憎水剂对化学发泡泡沫混凝土性能影响的试验研究

于宁，张云飞，谢慧东，栾佳春，郭中光

（山东华森混凝土有限公司，山东济南 250101）

1 引言

我国传统的外墙外保温体系采用的保温材料一般是发泡聚苯乙烯（EPS）或挤塑聚苯乙烯（XPS）等有机材料，但这些材料在长期的使用过程中暴露出了越来越多的问题，如易老化脱落、维修更换复杂等，尤其是近几年由之引发的几场重大火灾事故，给国家和社会造成了大量的人员伤亡及财产损失，因此，寻求一种绿色、耐久、阻燃的新型保温材料的呼声日益高涨[1-3]。

随着我国墙体材料的改革与建筑节能政策的推行，泡沫混凝土以其节能、利废、保温、轻质、隔热等优越性能，正在成为一种人们广泛关注的新型节能墙体材料，我国一些科技工作者对泡沫混凝土也进行了较为深入的研究和开发，其种类和应用领域也在不断扩大[4-7]。

本文使用化学法产生泡沫制备了干密度为 250～300kg/m3的泡沫混凝土，主要研究了憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土抗压强度、干密度、体积吸水率和导热系数的影响。

2 试验

2.1 原材料

水泥：济南山水 P·O42.5 水泥，化学成分见表 1。

粉煤灰：济南黄台电厂 Ⅱ 级粉煤灰，化学成分见表 1。

外加剂：化工市场售化学发泡剂；潍坊万山产萘剂高效减水剂；化工市场售早强剂，主要成分为铝酸钠；化工市场售三种不同憎水剂，分别为有机硅憎水剂、硅烷基憎水剂和胶粉基憎水剂。

纤维：化工市场售聚丙烯纤维（12mm）。

水：为饮用水。

表1 水泥和粉煤灰的主要化学成分 %

2.2 制备工艺和性能测试方法

2.2.1 化学发泡泡沫混凝土的制备工艺

本文中化学发泡泡沫混凝土的制备方法为：首先将胶凝材料、各种外加剂等除化学发泡剂以外的其它材料加水搅拌均匀，并控制新拌料浆的初始状态，这一过程一般搅拌2～3min；随后在高速搅拌的同时，迅速加入化学发泡剂，继续搅拌约10s；最终将搅拌均匀的料浆倒入模具内静停发泡，待试件达一定强度后拆模养护即可。

2.2.2 化学发泡泡沫混凝土性能测试方法

泡沫混凝土的抗压强度、干密度和体积吸水率均按照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》进行试验；泡沫混凝土的导热系数按照 GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护 热板法》进行试验。

2.3 试验方案

其试验方案见表 2。

表2 试验方案

3 试验结果与讨论

3.1 憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土抗压强度的影响

首先，研究不同种类和不同掺量的憎水剂对化学发泡法泡沫混凝土抗压强度的影响，其试验结果见表 3。

从表 3 可以看出：三种憎水剂对泡沫混凝土抗压强度的影响规律相同，即随着憎水剂掺量的增加，其泡沫混凝土 7d和 28d 抗压强度先逐渐增加后有所降低，且 28d 抗压强度的变化规律与 7d 的相似，可知，憎水剂的加入可提高泡沫混凝土的抗压强度，这说明憎水剂可改善泡沫混凝土硬化浆体的内部结构，增加硬化浆体之间的结合力；三种憎水剂相比，硅烷基憎水剂对泡沫混凝土的增强效果最好，有机硅憎水剂的效果其次，而胶粉基憎水剂的效果最差；另外，憎水剂的掺量不宜过高，否则会产生副作用，且对泡沫混凝土浆体状态影响较大。综合三种憎水剂对泡沫混凝土抗压强度的影响，其憎水剂的最佳掺量范围宜控制在 1.00%～1.50% 之内。

表3 憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土抗压强度的影响 MPa

3.2 憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土干密度的影响

其次，研究不同种类和不同掺量的憎水剂对化学发泡法泡沫混凝土干密度的影响，其试验结果见表 4。

表4 憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土干密度的影响 kg/m3

从表 4 可以看出：三种憎水剂对泡沫混凝土干密度的影响规律相同，即随着憎水剂掺量的增加，其泡沫混凝土 28d的干密度先逐渐降低后有所增加，这说明憎水剂的加入，可提高发泡混凝土浆体的发泡倍数，这可能是由于憎水剂具有激发化学发泡剂发泡的作用而致，且憎水剂掺量越高，其激发效果越明显，但掺量过高会产生副作用（即发泡倍数降低）；对比三种憎水剂对泡沫混凝土干密度的影响可知，加硅烷基憎水剂的泡沫混凝土的干密度变化较明显，加有机硅憎水剂的次之，而加胶粉基憎水剂的变化不明显；另外，对泡沫混凝土干密度数值分析可知，其泡沫混凝土干密度变化不大于 30kg/m3，即其干密度变化范围不是很大。综合三种憎水剂对泡沫混凝土干密度的影响，其憎水剂的最佳掺量范围宜控制在 0.50%～1.50% 之内。

3.3 憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土体积吸水率的影响

再次，研究不同种类和不同掺量的憎水剂对化学发泡法泡沫混凝土体积吸水率的影响，其试验结果见表 5。

从表 5 可以看出：三种憎水剂对泡沫混凝土体积吸水率的影响规律相同，即随着憎水剂掺量的增加，其泡沫混凝土 7d 和 28d 的体积吸水率逐渐降低，未加憎水剂的试样（空白样）的 7d 和 28d 体积吸水率非常高，分别是 84.6%、75.8%，很难满足工程实际应用或相关标准的要求。但当加入憎水剂后，其泡沫混凝土 7d 和 28d 的体积吸水率都大幅度降低，特别是加硅烷基憎水剂的效果最明显，加胶粉基憎水剂的效果最差，且每个试样 28d 的体积吸水率都低于相应 7d 的体积吸水率，但差别不是很大，这主要是由于憎水剂通过对水分的吸附或排斥作用实现对水分移动的阻止[8]。

另外，通过三种憎水剂对泡沫混凝土体积吸水率的影响，说明憎水剂对泡沫混凝土体积吸水率改善效果十分显著，是泡沫混凝土必不可少的一种组成材料。其中，胶粉基憎水剂的效果最差，不宜使用，最好使用硅烷基憎水剂，且其憎水剂的最佳掺量范围宜控制在 1.00%～2.00% 之内。

表5 憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土体积吸水率的影响 %

3.4 憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土导热系数的影响

最后，研究不同种类和不同掺量的憎水剂对化学发泡法泡沫混凝土导热系数的影响，其试验结果见表 6。

表6 憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土导热系数的影响 W/(m·K)

从表 6 可以看出：三种憎水剂对泡沫混凝土导热系数影响不大，且随憎水剂掺量改变而无规律，即憎水剂的加入对泡沫混凝土导热系数基本没有改变。这可能是由于憎水剂加入后，其泡沫混凝土的干密度变化范围不是很大，且其泡沫混凝土内部孔径尺寸大小和分布变化不明显，从而对泡沫混凝土整体导热系数影响较小。

4 结论

（1）憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土抗压强度的影响比较大，且三种憎水剂对泡沫混凝土都有增强效果，掺硅烷基憎水剂的增强效果最好，掺加胶粉基憎水剂的增强效果最差；其憎水剂的最佳掺量范围宜控制在 1.00%～1.50% 之内。

（2）憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土干密度的影响变化不大，掺加憎水剂后，泡沫混凝土的干密度变化不大于30kg/m3；其憎水剂的最佳掺量范围宜控制在 0.50%～1.50% 之内。

（3）憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土体积吸水率的影响比较明显。未掺加憎水剂时，其泡沫混凝土 7d 和 28d 的体积吸水率分别 84.6% 和 75.8%；当加入憎水剂后，其泡沫混凝土的体积吸水率明显降低，且掺量越高越明显。其中硅烷基憎水剂的效果最好，有机硅憎水剂的效果其次，胶粉基憎水剂效果最差，不宜使用。

（4）憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土导热系数基本没有影响，即不会由于憎水剂的加入而影响整体泡沫混凝土的导热系数。

（5）综合憎水剂的种类和掺量对泡沫混凝土抗压强度、干密度、体积吸水率和导热系数的影响，宜选用硅烷基憎水剂，其次是使用有机硅憎水剂，最后不宜使用胶粉基憎水剂，且憎水剂的最佳掺量宜控制在 1.00%～1.50% 之内。

[1]闫振甲.泡沫混凝土有望成为保温材料首选[J].混凝土世界，2010(1): 22-26.

[2]任先艳，张玉荣，刘才林，杨海君，杨军校.泡沫混凝土的研究现状与展望[J].2011(2): 139-144.

[3]徐文，刘兴亚，朱清华.外墙外保温用化学发泡泡沫混凝土的试验研究[J].2012(3): 131-134.

[4]王翠华.泡沫混凝土制备相关技术[D].南京：南京工业大学，2006.

[5]冯勇.浅谈泡沫混凝土的应用[J].中州建设，2006(1):19-22.

[6]肖立光，侯启超.泡沫混凝土的研究进展及应用[J].吉林建筑工程学院学报，2012，28(5): 32-36.

[7]秦璜，潘志华，吕钦刚.水泥基不燃性轻质保温材料制备的研究[J].2012(4): 27-30.

[8]冯晶.有机硅憎水剂在建筑上的应用[J].四川建材，2006(3): 7-8.