新型泡沫混凝土发泡剂的制备与性能研究.pdf

新 建魄 中 国 科 技 核 心 期 刊 新型泡沫混凝土发泡剂的制备与性能研究 雷团结 ， 李浩然 ， 耿飞 ， 钱元弟 ， 谢隆安 ， 王孝平 ( 1 马鞍 山十七冶工程科技有 限责任公司， 安徽 马鞍 山2 4 3 0 0 0 ； 2 南京航空航天大学 土木工程系， 江苏 南京2 1 0 0 1 6 ； 3 中冶 国际工程技术有 限公司， 北京 1 0 0 0 2 8 ) 摘要 ： 通过对比取材方便、 价格低廉的不同阴离 子表面活性剂的泡沫性能， 优选泡沫稳定性较好的 O t 一 烯烃磺酸钠( A O S ) 作为 起泡组分， 加入适量的有机硅稳泡 剂 ( Z T 1 ) 和增稠类物质羧 甲基纤维素 ( C MC ) 进行改性 ， 制 备了新型泡沫 混凝 土发泡剂 ， 并对泡沫 性能进行了分析研究。结果表明， 该新 型泡沫混凝土发泡剂所制备的泡沫表面细腻 有光 泽、 稳定性较好， 发泡倍数 3 7 5倍 ， 1 h沉降 距 1 8 mm， 1 h泌水量 2 6 1 ml 、 4 8 h后泡沫仍保持 5 0 以上 高度 。 将 该发泡剂应用于制备较低密度泡沫混凝土， 产品表现 出了较好的 力学性能和热工性能。 关键词： 发泡剂； 泡沫稳定性； 泡沫混凝土： 性能 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 4 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 1 2 0 0 9 3 0 4 P r e p a r a t i o n a n d s t u d y o n n e w t y pe c o n c r e t e f o a m i n g a g e n t L E I T u a n j i e ， L I Ha o r a n ， G E NG F e i 。 ， Q I A N Y u a n d i ， X I E L o n g a n ， W AN G X i a o p i n g ( 1 Ma a n s h a n MCCI 7 En g i n e e r i n g S c i e n c e T e c h n o l o g y C o L t d ， Ma a n s h a n 2 4 3 00 0， An h u i ， Ch i n a ； 2 D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s ， N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， J i a n g s u ， C h i n a ； 3 Z h o n g y e I n t e r n a t i o n a l E n g i n e e ri n g T e c h n o l o g y C o L t d ， B e i j i n g 1 0 0 0 2 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B y c o mp a rin g t h e f o a m p e rfo r ma n c e o f e a s i l y a v a i l a b l e， l o w p ric e s o f d i f f e r e n t a n i o n i c s u rfa c e a c t i v e a g e n t s ， a l p h a o l e fi n s u l fon a t e( AOS ) wi t h b e t t e r foa m s t a b i l i t y wa s s e l e c t e d a s a f o a mi n g c o mp o n e n t ， a n d a n e w t y p e o f f o a m c o n c r e t e f o a mi n g a g e n t wa s p r e p a r e d b y a d d i n g a p p r o p r i a t e a mo u n t o f o r g a n i c s i l i c o n e foa m s t a b i l i z e r( Z T-1 )a n d t h i c k e n i n g ma t e r i a l o f c a r b o x y me t h y l c e l l u l o s e( CMC) Th e f o a m pe rfo r ma n c e s we r e s t u d i e d T h e r e s ul t s h o ws t h a t t h e f o a m s urf a c e o f t h i s n e w t y pe o f foa m c o n c r e t e f o a mi n g a g e n t i s s mo o t h a n d l u c i d u s ， wi t h g o o d f o a m s t a b i l i t y ， a n d t h e foa m mu l t i p l e i s 3 75， 1 h s e d i me n t a t i o n d i s t a n c e i s 1 8 n l n l ， 1 h s e c r e t i o n o f wa t e r i s 2 6 1 ml ， a n d a f t e r 4 8 h t h e foa m h e i g h t s t i l l r e ma i ns mo r e t h a n h a l f T h e f o a mi n g a g e n t u s e d i n l o w d e n s i t y f o a m c o n c r e t e p r e p a r a t i o n， a n d o b t a i n e d p r o d u c t s s h o we d g o o d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d t h e rm a l p r o p e r t i e s Ke y wo r ds ： f o a mi n g a g e n t ； foa m s t a b i l i t y： f o a m c o n c r e t e ； p e rfo rm a n c e 0 引言 泡沫混凝土是由水泥、 石灰、 粉煤灰、 砂、 外加剂和泡沫等 材料经拌合均匀后浇注硬化而成， 内部含有大量的封闭气孔， 具有流动性好、 自重轻、 资源消耗少和保温隔热性能卓越等优 点 1 _ ， 已 经得到了建筑行业越来越广泛的认知、 重视和应用。 作为泡沫混凝土生产的关键技术之一，发泡剂的研制对 泡沫混凝土的性能起着至关重要的作用口 。我国在2 0 世纪 5 0 年代开发了松香和热聚物2 类发泡剂， 目前仍有较为广泛 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 1 0 ； 修订 日期： 2 0 l 3 一 O 8 0 2 作者简介： 雷团结， 男， 1 9 6 9 年生， 安徽桐城人， 高级工程师。地址： 安 徽省马鞍 山市雨 山区天 门大道 中段 5 2 8号， E m a i l ： l t j mc c l 7 c n 。 的应用； 到8 0 年代， 表面活性剂发展迅速， 合成类发泡剂成为 主导产品； 至 9 0 年代左右， 西方及日 韩等发达国家的高性能 蛋白型发泡剂进入我5 - 7 ， 具有较高的稳定性， 获得了迅速 广泛的运用。 之后亦出现很多动物蛋白型、 植物蛋白型和复合 蛋白型发泡剂， 并得到一些工程应用嘲 。 然而， 蛋白类发泡剂由于材料来源有限， 成本较高， 市场 竞争力不足； 且其保质期较短( 2 5 3 0 q C 时， 3 d 便腐朽发臭) ， 容易变质， 制约了它在工业化生产中的大规模推广l 9 I 。 本文采 用取材方便、 价格低廉的阴离子表面活性剂， 通过泡沫性能 的对比分析， 优选最佳品种配制成发泡剂母液， 加入有机硅 稳定剂( Z T 一 1 ) 和增稠类物质羧甲基纤维素( C M C ) 进行改性， 制备成新型泡沫混凝土发泡剂，并对其性能特点进行了分析 研究。 N E W B UI L DI NG MATE Rl AL S 93 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 雷团结， 等： 新型泡沫混凝土发泡剂的制备与性能研究 1 试验原材料与方法 1 1 试验原材料 十二烷基苯磺酸钠( L A S ) 、 十二烷基硫酸钠( K 1 2 ) 、 脂肪 酸聚氧乙烯醚硫酸钠( A E S ) 和 仅 一 烯烃磺酸钠( A O S ) ， 南京某 化学公司生产； 有机硅稳泡剂( Z T 一 1 ) 和增稠类物质羧甲基纤 维素( C M C ) ， 山东某化学公司生产。 P I I 4 2 5 水泥， 熟料含量 8 0 ， 南京某水泥有限公司生 产； 萘系减水剂， 减水率为2 5 ， 上海某建材有限公司生产； 促凝剂， 白色粉状物， 微溶于水， 南京某公司生产。 1 2 试验方案 分别将不同阴离子表面活性剂以0 5 和 1 0 的质量分 数配制成发泡剂母液，采用高压空气发泡机制备泡沫，依据 J G T2 6 6 2 0 1 1 泡沫混凝土 测试泡沫的发泡倍数、 1 h 沉降 距和 1 h 泌水量； 优选泡沫性能最好的阴离子表面活性剂作 为发泡剂母液， 加入有机硅稳泡剂( Z T 一 1 ) 和增稠类物质羧甲 基纤维素( C M C ) 进行改性， 确定各组分的最佳配比， 并用其开 展低密度泡沫混凝土的配制试验。 2 结果与分析 2 1 不同阴离子表面活性剂发泡性能的分析 L A S 、 K 1 2 、 A E S 和 A O S 等4种阴离子表面活性剂掺量 ( 质量百分数) 分别为0 5 和 1 0 时， 发泡后的泡沫性能如 图1 、 图2 和图3 所示。 5 0 4 0 藿 3 0 瑟 2 0 1 0 O L A S K 1 2 A E S A O S 阴离子表面活性剂种类 图 1 不同阴离子表面活性剂的发泡倍数 L A S K 1 2 A E S A O S 阴离子表面活性剂种类 图 2 不同阴离子表面活性剂的 1 h 沉降距 9 4 新型建筑材料 2 0 1 3 1 2 1 8 0 1 5 0 1 2 0 * 9 0 蕊 苎 6 0 3 0 0 LA 5 K1 2 AE S A OS 阴离子表面活性剂种类 图 3 不同阴离子表面活性剂的 1 h泌水量 从图1 可以看出， 相同掺量的4 种阴离子表面活性剂中， 以A O S的发泡能力最强，其次是K 1 2 、 A E S 次之， L A S 最差。 掺 O 5 和 1 0 A O S 的发泡倍数分别为4 6 倍和3 3倍： 而掺 0 5 和 1 0 I J A S 的发泡倍数分别为2 7 倍和3 2 倍。 从图2 和图3 可以看出， A O S的泡沫稳定性要优于其它 3 种阴离子表面活性剂，掺 1 0 A O S时的 1 h 沉降距为9 9 m m 、 1 h 泌水量为 1 0 6 2 m l ； L A S的泡沫稳定性最差，掺量为 1 0 时的1 h 沉降距为3 8 m m 、 1 h 泌水量为 1 4 0 m l 。 因此， 选用A O S 作为新型发泡剂的引气组分， 为确定其 最优掺量， 在 1 0 0 0 m l 水溶液中添加不同质量分数的A O S ， 其 泡沫性能试验结果如图4 和图5 所示。 图 4 不同掺 量 A O S溶液的发泡倍数 图5 不同掺量A O S 溶液的泡沫稳定性 从图4 可以看出， 随A O S 掺量的增大， 溶液的发泡能力不 断增强， 当掺量为0 1 , - 0 8 时， 增强效果较显著， 掺量为0 8 时的发泡倍数比O 6 时增大3 0 ；当掺量为0 8 1 O 时， 发 泡增强效果较为缓慢， 掺量为 1 0 时的发泡倍数仅L L o 8 时增 如 加 0 目 世蟪三 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 雷 团结， 等： 新型泡沫混凝土发泡剂的制备与性能研究 大了7 1 。 原因是随着A O S 掺量的增加， 溶液中的表面活性剂 分子数逐渐增加， 表面张力逐渐减小， 起泡能力越来越强。 从图5 可以看出， 泡沫的1 h 泌水量随A O S 掺量的增加 而降低， 泡沫表现出较好的稳定性， 当掺量为0 8 1 0 时， 1 h 泌水量和沉降距减小较为明显， 掺量为0 8 时， 泡沫稳泡 性达到最优， 1 h 泌水量为1 1 5 7 m l ， 1 h 沉降距为8 4 m m ； 但 当掺量为0 8 1 0 时， 沉降距反而有所增大， 原因是随着发 泡液浓度的不断提高， 发泡倍数增大， 致使泡沫液膜过薄而稳 定性变差。 比较分析泡沫的3 项技术性能， 并考虑发泡剂的经 济效益， 选择A O S 的掺量为0 8 ， 并以此作为后续试验的发 泡剂母液( 记做F M L 溶液) 。 考虑到F M L溶液的泡沫 1 h 泌水量为 1 1 5 7 m l ，稳定性 仍然达不到J G f r 2 6 6 2 0 1 1 泡沫混凝土 对泡沫稳定性的要 求( 1 h 泌水量 8 0 m 1 ) ， 因此， 在F M L 溶液中加入有机硅稳泡 剂以改善泡沫的稳定性。 2 2 有机硅稳泡剂 ( Z T 一 1 ) 对泡沫性能的影响 在 F M L溶液中添加质量百分数为0 0 2 8 的Z T 一 1 ， 泡 沫性能的变化如图6 和图7 所示。 图6 Z T 一 1 掺量对 F ML溶液发泡倍数的影响 图 7 Z T 一 1 掺 量对 F ML溶液泡沫稳定性的影响 由图6 、 图7 可见： ( 1 ) 在掺量为0 0 1 2 时， 随Z T 一 1 掺量增加， 发泡倍数呈 增大趋势， 原因是Z T 一 1 本身具有起泡能力， 掺量较小时， 能够 降低溶液表面张力； 同时， 掺量为0 0 2 0 时， Z T _ 1 通过改变分 子内部排列顺序，使表面活性剂泡与泡之间排列紧密整齐， 形 成致密的内层膜， 提高抗压能力， 改善气泡液膜的结构稳定性， 赋予泡沫良 好的弹性和自 修复能力。当Z T _ 1 掺量为0 2 0 时， 稳泡效果达到最佳， 1 h 泌水量3 8 4 m l 、 1 h 沉降距为4 8 m m 。 ( 2 ) Z T 一 1 掺量为0 2 0 0 2 4 时， 发泡能力有所下降， 稳 泡效果也开始变差， 原因是由于溶液浓度增大， 发泡液起泡时 克服内黏滞阻力所做的功增大，引起发泡能力降低，掺量为 0 2 8 时发泡倍数仅为2 6 _ 3 倍。 因此， 在0 8 0 的A O S 溶液中 加入0 2 0 的Z T 一 1 时， 泡沫的综合性能最好， 形成一次改性 后发泡剂溶液( 记做M F M L 溶液) 。 由于M F M L溶液黏度较低， 泡沫的黏弹性较差， 在与水 泥浆体拌合时容易造成泡沫破损，而使实际泡沫用量与理论 值偏差较大。因此， 在M F M L溶液中掺入增稠类物质羧甲基 纤维素( C M C ) ， 对发泡剂进行二次改性， 以提高发泡剂溶液的 黏度， 增加泡沫的黏弹性。 2 3 羧甲基纤维素钠 ( C MC ) 对泡沫性能的影响 在 M F M L溶液中掺入0 0 0 3 0 ( 质量百分数) 的C M C ， 泡沫性能的变化如图8 和图9 所示。 图 8 C MC 掺量对MF ML溶液发泡倍数的影响 图 9 C MC 掺量对 MF ML溶液泡沫稳 定性 的影响 由图8 可以看出， 随着 C M C掺量的增加， 发泡倍数逐渐 减小， 当掺量为0 0 3 0 时， 发泡倍数最小， 由初始的4 5 7倍 减小到2 2 - 3 倍。 这主要是由于C M C是一种黏性物质， 其掺量 增加后体系黏度不断增大，从而导致发泡时克服发泡液内黏 滞阻力所做的功增大， 引起发泡能力降低； 同时， 随着C M C掺 量的增加， 1 h 沉降距和泌水量呈现先升高后降低的趋势， 在 C M C掺量为0 0 2 0 时， 达到最低值2 6 1 m l ， 因为C M C掺量 的增大导致溶液黏度增大， 泡沫排液速度减慢， 增大了液膜的 N E W BUl l DI NG MATE R J A L S 95 弱 如 加 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O 目 逝蜉I l H n m 舳 如 ； ； ； O 9 8 7 6 5 4 3 目 垃媾三 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m