发泡混凝土（3）

   泡沫是形成泡沫混凝土的基础，所以发泡剂的质量会直接影响泡沫混凝土的质量。
1． 泡沫稳定性：质量好的水泥发泡剂所制取的泡沫，其液膜坚韧，机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形。另外，它有自我保水性，液膜上的水分不易在重力作用及表面张力作用下流失，可长时间保持泡沫液膜的厚度和完整性，从而可使泡沫长间不破灭。稳定性好的泡沫，液膜在浆体内不易破裂，不易形成连通孔。
2． 泡沫均匀性：制取的泡沫的泡径不可能完全相同，但应基本相近，泡径范围应尽可能小，最好在0.1～1mm之间。
3． 泌水率：泡沫自制出后，就逐渐向外泌水。泡沫的泌水率低，才能更好地保证泡沫中的气泡数量和泡沫混凝土的气孔率，即保证泡沫混凝土的密度。
4．  对胶凝材料的负作用：胶凝材料是泡沫混凝土强度的主要来源，有些发泡剂所制取的泡沫稳定性非常好，但加入胶凝材料后，会降低泡沫混凝土的强度，甚至丧失强度，所以要选用制取的泡沫不对胶凝产生负作用的发泡剂。

    基于表面张力作用, 液体表面有自动缩小的趋势,因而纯静液体经搅拌后并不能产生大量泡沫。在纯净液体中, 两个气泡相碰就会毫无阻碍地结合在一起, 最后气泡全部破裂。但如果在液体中溶解一种能降低气- 液界面张力的物质, 使之形成在组成上与其他液体有区别的且有一定机械强度的临界层, 那么两个气泡相碰时, 这种临界层便可作为“缓冲层”防止气泡破裂。发泡剂因其分子结构的不对称性, 能聚集在气- 液界面上, 降低表面张力, 提高膜的机械强度, 形成“缓冲层”, 因而在纯净液体中加入发泡剂后用搅拌、混合、吹入、喷射等机械方法将气体带入发泡剂液体中就能制得泡沫。

   
    所谓泡沫的稳定性是指生成泡沫的持久性, 即泡沫存在“寿命”的长短。这包括两个方面: 一是泡沫自身的持久性, 由发泡剂的质量来决定; 二是泡沫在外界环境中以及和混凝土料浆混合时能保持不破灭的性能, 它不仅和其自身性能有关, 也取决于外界因素的影响。现从几个方面来阐述泡沫的稳定性。
   3. 2. 1
泡沫自身的稳定性
    由于气体和液体的密度相差很大, 所以液体中的气泡总是很快上升至液面, 形成以少量液体构成的液膜隔开气体的气泡聚集物, 即泡沫。泡沫不稳定, 会很快发生衰变, 目前普遍认为有两个方面的原因: 泡沫中液体的析出和气体穿透液膜扩散。
    泡沫中液体的析出　泡沫中液体的析出是气泡相互挤压和重力作用的结果。气泡挤压主要来源于曲面压力。泡沫中各个气泡互交处形成所谓Plateau 边界 (见图1) 。

根据Laplace 公式, 可以导出PB -PA =σ/ R (式中: PA 为A 处的液膜压力, PB 为B 处的液膜压力,σ为表面张力, R 为气泡半径) 。液膜中A 处的压力小于B 处的压力, 于是, 液体会自动地从B 处流至A 处, 结果是液膜逐渐变薄[4 ] 。
    另一种排液过程是液体因重力而下降, 使膜逐渐变薄。这种情况仅在液膜较厚时才比较显著, 液膜变薄至一定程度, 便导致破裂。
    气体透过液膜扩散　无论用何种方法产生的泡沫,其大小总不是完全均匀的。由于弯曲液面附加压力的作用,小泡内的气体压力总是高于大泡,因而气体自高压的小泡透过液膜,扩散到低压的大泡中去,造成小泡变小直至消失,大泡变大,最终导致气泡破裂。
 从以上两方面可以看出, 泡沫自身的稳定性主要取决于液体析出的快慢和液膜的强度, 而增大溶液的粘度恰恰可以解决这两方面的问题。如果液体本身的粘度较大, 则液膜中的液体不易排出, 液膜厚度变小的速度较慢, 因而延缓了液膜破裂的时间,增加了泡沫的稳定性, 同时也使泡沫具有一定的“弹性”。对此,一般可加稳泡剂以达到目的。
   3. 2. 2
外界环境因素对泡沫稳定性的影响
    压力和气泡大小的分布　泡沫在不同压力下稳定性不同, 一般是压力越大, 泡沫越稳定。这是因为泡沫质量一定时, 压力越大, 泡沫半径越小; 膜的面积越大, 液膜变得越薄, 排液速度越低。排液半衰期T1/ 2与气泡直径d 的关系为: T1/ 2 = 580ηh/ pgd2Vtf (式中:η为液相粘度, h 为泡沫柱最初高度,ρ为液相密度, Vtf为泡沫最初液体分数, g 为重力加速度) 。因为气泡大小不均匀, 此式只能定性地说明某些变量之间的关系。也有人认为, 泡沫稳定性与压力的关系是气相中非凝析成分随压力增高而增加的结果。Monsalve从理论上阐明, 单位时间内泡沫泡数的减少与最初气泡大小分布频率有关。气泡分布越窄、越均匀, 泡沫越稳定。因此, 要获得稳定泡沫, 应尽量使泡沫的气泡半径分布窄一些。
    温度的影响　温度对泡沫的影响也较大。一般情况下, 泡沫稳定性随温度升高而下降。低温时, 当泡沫液膜达到一定厚度时, 泡沫就呈现亚稳状态, 当温度特别低时,将直接影响发泡倍数; 高温时, 泡沫的破灭由泡沫柱顶端开始, 泡沫体积随时间增长呈规律性减小。这是由于在最上面的液膜上侧, 总是向上凸的, 这种弯曲膜对蒸发作用很敏感, 温度越高蒸发越快, 膜变薄到一定厚度时就破裂了, 因此大多数泡沫在高温下是不稳定的。
    混凝土料浆的影响　泡沫最终要和料浆进行混合搅拌, 在此过程中, 料浆中成分的颗粒形貌对泡沫的稳定性也有重要影响(见图2) 。

料浆中颗粒(粉煤灰、细砂等) 形状均匀, 表面圆滑, 则和泡沫接触时可以认为是两个圆球的“面面接触”, 这样泡沫本身的“机械强度”和“弹性”特征可能很好发挥,不致产生应力集中,有利于泡沫稳定;若颗粒形状各异,棱角分明,则接触时为“点面接触”, 这必然会刺伤泡沫, 产生应力集中,从而导致泡沫破裂。
 另外, 泡沫最终在混凝土料浆中形成“密孔”,时间越长, 泡沫破裂的可能性越大。所以,尽快促使发泡混凝土凝结硬化是提高其稳定性的另一途径, 一般可使用早强硅酸盐水泥或添加早强剂来达到目的。
    从以上论述可以看出, 影响泡沫稳定性的因素,不仅和其自身的性质有关, 而且也与外界环境有关,只有在实际应用中根据经验和实验选择合适方法来获得稳定泡沫。