双氧水制备泡沫水泥保温材料的实验研究资料.pdf

试验研究 Experimental Research 38 CHINA CONCRETE 2014.10 前言 随着建筑节能、 防火等标准的提高， 传统建筑保温材 料面临严峻挑战然而， 泡沫水泥保温材料作为兼具保 温、 防火、 防水、 质轻、 廉价等多特性的无机材料， 将是建 筑保温材料发展的一个重要方向[1] 泡沫混凝土通常是用机械方法将泡沫剂水溶液制备 成泡沫， 再将泡沫加入到含硅质材料、 钙质材料、 水及外 加剂等组成的料浆中， 经混合搅拌、 浇注成型、 养护而成 的一种多孔材料[2] 但上述泡沫混凝土过于强调 “物理方 法” ， 为区别于泡沫形成方法不同， 应将具有独立封闭气 孔结构的混凝土统称为泡沫混凝土 这就引入了用化学 方法产生泡沫进而制备泡沫混凝土的概念 针对化学方法 制备泡沫水泥保温材料展开系列实验， 研究双氧水、 普通 硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥对泡沫混凝土性能及工艺的 影响 1 实验部分 1.1 原材料 河北唐山产P·O 42.5级普通硅酸盐水泥； 河北唐山产 SAC42.5级快硬硫铝酸盐水泥； 市售30%和27.5%浓度工业 纯双氧水； 国药集团销售分析纯MnO2粉末； 北京诚志永昌 萘系减水剂； 国药集团销售分析纯硬脂酸钙； 唐山大唐I级 粉煤灰； 市售10mm耐碱聚丙烯纤维； 市售凹凸棒土； 市售 硅油。

1.2 主要仪器 无锡建仪仪器机械有限公司生产的净浆搅拌机； 常熟 市双杰测试仪器厂生产的百分之一电子称与千分之一电子 称； 上海智光仪器仪表有限公司生产精密pH计； 恒应力压 力机； 南京永研电子生产的导热系数测量仪； 量筒； 鼓风 烘箱 1.3 实验方法 笔者在设计普通硅酸盐水泥与快硬硫铝酸盐水泥不 同混合比下 ， 研究双氧水发泡泡沫材料凝结时间及其性能 的影响实验， 具体实验方法见表1和表2 2 结果与讨论 2.1 泡沫成型机理 2.1.1 双氧水发泡泡沫水泥材料的成型机理 化学发泡泡沫混凝土通过化学反应在料浆中产生气 体， 这与加气混凝土非常类似， 但前者气孔独立封闭， 这 又与后者显著不同 在酸性条件下， 双氧水不容易发生分解， 随着体系pH 值的增大， 分解率逐渐增加； pH值达到10左右时， 双氧 水分解产生氧气的量达到最大； 硅酸盐新拌浆体pH值在 11～13之间， 均匀分散在碱性料浆中的双氧水， 在OH-作用 下不断产生O2， 形成无数独立的气源[3] 当气源中心的压 力大于粘滞阻力与静水压力之和时候， 气源在粘滞的浆体 中膨胀直至压力接近平衡， 形成独立闭孔， 与此同时浆体 水化硬化， 泡壁产生机械强度。

由此， 膨胀经历了一个从 双氧水制备泡沫水泥保温材料的实验研究 赵文丽 李立辉 （北京建工新型建材有限责任公司 100121 ） 摘 要：采用化学发泡剂的方法， 研究泡沫水泥保温材料发泡机理、 双氧水分解速率和水 泥凝结硬化速率的影响因素， 结合实验优化复合水泥双氧水发泡配比并探究其相应性能 之间规律 结果表明： 随着试样绝干密度的降低导热系数减小， 抗压强度减小， 吸水率增 加； 内掺适量硅油能有效改善泡沫材料防水性能 关键词： 双氧水； 泡沫水泥； 保温材料 Experimental Research 试验研究 39 2014.10 混凝土世界 增刊 加速到平缓、 减慢， 并逐渐趋近于停滞的过程， 最终气泡 保存于体系中形成多孔材料 如果双氧水分解过快， 而料浆硬化速率偏低， 则浆体 内部气孔合并形成串孔、 大孔， 甚至出现破泡、 塌模等现 象； 如果发泡过慢， 而料浆迅速硬化， 导致发泡量太小， 材 料容重大和导热系数高等缺点 此外， 双氧水所产生的气 表 2 快硬硫铝酸盐水泥发泡实验配比 编号 材料用量（g） 快硬水泥30% H2O227.5% H2O2硬脂酸钙纤维粉煤灰减水剂凹凸棒土硅油水 1*20010-52152.234120 2*20015-52152.234120 3*20020-82152.234120 4*20025-92152.234120 1#200-1052152.234120 2#200-1552152.234120 3#200-2082152.234120 4#200-2592152.234120 表 1 混合水泥发泡实验配比 编号 材料用量（g） S:P水泥（S+P）27.5% H2O2硬脂酸钙纤维粉煤灰减水剂凹凸棒土硅油水 10:102001552152.230120 21:92001552152.230120 32:82001552152.230120 43:72001552152.230120 54:62001552152.230120 65:52001552152.230120 76:42001552152.230120 87:32001552152.230120 98:22001552152.230120 109:12001552152.230120 1110:02001552152.230120 注： S代表快硬硫铝酸盐水泥； P代表普通硅酸盐水泥 试验研究 Experimental Research 40 CHINA CONCRETE 2014.10 泡如何能在浆体中稳定存在， 不破灭， 不串泡。

因此， 稳泡 是制备性质优良的化学发泡泡沫多孔材料的又一个关键 因素 2.1.2 双氧水发泡泡沫水泥材料的制备方法 用双氧水为发泡剂制备泡沫水泥保温材料的过程细 节： 首先将混合均匀的胶凝材料、 稳泡剂、 催化剂等除双 氧水以外的其它材料按配比加水高速搅拌均匀， 并控制料 浆温度； 随后在高速搅拌的同时， 迅速加入双氧水， 持续 搅拌约45s； 最终将拌合均匀的料浆迅速浇注在涂抹脱模 剂的模具内静停发泡， 待一定强度后拆模养护即可 2.2 平衡调节 笔者所描述的催化剂特指： 调节双氧水分解速率与 水泥浆体凝结硬化动态平衡的化学助剂 研究发现， 很 难找到一种既能控制双氧水分解速率又能调节水泥浆体 硬化速率的物质， 而更为有效的办法是确定一变量的前 提下去控制另一变量， 从而达到调节两变量的化学动态 平衡 调节双氧水分解速率有： 活性过氧化氢酶、 MnO2、 KMnO4、 CuSO4、FeCl3等物质助剂 实验发现过氧化氢 酶催化活性太高， 而且容易变质失去活性， 实际生产不 易控制； MnO2和FeCl3适合调节双氧水分解， 掺量可控， 且化学性质比较稳定， 可以实现与料浆硬化速率的完美 匹配。

此外影响双氧水分解速率还有环境pH值、温度以 及双氧水浓度等等环境呈碱性则促进分解， pH值在 10左右时达到分解高峰； 温度增加分子间的碰撞程度， 体系温度越高分解速率越快； 溶液浓度越高分解速率 越快 调节普通硅酸盐水泥凝结硬化有水玻璃、 硫酸钠、 三 乙醇胺、 铝酸钙、 快硬硫铝酸盐水泥等助剂 实验发现水 玻璃、 快硬水泥和铝酸钙适合调节普硅水泥前期凝结硬 化时间， 掺量适当硬化时间可以调节到20～120min， 较好 地实现与双氧水分解相匹配[4] 硫酸钠和三乙醇胺往往提 高3天强度， 掺入有利于防止泡沫板材开裂现象 一般用Li2CO3调节硫铝酸盐水泥料浆的凝结硬化速 率与发泡剂发泡速率达到一种动态的平衡， 实验结果表 明： Li2CO3调节效果明显， 掺量约为0.1%～0.05%可控制料 浆初凝时间应不早于20min， 终凝时间不晚于45min 2.3 双氧水发泡泡沫水泥材料的基本性能 根据设计配比， 配料、 混合、 浇注成型发现， 混合水泥 泡沫材料脱模时间如图1所示， 快硬水泥泡沫材料脱模时 间如图2所示 从图1可以看出普硅与快硬水泥5:5时双氧水发泡泡沫 水泥材料凝结硬化时间最短， 约为30min， 而纯硫铝酸盐 水泥的凝结硬化时间约45min。

这主要由于两因数决定， 一是普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥混合， 硫铝酸盐水泥 中的C4A3S矿物与普硅中的C3S矿物在共同水化过程中有 相互促进的作用， 会使混合水泥水化和凝结加速； 二是双 氧水分解释放热量进一步促进水泥水化硬化 考虑到实 际工艺并不是脱模时间越短越好， 而是要有一定的浇注时 间， 关键要根据仪器设备要求， 调节凝结硬化与双氧水分 解相平衡才是最佳配比 图2发现随着双氧水浓度的提高凝结硬化时间相应减 图 1 混合水泥泡沫材料脱模时间 图 2 快硬水泥泡沫材料脱模时间 Experimental Research 试验研究 41 2014.10 混凝土世界 增刊 少； 相同浓度， 随着双氧水用量提高凝结硬化时间也相应 缩短 从图3和图4可见， 稳泡剂与发泡剂用量不变的情况 下， 4号试样相比其他绝干密度最小、 导热系数最小、 抗压 强度最小、 吸水率最高， 这由于4号试样水泥水化硬化速 率与双氧水分解速率保持动态平衡， 气源能较好地在浆 体中保存， 双氧水分解产生的压力不足以破坏浆体的粘结 力， 与此同时水泥硬化时间吻合， 最终形成质轻， 导热系 数低的保温材料 唯一缺点为材料吸水率高。

对比图3和 图4发现， 随着试样绝干密度的降低导热系数值减小， 抗 压强度值减小， 吸水率增加的规律 调查发现大部分学者用27.5%双氧水进行化学发泡制 备泡沫保温材料， 但都未提及高浓度的双氧水制备泡沫材 料， 针对这一问题笔者对比研究30%双氧水与27.5%双氧水 制备泡沫材料的性能分析， 图5和图6可见， 掺量不变不同 浓度对材料的性能的影响不大， 反而同一浓度下不同掺量 对材料性能影响更为突出， 掺量越高抗压强度越小， 导热 图 5 30%双氧水不同掺量下制备泡沫水泥材料的抗压强度 与导热系数 图 6 27.5%双氧水不同掺量下制备泡沫水泥材料的抗压强度 与导热系数 图 4 混合水泥泡沫材料抗压强度与导热系数 图 3 混合水泥泡沫材料绝干密度与吸水率 图 7 未掺硅油泡沫材料吸水率 试验研究 Experimental Research 42 CHINA CONCRETE 2014.10 系数略显增大趋势 从图7可见， 未作任何防水处理的试样吸水率均超过 25%远不符建筑外墙保温要求， 图8掺入适量硅油试样吸 水率低于10%， 研究发现硅烷类物质能有效改善无机材料 防水性能。

按照掺入方式不同分为内掺与外涂两种， 外涂 工作量大不易施工， 所以本实验采用内掺硅油改性材料防 水性能， 内掺4%材料吸水率降低65%左右， 具体如图9和 图10所示， 前者未处理， 水滴与试样表面的润湿角＜90° ， 30min后水滴渗入试样内部； 后者内掺硅油水滴与试样表 面的润湿角＞90° ， 30min后水滴依然呈圆球状， 宛如荷叶 上的水滴 结论 （1） 双氧水制备泡沫保温材料的关键技术在于调节 双氧水分解速率与水泥浆体凝结硬化动态平衡 （2）MnO2和FeCl3适合调节双氧水分解， 掺量可控， 且化学性质比较稳定， 可以实现与料浆硬化速率的完美 匹配 （3）普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥混合凝结硬化 时间比单一品种短， 且它们之间比例为5:5时凝结硬化时间 缩至最短 （4） 随着试样绝干密度的降低导热系数减小， 抗压强 度减小， 吸水率增加， 且内掺适量硅油能有效改善泡沫材 料防水性能 图 9 未掺硅油30min后材料表面滴水状况 图 10 掺硅油30min后材料表面滴水状况 作者简介: 赵文丽， 女， 1984年出生， 硕士研究生学历， 助理工程 师， 现在北京建工新型建材有限公司工作。

通讯地址: 北京市朝阳区南各庄49号 联系: 18910272590 参考文献 [1] 徐文,钱冠龙,化子龙.用化学方法制备泡沫混凝土的试验研究.混 凝土与水泥制品， 2011 （12）:3～5 [2] 颜雪洲,姚谦峰.泡沫混凝土力学性能研究.工业建筑， 2007， 37 （增刊）:962～965 [3] 刘中兴,谢传欣,石宁,徐伟.过氧化氢溶液分解特征研究.齐鲁石油 化工， 2009,3。