掺聚丙烯纤维粉煤灰泡沫混凝土制备及研究

掺聚丙烯纤维粉煤灰泡沫混凝土制备及研究

阮家铭

广东复特新型材料科技有限公司528300

摘要：粉煤灰泡沫混凝土是目前国内研究和应用最广泛的一种泡沫混凝土，具有轻质高强、保温隔热、隔音耐火、环保节能等优点。文中主要针对掺聚丙烯纤维粉煤灰泡沫混凝土制备工艺进行研究。

关键词：泡沫混凝土；粉煤灰；聚丙烯纤维

泡沫混凝土是含有大量封闭微孔的轻质材料，具有质轻、隔热保温、隔声，可泵性好和能回收工业废渣等优点。但泡沫混凝土也表现为强度偏低、吸水率大、收缩大、裂缝多和韧性差等缺点。纤维具有增韧、阻裂和增强等作用同，可以改变泡沫混凝土的孔结构，改善泡沫混凝土的力学性能。本文提出利用水泥、粉煤灰这一新的复合胶凝材料体系，探讨聚丙烯纤维粉煤灰泡沫混凝土的制备工艺。

1试验用原材料

粉煤灰泡沫混凝土的主要原材料为水泥、粉煤灰、石灰、具有一定水硬性的掺合料、.发泡剂及对泡沫有稳定作用的稳泡剂，必要时还应掺加早强剂等外加剂。

2制备工艺

2.1工艺流程图

粉煤灰泡沫混凝土的制备工艺主要包括粉煤灰活化激发、制泡稳泡、制浆混泡和浇注成型等四个关键工艺，还有PP纤维改性预处理、养护等工艺，其详细的工艺流程如图1所示。

图1粉煤灰泡沫混凝土制备工艺流程图

首先将粉煤灰、减水剂和水混合成粉煤灰稀浆，倒入立式胶体磨机进行超细粉磨，根据试验确定粉磨时间，然后取出烘于待用。按预定配合比将超细粉磨后的粉煤灰、水泥、石灰、石膏、水按一定比例加入搅拌机搅拌均匀，接着加减水剂、分散好的PP纤维搅拌均匀，再加早强剂和水玻璃继续搅拌，最后按设计好的干体积密度将一定量的高质量泡沫加入料浆中慢速搅拌3分钟即可，这样既保证了粉煤灰泡沫混凝土料浆的均匀拌和，又防止了泡沫的消泡。注模成型24h~48h后脱模，空气中喷水养护至龄期。

2.2制泡和稳泡工艺

制泡砂泵必须保证发泡筒洁净，没有影响制泡质量的杂质如铁锈等存在，搅拌时转速在1200r/min以上，搅拌时间以泡沫达到均匀细小稳定为界限，试验中制泡时间控制在10min左右，主要分为以下几步：

（1）将水加入砂泵的发泡筒，开机搅拌使水高速旋转，然后加入十二烷基苯磺酸钠发泡剂，泡沫会迅速增加，直到泡沫相对稳定，泡沫量最大，十二烷基苯磺酸钠与水的最佳比例为60g十二烷基苯磺酸钠发泡剂加450mL水即1：7.5。

（2）发起的泡沫中加入60mL三乙醇胺，泡沫粘度增大，很快呈牛奶状白色乳液，继续搅拌3~5分钟。

（3）待泡沫均匀稳定时，加入30mL花生油酸，泡沫粘度逐渐增加，泡沫循环速度减缓，搅拌3分钟，待泡沫变得均匀细小，泡径小于1mm时，即可将泡沫导出直接加入已搅拌均匀的混凝土料浆中。

2.3粉煤灰活化激发工艺

在泡沫混凝士中引入粉煤灰等混合材的直接结果是混凝土的强度降低，采用对粉煤灰等混合材的活化可以减轻强度降低的程度。目前，粉煤灰等混合材活化的方法主要有机械活化和化学活化两种。前者主要是通过机械磨细的方法使粉煤灰等混合材的粒度变小，增加反应过程中与碱性物质的反应机会；后者则是通过引入-一些化学物质激发和加速粉煤灰等混合材与碱性物质的反应，从而使粉煤灰等混合材的潜在水硬活性得到快速发挥，以减轻强度降低的幅度。粉煤灰是由各种颗粒机械混合而成的群体，其中多为球形玻璃体，比表面积较大，其矿物组成主要是玻璃相、石英、赤铁矿及少量未燃烧碳粒。

以粉煤灰机械活化为例，机械活化粉煤灰就是要破坏玻璃体表面坚硬而致密的包裹层，或者粉碎玻璃体颗粒，使其表面变得粗糙或产生裂纹。粉磨能破坏阻碍粉煤灰火山灰效应的颗粒外层坚硬的玻璃质外壳，增加参与火山灰效应的表面，有利于Ca2+离子渗透和玻璃体中硅、铝的溶解。从微观角度讲，粉磨能促进粉煤灰颗粒原生晶格的破坏，切断网络中Si-O和Al-O生成基（原子团）和带电荷的破断面，提高结构不规则和缺陷程度，反应活性增大。粉煤灰具有掺合料和生成胶凝材料的双重效果，它的颗粒越小则活性越大，制成的泡沫混凝土强度越高。因此通过对粉煤灰的超细粉磨可以破坏玻璃体颗粒，增大粉煤灰的比表面积，激发活性，充分接触混合料，提高水化反应的速度，而且可以作为泡沫混凝土气孔壁的重要填充材料。试验结果表明，粉煤灰的细度与混凝土强度有较好的相关性，特别是小于45μum粉煤灰颗粒对混凝土强度尤其是早期强度的贡献更为明显，颗粒分布为2~10um时粉煤灰活性最好。值得注意的是，粉煤灰的细度并非随粉磨时间的延长而提高。伴随粉磨，微细粉体产生凝聚，即出现粉碎平衡，对粉煤灰的进一步细化不利。为此，粉磨中采用表面活性剂作为助磨剂，确保磨细灰的细度指标。

粉煤灰的超细粉磨采用立式胶体磨机，利用加水湿磨法进行，即将粉煤灰和水充分混合成为料浆以后，再倒入胶体磨机中进行粉磨。为减少粉煤灰的用水量，可以加入一定量的高效减水剂。超细粉磨的粒径在粉磨的过程中逐步由18μm调小至5μm，超细粉磨的时间根据试验的结果不断予以调整，以得到一个比较合理实用的超细粉磨时间。

2.4聚丙烯（pp）纤维浸渍改性预处理

（1）聚乙烯醇浸渍

把聚乙烯醇和水按1：20的比例准备好，首先将水放入烧杯，在电磁炉上加热，当水沸腾后，慢慢将聚乙烯醇加入，同时用玻璃棒不断搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解。然后把PP纤维放入溶液中，用玻璃棒搅拌使其完全分散，取出PP纤维待用。

（2）水玻璃浸渍

将PP纤维放入水玻璃溶液中，用玻璃棒搅拌使其完全分散，取出PP纤维待用。

2.5搅拌成型工艺

泡沫混凝土的搅拌与普通砂浆或混凝土的搅拌有很大的不同，必须分为两个阶段进行：第一阶段为胶凝材料浆体制备，第二阶段是泡沫混凝土浆体制备，两个阶段浆体性质大不相同。制备胶凝材料浆体时，在固体原料开始上料时先开启搅拌，在搅拌状态下继续加料。在胶凝材料浆体制好后，不需停机，可在搅拌状态下陆续向机内加入泡沫，或分两次加入泡沫。当采用普通硅酸盐水泥时，搅拌的时间长短对泡沫混凝土的影响很大。试验结果表明，随着水化时间的延长，泡沫混凝土的强度呈上升趋势，密度呈下降趋势。对于普通硅酸盐水泥，泡沫加入时间可定为水泥水化后30min为宜。

实际操作中，将泡沫掺入到浆体中继续搅拌（5min为宜）可得到较稳定的发泡浆体，延长搅拌时间可使浆体体积进一步增大，但成型后的塌缩现象较明显；泡沫掺入混凝土料浆形成泡沫浆体时，泡沫体积有损耗，损耗率约为10%~15%。当泡沫均匀混合后，浆面看不到一层漂浮的泡沫时，泡沫浆就制备完成，可以出料浇注。

2.6养护工艺

泡沫混凝土表面的泡沫破裂是不可避免的，在水平和垂直方向均可发生，但因表面干燥脱水出现的微裂纹却可设法避免。泡沫混凝土浇注后应用镘刀刮平，本试验采用空气中喷水自然养护的方法。自然养护的粉煤灰泡沫混凝土拆模后继续硬化，为防止混凝土表面过度失水，视气候的不同进行喷水养护，一般在拆模后10~15天内每天喷水3~4次；后续10~15天内每天喷水2次，继续喷水到龄期。泡沫混凝土的强度较低，浇注后24h内要注意维护，禁止脚踩，更不允许将石块、木块或其他物品压在上面。当成型脱模后，泡沫混凝土的表面可以看到均匀细小的气孔。

3结语

粉煤灰掺人量对泡沫混凝土的强度有一定影响，随着其掺量的增加泡沫混凝土的强度有一定幅度的提高。粉煤灰掺量的增多，通过对显微镜照片的分析，孔直径会有一定增加孔分布均匀且孔径大小儿乎相同，使该泡沫混凝土的热工性能提高，从而满足节能要求。在泡沫混凝土中掺入聚丙烯（PP）纤维，尤其是使用聚乙烯醇改性的PP纤维，能够有效提高泡沫混凝土的抗折强度，同时对泡沫混凝土的抗压强度也有较大的影响，但对其干体积密度并没有明显的影响。

参考文献：

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