混凝土发泡剂的研究及应用进展

混凝土发泡剂的研究及应用进展

李欣1

(重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆  400074)

摘要：本文探讨了发泡剂在生产泡沫混凝土中的关键作用。通过物理方法激活发泡剂，可以产生均匀稳定的泡沫结构，这些结构对泡沫混凝土的质量和性能具有直接影响。不同类型的发泡剂包括松香树脂、合成类、蛋白类和复合类，各具特点和适用场景。松香树脂类发泡剂赋予泡沫混凝土轻质强度。合成类发泡剂根据电性质分为多种，但泡沫稳定性较差。蛋白类发泡剂通过蛋白质水解形成气液界面，具有良好的发泡倍数和稳泡性能。复合类发泡剂结合发泡和稳泡组分，广泛应用于市场，尤其以植物蛋白和动物蛋白的复合型为主。发泡剂的发展使泡沫混凝土的力学性能和物理性能得到改善，对推动泡沫混凝土的应用具有积极作用，同时生物基发泡剂也成为未来的发展趋势。泡沫混凝土作为低密度功能材料，稳定的泡沫结构是其优良性能的前提，发泡剂的研究对泡沫混凝土的发展起到了关键促进作用。

关键词：发泡剂；发泡剂类型；泡沫混凝土

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1引言

发泡剂作为生产泡沫混凝土的至关重要因素，扮演着不可或缺的角色。通过在特定条件下运用物理方法如压缩空气和高速搅拌，发泡剂能够被激活从而产生大量均匀且稳定的泡沫结构[1, 2]。这些泡沫结构在泡沫混凝土中发挥着关键作用，直接影响着最终产品的质量和性能[3]。

在泡沫混凝土制造领域，发泡剂的品质和性能对于生产出高质量的泡沫混凝土具有决定性的影响。不同类型的发泡剂被应用于泡沫混凝土的生产中，以满足不同的要求和应用场景。松香树脂类发泡剂，通过其特殊的化学性质，能够在制造过程中引入稳定的气泡结构，从而赋予泡沫混凝土良好的强度和轻质特性。应用于泡沫混凝土中的发泡剂种类主要有：松香树脂类发泡剂，蛋白类发泡剂，合成类发泡剂，复合类发泡剂[4]。

选择适合的发泡剂种类对于泡沫混凝土的最终性能和质量至关重要。在生产过程中，必须根据项目的具体要求和性能目标，科学地选择合适的发泡剂类型和配比，以确保生产出满足工程需求的高品质泡沫混凝土。

2发泡剂种类

2.1  松香树脂类发泡剂

松香树脂类发泡剂以松香为主要原料制备，应用最早也最为广泛。上世纪30年代，美国学者采用松香与纯碱溶液首次制备出了松香皂。我国从上世纪50年代起开始生产松香皂，并作为引气剂在一些工程中得到了实际运用。松香热聚物是世界上出现最早的发泡剂，由美国学者在上世纪30年代首次制备出，并称之为"Vinsol"树脂[3]。上世纪80年代，泡沫混凝土兴起，应用于混凝土中可以改善混凝土的物理性能，如保水性、抗渗性及抗冻性等。但松香类发泡剂在制作过程中要引入有毒的苯酚，所以在使用过程中存在安全隐患，因而使用受限。

2.2  合成类发泡剂

合成类发泡剂按表面活性剂的带电性质，可分为阴离子型、 阳离子型、 非离子型、 两性离子型。性能优异的并不多，最主要原因是合成类发泡剂的泡沫稳定性较差，且一些阳离子表面活性剂的发泡剂在水泥水化过程中会与水泥发生反应，造成混凝土力学性能降低。

A. Savoly,r[5]等采用烷基磺酸盐、聚氯乙烯、藻酸盐和聚丙烯酸酯合成有机型发泡剂，其中聚氯乙烯的聚合度为1500左右，质量分数为发泡剂的20-25%。烷基磺酸盐最大的不足是气泡的泡径较大，泡壁薄，从而导致了气泡的稳定性不好[6]。非离子型表面活性剂产量较少，优点是起泡液膜比较密实坚韧，不易破裂；缺点是发泡能力低于阴离子型表面活性剂[7]。

2.3  蛋白类发泡剂

蛋白类发泡剂的发泡原理是蛋白质水解成具有两性基团的蛋白质小片段。随着水解的进行，溶液中的蛋白质小片段逐渐增加，亲油基团增多，使得表面张力降低，气液界面形成。这类发泡剂的发泡倍数和稳泡性能均较好[1]。

蛋白质类发泡剂大致可分为动物蛋白发泡剂和植物蛋白发泡剂。国外对蛋白质类发泡剂的研究始于上世纪80年代，S.Raul等采用烷基氯对油菜籽蛋白质在一定温度和压力下的水解产物进行烷基化改性，成功制取了稳定的泡沫[8]。目前我国最新的蛋白类发泡剂以动物蛋白和微生物蛋白类发泡剂为基础发泡剂，分别与十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)复掺来制备生物基发泡剂[9]。使混凝土的力学性能由于其他类型的发泡剂，泡沫稳定。

2.4  复合类发泡剂

复合类发泡剂一般包括发泡组分和稳泡组分。发泡组分通常是一些发泡性能优良的表面活性类物质，如松香类、合成类和蛋白类发泡剂。稳泡组分通过增加溶液的黏度来延缓膜壁的液体排出，从而增强泡沫的稳定性，一般为一些胶体物质。复合发泡剂主要有四种：复合方法-互补发、协同法、增效法、添加功能法。目前，市场上使用最多的复合型泡沫混凝土发泡剂为植物蛋白和动物蛋白复合型发泡剂。其优点在于容易溶于水、便于稀释、发泡倍数高、沉降量低，气泡气孔独立且细小而密实均匀，从而有效提高了泡沫混凝土的强度并降低了体积质量[4, 6, 7, 10]。由生物基制得的发泡剂也是未来的发展趋势之一

[9, 11, 12]。

3 结语

泡沫混凝土用发泡剂经过多年发展日趋成熟，能够生产出稳定性良好、尺寸均匀，粒径小、不与水泥发生反应的发泡剂，改善了混凝土的力学性能与物理性能，对泡沫混凝土的应用有了极大的推进。

泡沫混凝土作为低密度的功能材料具有良好的应用市场，稳定的泡沫是使泡沫混凝土具有良好的力学性能和物理性能的前提条件，发泡剂的发展对制得功能性良好的泡沫混凝土起到了促进作用。

参考文献

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