粉煤灰基水泥发泡保温板的制备及性能优化

粉煤灰基水泥发泡保温板的制备及性能优化

粉煤灰基水泥泡沫保温板的制备及性能优化

刘晖1、陆云飞2、孙慧涛3

（1.河北军村预拌混凝土有限公司，石家庄；2.广东宏宇建筑工程设计顾问有限公司，东莞）

摘要：以硅酸盐水泥和粉煤灰为原料，采用物理发泡法制备了一种阻燃性能优良、强度较高的水泥泡沫保温板。研究了发泡剂加入量对发泡水泥干密度、抗折强度、抗压强度、保温性能等的影响。结果表明：以动物蛋白为发泡剂，当发泡剂加入量为100mg/kg时，试样干密度可达379kg/m3，抗折强度为0.62MPa，抗压强度为0.78MPa，满足工业生产应用的要求。

关键词：发泡水泥；粉煤灰；机械强度；保温材料；物理发泡

粉煤灰基泡沫板的制备及性能

：以和粉煤灰为原料，采用 制备了一种泡沫板，具有阻燃性和 性。 剂对干物质的 、 、 分别为 、 、 。当 剂用量为 2500 ml/kg 时，干物质的可燃性为 379kg/m3， 为 0.62 MPa 和 0.78 MPa，满足 的要求。

关键词：泡沫；粉煤灰；；；

0 简介

随着我国建设资源节约型社会的要求和国家节能降耗政策的出台，节能建筑材料势必成为未来新型建筑材料的发展方向[1]。高强度、低成本、高耐火、低密度泡沫材料的研究是亟待解决的课题。随着发泡技术的进步，泡沫水泥将作为一种新型轻质保温建筑材料出现在大家面前[2-3]。泡沫水泥是将发泡剂与水按比例混合并高速搅拌，再将泡沫与水泥浆体均匀混合，然后现场浇注或装入模具中成型，再自然养护而形成的含有大量封闭孔隙的新型轻质保温材料。它属于气泡状保温材料，其突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔隙，使混凝土具有轻质和保温性能[4-5]。

本文以硅酸盐水泥和粉煤灰为原料，将粉煤灰与一定量的水泥混合，通过添加泡沫、各种强碱性激发剂、水泥早强剂等物理发泡方法，制备出阻燃性能优良、强度高、成本低廉的发泡水泥保温板，探讨了发泡剂添加量对发泡水泥干密度、抗折强度、抗压强度、保温性能等的影响。

1 实验部分

1.1 原材料与设备

粉煤灰原灰：平均粒径54μm，西柏坡电厂；硅酸盐水泥为P·O 42.5级普通水泥；动物蛋白发泡剂；各种强碱激发剂、水泥早强剂、表面活性剂等。实验所用蒸馏水及各种原材料、试剂均为同一批号。

水泥砂浆砂试件振动台：ZT-96型，无锡市锡仪建材仪器厂；水泥砂浆砂搅拌机，JJ-5型，无锡市锡仪建材仪器厂；抗折抗压试验机，TYE-300型，无锡市锡仪建材仪器厂；台式扫描显微镜，型，日本日立公司。

1.2 泡沫水泥的制备

首先称量一定量的水泥倒入水泥搅拌机中，然后按水灰比0.3加水，再称量一定量的粉煤灰搅拌均匀，形成水泥浆备用。再将一定量的发泡剂[6]与水按1:30的比例混合，倒入三颈瓶中，高速搅拌5分钟，直至发泡稳定，将泡沫倒入搅拌机中与水泥浆一起搅拌3分钟，然后倒入40mm×40mm×160mm的三联模具中，用聚乙烯薄膜密封，最后在60℃下养护24h后脱模。测试养护7天和28天后的抗压强度和抗折强度。

1.3 发泡水泥性能试验

1.3.1 干密度

取出固化后的试样，测量其体积和质量。干密度计算公式：

ρ=M/V×106

式中：ρ为试样干密度，kg/m3；M为试样质量，kg；V为试样体积，mm3。

1.3.2 抗弯强度和抗压强度

抗折、抗压强度测试采用JG/T 266-2011《泡沫混凝土》中规定的方法：将固化后的试样取出，放入TYE-300型抗折抗压试验机中进行试验，当试样断裂时，记录试验机上的数据，即得到试样的抗折强度；然后将试样裁切成（40mm×40mm×40mm）的尺寸，放入TYE-300型抗折抗压试验机中，对试样均匀施加荷载，直至破坏，记录破坏荷载，根据公式计算；

比率=P/F

式中：R为试样抗压强度，MPa；P为破坏荷载，N；F为压缩面积，mm2。

1.3.3 隔热性能

取出固化后的试样，将未发泡和物理发泡的试样分别切成40mm×40mm×15mm的尺寸，上面放上固体石蜡块，下面用酒精灯加热，记录从石蜡不融化到石蜡完全融化的时间。

1.3.4 电子显微镜分析

取出固化后的样品，在电子显微镜（日立台式显微镜）下观察未发泡和物理发泡样品的微观结构，分析决定其性能的根本因素。

2 结果与讨论

2.1 泡沫含量对干密度的影响

从表1可以看出，随着泡沫掺量的增加，泡沫水泥的干密度减小。由于泡沫本身含有少量的空气，在相同体积条件下，在水泥浆中添加泡沫制备的泡沫水泥的质量比纯水泥制备的泡沫水泥轻得多，泡沫水泥的干密度要低得多。随着泡沫掺量的增加，孔隙率越来越高，试样中的空气越来越多，因此干密度越来越低。

2.2 泡沫含量对弯曲强度和压缩强度的影响

在泡沫水泥中添加泡沫可以明显降低试样的干密度，但同时也会降低试样的抗弯强度和抗压强度。对不同泡沫含量的试样进行了抗弯强度和抗压强度测试，结果如表2所示。

从表2可以看出，随着泡沫掺量的增加，试件的抗折强度和抗压强度均明显降低。对比表2中的数据可知，养护时间为7 d的试件抗折强度和抗压强度均低于养护28 d的试件，且下降趋势也不同。这是因为试件的水灰比和空气含量对材料的抗折强度和抗压强度有很大的影响，加入泡沫不仅增加了空气含量，而且也增加了水灰比。随着泡沫的加入，试件中的空气含量增加，硬化浆体中闭合孔隙数量增多，导致试件抗压表面内单位面积的净受压面减少，强度大幅下降；随着泡沫的继续增加，浆体中稳定气泡数量减少，强度下降缓慢。 当泡沫含量继续增加时，浆体中的水灰比进一步增大，强度明显下降[7]。

2.3 隔热性能

为了对比发泡水泥保温板的保温效果，试验选取未加发泡剂的水泥和加发泡剂的试样进行对照试验。用火焰高度为4cm的酒精灯火焰（外焰温度约600℃）灼烧试样（保温板试样厚度为15mm），并在试样上放置石蜡。在未发泡水泥板上，灼烧4.5min后，石蜡已大量熔化，不能再保持原有形状。而在发泡水泥板上，灼烧4.5min后，只有少部分石蜡熔化，灼烧4.5min后，保温板试样背面的温度只有50℃左右。这是因为发泡水泥材料中添加了泡沫，使水泥中的孔隙率增大，形成许多均匀分布的细小封闭气泡，降低了热导率，很好地阻止了热量的传递，起到了隔热保温的作用。 表 3 显示了燃烧两种材料至完全熔化石蜡所需的时间。

2.4 微观结构分析

为了分析影响发泡水泥保温板保温性能的决定因素，利用电子显微镜对非发泡和物理发泡法制备的保温材料进行分析，在放大50倍和1000倍的条件下观察材料的微观结构。

图1电镜图片显示，未添加发泡剂，利用水泥和粉煤灰制备的材料致密均匀，内部不存在较大的孔隙，另外，未发泡材料的其他物理参数也存在质量大、热导率高等问题，不符合国家建筑材料标准。

采用物理发泡剂并加入相应的填料之后，在50倍的放大倍数下可以清晰地发现平均孔径为0.4mm的孔隙，导致其致密度明显下降；继续在高倍显微镜下观察，可以观察到孔隙内部的微观结构，孔隙内壁明显是由小颗粒聚集构成，但是结合并不紧密，这也导致物理发泡法制备的材料强度较低。

3 结论

本试验通过在硅酸盐水泥材料和粉煤灰中添加泡沫，制备出发泡水泥保温材料。该保温材料的保温性能远高于普通水泥材料，而其干密度却远低于普通水泥材料。试验中通过改变泡沫的添加量，测量不同添加量下试样的干密度、抗折强度、抗压强度、保温性能及电镜分析，得出采用物理发泡法，当发泡剂添加量为/kg时，经过28天养护，试样的干密度为379kg/m3，抗折强度为0.62MPa，抗压强度为0.78MPa，满足工业化生产的条件。

参考

[1] 张水,李国忠.发泡水泥轻质保温材料的制备及性能研究[J].墙体材料革新与建筑节能,2011,(5):33-36.

[2] 谢继兴, 尹杰, 陈俊静. 土聚物固化垃圾焚烧飞灰研究[J]. 环境工程学报, 2010, 4(4): 935-939.

[3] 张树政, 龚克成. 土工聚合物[J]. 材料科学与工程学报, 2003, 21(3): 430-436.

[4]张巨松,杨和,曾友.国内外混凝土发泡剂及发泡技术分析[J].低温施工技术,2001(4):66-67.

[5] JGS Van，JSJ，GC Lukey. 基于 的 统计分析[J]. ，2003，57: 1272–1280。

[6]王玉婷,蒋有信,李玉祥.发泡剂在水泥基多孔吸声混凝土中的应用[J].混凝土,2008(4):42-46.

[7] 王翠华, 潘志华. 蛋白质发泡剂的合成及其泡沫稳定性研究[J]. 南京工业大学学报, 2006, 28(4): 92-96.

作者简介：刘晖，河北军村预拌混凝土有限公司工程师、实验室主任

通讯地址：河北省石家庄市裕华区方兴路西井北村东