且

连通孔的增多会增大吸水率,进而影响耐久性和保温性能。为缓解上述情况,近几

年应用比较多的是以下两个措施，一是在制备过程中加人粘稠度较高的聚合物。

由于气泡在水泥凝结之前容易上升,在上升的过程中逐渐变大而导致破碎,孔隙结

构遭到破坏。聚合物的加入可以增大浆体的粘稠度,增大气泡上升的阻力,起到固

定气泡的作用,保证良好的孔隙结构。另一个就是在制备过程中加人某些化学成分,促进混凝土的凝固。