《无机非金属材料专业毕业论文30827.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机非金属材料专业毕业论文30827.doc（26页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1. 毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 适用于水泥基保温板的发泡剂的实验研究 系部： 材料工程系 专业： 无机非金属材料 1设计（论文）的主要任务及目标本课题是水泥基防火外墙保温板的一个子课题，主要进行发泡剂配比和使用方法方面的工作。针对硫铝酸盐水泥和氯氧镁水泥泡沫体系（添加可再分散乳胶粉和纤维），学校表面活性剂方面的基础知识，查阅大量期刊和专利文献资料，提供多种发泡剂配比进行发泡试验，主要考察泡沫稳定性、泡沫大小及其分布均匀性等，为水泥基防火外墙保温板的研究开发提供技术支撑。发泡是在发泡机上进行，试验在两边开展。2设计（论文）的基本要求和内容论文包括如下内容：序言：水泥基防火外墙保温
2、板开发的重要性。文献综述：泡沫混凝土发泡机理及其发泡剂实验部分：实验材料、仪器装置、实验方法。实验结果和讨论：泡沫稳定性试验、泡沫大小均匀性试验、泡沫均布试验。结论：给出发泡剂的配比和使用方法的结论。参考文献：按照学校要求格式列出文中引用的所有参考文献。3主要参考文献1刘佳奇,霍冀川,雷永林,李娴.发泡剂及泡沫混凝土的研究进展.化学工业与工业,2010,(1):3.4.2王箴.化工辞典.1992,(3):565.567.3张亨.发泡剂研究进展.塑料助剂,2001,(4):24.26.4肖功方,孙美玲,刘凯光,等.用环戊烷作发泡剂的聚氨醋发泡机设备系统的改造.聚氨醋工业，2007,22(1);3
3、4.36.5ASHFORD P.Blowing agent blends.A solution to theinsulation foam producersdilemma.Urethanes Tech.nology,2006,23(1):56.584进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1资料查阅与消化工作，完成开题报告2月27日至3月20日2制定实验方案，准备原料，组装实验装置3月21日至3月31日3实验工作4月1日至5月20日4处理实验数据，撰写论文5月21日至6月10日5制作答辩PPT，准备论文答辩6月11日至6月15日适用于水泥基保温板的发泡剂的实验研究 摘 要本实验以十二烷基
4、苯磺酸钠、氢氧化钠、明胶、氯化亚铁、淀粉、三乙醇胺、水为原料制造发泡剂，以发泡倍数和泡沫稳定性为检测指标，进行了6因素2水平的正交实验。结果表明：影响发泡剂发泡倍数的原料依次为氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠；影响泡沫稳定性的依次为氯化亚铁、淀粉、三乙醇胺。最佳原料配比为十二烷基苯磺酸钠4.25%、氢氧化钠2%、明胶6%、氯化亚铁0.4%、淀粉1.25%、三乙醇胺2%，其余为水。关键词：发泡剂，发泡倍数，泡沫稳定性，水泥The experimental study of foaming agent Applicable to cement boardAbstract This experiment
5、with twelve sodium alkyl benzene sulfonate, sodium hydroxide, starch, gelatin, ferrous chloride, triethanolamine and water as raw materials to manufacture a foaming agent, foaming multiple and foam stability as indexes, the6factors and 2 levels orthogonal experiment. The results showed that : the ef
6、fect of foaming multiples of the raw material in sodium hydroxide, twelve sodium alkyl benzene sulfonate; influence foam stability are ferrous chloride, starch, triethanolamine. The best ratio of raw materials for sodium dodecyl benzene sulfonate 4.25%, sodium hydroxide 2%, 6% gelatin, 0.4% ferrous
7、chloride, 1.25% starch, 2% of triethanolamine, the rest is water.Key words: foaming agent, foaming multiples, foam stability, cement1 引言71.1 水泥基防火保温材料开发的意义71.2 硅酸盐、硫铝酸盐、氯氧镁水泥基等保温板的性能和应用条件81.2.1普通硅酸盐水泥基保温板的性能和应用条件81.2.2 硫铝酸盐水泥的性能和应用条件81.2.3 氯氧镁泡沫水泥的性能和应用条件81.3泡沫混凝土92文献综述112.1发泡剂112.2发泡剂的分类112.3发泡剂的发展
8、112.3.1松香树脂类发泡剂(第一代发泡剂)112.3.2合成类发泡剂（第二代发泡剂）122.3.3蛋白活性物型发泡剂（第三代发泡剂）122.3.4复合型发泡剂（第四代发泡剂）132.4发泡剂在各个领域的应用132.5应用于水泥基防火保温材料的发泡剂142.6水泥发泡剂的研究方向153 实验部分173.1水泥发泡剂的制作173.1.1实验材料173.1.2实验装置173.1.3试验方法173.2成品质量检验183.2.1发泡倍数检验183.2.2泡沫稳定性检验184 实验结果和分析194.1水泥发泡剂配比的正交试验194.1.1十二烷基苯磺酸钠对发泡剂性能的影响204.1.2氢氧化钠对对发泡
9、剂性能的影响204.1.3明胶对发泡剂性能的影响214.1.4氯化亚铁对发泡剂性能的影响224.1.5淀粉对发泡剂性能的影响224.1.6三乙醇胺对发泡剂性能的影响234.2 新型发泡剂的性能234.2.1 发泡剂最优配比与市售发泡剂的性能对比234.2.2 新型发泡剂的应用235 结论及建议245.1结论245.2建议24参考文献251 引言1.1 水泥基防火保温材料开发的意义外墙外保温板是用于外墙外表面，对建筑物起到保温隔热作用的建筑构件。长期以来，外墙外保温板的保温材料多采用聚苯乙烯泡沫板(EPS)或聚苯乙烯挤塑板(XPS)等导热系数小的泡沫塑料板，但是泡沫塑料属于易燃性材料，如果建筑物
10、室内起火，外墙外保温板的泡沫塑料保温材料会受到高温软化，导致脱落，严重的还会助燃，燃烧放出的毒气使人中毒昏迷甚至死亡，燃烧时产生的烟气使能见度降低，给灭火救援工作带来一定的难度。已有的绝热板多采用模塑聚苯乙烯塑料泡沫板和挤塑聚苯乙烯塑料泡沫板，此类材料导热系数小，绝热性能好，但强度比较低，防火性能差。接连发生的由建筑外保温系统及外装饰材料引发的火灾事故表明，建筑节能与建筑装饰的防火安全问题十分突出、滋待解决1。随着社会发展，建筑物的防火性能越来越受到重视，对建筑防火等级要求的也有所提高。为有效防止建筑外保温系统火灾事故，2009年9月25日，公安部、住房和城乡建设部联合制定了民用建筑外保温系统
11、及外墙装饰防火暂行规定(公通字【2009】46号)，民用建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级，且不应低于B2级。高度大于等于100m的住宅建筑和高度大于等于100m的住宅建筑，其保温材料的燃烧性能应为A级。当采用Bl，B2级保温材料时，按规定的层数应设置水平防火隔离带，规定需要设置防火隔离带时，应沿楼板位置设置宽度不小于300mm的A级保温材料。通常A级材料有水泥珍珠岩，加气混凝土块，岩棉、玻璃棉等，水泥珍珠岩容重较大，易吸水，导热系数也大，岩棉、玻璃棉在生产和使用中对环境和人员健康上存在一定影响。加气混凝土块、发泡水泥则工艺复杂或受温度等因素影响在生产中不易控制。因此，选择绝热材料时应考虑到材料
12、的阻热性能、燃烧性、抗压强度、对环境的友好性和可操作性。因此，一种新型的轻质防火保温水泥基材料诞生，它具有导热系数低，不可燃烧，完全无污染的优点，并且具有一定的强度。怎么样通过对基本的水泥基泡沫材料进行性能上的一些有利改性，克服水泥基材料重量大、韧性低的不足，这是我们研究的方向。1.2 硅酸盐、硫铝酸盐、氯氧镁水泥基等保温板的性能和应用条件1.2.1普通硅酸盐水泥基保温板的性能和应用条件普通硅酸盐水泥基泡沫保温板的主要优点是水泥浆密度低、强度高及渗透性较低，对减少气窜、防止套管腐蚀性十分有利13。泡沫水泥中含水较少，对敏感性地层(如粘土、页岩、盐层)的危害影响较小，胶结也更牢固。泡沫水泥中的N
13、2以细小高分散的稳定气泡形式存在，既能大大降低形成气窜的机会，又具有可压缩性，使其与套管胶结得更紧密2。1.2.2 硫铝酸盐水泥的性能和应用条件硫铝酸盐水泥在我国是作为特种水泥发展起来的，最早用于抗海水腐蚀混凝土、玻璃纤维增强混凝土、冬季施工和快速施工要求的结构混凝土工程领域。后来随着研究的深入，该水泥进一步被应用到特种工程材料领域，如快速修补材料、灌浆料、膨胀剂、粘结剂及勾缝剂等。迄今为止，我国是世界上唯一实现硫铝酸盐水泥工业化和规模化生产的国家，也是唯一将其应用在建筑结构工程中的国家。相对于硅酸盐水泥熟料，硫铝酸盐水泥熟料的低烧成温度以及低碳排放的特点使得这一水泥系列在今天有了更重要的意义
14、，除了用于早强高强混凝土、耐腐蚀混凝土、冬季施工混凝土、GRC水泥等结构材料以外，在混凝土膨服剂、水泥基防水材料、快速修补材料、灌浆材料等方面应用很广泛。近年来，一个重要的应用领域是制备轻质泡沫混凝土材料，满足高层建筑和建筑节能的需要2。1.2.3 氯氧镁泡沫水泥的性能和应用条件氯氧镁水泥也称Sorel水泥，是Sorel于1867年发明的。它具有许多性能优于波特兰水泥:不需要湿养护，防火性能好，导热系数小，耐磨性好，早期强度高，耐油、抗有机溶剂，抗普通盐和硫化物侵蚀的性能也相当好。但该水泥性能不够稳定，具有易吸潮泛卤、挠曲、抗风化能力差等缺点，在潮湿和水环境中尤为严重，限制了它的使用范围15。
15、 通过应用抗水外加剂、活性混合材料、减水剂对氯氧镁水泥进行改性，并利用松香发泡剂研制了一种轻质的复合保温材料。具有容重小，保温隔热性能好，生产施工方便，可用于建筑物的外墙内保温、外墙外保温、屋而保温非承重分户分室隔墙及有相类似要求的其它建筑工程部位。1.3泡沫混凝土 混凝土材料现已成为全世界各种结构工程建设首选的建筑材料。作为世界上用量最大的建筑材料，加快施工速度和改善混凝土耐久性是把混凝土技术向前推进的两大驱动力，即制备高性能混凝土。它是用于表征具有高工作度、高强度和高耐久性的混凝土。随着科技的发展和混凝土技术的进步，混凝土外加剂已成为高性能混凝土材料不可缺少的重要组分。通过在混凝土中掺入少
16、量的化学外加剂，改善混凝土的内部结构，优化混凝土中集料与水泥浆体的界面状态，提高混凝土性能。 图1.1 泡沫混凝土将发泡剂引人混凝土，在混凝土内部产生微小密闭的均匀气泡，可形成轻质高强、保温隔热性能良好的泡沫混凝土1。和普通混凝土不同，发泡剂引入的微小气泡在泡沫混凝土中类似滚珠轴承，帮助填充集料与胶凝材料之间的空隙，可以很好地提高混凝土的流动性和施工性；而大量泡沫的存在使得混凝土中的固相成分与气相形成相互交织的特殊结构，保证了其具有优良的抗冻隔热性能。泡沫混凝土相对于传统加气混凝土又具有气泡分布均匀、孔径范围集中等特点，可以明显降低因应力集中而造成的开裂现象。混凝土发泡剂的出现为配制高流动性、
17、高耐久性的混凝土提供了重要保证，是制备高性能混凝土材料的重要组成部分。泡沫混凝土属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化；同时也是加气混凝土中的一个特殊品种，它的孔结构和材料性能都接近于加气混凝土，他们二者的差别，只是在气孔形状和加气手段之间的差别：加气混凝土气孔一般是椭圆形的，而泡沫混凝土受毛细孔作用的影响，产生变形，形成多面体；加气混凝土一般是利用化学发气，通过化学反应，由内部产生气体而形成气孔，泡沫混凝土则是通过机械制泡的方法，先将发泡剂制成泡沫，然后再将泡沫加入水泥、菱镁、石膏浆中、形成泡沫浆体，再经自然养护或蒸气养护而成。泡沫混凝土是一种
18、新型的节能环保型建筑材料，国内外学者对其做了大量的研究开发，使其广泛应用于墙体材料中，但其还存在一定的缺陷，如强度偏低、开裂、吸水等，因而要进一步扩大其应用领域还需在发泡剂、配合比、工艺流程、设备等方面做更进一步的研究3。 2 文献综述2.1发泡剂发泡剂又称起泡剂2，就是使对象物质成孔的物质，它可分为化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二氧化碳和氮气等气体，并在聚合物组成中形成细孔的化合物；物理发泡剂就是泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态的变化，即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成的；发泡剂均具有较高的表面活性，能有效降低液体的表面张力，
19、并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫。2.2发泡剂的分类根据在发泡过程中产生气体的方式不同，一般分为物理发泡剂和化学发泡剂两大类3。从化学组成来看，物理发泡剂和化学发泡剂均涉及有机和无机两类基本物质。物理发泡剂又称挥发性发泡剂，在发泡过程中，发泡剂仅仅发生了物理变化，化学组成保持不变。氯氟烃类化合物(CFCs)是聚氨醋泡沫塑料最理想的发泡剂，但随着CFCs的全面禁用，一些替代品4,5也相继被研制出来，其臭氧损耗潜值(ODP )为零，温室效应潜值(GWP)极低，且毒性低，符合国际社会的环保要求。Flanigan6采用1,1,2,2一四氟乙基甲基醚(HFE.254)成
20、功替代了CFCs，其各项指标均与氟利昂(CFC.11 )较为接近，但其ODP值为零，在大气中的寿命仅为0.22年，对环境影响极小。化学发泡剂通常指具有粉状特征的热分解型化学发泡剂,们能够均匀地分散于塑料和橡胶中，在加工温度下迅速分解产生大量气体，从而使其发泡。上世纪40年代，美国Du Pont公司成功应市的二偶氮氨基苯(DAB)，尽管在毒性和污染性方面有一些弊端，但可以说是发泡剂工业史上的一场革命。迄今为止，偶氮二甲酸胺(AC)是世界上应用领域最广、产耗量最大和改性品种最多的有机化学发泡剂。2.3发泡剂的发展2.3.1松香树脂类发泡剂（第一代发泡剂） 松香树脂发泡剂又名引气剂7，它的主要品种有
21、松香皂和松香热聚物两个。其最初均是作为混凝土砂浆引气剂来开发应用的，后来又扩展应用为泡沫混凝土的发泡剂。 松香皂的技术特点是生产工艺简单，成本低、价格低、发泡倍数和泡沫稳定性一般，其突出优点是与水泥相容性好，可与水泥中的Ca反应，生成不溶性盐，泡沫稳定性增加，有一定的增强作用。和合成类表面活性剂相比，它对泡沫混凝土的强度提高更有利。由于其泡沫稳定性和发泡倍数均不是太好，因而它只能用于密度大于600/m以上的高密度泡沫混凝土，而不能用于500/m以下的低密度泡沫混凝土。它价格虽较低但用量较大。另外，松香皂在使用时需要加热溶解，比较麻烦，不如其它发泡剂使用简便。 2.3.2合成类发泡剂（第二代发泡
22、剂） 继松香类发泡剂之后，我国在上世纪后期，开发了各种合成表面活性剂类发泡剂。这类发泡剂在国外于上世纪50年代就广泛地应用于水泥发泡，但由于当时我国的表面活性剂工业没有发展起来，所以一直没有开发应用。直到1980年以后，由于我国表面活性剂工业的规模化发展，这一类发泡剂才逐渐得到开发，并在近几年成为发泡剂的主流型产品。目前，市场上出售的大部分商品水泥泡发剂，均是合成表面活性剂类，约占发泡剂总产销量的60%。合成表面活性剂类发泡剂按表面活性剂的离子性质，分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型，种类繁多，是一个很大的家族，但优异性能的品种并不多，其主要原因，是这一类发泡剂总体讲泡沫稳定性较差，
23、不适合于较低密度的泡沫混凝土。在各种合成表面活性剂类发泡剂中，阴离子型因发泡快且发泡倍数大而受到普遍的欢迎。阳离子发泡剂价格很高且对水泥的强度有一定的影响，所以应用不多。非离子发泡剂的发泡倍数一般较小，而一般人多看重发泡能力，所以它也没有得到广泛的应用。两性离子发泡剂由于成本相当高，虽发泡尚可，也应用不多。下面仅就应用较多的阴离子表面活性剂作一详细介绍，对非离子表面活性剂也作一简述。 2.3.3蛋白活性物型发泡剂（第三代发泡剂）蛋白型发泡剂是目前的高档发泡剂，性能较好，发展前景也较好。从发展的总趋势看，它在近几年的应用当中将占有越来越大的比例。虽然它的价格很高（大多在1.5万元/吨以上），由于
24、它的性能较好，仍然会被市场接受。蛋白类发泡剂是一类表面活性物质，它们共同的突出优点是泡沫特别稳定，可以长时间不消泡，完全消泡的时间大多长于24h，是其它类型的发泡剂望尘莫及的。另外，还有着比较满意的发泡倍数。虽然它的发泡能力不如合成类阴离子表面活性剂，但也居中等水平，不算太差。因此，目前国外发达国家的发泡剂基本上以蛋白类为主。我国蛋白类发泡剂原来大多进口，来自意大利、美国、日本、韩国等发达国家，这几年国产的也越来越多。但总的来看，进口产品的质量仍然高于国产品。国产蛋白发泡剂的性能要完全达到进口的水平，还需要作出努力，在技术上进一步提高和改进。 2.3.4复合型发泡剂（第四代发泡剂）综合分析前述
25、三大类发泡剂，虽然目前应用较广，但是都存在性能不够全面，不能满足实际泡沫混凝土生产需要的弊端，没有一种能完全达到泡沫性能技术要求的。这表现在松香树脂类起泡力与稳泡性均较低，阴离子表面活性剂虽然起泡力很好但稳泡性太差，蛋白类发泡剂稳定性好却又起泡力低。这就是目前我国发泡剂总体水平低，质量不高的重要原因。如果我们仍停留在这个水平上，泡沫混凝土的发展势必会受到很大的影响，成为其发展的瓶颈。解决上述单一成分发泡剂性能不佳的唯一方法，就是向第四代高性能发泡剂发展，走复合改性的道路，生产复合型发泡剂。可以肯定地说，未来的发泡剂，大多数将是多元复合型的，单一成分的会越来越少，第四代复合型发泡剂的时代一定会到
26、来，并已经有了开端。我们已经看到，目前我国不少企业生产的发泡剂已成为复合型，综合性能有了很大的提高。以后，复合发泡剂无疑将成为主导，单一成分的会逐渐淘汰。2.4 发泡剂在各个领域的应用发泡剂在特定条件下产生的大量气体，在塑料和橡胶内形成多孔结构，这种结构赋予了塑料和橡胶制品轻量化、隔热性、隔音性和机械阻尼性等，已经成为塑料、橡胶工业生产中不可或缺的加工助剂。目前，塑料橡胶工业发泡剂已悄然从传统的注塑成型的发泡剂向吸热型挤出发泡剂转变，使其释放的气体更加容易溢出的同时，又很好地缩短了成型周期。而复合型发泡剂的开发使该领域的应用范围进一步扩大，尽早研究出性能更加优良的泡沫剂是当务之急。利用泡沫低密
27、度、高弹性的优势，发泡剂在钻探领域也有很广泛的应用7,8，尤其是在严重缺水地区(高山，沙漠等)、永冻地区等复杂条件下，更能显示其优越性。在石油开采方面9,10，利用泡沫钻井技术更是很好地降低了油气层污染，提高油气的采取率。该领域采用的发泡剂大多为活性较强的表面活性剂，发泡后大幅度降低了油水界面的表面张力，改善岩石表面润湿性，使原来呈束缚状的油通过油水乳化、液膜置换等方式成为可流动的油，从而达到驱油效果。地层流体是矿化度高并富含多种离子的复杂混合体，所以，发泡剂与地层水的相容性问题，以及提高发泡剂的耐盐抗高温性能是今后研究的重中之重。发泡剂在建材领域上的应用开展较早。早在上世纪30年代，美国在偶
28、然机会发现抗冻性较好的混凝土材料之后，对混凝土发泡剂的研究迅速开展起来。而在40年代后期，美国人Sonik在1948年获得了第一个有关泡沫铝材料的专利，这种材料不仅重量轻、耐热、隔音，而且具有很强的吸能本领和电磁屏蔽作用，使其在建筑、交通和冶金方面均具有广泛应用13,14。目前，日本、美国、德国和加拿大等国已上市供应泡沫铝材料15,16。此外，人们还利用废玻璃、粉煤灰、非金属矿等为主要原料，加人发泡剂等外加剂制备一种新型多孔微晶玻璃墙体材料，它是一种性能优越的隔热、吸声、防潮、防火、轻质和高强的新型环保建筑材料，是固体废弃物再生利用、保护环境并获得丰厚经济效益的范例。2.5 应用于水泥基防火保
29、温材料的发泡剂发泡剂以很少的掺量加入水泥基防火保温材料中，有效地改善水泥基防火保温材料的物理力学性能，提高水泥基防火保温材料的流动度、耐久性、节约水泥、降低容重，从而起到节约能耗，改善环境的目的。从化学成分上看，水泥基防火保温材料的发泡剂主要是由表面活性剂和蛋白质两大类物质组成。这类物质除能在极少数表面张力外，还可以通过不同方式促进泡沫的稳定，进而提高了泡沫混凝土的性能。表面活性剂具有良好的表面活性，一直被认为是制备发泡剂的优良试剂。作为两亲性物质，表面活性剂的一系列物理和化学性质皆由其分子结构决定。在相同浓度情况下，极性基的亲水作用强，易溶于水的表面活性剂溶解度大，表现出的起泡性能也就越好，
30、但泡沫表面膜层含水较多，表现为排液速度快，不利于泡沫稳定。而表面活性剂在混凝土中所表现出来的性质往往与其在水溶液中的性质相差很大，在复杂的混凝土化学环境下，表面活性剂与水泥颗粒的相容性一定程度上决定了泡沫混凝土的性能17。蛋白质类发泡剂的制备实质是蛋白质的降解：蛋白质大分子的肤键断裂，使得溶液中水溶性蛋白质小分子逐渐增多，溶液中的疏水基团也越来越多，降低了表面张力，有利于界面的形成;同时分子间基团强烈的氢键作用，保证溶液形成机械强度较高的泡沫液膜，进而促进发泡剂泡沫的稳定。但蛋白质类发泡剂易受温度和pH值等外部环境影响而变性，是阻碍蛋白质类发泡剂进一步发展的重要因素18。蛋白质与表面活性剂混合
31、体系界面吸附机理主要为置换和增溶。通过改变溶液的界面张力进一步增强其表面活性，从而满足不断提升的工业需求。这一领域国外研究较早，如美国研制的由烷基磺酸碱金属盐和水解蛋白质复合组成的液体发泡剂、日本采用蛋白质物添加适量的阳离子表面活性剂配成的混合发泡剂等。Galvez.Ruiz19研究了蛋白质一表面活性剂复合体系发泡剂对泡沫稳定性的影响，研究结果表明:蛋白质和表面活性剂界面上的运动和排列方式可以影响泡沫稳定性。如果膜上吸附的活性剂分子多，则膜较致密、弹性强，泡沫内气体难以通过液膜向外扩散，泡沫则能在较长时间内稳定存在。2.6 水泥发泡剂的研究方向我国目前使用的水泥发泡剂包括第一代松香类、第二代合
32、成类、第三代蛋白类。这三代混凝土发泡剂没有哪一种被完全淘汰，也没有哪一种完全独占混凝土发泡剂市场，主要原因有：第一，没有哪一种水泥发泡材料能满足大多数用户的需求；第二，用户对发泡材料尤其对水泥发泡材料的认识不清楚。混凝土发泡剂都是表面活性剂或表面活性物质，根据其水溶液的电离性质分为阴离子、阳离子、非离子、两性离子四大类。其中一种类型的混凝土发泡剂只可能在某一方面或者某几个方面表现比较出色，而不可能在所有的方面都出色。世界上目前或将来都不可能有任何一种单一成分的发泡剂可以完全达到人们期望的具有全面的高性能要求，这就是单一成分的局限性。为了解决这一问题，采用其他成分多元复合是十分科学而有效的方法，
33、目前比较流行的复合研究方法有四：一是互补法，当多元复合时，各元有各元的优势，可以实现优势互补，把单一成分最欠缺的东西补救起来，使不完善的性能完善起来。优势互补是相互的，甲补乙的不足，乙也可能补甲的不足；二是协同法，多元复合虽不能互补，但可以协同，本来二者或三者的性能在某一方面都不够好.但当多元复合之后，就可以产生“1+1+1 3”的协同效应，效果大大增强；三是增效法，单一成分的发泡剂在某一方面的效果不好时，可以使用增效成分来加强，使它由劣变优；四是增加功能法，当某些发泡剂的功能久缺乏我们生产的某一方面功能的需要时，可以通过加入外加剂的方法来解决20。3 实验部分3.1水泥发泡剂的制作3.1.1
34、实验材料水泥发泡剂主由发泡剂由起泡剂、稳泡剂、调节剂、黏合剂等组成，各组分主要化学成分和作用，如表3.1。表3.1发泡剂化学成分表名称种类作用起泡剂十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂产生大量气稳泡剂淀粉、氯化亚铁增强其发泡的稳定性和时间调节剂氢氧化钠、三乙醇胺提高生产出来混凝土的早强性和稳泡性黏合剂骨胶，明胶使各物质粘合在一起，便于发泡3.1.2实验装置水浴箱、发泡机、电子天平、烧杯、量筒、玻璃棒。3.1.3试验方法 取200g溶液总量，采用水浴加热制造发泡剂，其步骤是：a称取适量的水，并向其中加入氢氧化钠；b.待上述溶液的温度为8595 时加入十二烷基苯磺酸钠，1
35、2分钟后再次加入适量的水，使其温度在5565；c.当上述溶液的温度再次为8595时加入已经浸泡好的明胶，并不断搅拌；d.搅拌57分钟以后加入淀粉和氯化亚铁，并搅拌23分钟；e.加入三乙醇胺，搅拌均匀后即制得。按表3.2的条件取各原料量，其中加水量为各种原料的总和与200g的差值。表3.2 L8（27）正交试验水平因素表因素水平A十二烷基苯磺酸钠/gB氢氧化钠/gC明胶/gD氯化亚铁/mlE淀粉/gF三乙醇胺/ml183.5待添加的隐藏文字内容2120.82.53294141.2343.2成品质量检验3.2.1发泡倍数检验 （1）实验步骤:将制成的泡沫注满容积为50ml的烧杯内，上端端刮平，称其
36、重量。 （2）实验结果的表述：发泡倍数M可按下式计算 ： M=V/（G2.G1） （式3.1）式中：M发泡倍数，n； V指玻璃桶容积，cm； 指泡沫剂水溶液密度，/3（近于1/3）； G1指玻璃桶质量，g； G2.玻璃桶和泡沫质量，g。3.2.2泡沫稳定性检验用泡沫沉陷距衡量泡沫稳定性,泡沫发生后，取250ml的烧杯，盛满新发生的泡沫，刮平表面，用保鲜膜包裹住烧杯，平静地放在无风处，40min后将烧杯中泡沫消散后形成的溶液倒入量筒内测量，其体积即为沉陷距。4 实验结果和分析4.1水泥发泡剂配比的正交试验 为找出各个成分对发泡剂性能的影响，设计六因素二水平正交实验，共八次实验，实验以发泡倍数和沉
37、降距为检验指标，如表4.1。表4.1 L8（27）正交试验表因素试验号ABCDEFG发泡倍数沉降距11111119.6711122226.410.512211228.5101222211149212121283.52122121119221122114.372212112129 计算各个成分极差，得出各因素对发泡剂性能影响大小并得出最优条件如表4.2。表4.2 对发泡剂性能影响因素的分析表指标水平ABCDEF发泡倍数M19.6258.7510.57510.110.27510.9N211.32512.210.37510.8510.67510.05极差1.73.450.20.750.40.85因素
38、主次BAFDEC最优水平A2B2C1 C2D2E1E2F1 F2泡沫稳定性V19.1257.58.3756.8758.757.125V27.1258.757.8759.3757.59.125极差21.250.52.51.252因素主次DAB=EFC最优水平A1B2C1D2E1F2通过对表4.2各个因素的极值分析，可得出对发泡倍数影响因素依次为氢氧化钠十二烷基苯磺酸钠三乙醇胺淀粉氯化亚铁明胶;对泡沫稳定性影响因素依次为氯化亚铁氢氧化钠十二烷基苯磺酸钠淀粉=三乙醇胺明胶。则发泡剂最优化配比A1.5B2C1D2E1F24.1.1 十二烷基苯磺酸钠对发泡剂性能的影响由表4.1的第一列因子A分别计算每一
39、种水平上的试验值的平均数，得到表表4.3。以十二烷基苯磺酸钠为横坐标，发泡倍数与沉降距为纵坐标，作图如图4.1。表4.3十二烷基苯磺酸钠对发泡倍数和稳定性的影响十二烷基苯磺酸钠/g89发泡倍数/n9.62511.325沉降距/ml9.1257.125图4.1 十二烷基苯磺酸钠对发泡剂性能的影响 图4.2 氢氧化钠对对发泡剂性能的影响从图4.1可以看出，随着十二烷基苯甲酸的增加，其发泡倍数增大沉降距减小，说明十二烷基苯甲酸有利于增大发泡剂的发泡倍数和稳定性4.1.2氢氧化钠对对发泡剂性能的影响由表4.1的第一列因子B分别计算每一种水平上的试验值的平均数，得到表4.4。以氢氧化钠钠为横坐标，发泡倍
40、数与沉降距为纵坐标，作图如图4.2。表4.4 氢氧化钠对对发泡剂性能的影响氢氧化钠/g3.54发泡倍数/n8.7512.2沉降距/ml7.58.75氢氧化钠在发泡剂中起制造碱性环境的作用，有利于十二烷基苯甲酸钠产生气泡，由图4.2可以看出，随着氢氧化钠的增加，发泡倍数增加，沉降距增加，说明其有利于发泡但会减小泡沫稳定性4.1.3 明胶对发泡剂性能的影响由表4.1的第一列因子C分别计算每一种水平上的试验值的平均数，得到表表4.5。以明胶为横坐标，发泡倍数与沉降距为纵坐标，作图如图4.3。 表4.5明胶对发泡剂性能的影响明胶/g1012发泡倍数/n10.57510.375沉降距/ml8.3757.
41、875 图4.3明胶对发泡剂性能的影响 图4.4氯化亚铁对发泡剂性能的影响由图4.3可以看出，随着明胶质量的增大，发泡倍数和沉降距并没有明显的改变，说明明胶对发泡剂的发泡倍数和泡沫稳定性并无太大影响，只是起到粘合各物质的作用。4.1.4氯化亚铁对发泡剂性能的影响由表4.1的第一列因子D分别计算每一种水平上的试验值的平均数，得到表4.6。以氯化亚铁为横坐标，发泡倍数与沉降距为纵坐标，作图如图4.4。表4.6氯化亚铁对发泡剂性能的影响氯化亚铁/ml0.81.2发泡倍数/n10.110.85沉降距/ml6.8759.375由图4.4可以看出，随着氯化亚铁的增加，其发泡倍数并无多大的影响，但沉降距增大
42、，说明氯化亚铁量太多不利于泡沫稳定。4.1.5淀粉对发泡剂性能的影响 由表4.1的第一列因子E分别计算每一种水平上的试验值的平均数，得到表表4.7。以十二烷基苯磺酸钠为横坐标，发泡倍数与沉降距为纵坐标，作图如图4.5。表4.7 淀粉对发泡剂性能的影响淀粉/g2.53发泡倍数/n10.27510.675沉降距/ml8.757.5 图4.5淀粉对发泡剂性能的影响图 图4.6三乙醇胺对发泡剂性能的影响由图4.5可以看出，随着淀粉质量的增大，发泡倍数和并没有明显的改变，而沉降距减小。说明淀粉对发泡剂的发泡倍数无太大影响，而会增加泡沫稳定性。4.1.6三乙醇胺对发泡剂性能的影响由表4.1的第一列因子F分
43、别计算每一种水平上的试验值的平均数，得到表4.8。以十二烷基苯磺酸钠为横坐标，发泡倍数与沉降距为纵坐标，作图如图4.6。表4.8三乙醇胺对发泡剂性能的影响三乙醇胺/ml34发泡倍数/n10.910.05沉降距/ml7.1259.125由图4.6可以看出，随着三乙醇胺质量的增大，发泡倍数和并没有明显的改变，而沉降距减小。说明三乙醇胺对发泡剂的发泡倍数无太大影响，只会增加泡沫稳定性。4.2 新型发泡剂的性能 新型发泡剂发泡能力强，泡沫稳定性好，不易出现分层。4.2.1 发泡剂最优配比与市售发泡剂的性能对比表4.9 新型发泡剂与市售发泡剂的性能对比表性能发泡倍数/n沉降距/ml新型发泡剂95市售发泡
44、剂114.54.2.2 新型发泡剂的应用 新型的发泡剂可用于防火保温水泥基材料，使它具有导热系数低，不可燃烧，完全无污染的优点，并且具有一定的强度。能克服一般水泥基材料重量大、韧性低的不足。5 结论及建议5.1结论通过正交试验的检测可以得出如下几点结论：（1） 新型发泡剂的最优化配比A1.5B2C1D2E1F2（2） 对发泡剂发泡能力影响的主要物质是十二烷基苯甲酸和氢氧化钠，其中氢氧化钠为催化剂，两种物质的最佳比例的2:1左右。（3） 对发泡剂的泡沫稳定性影响主要物质是氯化亚铁、淀粉和明胶，其中氯化亚铁对泡沫稳定性起主要作用5.2建议 实验过程中发现当发泡剂温度过高时，发泡效果不好且泡沫不稳定，建议在室温下使用发泡剂。参考文献1刘佳奇,霍冀川,雷永林,李娴.发泡
