1 泡沫混凝土結(jié)構(gòu)缺陷與抗壓強度偏低的原因分析
1.1 泡沫混凝土表面粗糙、竄孔、密度不勻、抗壓強度偏低的原因
當(dāng)泡沫單獨存在時，泡與泡是緊密排列的。在泡沫內(nèi)部，立體幾何知識告訴我們，就某個氣泡而言，在緊密排列的情形下，在該泡周圍、泡心與 該氣泡泡心共面的氣泡可有6個、并且只能有6個；而在該平面上方或下方，都分別只能有3個氣泡與中心氣泡緊密接觸。這表明在泡沫中，沒有一個泡是真正的球形，而是一個正十二面體。在水泥、粉煤灰漿料中，必須有足夠的水滿足下列需要：①充分潤濕水泥、粉煤灰顆粒表面；②水泥初期快速水化所需的 水分；③泡沫表面吸附水分。否則，在攪拌過程，易導(dǎo)致泡沫破裂。就泡沫與水泥、粉煤灰漿料的混合過程而言，由于泡沫和水泥、粉煤灰漿料的連續(xù)相均為水相， 因而水在這里起著“橋梁作用”。在混合過程中，水泥或粉煤灰顆粒完全可能使泡壁向內(nèi)凹陷。如果發(fā)泡劑是簡單的小分子表面活性劑，物理化學(xué)原 理告訴我們，這種泡沫最容易破裂；如果添加高聚物作為穩(wěn)泡劑，那么高聚物分子的兩端完全有可能同時吸附在兩個或多個泡表面，它勢必阻擋水泥、粉煤灰顆粒進 入這些泡之間，強行攪拌，就難免將泡拉破。即使發(fā)泡機生產(chǎn)的泡沫泡徑再均勻，由于泡沫表面的泡與其內(nèi)部的泡所處環(huán)境不同，致使泡沫接 觸水泥、粉煤灰漿料后必定會產(chǎn)生少量的大泡或小泡。表面化學(xué)原理告訴我們，相鄰的小泡和大泡，由于小泡的附加壓力大于大泡的附加壓力，故小泡會破裂，使大 泡更大。泡沫破裂，使2個、3個、以致多個氣泡合成一個氣泡。這個過程使泡沫的總表面積不斷縮小。由于每個氣泡所處的環(huán)境以及它們的初始直徑差異，大泡會 越變越大，這就是泡沫混凝土表面粗糙、鼓泡、內(nèi)部竄孔、空鼓產(chǎn)生的原因。泡沫破裂在形成大泡的同時，必有一部分表面活性劑被吸附在水泥、粉煤灰顆粒表面， 從而影響水泥與水泥、水泥與粉煤灰之間的凝結(jié)。這種情況，在高容重的情況下，由于因吸附表面活性劑而全部或部分失去凝結(jié)能力水泥、粉煤灰顆粒相對較少，因 而對水泥與水泥、水泥與粉煤灰之間的凝結(jié)影響也較小。然而在低容重的情況下，如果泡沫破裂達到50％以上，則泡沫混凝土的抗壓強度將顯著下降，即出現(xiàn)整體 疏松或上下抗壓強度差異顯著以及總體抗壓強度偏低的問題。
理論推算和實驗現(xiàn)象都證明，大泡所受的上升力遠(yuǎn)大于小泡。當(dāng)大泡大到其所受上升力足以克服其所受阻力時，就會上浮。如果上浮過程較慢，即在混凝土漿料初凝后大泡仍未到達混凝土漿料表面，則雖不會出現(xiàn)“塌�！�，但會出現(xiàn)泡沫混凝土上下抗壓強度差異的問題。
如果發(fā)泡劑含有如阿拉伯膠、羥丙基纖維素醚等物質(zhì)，或另外在泡沫混凝土漿料中添加此類物質(zhì)，雖然可以減少破泡率，避免破泡表面活性劑對泡沫混凝土漿料凝結(jié) 的影響，使所得泡沫混凝土抗壓強度有所提高，但這些物質(zhì)本身也會影響泡沫混凝土漿料的凝結(jié)，導(dǎo)致泡沫混凝土的比抗壓強度仍不能令人滿意。
1.2 泡沫混凝土產(chǎn)生“鼓泡”、“空鼓”的原因
“空鼓”現(xiàn)象的發(fā)生，不是泡沫混凝土的“專利”。一般的水泥砂漿，無論是抹墻或者是鋪地，如果水泥砂漿接觸的表面處理不好同樣會產(chǎn)生“空鼓”。泡沫混凝土 產(chǎn)生“空鼓”，說到底是在地暖和屋面泡沫混凝土澆注施工前，澆注泡沫混凝土的表面不平整，或吸水能力有較大差異、或粉塵清理不干凈，甚至有油污造成的。澆 注表面較高的地方或粉塵較多的部位，在用水灑濕澆注表面時，往往吸水不足。因而在泡沫混凝土漿料澆注后，這些部位將繼續(xù)從泡沫混凝土漿料中吸收水分并排出 其內(nèi)部的空氣。如果排出空氣的速度較快，便產(chǎn)生“鼓泡”；如果這種空氣排出過程所需的時間長于泡沫混凝土漿料初凝的時間，就必然會產(chǎn)生“空鼓”。
2 泡沫混凝土開裂的原因分析
普通水泥制品，若不使用沙子，照樣存在開裂問題；若僅使用沙子不使用石子，經(jīng)過幾年的冬夏冷熱變化仍然會開裂；若使用沙子、石子而不是用鋼筋，經(jīng)過幾十年 的時間，開裂的情況也屢見不鮮�？梢姡_裂是硅酸鹽等膠凝材料的經(jīng)不起惡劣氣候影響的特性之一。然而，對于3～4級泡沫混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而言，形成泡壁的 混凝土厚度一般在零點幾毫米，并且眾多相互連接的泡壁形成了曲曲折折的結(jié)構(gòu)，按說低級別的泡沫混凝土應(yīng)具有比普通混凝土更好的伸縮性能。關(guān)于這一點，實驗 室的冷熱試驗（-15～50℃，400次）也表明3～4級泡沫混凝土的確具有很好的抗冷熱沖擊性能。那么，在實際生產(chǎn)中，為什么泡沫混凝土總是出現(xiàn)開裂現(xiàn) 象呢？人們首先想到的是“實驗室的泡沫混凝土塊頭太小”，如果真是如此，那也應(yīng)當(dāng)在排出了其他影響因素之后再講：“哪個級別的泡沫混凝土、在什么尺寸范圍 內(nèi)才具有較好的抗裂性能。事實上，材料的不均勻性、柔韌性、內(nèi)應(yīng)力、干縮、冷熱沖擊以及材料的晶化等都是是造成其開裂的原因。其中冷熱沖擊是材料必須面臨 的環(huán)境因素，而柔韌性、內(nèi)應(yīng)力、干縮、材料的晶化是材料的固有特性。對于地暖和屋面泡沫混凝土保溫層，導(dǎo)致其開裂的重要原因還在于泡沫混凝土終凝之后，它 較其附著的基材仍有很大的收縮比。因此，要減少或者消除泡沫混凝土的開裂，只能從力求制備均勻的泡沫混凝土漿料和添加抗裂材料著手。
3 泡沫混凝土常見問題解決對策
3.1 選擇最佳的發(fā)泡劑是解決表面粗糙、竄孔、密度不勻、抗壓強度偏低的關(guān)鍵
要保證泡沫混凝土的質(zhì)量，選擇發(fā)泡劑應(yīng)首先看其泡沫在混凝土漿料中的穩(wěn)定性，其次看發(fā)泡倍數(shù)是不是足夠大。這是因為，泡沫在混凝土漿料中比較穩(wěn)定就意味著 破泡很少，泡徑變大的速度很慢，氣泡所受上升力不能克服其所受阻力，于是形成整體密度均勻的混凝土漿料，這就避免了由于發(fā)泡劑方面引起的泡沫混凝土的常見 問題，如鼓泡、內(nèi)部竄孔、空鼓和上下密度差異等問題；雖然泡沫在水泥、粉煤灰漿料中混穩(wěn)定，但發(fā)泡劑本身的發(fā)泡倍數(shù)很低，那么單位質(zhì)量發(fā)泡劑的泡沫混凝土 產(chǎn)量肯定也上不去。
傳統(tǒng)泡沫劑存在起跑組分與穩(wěn)泡組分相互制約的矛盾�！芭堇洗蟆迸芁C-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑，它集起泡與穩(wěn)泡功能與一身，不但發(fā)泡倍 數(shù)可達5.3m3/kg（泡徑0.2mm），而且接觸水泥、粉煤灰漿料后會變得更穩(wěn)定。其所以發(fā)泡倍數(shù)高，是因為這種泡沫劑，如同普通表面活性劑一樣，可 以降低水的表面張力，不像傳統(tǒng)發(fā)泡劑的穩(wěn)泡組分“高聚物”那樣，一方面穩(wěn)了泡，另一方面又增加了水的表面張力，降低了發(fā)泡倍數(shù)。
LC-01型發(fā)泡劑，其泡沫表面親水集團與水分子的“氫鍵作用力”與水泥、粉煤灰顆粒表面與水分子的“氫鍵作用力”均小于水泥、粉煤灰顆粒與泡沫表面親水 集團的“化學(xué)鍵力”，因此，LC-01型發(fā)泡劑泡沫容易與水泥、粉煤灰漿料混合。加上其羧基能與鈣離子鍵合，故在水泥漿料中，能在泡沫的泡表面形成球形網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，從而使泡沫變得更加穩(wěn)定。
由于發(fā)泡倍數(shù)與泡徑成正比，工業(yè)發(fā)泡機的泡沫直徑較小，故實際生產(chǎn)中，“泡老大”發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)約為3.5～4.0m3/kg，故其實際使用效率為 3.8m3/kg，即使用32.5號水泥、摻入40％粉煤灰，每公斤“泡老大”發(fā)泡劑可生產(chǎn)4級泡沫混凝土3.8m3/kg。該試塊28天的抗壓強度 ≥1.0MPa。
“泡老大”發(fā)泡劑的特殊結(jié)構(gòu)以及允許粉煤灰的摻入，對提高泡沫混凝土的抗壓強度和防止泡沫混凝土的開裂也是十分有利的。
3.2 選擇發(fā)泡劑最佳的稀釋倍數(shù)
每一種泡沫混凝土發(fā)泡劑，都存在一個最佳的稀釋倍數(shù)。這是因為在發(fā)泡劑原液中，表面活性劑的絕大部分都是以膠束的形式存在。稀釋倍數(shù)過小，勢必有一部分表 面活性劑仍保持膠束狀態(tài)，這不僅浪費了發(fā)泡劑，而且這些膠束在混凝土漿料中勢必影響混凝土的凝結(jié)。稀釋倍數(shù)過大，泡沫表面必會含有較多的、由水分子形成的 易破碎表面，導(dǎo)致泡沫破裂。此外過量的無用的水分從泡沫混凝土漿料中泌出，也將導(dǎo)致泡沫混凝土表面下降。理論上說，某種發(fā)泡劑的最佳稀釋倍數(shù)，應(yīng)能使一定 量發(fā)泡劑生成泡沫的總面積與其所含表面活性劑按“頭并頭、腳并腳” 緊密排列時所占有的面積相等。
3.3 選擇最佳的水灰比
由發(fā)泡劑泡沫與混凝土漿料的作用過程分析可知，水灰比加大，則泡沫與混凝土漿料易于混合，泡沫破損率將降低，這顯然有利于泡沫混凝土漿料的凝結(jié)。但是如果過大，一方面會增加泡沫混凝土漿料的初凝時間，另一方面多余的水分泌出會引起泡沫混凝土表面下降。如果水灰比太小，一方面攪動混合時，易引起泡沫破 裂，另一方面會降低泡沫混凝土漿料的流動性，引起泡沫混凝土表面粗糙。有同志提出，用減水劑來提高泡沫混凝土漿料的流動性問題，筆者認(rèn)為這不是一個好辦法。因為對優(yōu)質(zhì)泡沫混凝土發(fā)泡劑，木質(zhì)素磺酸鹽，羥丙基纖維素醚等減水劑，最終會使泡沫混凝土的抗壓強度降低；但對那些劣質(zhì)發(fā)泡劑而言，使用減水劑可以減少破泡率，兩因素相抵，總的來說抗壓強度還是能提高一些的。
3.4 改進泡沫混凝土發(fā)泡機
現(xiàn)有的泡沫混凝土發(fā)泡機，存在的弊病有四：一是水泥、粉煤灰的配料比、水灰比靠人工憑經(jīng)驗確定，很難保證泡沫混凝土的均質(zhì)要求；二是泡沫與水泥漿料的混合 比，隨著樓層的升高而變化，且很難生產(chǎn)300kg/m3的泡沫混凝土；三是泡沫混凝土漿料輸送過程中，泡泡率隨著樓層升高迅速升高，難以保證高層樓層泡沫 混凝土制品的質(zhì)量；混合管設(shè)計不合理，容易導(dǎo)致破泡且難以保證水泥漿料與泡沫混合均勻。因此可以說，現(xiàn)有的泡沫混凝土發(fā)泡機是導(dǎo)致泡沫混凝土開裂的重要原 因之一。
為此，我們設(shè)計開發(fā)了新一代泡沫混凝土發(fā)泡機，即《高層泡沫混凝土產(chǎn)輸機》，并且申請了國家專利（201020242955.5）�！陡邔优菽炷廉a(chǎn)輸 機》設(shè)計了結(jié)構(gòu)新穎的的“泡沫與混凝土漿料混合管”，發(fā)泡劑的稀釋比、水泥和粉煤灰的配比、水灰比以及水泥漿料與泡沫的混合比等參數(shù)可以提前設(shè)置，并由機 械控制，不存在輸送過程中的泡沫破裂問題，輸送高度僅受液壓泵的輸送功率限制，所需總動力也比傳統(tǒng)發(fā)泡機降低20％左右。新設(shè)計的泡沫、漿料混合管，不但 混合均勻，而且不易破泡，并允許使用聚丙烯等短纖維作為泡沫混凝土的抗裂劑。水泥、粉煤灰總質(zhì)量的0.2～0.4％的聚丙烯等短纖維的加入就可以有效地防 止泡沫混凝土的開裂。
3.5 做好待澆注泡沫混凝土場地的表面處理
由1.2節(jié)的分析可知，做好待澆注泡沫混凝土場地的表面處理是防止泡沫混凝土保溫層產(chǎn)生“空鼓”的有效措施，越是質(zhì)量好的發(fā)泡劑，越是要注意這個問題。這 是因為，由質(zhì)量差的發(fā)泡劑制得的泡沫混凝土漿料，一旦接觸吸水性強的界面部位，會立即破泡、離析并在這些部位生成一層致密的混凝土保護層，從而使人們觀察 不到“空鼓”的現(xiàn)象，但與此同時，泡沫混凝土的其他毛病如疏松、密度不勻、開裂、抗壓強度偏低等將與之伴生。
4 結(jié) 論
決定泡沫混凝土質(zhì)量的客觀因素之一是發(fā)泡劑的質(zhì)量好壞；客觀因素之二是發(fā)泡機的性能。對于一個存在先天缺陷的發(fā)泡劑，即使發(fā)泡劑的稀釋倍數(shù)、水灰比都調(diào)到 最佳狀態(tài)，精心施工、合理養(yǎng)護也難免不出現(xiàn)這樣或那樣的問題。因此，認(rèn)真探討發(fā)泡劑的作用原理、泡沫與水泥、粉煤灰漿料的混合機理，尋找出各種影響泡沫混 凝土質(zhì)量因素，對我們解決泡沫混凝土的常見問題都將是有益的。
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