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泡沫混凝土常见问题分析与对策

2017-09-19

广西泡沫混凝土,20世纪30年代提出,同世纪50年代在美、苏等国应用于建筑工程。我国于20世纪90年代开始引进、应用此项技术。随着科学发展观逐 步深入人心,我国对建筑节能的要求也在提高。轻质泡沫混凝土由于具有质轻、高强、节能、利废、保温、隔音、耐老化、不易燃等性能,因而其开发研究和应用在 国内外受到了越来越多的重视[1-4]。然而在我国,泡沫混凝土,特别是500kg/m3以下的轻质泡沫混凝土产品,由于存在表面粗糙、鼓泡、开裂,内部 有空鼓、窜孔,整体疏松或上下抗压强度差异显著、总体抗压强度偏低等问题,其应用和推广受到很大影响[5-7]。文献[5-7],虽然提出了泡沫混凝土产 品存在的问题,但原因分析和解决对策偏重于宏观和概念化,或者说在可操作性上尚有欠缺。为此,本文拟就泡沫混凝土生产中存在的这些问题进行有针对性的分 析,并力求找到相应的解决办法。

1 泡沫混凝土结构缺陷与抗压强度偏低的原因分析

1.1 泡沫混凝土表面粗糙、窜孔、密度不匀、抗压强度偏低的原因
当泡沫单独存在时,泡与泡是紧密排列的,如图1(a)所示。在泡沫内部,立体几何知识告诉我们,就某个气泡而言,在紧密排列的情形下,在该泡周围、泡心与 该气泡泡心共面的气泡可有6个、并且只能有6个;而在该平面上方或下方,都分别只能有3个气泡与中心气泡紧密接触。这表明在泡沫中,没有一个泡是真正的球 形,而是一个正十二面体。在水泥、粉煤灰浆料中,见图1(b),必须有足够的水满足下列需要:①充分润湿水泥、粉煤灰颗粒表面;②水泥初期快速水化所需的 水分;③泡沫表面吸附水分。否则,在搅拌过程,易导致泡沫破裂。就泡沫与水泥、粉煤灰浆料的混合过程而言,由于泡沫和水泥、粉煤灰浆料的连续相均为水相, 因而水在这里起着“桥梁作用”,见图1(c)。在混合过程中,水泥或粉煤灰颗粒完全可能使泡壁向内凹陷。如果发泡剂是简单的小分子表面活性剂,物理化学原 理告诉我们,这种泡沫最容易破裂;如果添加高聚物作为稳泡剂,那么高聚物分子的两端完全有可能同时吸附在两个或多个泡表面,它势必阻挡水泥、粉煤灰颗粒进 入这些泡之间,强行搅拌,就难免将泡拉破。图1(d)告诉我们,即使发泡机生产的泡沫泡径再均匀,由于泡沫表面的泡与其内部的泡所处环境不同,致使泡沫接 触水泥、粉煤灰浆料后必定会产生少量的大泡或小泡。表面化学原理告诉我们,相邻的小泡和大泡,由于小泡的附加压力大于大泡的附加压力,故小泡会破裂,使大 泡更大。泡沫破裂,使2个、3个、以致多个气泡合成一个气泡。这个过程使泡沫的总表面积不断缩小。由于每个气泡所处的环境以及它们的初始直径差异,大泡会 越变越大,这就是泡沫混凝土表面粗糙、鼓泡、内部窜孔、空鼓产生的原因。泡沫破裂在形成大泡的同时,必有一部分表面活性剂被吸附在水泥、粉煤灰颗粒表面, 从而影响水泥与水泥、水泥与粉煤灰之间的凝结。这种情况,在高容重的情况下,由于因吸附表面活性剂而全部或部分失去凝结能力水泥、粉煤灰颗粒相对较少,因 而对水泥与水泥、水泥与粉煤灰之间的凝结影响也较小。然而在低容重的情况下,如果泡沫破裂达到50%以上,则泡沫混凝土的抗压强度将显著下降,即出现整体 疏松或上下抗压强度差异显著以及总体抗压强度偏低的问题。
理论推算和实验现象都证明,大泡所受的上升力远大于小泡。当大泡大到其所受上升力足以克服其所受阻力时,就会上浮。如果上浮过程较慢,即在混凝土浆料初凝后大泡仍未到达混凝土浆料表面,则虽不会出现“塌模”,但会出现泡沫混凝土上下抗压强度差异的问题。
如果发泡剂含有如阿拉伯胶、羟丙基纤维素醚等物质,或另外在泡沫混凝土浆料中添加此类物质,虽然可以减少破泡率,避免破泡表面活性剂对泡沫混凝土浆料凝结 的影响,使所得泡沫混凝土抗压强度有所提高,但这些物质本身也会影响泡沫混凝土浆料的凝结,导致泡沫混凝土的比抗压强度仍不能令人满意。


1.2 泡沫混凝土产生“鼓泡”、“空鼓”的原因
“空鼓”现象的发生,不是泡沫混凝土的“专利”。一般的水泥砂浆,无论是抹墙或者是铺地,如果水泥砂浆接触的表面处理不好同样会产生“空鼓”。泡沫混凝土 产生“空鼓”,说到底是在地暖和屋面泡沫混凝土浇注施工前,浇注泡沫混凝土的表面不平整,或吸水能力有较大差异、或粉尘清理不干净,甚至有油污造成的。浇 注表面较高的地方或粉尘较多的部位,在用水洒湿浇注表面时,往往吸水不足。因而在泡沫混凝土浆料浇注后,这些部位将继续从泡沫混凝土浆料中吸收水分并排出 其内部的空气。如果排出空气的速度较快,便产生“鼓泡”;如果这种空气排出过程所需的时间长于泡沫混凝土浆料初凝的时间,就必然会产生“空鼓”。

2 泡沫混凝土开裂的原因分析


普通水泥制品,若不使用沙子,照样存在开裂问题;若仅使用沙子不使用石子,经过几年的冬夏冷热变化仍然会开裂;若使用沙子、石子而不是用钢筋,经过 几十年 的时间,开裂的情况也屡见不鲜。可见,开裂是硅酸盐等胶凝材料的经不起恶劣气候影响的特性之一。然而,对于3~4级泡沫混凝土的内部结构而言,形成泡壁的 混凝土厚度一般在零点几毫米,并且众多相互连接的泡壁形成了曲曲折折的结构,按说低级别的泡沫混凝土应具有比普通混凝土更好的伸缩性能。关于这一点,实验 室的冷热试验(-15~50℃,400次)也表明3~4级泡沫混凝土的确具有很好的抗冷热冲击性能。那么,在实际生产中,为什么泡沫混凝土总是出现开裂现 象呢?人们首先想到的是“实验室的泡沫混凝土块头太小”,如果真是如此,那也应当在排出了其他影响因素之后再讲:“哪个级别的泡沫混凝土、在什么尺寸范围 内才具有较好的抗裂性能。事实上,材料的不均匀性、柔韧性、内应力、干缩、冷热冲击以及材料的晶化等都是是造成其开裂的原因。其中冷热冲击是材料必须面临 的环境因素,而柔韧性、内应力、干缩、材料的晶化是材料的固有特性。对于地暖和屋面泡沫混凝土保温层,导致其开裂的重要原因还在于泡沫混凝土终凝之后,它 较其附着的基材仍有很大的收缩比。因此,要减少或者消除泡沫混凝土的开裂,只能从力求制备均匀的泡沫混凝土浆料和添加抗裂材料着手。