1、1发泡水泥材料的研究进展摘要：发泡水泥的综合优势大于目前现有有机保温材料，是其理想的取代材料，同样比起其他保温材料也有其优势，有望成为未来建筑保温的主导材料。本文主要介绍了发泡水泥材料的研究及进展情况。 关键词：发泡水泥; 镁水泥; 泡沫聚苯乙烯( EPS) ; 纳米材料; 无机泡沫 中图分类号：TV42 文献标识码： A 引言： 随着我国提出的建设资源节约型社会的要求和国家节能降耗政策的相继出台, 节能型建筑材料势必将成为今后新型建材的发展方向。而研究高强度、低成本和高防火性、低密度的泡沫材料是亟待解决的课题。与其他水泥相比, 发泡水泥材料具有密度低、渗透率低、热导率低等特点, 料浆在搅拌过
2、程中混入气泡, 并形成发泡水泥拌合物, 浇筑入模后膨胀, 因而可以产生各种形状的发泡材料制品。随着发泡技术的进步, 发泡水泥已不仅仅应用于油田固井和井管保温, 而是以一种全新的轻型保温建筑材料出现在世人的面前。 与其他水泥相比，发泡水泥材料具有密度低、渗透率低、热导率低等特点，料浆在搅拌过程中混入气泡，并形成发泡水泥拌合物，浇筑入2模后膨胀，因而可以产生各种形状的发泡材料制品。随着发泡技术的进步，发泡水泥已不仅仅应用于油田固井和井管保温，而是以一种全新的轻型保温建筑材料出现在世人的面前。 无机化学发泡水泥的特点 无机化学发泡水泥是将能够发生化学反应并产生气体的物质即发泡剂引入由稳泡剂、胶凝材料
3、、细集料、水组成的体系中，控制温度使起泡剂反应产生气泡。其最佳的反应状态是在混合成型期间几乎不放出气体，而在成型后并在水泥初凝之前逐步反应完毕，最后形成一种轻质、保温、隔热耐火、隔音和抗冻性能的混凝土材料。无机化学发泡水泥具有以下的特点： 1.轻质： 由于无机化学发泡水泥密度等级从 401800kg/m3，可使建筑物自重降低 25%，甚至 30%40%。因此，可用做内外墙材料或非承重结构材料。 2. 保温隔热：无机化学发泡水泥中含有大量封闭的细小孔洞，孔洞中包含着大量气体，具有良好的保温隔热性能。一般情况下，随着密度的不断减小，导热系数也不断降低，当密度等级在 120290kg/m3 范围时，
4、导热系数在 0.0450.08W/(m?k)。 3. 隔音：无机化学发泡水泥内部存在大量封闭的多孔结构，使其良好的隔音性能，可以用作建筑物楼层、高速公路隔音板和地下建筑物顶层等建筑部位的隔音层。 4. 防火性：无机化学发泡水泥以水泥为主料，是无机不燃材料，根据 GB86242011建筑材料及制品燃烧性能分级检验，其检测数据远3远高于 A1 级材料要求，是一种优良的防火材料。 5. 抗震：无机化学发泡水泥由于密度小、质量轻、弹性模量低，在地震载荷作用下所承受的地震力小，震动波的传递速度慢，而且其结构的自震周期长，对冲击能量的吸收较快，因而减震效果显著。 国内发泡水泥材料的研究成果 近年来随着对聚
5、苯乙烯泡沫材料优良性能的深入了解, 发泡聚苯乙烯( Expanded polystyrene, EPS) 填充水泥材料已引起了科研人员的高度重视。发泡聚苯乙烯( EPS) 是一种轻质、内含不连续气孔的泡沫,具有密度低、比强度高、吸水率低、耐酸碱、保温性好等一系列优点, 但EPS 颗粒具有两大弱点: 第一, 由于 EPS 表观密度比较低,所以保温材料在搅拌过程中易产生离析; 第二, EPS 表面为憎水性, 与无机胶凝材料不润湿, 造成了其与水泥浆体界面黏结力比较差。因此, 需要对其表面进行化学处理。在以前的报道中, 大多数的研究人员采用界面添加剂( 环氧树脂或水溶性乙烯丙酸脂等) 来改善表面性能
6、, 但这大大提高了保温材料的成本。随着对发泡聚苯乙烯填充水泥材料研究的逐渐深入, 国内的研究者已经开始了 EPS 填充水泥泡沫材料在吸波性能方面的研究。大连理工大学的管洪涛通过对 EPS 填充水泥复合材料的试验研究发现, 该水泥材料具有良好的吸波性能。EPS 填充率和颗粒直径对材料的吸波性能具有明显的影响, 对室内电磁波的防护也起到了积极的作用。由于纯水泥试样损耗性能比较低, 而且水泥试样比较致密, 导致材料的透波性能比较差。而 EPS 是一种良好的透波材料。其颗粒在浆体内均匀分布, 引导入射电磁波进入材料内部, 并且在材料内部发生多次反射性散射, 4一方面增加了单颗粒对电磁波的吸收次数, 另
7、一方面也增加了散射过程中对电磁波的损耗。同时, EPS 填充水泥复合材料在加压过程中发生了较大变形, 但其破坏过程是逐渐的, 表明材料具有一定的韧性, 而纯水泥试样则是脆性破坏, 达到压力极限发生突然破坏, 说明 EPS 填充水泥复合材料具有较好的吸收能量的功能。Monzo 等早在 1999 年就指出下水道淤泥灰是一种再反应材料, 它的黏结力来源于火山灰特性。同时淤泥灰能够形成气孔结构是因为它的钙含量高和多孔结构。先前的研究大多集中在对淤泥灰的烧结形成产品或对资源的再利用方法上面, 如部分代替水泥或是作为沥青的添加剂。但这些做法都存在着高能耗的缺陷, 而文献5开发的新填料泡沫材料大大改善了淤泥
8、灰的利用现状, 并且取得了良好的效果。由于淤泥灰是微酸性材料, 不能提供充足的碱度与铝粉完成起泡反应, 所以要加入水泥提高碱度并增加了材料的黏结力。研究成果显示淤泥灰泡沫材料中淤泥灰的含量为 70%85%, 水固比为0.5%0.7%, 铝粉的掺量为 0.1%0.2%, 以此形成的泡沫材料的孔径只有0.1 !m, 而用普通铝粉激发的水泥泡沫材料孔径为 10 “m。因此淤泥灰泡沫材料形成的气孔更加均匀、密实, 热导率在 0.084 W/( m?K) 到0.102W/ ( m?K) 之间, 从而改善了材料的保温性能。研究成果显示控制材料的水固比能够更好的增强它的轻质特性和抗压性能。 无机化学发泡水泥
9、的研究方向 1. 我国对无机化学发泡水泥性能的研究还处在初级阶段，主要集中在力学性能和热工性能，即如何制得轻质高强的化学发泡水泥和降低其导热系数，缺少对性能的全面研究，更少涉及发泡机理和微观结构的研5究，所以对于化学发泡水泥的压缩性能、渗透性能、耐候性、发泡机理、微观结构等将成为研究热点。 2. 国内已有几个地方标准和行业标准，多是现浇地暖和屋面保温层，行业标准 JG/T2662011泡沫混凝土主要还是针对物理发泡混凝土，所以建立化学发泡水泥的相关标准迫在眉睫。 3. 发泡水泥制品强度低、密度与强度的矛盾以及易形成干缩裂缝等问题，在制品中尤为突出。兼具低密度和高强度的化学发泡水泥产品研发成为全
10、行业共同努力的目标。 4. 我国生产设备以中小型为主，多数是人工配料、电控手动操作，发泡水泥的质量难以保证。设法改进工艺流程及生产设备，向大型化、自动化、智能化方向发展，实现工业化稳定生产，对于化学发泡水泥的发展至关重要。 结束语： 化学发泡混凝土具有多种优良的性能，如吸能抗震抗爆、隔音吸音、吸收电磁波、透水过滤、抗渗抗潮、保水绿化、耐火、防火、抗冲击防护、漂浮承载等。生产中可利用工业废渣，造价低廉，且具有较好的施工性，是工业与民用建筑中应大力推广的新型绿色建材。 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J. 混凝土与水泥制品. 2011(12) 2 徐芬莲，赵晚群，姜雷山等泡沫混凝土在国内的研究与应用现状J商品混凝土，2011,(11): 24-26. 63 闫振甲泡沫混凝土建筑保温产品及应用J混凝土世界，2010,(4): 63-67. 4 张磊，杨鼎宜轻质泡沫混凝土的研究及应用现状J混凝土，2005,12(8): 44-48. 5 彭志辉,陈明凤,彭家惠等.废弃聚苯乙烯泡沫(EPS)外墙外保温砂浆研究J.重庆建筑大学学报,2007. 6 管洪涛,刘顺华,段玉平等.EPS 水泥复合材料的吸波性能与抗压性能研究J.材料科学与工程学报,2006.
