泡沫混凝土常见问题分析与对策

1、泡沫混凝土常见问题分析与对策摘 要：泡沫混凝土常见的问题有表面粗糙、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 以及总体抗压强度偏低等问题。表面粗糙、窜孔、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等问题的 第一个原因是泡沫混凝土发泡剂的质量有问题；第二个原因 是发泡机的问题。开裂的根本原因在于泡沫混凝土浆料收缩 比较基材大的多；其次是泡沫混凝土浆料本身材质不均匀和 自身抗拉强度太低。解决的基本对策是选用高质量泡沫混凝 土发泡剂，实用新型泡沫混凝土产输机，添加聚丙烯等有机 短纤维。关键词：泡沫混凝土；常见问题；比抗压强度；对策 泡沫混凝土， 20 世纪 30 年代

2、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。然而在我 国，泡沫混凝土， 特别是 500kg/m 3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。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

3、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。 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，必须有足够的水满足下列需要：充分润湿水泥、粉煤 灰颗粒表面；水泥初期快速水化所需的水分；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

4、为水相， 因而水在这里起着 “桥梁作用” 。 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。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

5、 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

6、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

7、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

8、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34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（-1550 C, 400次）也表明34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

9、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。3 泡沫混凝土

10、常见问题解决对策3.1 选择最佳的发泡剂是解决表面粗糙、窜孔、密度不匀、 抗压强度偏低的关键要保证泡沫混凝土的质量，选择发泡剂应首先看其泡沫 在混凝土浆料中的稳定性，其次看发泡倍数是不是足够大。 这是因为，泡沫在混凝土浆料中比较稳定就意味着破泡很 少，泡径变大的速度很慢，气泡所受上升力不能克服其所受 阻力，于是形成整体密度均匀的混凝土浆料，这就避免了由 于发泡剂方面引起的泡沫混凝土的常见问题，如鼓泡、内部 窜孔、空鼓和上下密度差异等问题；虽然泡沫在水泥、粉煤 灰浆料中混稳定，但发泡剂本身的发泡倍数很低，那么单位 质量发泡剂的泡沫混凝土产量肯定也上不去。传统泡沫剂存在起泡组分与稳泡组分相互制约的

11、矛盾。 “泡老大”牌 LC-01 型泡沫混凝土发泡剂，它集起泡与稳泡 功能与一身，不但发泡倍数可达5.3m3/kg （泡径 0.2mm），而且接触水泥、粉煤灰浆料后会变得更稳定。其所以发泡倍 数高，是因为这种泡沫剂，如同普通表面活性剂一样，可以 降低水的表面张力，不像传统发泡剂的稳泡组分“高聚物” 那样，一方面稳了泡，另一方面又增加了水的表面张力，降 低了发泡倍数。LC-01 型发泡剂，其泡沫表面亲水集团与水分子的“氢 键作用力”与水泥、粉煤灰颗粒表面与水分子的“氢键作用 力”均小于水泥、粉煤灰颗粒与泡沫表面亲水集团的“化学 键力”，因此， LC-01 型发泡剂泡沫容易与水泥、粉煤灰浆 料混合

12、。加上其羧基能与钙离子键合，故在水泥浆料中，能 在泡沫的泡表面形成球形网状结构，从而使泡沫变得更加稳 定。由于发泡倍数与泡径成正比，工业发泡机的泡沫直径较小，故实际生产中，“泡老大”发泡剂的发泡倍数约为3.54.0m3/kg ，故其实际使用效率为 3.8m3/kg ，即使用 32.5号水 泥、掺入 40粉煤灰，每公斤“泡老大”发泡剂可生产4 级泡沫混凝土 3.8m3/kg。该试块28天的抗压强度I.OMPa。“泡老大”发泡剂的特殊结构以及允许粉煤灰的掺入， 对提高泡沫混凝土的抗压强度和防止泡沫混凝土的开裂也 是十分有利的。3.2 选择发泡剂最佳的稀释倍数每一种泡沫混凝土发泡剂，都存在一个最佳的

13、稀释倍 数。这是因为在发泡剂原液中，表面活性剂的绝大部分都是 以胶束的形式存在。稀释倍数过小，势必有一部分表面活性 剂仍保持胶束状态，这不仅浪费了发泡剂，而且这些胶束在 混凝土浆料中势必影响混凝土的凝结。稀释倍数过大，泡沫 表面必会含有较多的、由水分子形成的易破碎表面，导致泡 沫破裂。此外过量的无用的水分从泡沫混凝土浆料中泌出， 也将导致泡沫混凝土表面下降。理论上说，某种发泡剂的最 佳稀释倍数，应能使一定量发泡剂生成泡沫的总面积与其所 含表面活性剂按“头并头、脚并脚” 紧密排列时所占有的 面积相等。3.3 选择最佳的水灰比由发泡剂泡沫与混凝土浆料的作用过程分析可知，水灰 比加大， 则泡沫与混凝

14、土浆料易于混合， 泡沫破损率将降低， 这显然有利于泡沫混凝土浆料的凝结。但是如果过大，一方 面会增加泡沫混凝土浆料的初凝时间，另一方面多余的水分 泌出会引起泡沫混凝土表面下降。如果水灰比太小，一方面 搅动混合时，易引起泡沫破裂，另一方面会降低泡沫混凝土 浆料的流动性，引起泡沫混凝土表面粗糙。有同志提出，用 减水剂来提高泡沫混凝土浆料的流动性问题，笔者认为这不 是一个好办法。因为对优质泡沫混凝土发泡剂，木质素磺酸 盐，羟丙基纤维素醚等减水剂，最终会使泡沫混凝土的抗压 强度降低；但对那些劣质发泡剂而言，使用减水剂可以减少 破泡率， 两因素相抵， 总的来说抗压强度还是能提高一些的。3.4 改进泡沫混

15、凝土发泡机现有的泡沫混凝土发泡机， 存在的弊病有四： 一是水泥、 粉煤灰的配料比、水灰比靠人工凭经验确定，很难保证泡沫 混凝土的均质要求；二是泡沫与水泥浆料的混合比，随着楼 层的升高而变化， 且很难生产 300kg/m 3的泡沫混凝土； 三是 泡沫混凝土浆料输送过程中，泡泡率随着楼层升高迅速升 高，难以保证高层楼层泡沫混凝土制品的质量；混合管设计 不合理，容易导致破泡且难以保证水泥浆料与泡沫混合均 匀。因此可以说，现有的泡沫混凝土发泡机是导致泡沫混凝 土开裂的重要原因之一。为此，我们设计开发了新一代泡沫混凝土发泡机， 即高 层泡沫混凝土产输机，并且申请了国家专利 (201020242955.5

16、)。高层泡沫混凝土产输机设计了结构 新颖的的“泡沫与混凝土浆料混合管”，发泡剂的稀释比、 水泥和粉煤灰的配比、水灰比以及水泥浆料与泡沫的混合比 等参数可以提前设置，并由机械控制，不存在输送过程中的 泡沫破裂问题，输送高度仅受液压泵的输送功率限制，所需 总动力也比传统发泡机降低 20左右。新设计的泡沫、浆料 混合管，不但混合均匀，而且不易破泡，并允许使用聚丙烯 等短纤维作为泡沫混凝土的抗裂剂。水泥、粉煤灰总质量的0.20.4%的聚丙烯等短纤维的加入就可以有效地防止泡沫 混凝土的开裂。3.5 做好待浇注泡沫混凝土场地的表面处理做好待浇注泡沫混凝土场地的表面处理是防止泡沫混凝 土保温层产生“空鼓”的有效措施，越是质量好的发泡剂， 越是要注意这个问题。这是因为，由质量差的发泡剂制得的 泡沫混凝土浆料，一旦接触吸水性强的界面部位，会立即破 泡、离析并在这些部位生成一层致密的混凝土保护层，从而 使人们观