泡沫混凝土发泡剂的研究进展及发展方向

朱永福关国英高俊秋赵钰莹

摘要：由于泡沫混凝土的质轻、保温、隔音、抗冻性好的优点，并且是来源非常广泛、价格相对低廉的一种材料，现广泛应用在建筑工程等领域。而发泡剂对于泡沫混凝土来说是不可或缺的，泡沫混凝土的质量绝大部分取决于发泡剂的性能。本文通过研究发泡剂的发展历程，分析国内外的发展现状，提出混凝土发泡剂的研究及发展方向。

关键词：发泡剂，泡沫混凝土特性应用松香蛋白

一、概述

由于国家出台建筑节能政策，也为了顺应环境发展要求，具有抗冻性能好、隔音、耐久性能好、性能优异等优点的新型泡沫混凝土产业应运而生，受到了国内外大量的认可和关注并应用到各大建筑工程中。同时研究新型泡沫混凝土也成为了各国发展高性能建筑结构的重要研究方向。

泡沫混凝土的应用虽然很广泛，但目前还存在诸多问题，其中作为影响泡沫混凝土的关键因素发泡剂，它的性能将决定泡沫混凝土在我国的应用及生产。发泡剂的性能是指发泡体积和泡沫的稳定性，以及与水泥浆体混合时对浆体是否产生不利影响。因此，研制出性能优异的发泡剂是提高发泡混凝土性能的关键。但发泡剂的种类很多，应用到建筑工程中的发泡剂必须具备的条件是与水泥浆体混合时不会破坏浆体，不会影响发泡混凝土最终的强度，只有符合以上条件时，才可以用来生产泡沫混凝土。

目前市场上的发泡剂有松香类、蛋白型类、复合类和合成类等。松香类发泡剂性能比较差，不适合广泛应用；蛋白类起泡能力差，应用较少；复合型发泡剂虽然效果很好，但是生产难度较大，工艺复杂，目前还没有大量应用；而合成类发泡剂因其价格低廉，易于生产，发泡能力强，易起泡等优势迅速占领国内市场。但是因其泡沫粒径较大，消泡快，稳定性差等缺陷，需加入稳泡成分。

二、发泡剂国外研究现状

国外发达国家由于高层建筑多，轻质建材用量大，所以生产轻质建材的发泡剂研究起步早，美国上世纪二十年代就有了发泡剂及泡沫混凝土，日本三十年代也开始有发泡剂投入建材市场。目前美日意等发达国家发泡剂技术已非常成熟，并已形成完整的技术标准和检测体系。其发泡剂以稳定性较好的蛋白质型为主，并向我国出口。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，其中盐与蛋白质的比例为一之间，蛋白质主要由动物胶、羽毛、血蛋白等动物蛋白在一定温度和压力下水解而得。SavolyA等制备出一种用于发泡石膏板的发泡剂，其主要成分是烷基硫酸盐和烷基醚硫酸盐，该类发泡剂充分利用有机大分子物质对泡沫的增强作用，使泡沫性能大幅度提升；LonnieJameGray通过利用含氟类表面活性剂的超高热稳定性对原有离子型发泡剂进行改性研究，使泡沫在高温高压的条件仍然具有极强的稳定性，但是含氟类表面活性剂价格较高，且合成工艺复杂；RanlS等采用烷基氯化物对水解的植物蛋白进行改性处理，使得泡沫更加稳定细腻；Horiuchi等采用酶催化对蛋白质发泡剂进行分子结构的研究，探讨其与泡沫稳定性的内在关系；MaldonadoVJ在利用蛋白质和表面活性剂复配时，发现两者在泡沫界面上的运动和排列方式对泡沫稳定性的影响较大，膜上吸附的表面活性分子越多，则膜越致密、弹性越强，泡内气体越难向外扩散，泡沫越稳定。通过研究在一定分子量区间的水解多肽的泡沫稳定性，发现多肽分子量区间的变化对泡沫稳定性的影响。此外，WinnikF等研究高分子聚合物与不同烷基链长的阴离子表面活性剂对泡沫性能的影响，并确定了最佳链长的数值。

三、发泡剂国内研究现状

我国研究发泡剂已经有五十余年，先后研制出许多类型发泡剂，在性能方面不及国外发泡剂优异。随着我国新型墙体材料的发展，在发泡剂方面也取得了很大的进步。国内许多专家针对上述发泡剂进行大量的研究。

松香树脂型发泡剂是我国最先应用的发泡剂，由于它的成本不高，制备工艺也比较简单，在我国应用范围较广。朱岳麟等制备出了浅色松香皂，由于对松香进行了脱色，因此改进了它的发泡能力。史星祥等对比了不同低碳链脂肪醇对松香发泡剂的影响。竺万发通过调整十二烷基硫酸钠的掺入量、制备过程中的温度及外加剂掺量，提出了制备工艺的新方法。石行波等通过使用猪蹄角、碱、阴离子表面活性剂等进行复配，制备出稳定性强的动物蛋白型发泡剂，但材料价格较高；孙成等利用植物蛋白型制备出稳泡剂进行复配，得到的发泡剂的泡沫稳定性也较好；李军伟以活性污泥蛋白质为发泡剂母液，通过对比加入不同量的十二烷基苯磺酸钠和三乙醇胺后的发泡体积和泡沫稳定性；倪红等通过对比掺入不同量的稳泡剂、改变外界温度和改变pH值，制备出了以污泥蛋白做为母液的发泡剂。郭平等通过把十二烷基二甲胺氧化物、阴离子表面活性剂与聚乙烯醇复配，增加了泡沫稳定性；王容沙等将不同类型表面活性剂复配，得到了泡沫性能优越的发泡剂；刘永兵等、赵晓东制备了新型阴离子发泡剂。尹冰等制备了蛋白型混凝土发泡剂并研究了十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠和明胶三种稳泡剂对泡沫性能的影响。

四、泡沫混凝土发泡剂研究及发展方向

由于泡沫混凝土具有轻质保温、隔音耐火、环保性能好的特点，被广泛应用于各项工程中。泡沫混凝土的广泛应用符合国家环境发展要求和节能减排计划。根据目前我国建筑节能的要求，大量需要的是发泡剂稳定性高的低密度泡沫混凝土，但我国目前的发泡剂稳定性达不到所需要求，因此在实际生产过程中会出现由于泡沫稳定性差导致的塌模现象，难于生产。因此，泡沫混凝土发泡剂的研究及发展方向为：

1、研究使制得的混凝土发泡剂更加稳定、可靠，降低成本；

2、研究泡沫混凝土发泡剂性能的影响因素，进一步提高其各项性能。解决泡沫不稳定，不持久等缺点；

3、研究外加剂对发泡剂泡沫性能的影响；

4、扩大发泡剂应用范围，使其在建筑领域的应用更为广泛。

注：大学生创新创业项目，项目号：2018S1037，项目名称：轻质高强泡沫混凝土自保温墙体材料的研究