化学发泡泡沫混凝土制备探究

1泡沫混凝土制备工艺

1)按设计的配合比称取胶凝材料、稳泡剂、高锰酸钾，量取水、H2O2溶液、减水剂。2)制备砂浆。将称取的稳泡剂和高锰酸钾溶于量取的水溶液中，用玻璃棒搅拌均匀。用砂浆搅拌机先将干料搅拌60s，再将制备好的稳泡剂和高锰酸钾的水溶液倒入搅拌均匀的干料中，先低速搅拌60s，再高速搅拌30s。3)制备泡沫混凝土。将量取的H2O2溶液加入到制备好的水泥砂浆中，低速搅拌20s，使发泡剂均匀的分散在水泥砂浆中，立刻浇筑于100mm×100mm×100mm模具中，并记录浆体发泡高度和发泡时间。养护环境湿度100%、温度25℃，成型后带模养护24h，到达预定养护龄期3d前取出试件置入120℃烘箱连续烘干3d后立即测定密度［3］。绝干密度测试方法按JC/T1026—2007泡沫混凝土砌块进行。

2双氧水制取氧气的产率计算

双氧水是过氧化氢气体的H2O2水溶液，无色透明液体，可以与众多物质发生氧化还原反应放出气体。试验中利用了双氧水作为还原剂，与高锰酸钾溶液反应放出氧气，同时反应生成物之一二氧化锰作为催化剂，还可以促使双氧水分解，反应过程如式(1)和式(2)所示［4］。2．2试验结果试验结果如表1所示。

3高锰酸钾对发泡时间的影响

当泡沫混凝土中发泡剂的掺量不变时，高锰酸钾是影响泡沫混凝土发泡速率的主要因素。图2是高锰酸钾的不同掺量对泡沫混凝土发泡高度和时间的影响曲线。从图中可以看出，在发泡初期，发泡速率较快，在发泡后期，发泡速率较慢;随着反应时间的增加，发泡速率越来越慢。主要原因有两个:1)双氧水在加入水泥砂浆后，最开始进行的是双氧水与高锰酸钾的反应(即第一阶段的反应)，高锰酸钾比双氧水的氧化性更强，双氧水只能作为还原剂，因此第一阶段的反应比较剧烈;当高锰酸钾反应完全后，双氧水开始与二氧化锰反应(即第二阶段的反应)，在第二阶段中双氧水既是氧化剂又是还原剂，反应的程度没有第一阶段的剧烈，致使反应速率减缓，使泡沫混凝土的发泡速率降低。2)随着反应的进行双氧水的浓度逐渐减少，使反应的速率降低。随着高锰酸钾掺量的减少，泡沫混凝土的发泡时间在逐渐增加。原因分析:在双氧水总的掺入量不变的条件下，随着高锰酸钾掺量的减少，反应进程中进行第一阶段反应的时间变短，第一阶段反应所消耗的双氧水就减少，使更多的双氧水留在第二阶段反应，因而进行第二阶段反应的时间将变长，使混凝土的发泡时间增加。当高锰酸钾掺量为3．0%时，发泡时间在2min左右，泡沫混凝土的发泡时间太短暂，不利于装模。因为在装模时对泡沫混凝土的扰动较大，使泡沫混凝土的气孔遭受破坏，又因反应停止使气孔无法恢复。当高锰酸钾掺量为1．0%时，泡沫混凝土的发泡高度有所降低，不宜采用。当高锰酸钾的掺量为1．2%时，发泡时间为9min左右，发泡高度为15cm左右，因此高锰酸钾掺量选为1．2%较为合适。

4稳泡剂对发泡高度的影响

图3是稳泡剂对泡沫混凝土发泡高度的影响。从图3可以分析出，当不掺稳泡剂的时候，发泡高度较掺加稳泡剂组的高。这是由于净水泥砂浆的粘滞性较掺入稳泡剂的水泥砂浆的粘滞性小，发泡时克服的粘滞力较小，因而会产生较大的发泡高度，但是在发泡后期存在塌模现象，对泡沫混凝土的稳定性不利。稳泡剂掺量从0．01%～0．15%变化时，发泡高度随稳泡剂的增加而呈现减小的趋势，从试块的横、纵断截面可以看出，随着稳泡剂掺量的增加，泡沫混凝土中形成的气孔直径和不均匀性呈现增大的趋势。这是由于随着稳泡剂掺量的增加，水泥砂浆的粘性增大，产生气泡液膜的强度和弹性增大，气泡内的氧气必然增加，增加的氧气将产生更大的表面张力，增大的表面张力使气泡变得更大，从而使气泡呈现增大的趋势。

5引气剂对设计干密度的影响

图4是掺入不同浓度的双氧水对泡沫混凝土干密度的影响曲线。从图中可以看出随着双氧水掺入量的增加，泡沫混凝土的干密度呈现出先减小，后又小幅度增加的现象;双氧水是影响泡沫混凝土干密度的主要因素。原因是随着双氧水掺入量的增加，产生氧气的体积不断增大，从而使水泥砂浆中滞留的氧气增加，导致泡沫混凝土的孔隙率增大，使泡沫混凝土的干密度降低;后又小幅度增加的原因是在双氧水掺入量过大，泡沫混凝土在后期发泡的情况下，会存在塌模的情况，使泡沫混凝土的气孔遭到破坏，泡沫混凝土的体积变小，从而导致泡沫混凝土的干密度增大，但这种增加的幅度是有限的。图4中，富余系数为K＞1，主要考虑双氧水制取的氧气不能全部被包裹到水泥浆体中而形成损失，具体的关系请看本文6．2部分。

6泡沫混凝土配合比

6．1配合比设计的基本原则本配合比设计是在李应权等［5］通过确定泡沫混凝土的干密度，达到控制泡沫混凝土强度为目的的基础上，用水泥—粉煤灰—石粉—泡沫—水为原料体系制备干密度在800kg/m3以上的化学发泡泡沫混凝土，基本原则如下:1)按泡沫混凝土干密度要求，确定水泥、粉煤灰、石粉用量;2)通过水泥、粉煤灰、石粉用量，确定泡沫混凝土用水量;3)按照胶凝材料、用水量，确定水泥净浆体积;4)通过水泥净浆体积，确定泡沫空隙的体积;5)按泡沫空隙的体积，确定所需的氧气体积;6)根据氧气的体积和林芝地区双氧水制取氧气的产率，确定双氧水的用量;7)计算添加剂的量。6．2试配干密度在800kg/m3以上的泡沫混凝土在粉煤灰占干粉料总量的25%，石粉占干料总量的10%情况下，生产1m3的干密度为800kg/m3泡沫混凝土的配比计算。

7结语

1)在高寒地区用双氧水与高锰酸钾反应制取氧气的产率为55．7%。2)在发泡剂双氧水的掺量一定时，发泡时间随着高锰酸钾的掺量减少而增加，当高锰酸钾的掺量在3．0%～1．2%之间时对泡沫混凝土的最终发泡高度几乎没有影响。3)随着稳泡剂的掺量增加泡沫混凝土的最终发泡高度呈下降趋势。4)随着双氧水掺入量的增加，泡沫混凝土的干密度呈现出先减小，后又小幅度增加的现象。双氧水是影响泡沫混凝土干密度的主要因素。5)林芝地区用化学方法制备泡沫混凝土的最佳富余系数应选择在12．5～13．2之间。

作者：宋博文 张存 邱斌雨 张雷 单位：大学农牧学院