褚会超,吕宪俊,张 燕,王志强
(山东科技大学化学与环境工程学院,青岛 266590)
降低泡沫混凝土吸水率的研究现状及展望
褚会超,吕宪俊,张 燕,王志强
(山东科技大学化学与环境工程学院,青岛 266590)
泡沫混凝土作为一种新型的无机保温材料,在各个领域得到广泛应用。但较高的吸水率是目前泡沫混凝土普遍存在的缺陷,严重影响了泡沫混凝土的耐久性和使用效果。本文结合近年来国内外在泡沫混凝土吸水率方面的研究情况,介绍了减水剂和防水剂在泡沫混凝土中的应用研究,指出了目前的研究中存在的不足,展望了降低泡沫混凝土吸水率的研究方向。
泡沫混凝土; 吸水率; 防水剂; 减水剂
泡沫混凝土是一种无机保温材料,它是以普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥为主要胶凝材料,以粉煤灰为掺合料,掺入纤维、稳泡剂等各种功能外加剂,按一定比例加水搅拌后,经发泡、成型、切割、包装、养护而成的一种高孔隙率泡沫混凝土制品,具有质轻、导热系数小、吸音隔热、使用寿命长、无毒害等优点,泡沫混凝土广泛应用于建筑保温材料、轻质垫层、防火材料等领域,积极响应了我国提出的建设资源节约型社会的要求[1-4]。但是,由于泡沫混凝土内部存在大量泡孔以及在制备过程中水灰比较大,使泡沫混凝土具有较高的吸水率,防水性较差,严重影响了泡沫混凝土的使用效果,尤其使其在寒冷地区的应用受到限制。近年来,泡沫混凝土的防水性是外墙外保温工程中的防火隔离带和泡沫混凝土外墙保温工程提出的新要求。
影响泡沫混凝土吸水率的因素有很多,包括泡沫混凝土的密度、孔结构、渗透机理等[5-7]。目前,降低泡沫混凝土吸水率的方法有多种,使用最多的有两个方法:一是在泡沫混凝土料浆中掺加防水剂或着在泡沫混凝土的表面涂覆一层防水材料;二是在泡沫混凝土料浆中掺加减水剂以降低水灰比,提高防水性。本文结合近年来国内外在泡沫混凝土吸水率方面的研究现状,介绍了降低泡沫混凝土吸水率的方法及研究进展,分析了降低泡沫混凝土吸水率的发展趋势,以期为提高泡沫混凝土的综合性能提供参考和借鉴。
防水剂是一种能够减少混凝土中孔隙和填塞毛细通道,从而降低混凝土吸水率及其在静水压力下的透水性的外加剂。防水剂能够改善混凝土和易性,减少用水量,促进水泥的水化,生成水化凝胶,填充早期孔隙,或者与水泥反应生成细微颗粒、憎水性物质填充孔隙,或者形成致密憎水膜[8]。它可以显著提高泡沫混凝土的防水性能,减少吸水量,提高泡沫混凝土的耐久性,延长泡沫混凝土的使用寿命[9]。目前防水剂在泡沫混凝土中的应用方法主要有表面涂覆法和内掺法[10-12]。
2.1 表面防水处理
表面防水处理即在混凝土的表面涂覆防水材料或者将混凝土浸没在防水剂中以达到与外界水分隔绝的目的。防水剂可以在泡沫混凝土的表面形成一层憎水膜,这层憎水膜可以将泡沫混凝土与外界水隔开[13],从而使泡沫混凝土的防水能力增强。表面处理方式与防水效果有密切关系,传统的表面处理方式无法取得理想的效果,A. Gerdes[14]等介绍了一种效果较好的表面防水处理技术,这种方法可使防水剂的渗透深度达到6 mm以上,但施工方式复杂。张伟[15]等使用改性有机硅乳液对混凝土表面进行涂层处理后,混凝土表面疏水性较好,并且提高了抗冻融能力。朱桂红[16]等使用硅烷乳液对混凝土进行表面处理后取得了较好的防水效果,当混凝土孔隙率较大时,防水剂能获得较大的渗透深度,从而得到较好的防水效果。周述光[17]等用高渗透性防水剂FSJ对轻质气泡水泥进行表面喷涂处理,能显著提高其防水性能,保证其在潮湿状态下的性能不变。胡璐[11]在泡沫混凝土表面刷涂乳液型有机硅和甲基硅酸盐有机硅,结果表明,在试块表面刷涂乳液型有机硅和甲基硅酸盐有机硅防水剂均能降低泡沫混凝土的吸水率。
表面涂覆浸渍这种方法操作简单,但是没有从根本上解决泡沫混凝土防水的问题,因为泡沫混凝土的表面不平,难以全面涂刷,并且这种防水膜易老化和氧化[18,19]。
2.2 内掺防水处理
所谓内掺式防水处理,是将防水剂作为组分添加到泡沫混凝土的拌和物中。丁曼[10]研究了硬脂酸锌乳液、石蜡微乳液和硅氧烷溶液三种防水剂对泡沫混凝土的影响,将这三种防水剂进行内掺式防水处理,研究结果表明:掺入硬脂酸锌乳液的泡沫混凝土的防水性最好,石蜡乳液次之,而硅氧烷防水剂的防水性能最差。侯星[20]等内掺有机硅防水剂,研究其掺量对发泡保温材料吸水率的影响,结果表明,防水剂掺量为4%时,水泥基轻质发泡保温材料的28 d体积吸水率可降至17.32%,与未掺加防水剂的试样相比,其体积吸水率降低了24.17%。张磊蕾[21]等研究了内掺憎水剂F、有机硅防水剂和表面涂覆有机硅防水剂对泡沫混凝土吸水率的影响,结果表明,掺憎水剂F的泡沫混凝土的吸水率显著降低,内掺有机硅防水剂的效果次之,涂覆有机硅防水剂的效果较差。
内掺防水剂可以显著降低混凝土的吸水率,相较于表面防水处理,在耐久时间要求较长或环境条件恶劣的情况下,采用内掺式防水处理具有更加理想的效果,但要考虑到防水剂与发泡剂相容性的好坏,这是泡沫混凝土吸水率能否降低的关键。
2.3 防水剂的种类对吸水率的影响
防水剂按照主要成分分为无机质防水剂、有机质防水剂和复合防水剂三类。无机质防水剂主要包括:氯盐系,如氯化铁、氯化钙;硅酸钠系,如水玻璃;锆化合物等。有机质防水剂主要包括:脂肪酸及其盐类,如硬脂酸钙、硬脂酸锌;石蜡和沥青系,如石蜡微乳液;树脂及橡胶系类,如天然橡胶、合成橡胶胶乳;水溶性树脂系,如纤维素醚、聚乙烯醇;有机硅类,如甲基硅醇钠。复合防水剂包括无机复合防水剂、有机复合防水剂和无机-有机复合防水剂,主要是有机物和无机物通过物理或化学方式进行合成[7,22,23]。
单星本[24]等选择硬脂酸盐类、硅烷基类、有机硅三种防水剂,研究防水剂对泡沫混凝土吸水率的影响,研究发现,掺入硬脂酸盐防水剂的泡沫混凝土的吸水率低于掺入其它两种防水剂的泡沫混凝土,硬脂酸盐防水剂对不同密度的泡沫混凝土的吸水率均有改善作用。
胡君[25]研究了德国WACKER公司生产的不同有机硅防水剂对发泡水泥复合保温板单位面积吸水量、质量吸水率和体积吸水量的影响,结果发现,不同有机硅憎水剂对发泡水泥复合保温板的吸水率均有一定的降低作用。于宁[26]等研究了有机硅憎水剂、硅烷基憎水剂和胶粉基憎水剂对化学发泡法制备的干密度为250~300 kg/m3的泡沫混凝土的体积吸水率的影响,研究结果表明,憎水剂的掺量和种类对泡沫混凝土体积吸水率有较明显的影响,硅烷基憎水剂的效果最好,胶粉基憎水剂的效果最差。
李恒志[27]等考察了有机硅防水剂、硬脂酸钙和改性硬脂酸盐对超低密度泡沫混凝土体积吸水率的影响,结果表明,防水剂的种类和掺量对泡沫混凝土的吸水率的影响显著,其中,改性硬脂酸盐降低吸水率的效果最好,有机硅防水剂憎水效果最差。
李娟[28]等使用F1型憎水剂研究泡沫混凝土的吸水率,泡沫混凝土吸水率随着憎水剂掺量的增加而快速降低,在泡沫混凝土密度较小的情况下,憎水效果更加显著,当掺入的憎水剂过多时,泡沫混凝土吸水率的降幅减小,而且泡沫混凝土的强度基本不受憎水剂的影响。
徐建军[29]等通过添加了憎水剂、苯丙乳液及降低水灰比,对降低发泡水泥的吸水率进行研究,实验表明,掺入憎水剂、苯丙乳液和降低水料比,均能使复合发泡水泥板的吸水率大幅度降低。Zheng[30]等通过研究有机硅防水剂、高脂肪酸防水剂和防水剂F对发泡水泥吸水率的影响,结果表明,高脂肪酸防水剂能显著降低发泡水泥的吸水率,降低了68.2%,而有机硅防水剂的效果次于高脂肪酸防水剂,防水剂F的作用最差。
李静[31]等研究了乳化硬脂酸和乳化复合防水剂对水泥基复合保温材料吸水率的影响,结果表明,乳化复合防水剂的防水效果和增强效果均明显优于乳化硬脂酸,当乳化硬脂酸和乳化复合防水剂掺量分别为5%和5%时,试样的2 h、24 h吸水率分别为20.59%、47.64%和15.53%、34.53%。
李静[32]等通过掺加乳化硬脂酸防水剂和甲基硅醇类有机硅防水剂,研究防水剂种类对发泡保温材料吸水率的影响,研究结果表明,有机硅防水剂的效果优于乳化硬脂酸防水剂,当有机硅防水剂和乳化硬脂酸防水剂的掺量分别为4%和7%时,试样的2 h、24 h质量吸水率分别为14.45%、32.83%和18.34%、45.45%。
Du[33]等研究了有机防水剂和无机防水剂对泡沫混凝土吸水率的影响,结果表明,防水剂可以降低泡沫混凝土的吸水率,有机防水剂相比于无机防水剂有更好的效果。
杜传伟[34]等研究了有机类和无机类防水剂对发泡水泥吸水率的影响,选取苯丙乳液和氯化铁为防水剂,结果表明,相同掺量下,有机类防水剂对发泡水泥吸水率的降低效果明显优于无机类防水剂,当加入占水泥质量的2.5%的苯丙乳液防水剂时,制备得到的发泡水泥保温材料的吸水率为26.7%,与空白试样相比降低了59.8%。
由以上研究得出,目前在泡沫混凝土中使用效果较好的的防水剂以有机质防水剂居多,主要有脂肪酸金属盐类、石蜡乳胶类、有机硅类和可再分散聚合物类。以脂肪酸金属盐类为主体的防水剂,如硬脂酸钙、硬脂酸锌等,可以在一定程度上大幅度降低泡沫混凝土制品的吸水率,并且此类产品成本相对较低,但需要长时间的搅拌才能使其与浆体搅拌均匀。石蜡乳胶类防水剂在使用前必须经过乳化处理才能应用到泡沫混凝土中,但乳化方法会给泡沫混凝土的强度带来不利影响。有机硅类防水剂的种类很多,不仅可以内掺,而且其表面涂覆防水效果优异,但在泡沫混凝土防水处理中的效果并不理想。可再分散聚合物类防水剂能够改善泡沫混凝土的粘结性,但使用时掺量较大。
2.4 防水剂降低吸水率的作用机理
防水剂降低泡沫混凝土吸水率的作用机理根据处理方式的不同可分为以下两种情况:①表面防水处理,防水剂刷涂在泡沫混凝土表面后,防水剂通过在泡沫混凝土的表面形成一层憎水膜,阻止水蒸气的渗透,或者将防水剂刷涂在泡沫混凝土表面后,防水剂能渗入到泡沫混凝土的内部,在孔壁形成疏水性膜,并且填补泡沫混凝土当中的微孔隙,使泡沫混凝土的微观结构更加致密。以有机硅防水剂为例,有机硅防水剂的分子上带有的活性基团相互作用,构成一道网状疏水性硅氧烷膜,另外,有机硅防水剂的活性基团还可以与水泥颗粒上的-OH反应,生成带有Si-R基的硅烷链[35],填补在泡沫混凝土中的孔隙,使泡沫混凝土的微观结构更加致密,从而降低吸水率;②内掺防水处理,用于内掺防水的防水剂根据种类的不同,降低吸水率的作用机理也不同。Du[33]、杜传伟[34]等在泡沫混凝土中掺入有机防水剂和无机防水剂,分别对防水剂的作用机理进行了探讨,在掺入有机硅防水剂所得的泡沫混凝土SEM图像中可以看出掺入有机硅防水剂的泡沫混凝土的孔壁平滑,并覆盖有一层白色薄膜。李静[31,32]等探讨了乳化硬脂酸防水剂、乳化复合防水剂和甲基硅醇类有机硅防水剂的防水机理,认为乳化硬脂酸会在水泥水化产物的表面形成面积小、分布不均的保护膜,在聚乙烯醇的胶黏作用和乳化硬脂酸的填充、成膜作用的共同作用下,使掺有乳化复合防水剂材料的防水性显著提高,而有机硅防水剂则是经过一系列反应在材料内部形成憎水膜。
综合分析以上研究,可将内掺防水剂降低吸水率的作用机理分为以下三类。
当内掺防水剂为无机质防水剂时,无机质防水剂与水泥水化产物氢氧化钙反应,形成胶体或不溶性物质,填充泡沫混凝土的孔隙,提高抗渗性,降低了吸水率;当内掺防水剂为有机质防水剂时,由于有机质防水剂本身就是具有憎水作用的物质,其自身或者通过与水泥水化产物氢氧化钙反应生成憎水性强的物质,填充到泡沫混凝土的毛细孔及其间隙,提高泡沫混凝土的憎水性,或者有机质防水剂在泡沫混凝土中形成高分子薄膜或憎水层,使泡沫混凝土的表面张力发生变化,阻止毛细孔对水的吸收作用,以达到降低吸水率的作用;当内掺防水剂为混合防水剂时,通过防水剂中各组分的共同作用,优势互补,有效降低泡沫混凝土的吸水率。
通过以上分析可以得出,用于泡沫混凝土的防水剂应满足以下要求:与发泡剂的相容性好,不影响泡沫的稳定性,对泡沫混凝土的强度无不良影响,对环境友好。
3.1 减水剂的种类对吸水率的影响
在泡沫混凝土的制备中,因为发泡的需要,需要料浆的稠度较低,所以制备泡沫混凝土时需要的水灰比大,而高的水灰比则会降低水泥水化物之间的结合紧密度,同时多余的水蒸发冲出尚未硬化的塑性浆体,在试样内部留下大量空隙和毛细通道,导致泡沫混凝土的吸水率很高,而且泡沫混凝土的含水率越高,其导热系数越大,保温性能变差,这些缺陷都会影响泡沫混凝土的应用性能。因此可以通过降低泡沫混凝土的水灰比,降低其吸水率。减水剂是在保持新拌混凝土和易性相同的情况下能显著降低用水量的外加剂。对于泡沫混凝土来说,可认为减水剂是在保持流动性或一定稠度条件下,能减少拌合用水的外加剂。因为减水剂优良的减水作用,所以加入减水剂可使泡沫混凝土体系的水灰比降低,这是降低吸水率的有效方法。
减水剂按减水能力可分为普通减水剂和高效减水剂;按成分组成可分为木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂和聚羧酸盐系高效减水剂[36-40]。
管文[41]通过比较聚羧酸减水剂、三聚氰胺减水剂和萘系减水剂在泡沫混凝土中应用效果,发现萘系减水剂的综合效果最好,萘系减水剂不仅可以降低泡沫混凝土的吸水率,还可以其抗压强度。
钱中秋[42]等研究了不同种类减水剂对泡沫混凝土吸水率的影响,结果发现,掺入聚羧酸、三聚氰胺、萘系减水剂,可以降低水灰比,改善泡沫混凝土吸水率,综合对比三种减水剂对泡沫混凝土性能的影响可得,在泡沫混凝土中加入三聚氰胺减水剂更有利于优化泡沫混凝土性能。
李启金[43]等研究了萘系、三聚氰胺系、聚羧酸系、氨基磺酸盐系及脂肪族系减水剂与普硅发泡水泥的相容性,并研究了减水剂对泡沫混凝土性能的影响,结果表明,聚羧酸系减水剂最适合在普硅发泡水泥中使用,它与普硅发泡水泥体系有最好的相容性和最高的减水率,并且聚羧酸减水剂对普硅发泡水泥的力学强度、保温隔热性能及防水性能均具有提升作用。
赵怀霞[44]等以水泥和双氧水为基本材料,研究了泡沫混凝土的吸水率受萘系减水剂掺量的影响,结果表明,泡沫混凝土的吸水率随着减水剂掺量的增加,先增后减再增,减水剂加入后,水灰比减小,减少了形成连通孔的几率。
杜传伟[45]等研究了聚羧酸系高效减水剂对发泡水泥吸水率的影响,结果表明,掺加减水剂能够改善泡孔结构,降低吸水率,当减水剂用量为0.3%时,发泡水泥的吸水率达到45.60%,与基准试样相比降低了32.40%。
曹鹏妮[46]等研究了萘系减水剂掺量对陶粒增强水泥基自保温砌块的吸水率的影响,并对萘系减水剂的作用机制进行了探讨,结果表明,当萘系减水剂掺量为0.8%时,试样的吸水率相对最小为34.64%。
裴闪闪[47]等研究了硅酸钠、甲基纤维素和高效减水剂对以脱硫石膏-矿渣粉-水泥复合胶凝材料体系为胶凝材料的泡沫混凝土性能的影响。结果表明,水玻璃对泡沫混凝土性能有不利影响,甲基纤维素对改善泡沫混凝土的性能是有利的,而高效减水剂利于泡沫混凝土的起泡性和稳泡性的提高,有利于泡沫混凝土性能的改善。
杨钱荣[48]等研究了减水剂和甲基纤维素对泡沫混凝土的孔结构的影响,结果表明,适量的减水剂和甲基纤维素,有助于改善泡沫混凝土的孔结构。
阅读并分析大量文献可得出,减水剂能够降低泡沫混凝土的水灰比,降低吸水率,还能起到稳泡作用,改善泡沫混凝土的性能。而且同一减水剂在不同体系的泡沫混凝土中的效果也不尽相同,这主要与泡沫混凝土的组分(胶凝材料的种类、掺合料的种类以及外加剂的种类)有关。应用于泡沫混凝土中的减水剂,与普通减水剂相比,高效减水剂更受青睐,使用较多的减水剂有萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂和聚羧酸系高效减水剂。萘系高效减水剂不仅具有高效的减水率,而且还能提高泡沫混凝土的强度,但萘系减水剂与水泥存在适应性问题,当萘系减水剂掺量少时,坍落度损失会较快,当掺量稍高于饱和点时,又会出现严重的离析与泌水[49-51]。三聚氰胺系高效减水剂和萘系减水剂一样,具有高效减水率和显著的增强效果,不同的是三聚氰胺系减水剂对水泥品种适应性强,和其他外加剂的相容性好,对蒸汽养护的混凝土制品的适应性强。聚羧酸减水剂则是近年来发展最快的减水剂,它具有广泛的适应性和极高的减水率,并且在掺量较低时就有较好的减水效果。
3.2 减水剂降低吸水率的作用机理
减水剂加入泡沫混凝土浆体后,通过物理吸附和化学吸附,减水剂分子吸附在水泥颗粒表面,对水泥产生强烈的分散作用,降低了水泥颗粒间的吸引力,从而破坏水泥颗粒的絮凝结构,使絮凝体中的水释放出来,从而减少混凝土用水量,增大料浆的流动性,并且能使硬化后孔分布和孔结构得以改善,使泡沫混凝土的吸水率降低。减水剂在泡沫混凝土中的作用主要包括吸附分散作用、湿润作用和润滑作用,作用机理包括五个方面:①降低水泥颗粒固液界面能;②静电斥力作用;③空间位阻斥力作用;④水化膜润滑作用;⑤引气隔离“滚珠”作用[52]。
减水剂为表面活性剂,通过吸附分散作用,减水剂的疏水基团定向吸附在水泥颗粒表面,亲水基团指向水溶液,形成吸附膜,降低了水泥颗粒界面的固液界面能,提高了水泥的分散性,亲水基团发生电离使水泥颗粒表面带上电性相同的电荷,使水泥颗粒间产生静电斥力,可增加水泥的分散性,增大了浆体的流动性,使泡沫混凝土浆体更加均匀,有利于胶凝材料的水化[53],还可以减少泡沫的合并,形成稳定的气泡[54],也可以减少多余水分蒸发在孔壁中形成的毛细孔隙,使泡沫混凝土微观结构更加致密,降低连通孔率,从而降低了泡沫混凝土的吸水率。对于聚羧酸系高效减水剂[55,56]来说,该类减水剂呈梳状吸附在水泥颗粒表面,侧链伸入液相,使水泥颗粒间具有较强的空间位阻斥力,而静电斥力则相对较小。由于减水剂分子中含有大量的磺酸基(-SO3-)、羟基(-OH)、醚基(-O-)和羧基(-COO-)等亲水性较强的基团,可在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜,能够起到润滑作用,另一方面,这些极性基团可以使减水剂分子吸附在气泡液膜表面,降低其表而张力,增强气泡液膜弹性和柔韧性,提高其机械强度,从而提高气泡的稳定性。杜传伟[45]等对聚羧酸系减水剂的作用机理进行了探讨,一方面减水剂分子吸附于水泥颗粒表面,在静电斥力的作用下改善料浆的和易性,另一方面减水剂分子中带有的官能团可以降低气泡液膜表面的表面能,起到提高泡沫稳定性的作用。曹鹏妮[46]等认为萘系减水剂使水泥颗粒产生静电斥力促进其均匀分散,影响试样孔结构和水化产物,使试样具有较好的性能。同时,减水剂也会给泡沫混凝土带来不利影响。减水剂在泡沫混凝土中会产生消泡的现象,李启金[43]等对减水剂的消泡机理进行了探讨,认为减水剂的消泡作用主要由以下两点造成:①减水剂的加入降低了浆体的粘度,加剧了气泡的破裂;②减水剂分子会使气泡液膜的组成、结构等发生改变。
因此,对于泡沫混凝土中减水剂的选择应综合考虑各方面的因素,要有较高的减水率,与泡沫混凝土体系相容性好,没有消泡现象或者消泡现象较轻,不会对泡沫混凝土的性能带来不利影响,价格便宜,对环境友好。
泡沫混凝土的吸水率除了通过加入防水剂和减水剂加以控制外,还可以通过其他方法达到降低吸水率的目的。张水[57]等向粉煤灰和水泥的混合料浆中掺入不同用量的泡沫,研究发现,发泡水泥的吸水率与泡沫掺量有关,当掺量小于2250 mL/kg时,发泡水泥的吸水率低并具有较高的抗压强度。另外英国的研究人员[58]向普通硅酸盐泡沫水泥中加入陶瓷微珠,制备出了耐水性能尤为突出发泡水泥保温材料。美国研究人员[59]将泡沫分散于天然乳胶中,在水泥料浆中形成一种复合多相三明治材料结构,该种新型发泡水泥材料具有优良的密闭泡孔结构,使其具有较高的耐水性能。
随着泡沫混凝土广泛的应用,其良好的保温隔热性能和轻质的特点受到关注的同时,如何降低泡沫混凝土吸水率,进一步提高泡沫混凝土性能,成为了急需解决的问题。目前国内外学者在提高泡沫混凝土防水性能方面做了大量的研究工作,也取得了丰富的研究成果,但泡沫混凝土不同于普通混凝土,它是一个复杂的体系,还存在很多尚未解决的问题。结合目前的研究现状,建议集中研究于以下三点问题,并对其发展做出展望。
(1)在目前的研究中,很多都是直接使用适用于普通混凝土的减水剂和防水剂以降低吸水率,虽然可以达到降低吸水率的目的,但是一些防水剂和减水剂会出现消泡现象,会严重影响泡沫混凝土的其它性能。缺乏关于适用于泡沫混凝土体系的减水剂和防水剂的合成、使用方法以及对泡沫混凝土性能影响规律的系统研究,尤其缺乏关于减水剂和防水剂降低泡沫混凝土吸水率的作用机理的研究。因此在选择防水剂和减水剂时,要研究其与泡沫混凝土体系的相容性,并且研发适用于泡沫混凝土体系的防水剂和减水剂是值得深入研究的方向。
(2)泡沫混凝土的吸水率的高低与其抗冻融性密切相关,目前关于研究泡沫混凝土吸水率的文献较多,但大部分研究中仅用体积吸水率、质量吸水率及软化系数等参数来表征泡沫混凝土的吸水率,关于与吸水率相关的抗冻融性、抗渗性等多项性能系统性研究尚较为缺乏。因此在以后的研究中,可以将泡沫混凝土的抗冻融性、抗渗性等性能与吸水率的研究相结合,充分考虑实际应用条件,深度揭示泡沫混凝土吸水率与耐久性的关系,更全面的优化泡沫混凝土的性能。
(3)泡沫混凝土的防水性能与其孔结构密切相关,目前的文献中一般通过调节物料的配比、外加剂的种类和掺量、分析孔结构等方式对泡沫混凝土的吸水率进行研究,但极少有人研究泡沫混凝土的微观结构和水化产物对其防水性能有着什么样的影响,尤其是泡沫混凝土中水化产物的种类及含量的变化对其吸水率的影响,关于这方面的研究目前很少报道。今后应加强对泡沫混凝土微观结构和其水化产物的认识,结合XRD、SEM、DSC等技术,采用合理的方法对泡沫混凝土微观层面进行表征,探明泡沫混凝土微观结构和水化产物对防水性能的影响机制,以期形成一套较为完善的降低吸水率的理论体系。
[1] 丁 益,任启芳,闻 超,等.发泡混凝土研制进展[J].混凝土,2011,(10):13-15.
[2] 扈士凯,李应权,徐洛屹.国外泡沫混凝土工程应用进展[J].科技导航,2010,(10):48-50.
[3] 曾 亮,由继业,夏 艺.泡沫混凝土的研究进展与展望[J].上海建材,2012,(1):28-31.
[4] 揣 丹,刘开平.泡沫混凝土及其应用进展[J].山西建筑,2013,39(14):98-99.
[5] 管 文.影响泡沫混凝土吸水率的因素及改善措施[J].建筑砌块与砌块建筑,2011,(2):46-50.
[6] 贺 彬,黄海鲲,杨江金.轻质泡沫混凝土的吸水率研究[J].新型墙材,2007,(12):24-28.
[7] Mugahed A Y H,Nima F,Abang A A A. Properties and applications of foamed concrete;a review[J].ConstructionandBuildingMaterials,2015,101:990-1005.
[8] 何廷树.混凝土外加剂[M].西安:陕西科学技术出版社,2003:162-164.
[9] 唐 明,徐立新.泡沫混凝土材料与工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2013:115-118.
[10] 丁 曼.防水性泡沫混凝土研究[D].湖南:湖南大学学位论文,2011.
[11] 胡 璐.有机硅防水剂对泡沫混凝土的影响研究[D].重庆:重庆大学学位论文,2015.
[12] Muhammad N Z,Keyvanfar A,Majid M Z A,et al.Waterproof performance of concrete: A critical review on implemented approaches[J].ConstructionandBuildingMaterials,2015,101:80-90.
[13] 何廷树.混凝土外加剂[M].西安:陕西科学技术出版社,2003:164-169.
[14] Gerdes A,Meier S,Wittmann F H.A New Application for Water Repellent Surface Treatment. Water Repellent Treatment of Building Materials[C].Hydrophobe II,Aedificatio Publishers,Freiburg,Germany.1998:217-230.
[15] 张 伟,史 琛,项志敏,等.改性有机硅涂料对混凝土耐久性的影响[J].混凝土,2010,24(8):73-75.
[16] 朱桂红,赵铁军,Wittmann F H,等.氯离子侵蚀的混凝土进行表面防水处理的可行性研究[D].青岛:青岛大学学位论文,2007:32-48.
[17] 周述光,姬海君,宋学锋,等.高渗透性防水剂在轻质气泡水泥中的应用研究[J].新型建筑材料,2005,11:58-59.
[18] 刘民荣.石膏及其复合材料的防水性能研究[D].济南:济南大学学位论文,2011.
[19] 莫甲新.有机硅改性苯丙乳液的合成及其在石膏防水中的应用[D].武汉:湖北大学学位论文,2014.
[20] 侯 星,薛群虎,刘一军,等.轻骨料和防水剂对发泡保温材料性能的影响[J].硅酸盐通报,2015,34(1):125-130.
[21] 张磊蕾,王武祥.改善泡沫混凝土吸水性能的研究[J].建材技术与应用,2011,(6):1-3.
[22] 蒋亚清.混凝土外加剂应用基础[M].北京:化学工业出版社, 2004:138-139.
[23] 朱立德.有机硅类防水机在干混砂浆中的应用研究及其防水机理探讨[D].武汉:武汉理工大学学位论文,2008.
[24] 单星本,朱卫中.憎水泡沫混凝土性能试验研究[J].低温建筑技术,2015,(2):9-10.
[25] 胡 君.有机硅憎水剂对发泡水机复合保温板性能的影响[J].四川建材,2014,40(5):29-32.
[26] 于 宁,张云飞,谢慧东,等.憎水剂对化学发泡泡沫混凝土性能影响的试验研究[J].商品混凝土,2012,(9):34-35,43.
[27] 李恒志,潘志华.超低密度泡沫混凝土耐水性能改善的研究[J].混凝土,2014,(6):88-91.
[28] 李 娟,王武祥.改善泡沫混凝土吸水性能的研究[J].混凝土与水泥制品,2001,(5):43-44.
[29] 徐建军,刘宏亮,钱中秋,等.改善复合发泡水泥板性能的研究[J].新型建筑材料,2013,(2):38-40.
[30] Zheng Y,Pan C S,Li J,et al.The influence of different hydrophobic agent on the water absorptivity[J].AppliedMechanicsandMaterials,2014,(665):192-195.
[31] 李 静,李国忠.水泥基复合保温材料的防水性能研究[J].砖瓦,2015,(3):46-49.
[32] 李 静,李国忠.防水剂对发泡水泥保温材料的影响及机理探究[J].墙材革新与建筑节能,2014,(12):53-55.
[33] Du C W,Li G Z.Influences of different waterproofing agents on water resistance of foamed cement[J].AdvancedMaterialsResearch,2013,(662):327-330.
[34] 杜传伟,李国忠.发泡水泥保温材料的耐水性能研究[J].砖瓦,2013,(3):56-58.
[35] Gerdes A,Oehmichen D,Preindl B,et.al.Chemical reactivity of silanes in cement-based materials.Proceedings of hydrophobic IV,water repellent treatment of building materials[C].Zurich,Aedificatio Publisher,2005:47-58.
[36] 何廷树.混凝土外加剂[M].西安:陕西科学技术出版社,2003:50-65.
[37] 蒲德红,翟文光,周敬程.混凝土减水剂研究进展综述[J].山西建筑,2015,41(30):105-107.
[38] 刘从燕.减水剂在商品混凝土中的应用研究[D].南昌:南昌大学学位论文,2014.
[39] 张秀芝,杨永清,裴梅山.高效减水剂的应用与发展[J].济南大学学报,2004,18(2):139-144.
[40] 王 敏,李 悦.混凝土减水剂的研究进展[J].国外建材科技,2007,28(5):14-17.
[41] 管 文.减水剂对泡沫混凝土性能的影响[J].新型建筑材料,2011,(85):46-49.
[42] 钱中秋,李龙梓,高子栋,等.不同种类减水剂对泡沫混凝土性能影响的研究[J].粉煤灰,2014,(6):44-46.
[43] 李启金,郑钦烽,魏承炀,等.普硅发泡水泥适宜减水剂的研究[J].墙材革新与建筑节能,2015,(6):29-32.
[44] 赵怀霞,杨 雷,罗树琼,等.不同种类外加剂对超轻质泡沫混凝土性能的影响[J].新型建筑材料,2015,(1):52-55.
[45] 杜传伟,李国忠.减水剂对发泡水泥性的影响及作用机理研究[J].墙材革新与建筑节能,2014,(3):44-46.
[46] 曹鹏妮,苏秀霞.萘系减水剂对陶粒增强水泥基自保温砌块性能的影响[J].新型建筑材料,2015,24(2):33-36.
[47] 裴闪闪,张耀忠,杨钱荣,等.废石膏泡沫混凝土性能及影响因素[J].粉煤灰综合利用,2013,(6):10-13.
[48] 杨钱荣,王 冰,裴闪闪,等.脱硫石膏泡沫混凝土性能及相关性分析[J].粉煤灰综合利用,2013,(5):3-6.
[49] 覃维祖.高性能混凝土和外加剂的研究与应用[J].施工技术,2005,(4):3-7.
[50] 郭延辉,郭京育.中国建筑学会混凝土外加剂应用技术专业委员会编.聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005:20-65.
[51] 唐 明,徐立新.泡沫混凝土材料与工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2013:90-97.
[52] 何廷树.混凝土外加剂[M].西安:陕西科学技术出版社,2003:41-44.
[53] 蒋亚清.混凝土外加剂应用基础[M].北京:化学工业出版社,2004:130-137.
[54] 石 川,余其俊,韦江雄,等.泡沫混凝土中泡沫稳定性研究[A].中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会.2013年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[C].中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会,2013:5.
[55] 李祟智,冯乃谦,李永德.聚羧酸类高性能减水剂的研究进展[J].化学建材,2001,(6):38-41.
[56] Sakai E,Kang J K,Daimon M.Action mechanism of comb-type superplasticizers containing grafted poly-ethylene oxide chains,6th CANMET /ACI international conference[C].Nice,France,Oct,2000:75-90.
[57] 张 水,李国忠.发泡水泥轻质保温材料的制备与性能研究[J].墙材革新与建筑节能,2011,(5):33-36.
[58] Suryavanshi A K,Swany R N.Development of lightweight mixes using ceramic microspheres as fillers[J].CementandConcreteResearch,2002,32(11):1783-1789.
[59] Kunhanandan,Nambiar E K.Sorption characteristics of foam concrete[J].CementandConcreteResearch,2007,37:1341-1347.
Status and Prospects of Research on Reducing the Water Absorption of Foamed Concrete
CHUHui-chao,LYUXian-jun,ZHANGYan,WANGZhi-qiang
(College of Chemical and Environmental Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China)
Foamed concrete is widely applied in various fields as a new type of inorganic heat preservation material. But the foamed concrete has higher bibulous rate, which seriously affect the durability performance of foamed concrete. According to the research of domestic and external, this paper introduced the application performance of waterproofing agent and water reducing agent on foamed concrete,and the insufficient in the current study were pointed out. The paper also proposed the research direction and development proposals to reduce water absorption.
foamed concrete;water absorption;waterproofing agent;water reducing agent
国家自然科学基金项目(50974082);高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20133718110005);黄岛区科技项目(2014-1-37);山东科技大学科研创新团队支持计划项目(2012KYTD102).
褚会超(1992-),女,硕士研究生.主要从事矿物资源综合利用方面的研究.
TU528
A
1001-1625(2016)09-2852-08