泡沫混凝土凝结时间的研究进展.pdf
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1、2 0 1 5年 第 1 1期 (总 第 3 1 3 期 ) N u mb e r 1 1 i n 2 0 1 5( T o t a l N o 3 1 3) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACT I CAL TECHNO乙OGY d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 1 0 3 8 泡沫混凝土凝结时 间的研 究进展 马腾坤 , 汪澜 ( 中国建筑材料科学研究总院 绿色国家重点实验室, 北京 1 0 0 0 2 4 ) 摘要 : 泡沫混凝土因其具有质轻、 防火、 隔热 、 隔音等特点, 将逐渐
2、取代有机保温材料而成为市场上主流的保温隔热材料 , 在我 国建筑节能领域具有重要地位。 在泡沫混凝土保温板规模化切割生产中, 泡沫混凝土的凝结时间是其重要 的技术参数。 通过参 考 国内外文献, 分别论述了泡沫混凝土配合 比设计研究 , 发泡剂 、 胶凝材料、 外加剂等对泡沫混凝土凝结时间的影响 , 以及讨论了 泡沫混凝土保温板规模化生产中干切割和湿切割的优缺点。 最后指出了泡沫混凝土保温板规模化切割生产研究内容和方向。 关键词: 泡沫混凝土; 凝结时间; 湿切割 中图分类号: T U 5 2 8 2 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) l 1
3、 0 1 4 2 0 4 A d v a n c e r e s e a r c h o f s e t t i ng t i m e o f f o a m c o n c r e t e M A Te n g ku n,W AN G La n ( S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f G r e e n B u i l d i n g Ma t e r i a l s , C h i n a B u i l d i n g Ma t e r i a l s A c a d e m y , B e ij i n g 1 0 0 0 2 4 , C h
4、 i n a ) Ab st r a c t: F o a m c o n c r e wi l l r e p l a c e t h e o r g a n i c i n s u l a ti o n ma t e r i a l s a n d b e c o me t he ma r k e t ma i n s t r e a m gr a d u a l l y b e c a us e o f i t s l i g ht we i g h t , fir e p r e ve n t i o n, h e a t i n s u l a t i o n, s o u n d
5、i ns ul a ti o n e t c F o a m c o n c r e t e ha s a ll i mp o r t a n t r ol e i n t he fie l d o f b u i l d i n g e n e r g y e ffi c i e n c y i n Ch i na I n the s c a l e p r o d u c t i o n o f f o a m c o n c r e t e b o a r d, the s e t t i n g t i me o f fo a m c o n c r e t e i s a n i m
6、p o r t a n t p a r a me t e r By c o n s u l t i n g t h e l i t e r a t ur e s a t h o me a n d a b r o a d, d i s c u s s i ng the s t u d y o n mi x d e s i g n o f foa m c o n c r e t e, a n d the e f f e c t o n the s e i n g t i me o f foa m c o n c r e t e o f foa m a g e n t s , c e me n t
7、i t i o us ma t e ria l s, a d d i t i v e s e t c r e s p e c t i v e l y, a n d the a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f d ry c u t t i ng a n d we t c u t t i n g o f foa m c o n c r e t e i n s u l a t i o n b o a r d i n l a r g es c a l e p r o d u c t i o n Fi n a l l y, i
8、t po i n t s o u t t h e r e s e a r c h c on t e n t a n d d i r e c t i o n o f foa m c o n c r e t e i n s u l a t i o n b o a r d i n l ar g es c a l e p r o d u c tio n Ke y wor ds: f o a m c o n c r e t e; s e t tin g ti me; we t c u t t i n g 0 引言 近年来 , 建筑节能在我国节能减排领域 中 占有举足轻 重的地位 , 推动我 国建筑外保温
9、体系的迅速发展 。 然而 , 传 统的有机外保温板如聚苯板 、 聚氨酯板等 , 因其耐火性差 、 易老化脱落 、 维修更换复杂等而逐渐被无机隔热保温材料 取代。 具有防火 、 保温 、 质轻 、 隔音 等优异 性能的泡沫混凝 土在无机隔热保温材料 中脱颖 而出。 泡沫混凝土是通过物 理或化学发泡方式将空气 、 氧气 、 二氧化碳等气 体引入砂 浆 、 水泥净浆或水泥 一粉煤灰净浆 等水泥基材料 中, 经成 型养护形成 的含有大量密闭气孔的轻质混凝土。 通常的泡 沫混凝土的干密度范 围为 4 0 0 1 6 0 0 k g m , 可 由泡沫用 量对其进行简单调控 。 目前 , 市场上的泡沫混凝
10、土保温板 主要采用流动式浇 筑生产法。 生产时 , 将搅拌好 的料浆逐次浇筑在单 个容积 较小的模具中 , 待料浆在模具内终凝后进行拆模 。 这种生 产形式需要大量的模具 , 生产成本高 , 进行批量生 产需要 较大的生产场地 , 周期长 , 产量小 , 不利于泡沫混凝 土保温 板规模化批量生产 。 因此有必要研究在较大容积的模具上 对泡沫混凝土进行切割 , 制成市场上所需的泡沫混凝 土保 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 1 8 1 4 2 温板 , 节约成本。 但是 , 泡沫 昆 凝土保温板在切割过程 中, 泡沫混凝土的凝结 时间作为一个极其重要的技术参数 , 目 前对其研究较少 ,
11、 在一定程度上阻碍了泡沫混凝土保温板 的快速发展 , 以及在市场 中的应用推广。 1 泡沫混凝土配合 比设计研 究 泡沫混凝土的优异性能都基于科学合理配合 比设计 。 很显然, 泡沫混凝土的凝结时间不仅受气候, 原材料差异 等 因素影响 , 适宜的配合 比设计对泡沫混凝 土的凝结时间 具有决定作用。 泡沫混凝土的配合 比设计 目前没有统一的计算式 , 一 般通过理论分析 , 以经验为指导 。 经过一系列试验确定 出某一体系泡沫混凝土在特定密度 范围内各组分材料 的 适宜用量 , 并不断根据实际情况进行调整及优化。 1 1 泡沫混凝 土设计 目标 泡沫? 昆 凝 土中泡沫这一组分使其结构具有高孔
12、隙率 、 孔径小 、 孔分布相对均匀 的特点 , 孔结 构决 定泡沫混凝 土 各项性能的关键 。 K e a r s l e y 等 回归 出孔 隙率 与干密度的 关系式 : P= 1 8 7 0 0 p 。 在配合 比设计时 , 鉴 于以往研究 中建立了关于干密度 与泡沫混凝土力学及功能性 能的关 系, 因而对各 项性 能的设计 直接 反应 以干密 度为设 计 目 标 。 A S T M C 7 9 6 C 7 9 61 2 中确定干密度计算式为 : W w+Wo+We ( 1 ) 而 + + r 式 中: 拌和用水量 , k g ; 水泥用量 , k g ; G c 水泥密度 , g c
13、m ; 泡沫质量 , k g ; 泡沫体积 , m 。 1 2 泡沫混凝土配合 比设计计算 李应权 等介绍 了两种不同的配合 比计算方法 : 以水 泥 一 泡 沫 一水为原料 的配合 比设计关系式 和以水 泥 一粉 煤灰 一 泡沫 一 水为原料 的配合比设计关系式 。 其中, 水泥 一 粉煤灰 一 泡沫 一 水体系配合比计算关系 式为 : p 千=S ( M +M ) ( 2 ) Mw = ( + ) ( 3 ) 式 中: p f 泡沫混凝土设计干 密度 , m。 ; s 质量 系数 , 普通硅 酸盐水泥 取 1 2 , 硫 铝酸盐 水泥取 1 4 ; 泡沫混凝土的水泥用量 , k g m ;
14、 泡沫混凝土的粉煤灰用量, k g m ; 泡沫混凝土 的基本用水量 , k g m ; 水料 比。 1 m 泡沫混凝土中, 由水泥 、 粉煤灰 和水 组成 的浆料 总体积为 , 按式 ( 3 ) 计算 , 泡沫量 按式 ( 4 ) 计算 。 : + + ( 4 ) 式 中: J 9 粉煤灰密度 ; P 。 水泥密度 ; P 水 的密度 ; 加入泡沫前, 水泥、 粉煤灰和水组成的浆体体 积 , m ; 2 泡沫添加量 , m ; 富余系数, 一般取 1 1 1 - 3 。 发泡剂用量 按式( 5 ) 、 ( 6 ) 计算 : M = 泡 ( 6) ( 7 ) 式 中: My 形成泡沫液质量 ,
15、 k g ; p 泡 实测泡沫密度 , m ; 。 泡沫混凝 土的泡沫剂质量 , k g m ; JB 泡沫剂发泡倍数。 朱红英 等在上述配合 比计算 基础上进一步延 伸和 拓展 , 应用于计算出以水泥 一 粉煤灰 一泡沫 一 水 一 石灰 一 细砂为原料干密度为 8 0 0 k g m 的泡沫混凝土配合比。 王武祥 等通过 固定质量及 体积提 出了利用粉煤 灰 等量取代水泥泡沫混凝土配合比计算过程: P d =k l Y 。 +尼 2 ) , f ( 8 ) 式 中: p 设计干密度 , k g m ; ) , 水泥用量 , k g m ; y , 水泥用量 , m ; k 水泥水化修正系数
16、 , 经验值取 0 1 ; 水泥水化修正系数 , 经验值取 0 0 2 。 令粉煤灰含量 h= , 分别式 ( 8 ) 、 ( 9 ) 、 ( 1 0 ) 计算 V 十 V 水泥 、 粉煤灰 、 水等用量。 ( 9 ) Y c = c 1 0一 、) Y = ( Y f +Y 。 ) ( I I ) 式 中: 一水料 比, 根据干密度进行选择 , 见表 1 。 表 1 6 0 经验值 O t h u ma n My d i n M A 等认为泡沫混凝土受密度 、 养 护条件及 自然条件等因素影响 , 依据 干密度设计配合 比缺 乏实 际可操作性 , 因此 由干密度推测浆 体密度 , 并 由检
17、测 浆体密度控制均匀性 和干密度 , 较全面合理。 王武祥 等 在上述基础之上建立了湿密度与干密度的经验计算式 : ( 1+w) p d , 、 Pw 纠 式中: F 泡沫剂溶液发泡量 , 1 T I k g 。 K e a r s l e y 等 回归 出在 6 0 0 1 2 0 0 k g m 密度范 围内 干密度和拌 和浆体密度之间遵循线性方程 : P =1 0 3 4 p d +1 0 1 9 6 ( 1 3 ) 式中: J9 设计浇筑密度 , k g m 。 2 泡沫混凝土凝结时间影 响研 究 2 1 发 泡剂对凝 结时间的影响 发泡剂的种类和性质 , 在很大程度上决定 了泡沫混凝
18、 土的凝结时 间。 物理发 泡剂 的分 子 中含 有大 量的 一O H、 一 C O O H、 一 N H: 等基 团, 这些基 团会对水 泥的水化起 到 抑制作用 : ( 1 ) 与水泥浆中的c a 等形成络合物, 在水化初期控 制液相 中 C a 的浓度 , 从 而延缓水泥的水化速度 ; ( 2 ) 与浆体中游离的 C a 2 生成不溶性 的钙盐 , 沉积在 水泥颗粒的表面 , 形成一层难溶性 的膜层 , 阻止水泥水化 的进行 ; 1 43 ( 3 ) 与水分子通过氢键缔合 , 在水泥 颗粒表面形成一 层稳定的溶剂化膜 , 阻碍了水泥水化 的进行和水泥颗粒 间 的接触。 物理泡沫剂的缓凝
19、作用使得泡沫 昆 凝 土的凝结硬化 时问显著增长 , 试样的脱模时间明显要长。 因此 , 物理发 泡 剂具有较强 的缓凝作用。 然而 , 采用化学发泡剂时, 由于化 学发泡剂 ( 如双 氧水 、 铵盐 、 C a C 、 铝粉等 ) 加 入水泥料 浆 中, 发生化学反应释放 出氧气 、 氮气等气体 , 形成无数均匀 分布的独立的气 源 , 气 源周 围部分 区域逐渐产 生气压 , 当 气压 大于料浆 的极限剪切应力时 , 气源开始形成一个个独 立的气泡 。 在此过成 中化学发泡剂不会对水泥料浆产生缓 凝作用 , 也不会 阻碍水泥水化进程 , 因此化学发 泡剂对泡 沫混凝土不具缓凝作用 , 不会
20、对其凝结时 间产生影响。 谷亚新 等认 为物理发泡 剂具有 较强 的缓 凝作用 , 在相同密度下 , 采用物理发泡制得试样 的脱模时问要 比化 学发泡剂制得的要长 。 李启金” 等通过试验研究发现 , 试 样干密度大致相同时, 物理发泡制得 的试样脱模时间要 比 化学发泡制得的试样长 1 0 0 rai n以上。 2 2 胶凝材料对凝结 时间的影响 由于通用硅酸盐水泥的凝结时间相对较 长, 其凝结硬 化时间与泡沫 的稳定 时间不匹 配 , 导致 发泡后 的浆体 塌 陷。 为使化学发泡剂 的稳定性与泡沫混凝土的凝结 时间相 匹配 , 乔欢欢 等通过试验研究发现 , 在通用硅酸盐水泥 中掺加 8
21、的高铝 水 泥 , 该 泡沫 昆 凝 土 的初 凝 时 间达到 2 0 m i n 。 袁润章 对此进行 了解释 , 普通硅酸盐水泥 中的 石膏和硅酸三钙水化时所析出的 C a ( O H) : 均能加 速高铝 水泥 的凝 结 , 而且 高铝水 泥的水化 产物 C A H 。 和 C : A H 以及 A H 凝胶遇到 C a ( O H) 立即转 变成 C A H , 从而促 进 了泡沫混凝土的凝结。 K e a r s l e y E P 1 5 等认为 , 相对普通 硅酸盐水泥, 快硬水泥 因其 含有铝 相和硫铝酸钙相 等 , 用 于制备泡沫混凝土时 , 能够减少泡沫混凝 土的凝 结时间
22、 。 乔欢欢 等研究了不 同掺合料掺加对泡沫混凝土性能的 影响, 试验发现与普通混凝土一样 , 硅 灰因活性较高 , 能够 促进水泥的水化 , 导致 泡沫混凝 土的凝结时 间缩短 。 而粉 煤灰因活性相对较差 , 泡 沫混凝土的凝结时 问延 长 , 早 期 强度低 。 2 3 外加 剂对凝 结时间的影响 J S a t h y a 等认为 , 促凝剂之所能够促进水泥水化 , 缩 短泡沫混凝土的凝结时间, 是因为促凝剂能够加 速普通硅 酸盐水 泥 中 c A 相 和 C S相 的水 化 速度 。 R a m a c h a n d r a n 1 8 研究 了在 C a C 1 : 存在 的条件
23、下 , C S的水化特性 , 试 验发现 , C a C 1 , 能加速水化速 度 , 也 能促进 C S H凝胶 的形成。 在掺有 2 C a C 1 : 的前提下 , 凝结时 间为 1 0 5 mi n ; 若没有掺 加 C a C 1 , , 其凝 结 时 间为 7 9 0 ra i n 。 N o v i n s o n和 C r a h a n 研究了锂盐作为促凝剂对水泥水化的影响 , 其水 化 速率 由料浆 中锂盐 的 p H值所决定。 L i 之所以比 N a 、 K 具有更强的水化活性 , 是因为 L i 有更高的活化能和简 单的电子结构 。 蔡娜 等通过试验研究 发现 , 碳
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