[摘要]采用化学发泡的方法研究影响泡沫混凝土抗压强度的因素，在水灰比0.53、发泡剂掺量5.0%、搅拌机转速3000r/min 、搅拌时间60s 时，纯水泥泡沫混凝土性能最优，28d 干表观密度为294kg/m 3，抗压强度为0.848MPa ，导热系数为0.069W/（m ·K ）。
研究掺加VAE 乳液对泡沫混凝土的影响，在水灰比0.48、水泥质量0.5%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂、5.0%的发泡剂、料浆温度27℃～29℃、搅拌速度3000r/min 、搅拌时间60s 、VAE 掺量2.4%时，28d 干密度为364.3kg/m 3，抗压强度为1.58MPa ，导热系数为0.072W/（m ·K ），比同密度下不掺VAE 乳液的28d 抗压强度增加了41.1%，明显起到了增强作用。
通过SEM 对泡沫材料进行微观结构分析，泡沫混凝土孔结构变得更加细小均匀，导热系数降低。
[关键词]聚合物；VAE 乳液；泡沫混凝土；化学发泡聚合物改性水泥基泡沫混凝土的试验研究赵春新张智强段东方（重庆大学，重庆400045）1前言泡沫混凝土具有轻质、保温隔热、隔音耐火、抗震、防水等性能，已在建筑工程中得到广泛应用[1-4]。
但传统的泡沫混凝土强度低、脆性大、易塌模开裂[5]，改善其脆性增加其塑性变形能力尤为重要。
高聚物化学性质稳定，具有优良的弹性、可塑性、机械性能（抗拉、抗弯、抗冲击等）。
醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE 乳液）是一种典型的高聚物，无毒无味，属于绿色环保产品，同时还具有良好的柔软性、成膜性、粘结性和广泛的相容性，被广泛应用于粘合剂、涂料、地毯、纸张处理及水泥改性与建筑、包装等领域[6-7]。
目前，将VAE 乳液添加到水泥泡沫混凝土中，对改善其性能具有重大意义[8]，但尚需进一步的研究。
2试验部分2.1试验原料水泥：重庆拉法基水泥厂42.5R 普通硅酸盐水泥；外加剂：有机盐类稳泡剂、透明液体状化学发泡剂、调凝剂碳酸锂，均为市售化学纯产品；聚合物：市售乙烯-醋酸乙烯共聚乳液（VAE 乳液）。
2.2试验设备GFJ-1.1搅拌分散多用机、5E-DHG 电热恒温干燥箱、KZJ-500型电动抗折试验机、微机控制电子万能试验机、KRM-1型导热系数测定仪、TESCAN VEG -A ⅢCMH 扫描电镜。
2.3试验方法本试验采用化学发泡法。
发泡机理为[9-11]：发泡剂在水泥浆体的碱性环境中发生分解反应，在短时间内生成大量气体，气体与料浆混合后，料浆包裹住气泡产生体积膨胀。
试验中聚合物改性泡沫混凝土试件的制备过程为：将发泡剂与VAE 乳液及水等液体类原料按照一定搅拌速率搅拌1min 左右，将水泥与适当比例固体外加剂混合均匀加入到液体类原料中，按照一定搅拌速率搅拌2min 左右，然后注入试模，静停发泡，养护。
试验中采用的40mm ×40mm ×160mm 试件，使用KZJ-500型电动抗折试验机测试其抗折强度，微机控制电子万能试验机测试其抗压强度；采用KRM-1型导热系数测定仪测试200mm ×200mm ×60mm 和200mm ×200mm ×20mm 试件的导热系数，并用TES -CAN VEGA ⅢCMH 扫描电镜观察其微观结构。
3试验结果与讨论3.1水泥泡沫混凝土基准配合比的确定大量研究发现，影响泡沫混凝土的强度和密度的主要因素有：温度、水灰比、发泡剂掺量、搅拌速度和搅拌时间等[12-14]。
本试验在一定发泡温度下，研究了上述因素对水泥泡沫混凝土基本性能的影响，相关试验结果如下。
3.1.1水灰比的影响保持水泥的量不变，掺入水泥质量0.34%的调凝剂碳酸锂、5.0%发泡剂SY 和0.3%稳泡剂YS ，在室温条件下，料浆温度为27℃～29℃，分别试验了水灰比为0.47～0.55时，发泡试件的抗压强度和容重，试验结果见图1、图2。
由图1、图2可知，水灰比与抗压强度大致呈线性关系，水灰比从0.47到0.55变化时，抗压强度与试件容重均呈下降趋势；当水灰比达到0.5时，下降趋势减缓；当水灰比增加到0.55时，抗压强度与试件容重均严重下降，分别为10.2%和22.6%。
这是因为随着水灰比的逐渐增大，单位体积内的水泥相对减少，而水泥是泡沫混凝土强度的主要来源。
当水灰比为0.53时，制备出的泡沫混凝土容重较低，且强度值相对较高，因此，确定在试验中水灰比选用0.53。
3.1.2发泡剂掺量的影响试验中，保持水灰比为0.53，掺入水泥质量0.34%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂YS，料浆温度为27℃～29℃，转速为2500r/min不变，分别试验了发泡剂SY掺量为水泥用量的4.2%～5.5%时，试件的抗压强度和容重，试验结果见图3、图4。
由图3、图4可知，随着发泡剂掺量的增大，试件的抗压强度及容重均降低，发泡剂掺量在4.8%～5.1%范围内时，抗压强度和容重都相对稳定，试验中选择发泡剂掺量为5.0%。
3.1.3搅拌机转速的影响试验中，保持水灰比为0.53，掺入水泥质量0.34%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂YS，5.0%的发泡剂SY，料浆温度为27℃～29℃，分别试验了转速为1000r/min～6000r/min时，试件的抗压强度和容重，试验结果见图5、图6。
由图5、图6可知，试件的抗压强度随着搅拌机转速的增加而增加，到2500r/min时达到最大，之后趋于稳定；试件的容重随着搅拌机转速的增加而呈降低趋势，3000r/min之后变化不明显。
而且随着转速的增加，试件的孔结构趋向于均匀细小，在3000r/min之后无明显变化，确定搅拌机转速为3000r/min。
3.1.4搅拌时间的影响保持其他量不变，本次试验搅拌时间从60s～150s，单位变量为30s，所得试验结果见图7、图8。
由图7、图8可知，抗压强度随着搅拌时间的增加呈略微降低趋势，而试件容重随之增大，因为搅拌时间过长将会对发泡剂的分解速度产生影响，破坏气泡与水泥浆体之间的界面结构关系，导致内部孔结构遭到破坏，从而强度降低，容重增加。
本试验选择搅拌时间为60s。
根据上述试验结果，水泥泡沫混凝土的基准配合比确定为：水灰比0.53，水泥质量0.34%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂，5.0%的发泡剂，料浆温度为27℃～29℃，搅拌机转速为3000r/min，搅拌时间为60s，此时的干表观密度为294kg/m3，28d抗压强度为0.848MPa，导热系数为0.069W/（m·K）。
3.2掺VAE乳液对水泥泡沫混凝土基本性能的影响在上述试验的基础之上，拟定VAE乳液掺量为水泥量的1%～5%，单位变量为1%。
当VAE掺量仅为1%时就出现了塌模现象，随着VAE掺量的增加，塌模现象更加严重。
分析其原因：VAE乳液属于有机物，而大多数有机物对混凝土具有缓凝作用，导致水泥凝结硬化变慢，混凝土早期强度低，出现塌模现象。
3.2.1水灰比的影响保持其他量不变，分别试验了水灰比为0.46～0.53时的塌模情况，所得试验现象见表1。
当水灰比从0.53变化到0.49时，泡沫混凝土出现了塌模现象；当水灰比为0.48时，出现轻微塌模现象。
选择水灰比为0.48。
3.2.2调凝剂掺量的影响保持水灰比为0.48，VAE掺量3%，其他条件不变，改变调凝剂的量，试验数据及现象见表2。
由表2可知，当水灰比为0.48，调凝剂掺量为水泥质量的0.46%时，已经不会出现塌模现象。
选择碳酸锂掺量为水泥质量的0.5%。
3.2.3VAE掺量的影响保持水灰比0.48，水泥质量0.5%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂YS，5.0%的发泡剂SY，料浆温度为27℃～29℃，搅拌机转速为3000r/min，搅拌时间为60s 不变，掺加0%～5%的VAE乳液，所得试验数据见图9、图10。
由图9、图10可知，随着VAE掺量的增加，7d、28d抗压强度呈增大趋势，当VAE掺量为0%～2.4%变化时，抗压强度强度逐渐增大，2.4%～5%变化时，又呈下降趋势，2.4%时达到最大值，且此时容重也较低；3d抗压强度呈降低趋势，因为有机物对混凝土有缓凝作用，导致早期强度降低；VAE乳液对泡沫混凝土抗压强度的增强作用是比较明显的，达到了84%。
在VAE掺量为2.4%时，28d干密度为364.3kg/m3，28d抗压强度为1.58MPa，导热系数为0.072W/（m·K）。
3.3水泥基泡沫混凝土的微观形貌分析分别对不同VAE掺量的试件进行了微观结构分析，对试件同一位置放大不同倍数并拍摄SEM照片，见图11～图14。
由图11～图14可知，未掺加VAE的水泥基泡沫混凝土孔隙较大且不均匀，掺入VAE后，大孔减少，细小均匀的空隙明显增多，且孔壁更加致密，因为VAE形成的膜结构能够将混凝土的毛细孔填充并将气体包裹住，使泡沫混凝土的性能得到改善。
3．4对比分析在干表观密度同为350kg/m3左右时，不掺VAE 乳液的泡沫混凝土28d抗压强度为1.12MPa，导热系表1不同水灰比下的试验现象水灰比0.530.520.510.50.490.480.470.46是否塌模严重严重严重部分塌部分塌轻微否否表2不同掺量碳酸锂的试验现象碳酸锂（%）0.340.380.420.460.50.540.58是否塌模是是是否否否否数为0.077W/（m·K）；掺加VAE乳液时，28d 抗压强度为1.58MPa，导热系数为0.072W/（m·K），比不掺VAE乳液的28d抗压强度增加了41.1%，明显起到了增强作用。
同时，泡沫混凝土的孔结构变得更加细小均匀，导热系数降低。
4结论（1）试验研究了聚合物VAE乳液对泡沫混凝土性能的影响。
研究发现，VAE乳液的掺入会对泡沫混凝土起到缓凝作用，早期强度发展较慢，后期会有很大提高，对抗压强度起到明显的增强作用。
同时，泡沫混凝土的孔结构变得更加细小均匀，导热系数降低。
（2）在水灰比0.48，水泥质量0.5%的调凝剂碳酸锂、0.3%稳泡剂YS，5.0%的发泡剂SY，料浆温度为27℃～29℃，搅拌机转速为3000r/ min，搅拌时间为60s的条件下，VAE乳液的最佳掺量为2.4%，28d干密度为364.3kg/ m3，28d抗压强度为1.58MPa，导热系数为0.072W/（m·K），比不掺VAE乳液的28d抗压强度增加了41.1%，明显起到了增强作用。
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