泡沫混凝土发泡原理与发泡工艺的研究
徐月梅+吴小琴+徐亚玲+刘晶
（上海城建物资有限公司 上海 200063）
【摘 要】 详细阐述了泡沫混凝土的发泡及气孔形成原理，通过对发泡工艺的研究，在发泡筒中加入钢丝球拉泡网对发泡设备进行改进。与传统工艺相比，该设备生产的泡沫稳定可靠、泌水很低、密细均匀，各方面性能均满足泡沫混凝土生产技术要求。
【关键词】 泡沫混凝土；发泡原理；拉泡网；发泡工艺
Researching on foaming and foaming technique principle of foamed concrete
Xu Yue-mei,Wu Xiao-qin,Xu Ya-ling,Liu Jing
(Shanghai urban construction material Co.LTD Shanghai 200063)
【Abstract】 The foaming and pore formation principle of foamed concrete is described in detaily in this paper. For improving the foaming equipment, we installed steel balls foaming net in the foaming tube after researching the foaming technique. Compared with the traditional foaming technique, the foam produced by our equipment has excellent quality.
【Key words】 Foamed concrete;Foaming principle;Steel balls foaming net;Foaming technique
1.前言
（1）泡沫混凝土又称为发泡水泥、轻质混凝土等，它是通过机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，然后再将泡沫加入到含硅质材料（砂、粉煤灰）、钙质材料（石灰、水泥）、水及外加剂等组成的料浆中，经搅拌均匀浇筑成型各种所需规格，养护而成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它的突出特点就是在混凝土内形成泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化［1］。
（2）近几年人们对泡沫混凝土的研究主要围绕发泡剂与发泡工艺进行。泡沫混凝土的发泡工艺大体上分为两种：一种是将发泡基料通过搅拌的形式来提取泡沫，另外一种是将发泡基料利用空气吹泡提取泡沫。
（3）本次研究的创新点在于，发泡设备中所使用的拉泡网与普通生产工艺中的拉泡网不同。清洁用致密缠绕钢丝球形成的拉泡网网孔均匀，通过它生成的泡沫对混凝土封闭气孔的形成有重大影响，从而生产出符合工程要求的泡沫混凝土。
2. 泡沫混凝土发泡原理
泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型的一个物理过程。泡沫剂是泡沫混凝土中的主要成分，它在机械搅拌的作用下，能形成大量稳定的泡沫。搅拌使泡沫混凝土中的胶凝材料硬质微粒黏附到泡沫的外壳上面，泡沫的气泡就变为互相隔开的单个气泡。单个气泡在毛细管作用之下会产生变形而变成多面体。拌合物中的细孔分布的愈均匀、尺寸愈小，则泡沫混凝土强度愈高［2］。通常机械发泡所制的泡沫混凝土泡径的大小可以通过人工控制，一般都小于3mm。
3.泡沫混凝土气孔形成原理
制出合格的泡沫，只是生产泡沫混凝土的第一步，只有泡沫顺利混入胶凝材料浆体，经凝结作用固定在混凝土内，形成泡沫混凝土，才能最终体现泡沫的价值。泡沫在形成混凝土的过程中，将发生一系列性能、形态的变化，并对混凝土产生重要的影响［3］。研究泡沫在混凝土内如何形成气孔，对指导生产具有现实意义。
用发泡机制出的泡沫最终成为泡沫混凝土的气孔一般要经历以下过程：
3.1 气液界面向气——液——固界面的转变。
泡沫本来是气液两相体系，由液膜包围气体。而胶凝材料浆体是水和胶凝材料颗粒形成的液——固两相体系。泡沫混入胶凝材料浆体，二者就变成气——液固三相体系，即料浆由气泡、水、固体颗粒三相组成。这一变化使气泡的液膜随之发生重大变化。
3.1.1 气泡由单纯的液膜变成液固复合膜。
气泡的膜层上大量黏附水泥等固体颗粒。原来的气泡液膜是很薄的，只有几纳米，黏附固体颗粒后，液膜变厚。因而气泡在进入水泥等胶凝浆体后，一般稳定性增加。单独的泡沫只能存留几十分钟或者几个小时，而混入浆体后，存留时间在延长，一般可延长2~3倍。这为固泡创造了良好的条件。
3.1.2 气泡受到的挤压力变大。
泡沫在单独存在时，由于泡间液量很小只受到气泡相互的挤压力。因为泡沫很轻，所以它们相互间的挤压力是极小的。但当泡沫混入水泥浆体后，由于浆体的密度大，对泡沫的挤压力较大。这种情况在重集料浆体内更为明显。因此，若泡沫的液膜韧性差，不够坚固时很容易被挤压力破坏，引起泡沫的迅速破灭。从这一点讲，稳定性差的泡沫在浆体内难以存留。泡沫的破灭往往从挤压力较大的下部浆体开始。
3.1.3 气泡的形状发生改变。
泡沫在混入浆体前虽也呈多边形或不规则形，但变形小大体仍保持圆球形。但当它们混入浆体后，由于不均衡挤压力的作用，气泡形状发生较大的改变，不规则性增加。在这一转变阶段，泡沫的机械强度仍以液膜为主。
3.2 气——液——固界面向气 ——固界面的过渡。
（1）气——液——固界面向气 ——固界面的过渡从浇注成型后或现场浇注后开始，到浆体初凝后结束。该阶段，也就是胶凝材料的静停阶段，泡沫开始进行，黏附在气泡膜上的胶凝颗粒慢慢生成胶凝物质，产生一定的强度，但强度仍然很弱，不足以支撑泡沫体。因此，这时的泡沫强度是一种复合强度，既有泡沫初始的液膜强度，也有胶凝物质产生的附着层强度。在水化作用刚刚开始和初期，泡沫液膜的强度仍起主导的作用，而在后期接近初凝时，凝胶作用产生的强度则占主导地位。
（2）这一阶段是泡沫混凝土生产最关键的一个阶段。尽快让胶凝材料产生大量的胶凝物质来弥补因泡沫液膜逐渐减薄而丧失的泡沫强度，阻止泡沫在浆体初凝前破灭，是能否成功在下一步形成气孔的技术核心。因此在这一过程中，采用快凝性胶凝材料，或者采用各种促凝措施等十分必要。
3.3 气——固界面形成。
（1）气——固界面形成阶段泡沫将发生质的变化，泡沫层将由液——气——固三相界面转变为气——固界面，泡沫变成气孔，被胶凝物质固定在混凝土内，形成泡沫混凝土。
（2）当胶凝材料初凝后，水化开始加快进行，大量水化热使泡沫液膜的水分蒸发。同时胶凝材料的水化，需要大量的水，泡沫液膜及泡间的水被水化消耗。这就使泡沫的液膜 逐渐减薄，最后完全消失。原来附着在气泡膜上的水化生成物，在水膜减薄的过程中，逐渐取代水膜，形成了一个包围气体的胶凝层。当泡沫液膜消失时，胶凝层完全封闭了空气，形成气孔壁。于是泡沫完成了向气孔转变的全过程，最终形成了气孔。而原来泡沫的液膜，也变成了坚固的混凝土气孔壁。
4. 发泡设备的结构及工作原理
4.1 发泡机的工作原理。
如图1、图2所示，利用压缩空气将发泡剂溶液和压缩空气穿过一个特制的发泡筒，在发泡筒内的混合室中进行混合，然后在压缩空气的作用下，将形成的泡沫吹出发泡筒，在拉泡网的作用下形成满足要求的泡沫，直接与水泥搅拌机中的水泥浆混合制成泡沫混凝土。
4.2 发泡筒。
4.2.1 发泡筒的尺寸。
发泡筒的规格用D* Lcm表示。其中D为筒的内径，L为筒的有效长度，内径D有泡沫产量和泡沫生产速度决定，一般泡沫出筒速度为0.1～0.2m/s，根据泡沫需求量，就可确定内径D。我们选用发泡筒的尺寸为10*80。
4.2.2 发泡筒的构成。
发泡筒由筒壁、钢丝球网格、网格固定材料、尾部料、气混合室和喷嘴组成。
4.2.3 发泡筒工作原理。
发泡筒尾部封闭，另一端开口;封闭端同时引入两个喷嘴，一个是压缩空气，另一个是发泡剂溶液。在封闭端气、液进入处形成一个封闭的空间，称为混合室。其作用是使压缩空气和发泡剂溶液在此充分、均匀混合，产生雾状的液滴，保证产生的泡沫均匀、稳定。气、液在离开混合室后就开始发泡，只不过此时量小，离开混合室后泡沫通过十几个钢丝球拉泡网。在通过钢丝球的过程中，气、液进一步混合，泡沫大量形成，由于钢丝球的作用，产生的气泡直径均匀、细小，并逐渐稳定从出口流出［4］。
4.2.4 拉泡网的选择。
国内外的发泡筒拉泡网采用了不同的材料，有的采用磁片有的采用玻璃球，考虑到工程实效性与经济适用性，我们设计采用的是清洁用钢丝球。
国内的钢丝球原料属于一种改拔丝，经过改拔后制作成线径0.13mm的如同头发丝粗细的钢丝清洁球，致密的一匝一匝的缠绕，它对发泡过程起到了举足轻重的作用。
4.2.5 拉泡网个数的选择。
为了摸清钢丝球的层数对泡沫质量的影响，我们选择了在发泡筒内放入5、8、10、12、15个钢丝球进行试验，试验结果表明:当网的个数很少时，泡沫产量较大，但泡径较大，泡沫稳定性较差。钢丝球的个数越多，泡沫越均匀稳定，但阻力较大，产量下降。所以根据试验结果，网层数在10~12较合适。
4.3 钢丝球拉泡网与传统工艺中拉泡网对泡沫混凝土性能影响的对比。
（1）经过多次试验调整，用钢丝球拉泡网生成的泡沫，可完全满足泡沫混凝土对泡沫指标的要求。同时，我们将此拉泡网的发泡情况与传统工艺拉泡网的发泡情况进行对比，测试结果如表1所示。
（2）由表1的数据可以看出：两种拉泡网发泡工艺指标是有明显区别的，同样的发泡剂，采用普通拉泡网，其发泡倍数小，稳泡性能也明显不如使用钢丝球拉泡网好。
表1 两种拉泡网发泡参数对比
发泡工艺 项目 要求指标 试验结果
普通拉泡网
钢丝球拉泡网 发泡倍数 >20 18
1h沉降距mm <10 14
1h泌水量ml <80 82
发泡倍数 >20 21
1h沉降距mm <10 9
1h泌水量ml <80 75
4.4 钢丝球拉泡网发泡的物理过程。
物理充气发泡技术的运用是形成轻质混凝土微孔的关键成分，气——液——固界面向气 ——固界面的过渡过程。通过钢丝球与发泡剂在管道中的接受作用，能够尽快让胶凝材料产生大量的胶凝物质，从而弥补了因泡沫液膜逐渐减薄而丧失的泡沫强度，阻止泡沫在浆体初凝前破灭［5］。从而能够完美的形成气孔，提高泡沫混凝土强度、增加保温效果等性能。
从根本上来说，钢丝球主要提高了泡沫混凝土的以下四个基本技术要求：
4.4.1 增强了泡沫的稳定性。
稳定性好的泡沫，其液膜坚固、机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形。
4.4.2 增加了泡沫的均匀性。
理论要求生成泡沫时，气孔的理想孔径分布越窄越好，发泡剂穿过钢丝球所生成的气孔大小一致、均匀稳定，有效的避免了压应力在大泡孔处集中而降低的抗压强度。
4.4.3 生成泡径小。
经过钢丝球后生成的泡径，基本保护在0.1~1mm之间，试验表明，1mm泡径的泡沫混凝土抗压强度，要比3mm泡径的泡沫混凝土至少高20%。
4.4.4 生成泡沫为海绵状泡沫。
泡沫含水量大小直接影响生成泡沫的种类是水多泡少的乳状泡沫还是泡多水少的海绵状泡沫。经过钢丝球作用的泡沫，含水量小，是适宜生产使用的海绵状泡沫。 5. 总结（1）在长期的试验中我们发现，不少泡沫对胶凝材料的胶凝过程有妨碍，不但降低泡沫混凝土强度，有时甚至使硬化后的混凝土基本丧失强度，像一般散砂。这一般是由于所生成的泡沫稳定性差造成的，其实质就是泡沫的气泡结构不坚牢，容易破裂，导致气泡破裂后空气跑掉，从而导致浆体缺乏支撑而造成胚体破坏。在气泡破灭之后，浆体失去支撑，体积缩小，易造成塌模，对泡沫混凝土施工产生非常坏的影响。（2）泡沫混凝土的性能在很大程度上是由于气孔结构来决定的。球形封闭气孔，孔径分布均匀细小，泡沫混凝土不透水，不透气。不透气保温性好，不透水则防水抗潮及耐久性好。气孔均匀细小则混凝土的抗压强度高。稳定性越好的泡沫，抵抗外力的能力就越强。就越不易变形。从而能够更好的应用到工程项目中。（3）经过钢丝球过渡后的泡沫，与传统拉泡网工艺相比，起泡稳定可靠，泌水很低，密细均匀，外表像海绵，几个小时都不会消。各方面都满足泡沫混凝土生产技术要求。同时也初步解决了在泡沫混凝土生产过程中遇到的泡沫不宜储存的局限。参考文献［1］ 〖ZK(#〗张磊，杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状［J］.混凝土，2005( 8):44~48.［2］ 闫振甲，何艳群泡沫混凝土实用生产技术［M］.北京;化学工业出版社，2006.6.［3］ 李 良. 泡沫混凝土中的泡沫成型机理研究［J］.砌块与墙板，2010 (12):41~43.［4］ 李启金，李国忠，余徉辑，蒋晓妹. 轻质泡沫混凝土新型制备方法的研究［J］.砌块与墙板，2012 (17):25~28. ［5］ 范丽，张建旭.泡沫稳定性对泡沫混凝土的影响以及稳定措施［J］.建筑与工程，［基金项目］上海市城乡建设和交通委员会科研项目《复合型轻质混凝土在世博轴综合利用改建项目中的研究与应用》（建管2013-009-005）。国家科技部“十二五”课题《村镇建筑节能关键技术集成与示范》（2011BAJ08B10）。 ［文章编号］1619-2737（2014）05-22-791
如图1、图2所示，利用压缩空气将发泡剂溶液和压缩空气穿过一个特制的发泡筒，在发泡筒内的混合室中进行混合，然后在压缩空气的作用下，将形成的泡沫吹出发泡筒，在拉泡网的作用下形成满足要求的泡沫，直接与水泥搅拌机中的水泥浆混合制成泡沫混凝土。
4.2 发泡筒。
4.2.1 发泡筒的尺寸。
发泡筒的规格用D* Lcm表示。其中D为筒的内径，L为筒的有效长度，内径D有泡沫产量和泡沫生产速度决定，一般泡沫出筒速度为0.1～0.2m/s，根据泡沫需求量，就可确定内径D。我们选用发泡筒的尺寸为10*80。
4.2.2 发泡筒的构成。
发泡筒由筒壁、钢丝球网格、网格固定材料、尾部料、气混合室和喷嘴组成。
4.2.3 发泡筒工作原理。
发泡筒尾部封闭，另一端开口;封闭端同时引入两个喷嘴，一个是压缩空气，另一个是发泡剂溶液。在封闭端气、液进入处形成一个封闭的空间，称为混合室。其作用是使压缩空气和发泡剂溶液在此充分、均匀混合，产生雾状的液滴，保证产生的泡沫均匀、稳定。气、液在离开混合室后就开始发泡，只不过此时量小，离开混合室后泡沫通过十几个钢丝球拉泡网。在通过钢丝球的过程中，气、液进一步混合，泡沫大量形成，由于钢丝球的作用，产生的气泡直径均匀、细小，并逐渐稳定从出口流出［4］。
4.2.4 拉泡网的选择。
国内外的发泡筒拉泡网采用了不同的材料，有的采用磁片有的采用玻璃球，考虑到工程实效性与经济适用性，我们设计采用的是清洁用钢丝球。
国内的钢丝球原料属于一种改拔丝，经过改拔后制作成线径0.13mm的如同头发丝粗细的钢丝清洁球，致密的一匝一匝的缠绕，它对发泡过程起到了举足轻重的作用。
4.2.5 拉泡网个数的选择。
为了摸清钢丝球的层数对泡沫质量的影响，我们选择了在发泡筒内放入5、8、10、12、15个钢丝球进行试验，试验结果表明:当网的个数很少时，泡沫产量较大，但泡径较大，泡沫稳定性较差。钢丝球的个数越多，泡沫越均匀稳定，但阻力较大，产量下降。所以根据试验结果，网层数在10~12较合适。
4.3 钢丝球拉泡网与传统工艺中拉泡网对泡沫混凝土性能影响的对比。
（1）经过多次试验调整，用钢丝球拉泡网生成的泡沫，可完全满足泡沫混凝土对泡沫指标的要求。同时，我们将此拉泡网的发泡情况与传统工艺拉泡网的发泡情况进行对比，测试结果如表1所示。
（2）由表1的数据可以看出：两种拉泡网发泡工艺指标是有明显区别的，同样的发泡剂，采用普通拉泡网，其发泡倍数小，稳泡性能也明显不如使用钢丝球拉泡网好。
表1 两种拉泡网发泡参数对比
发泡工艺 项目 要求指标 试验结果
普通拉泡网
钢丝球拉泡网 发泡倍数 >20 18
1h沉降距mm <10 14
1h泌水量ml <80 82
发泡倍数 >20 21
1h沉降距mm <10 9
1h泌水量ml <80 75
4.4 钢丝球拉泡网发泡的物理过程。
物理充气发泡技术的运用是形成轻质混凝土微孔的关键成分，气——液——固界面向气 ——固界面的过渡过程。通过钢丝球与发泡剂在管道中的接受作用，能够尽快让胶凝材料产生大量的胶凝物质，从而弥补了因泡沫液膜逐渐减薄而丧失的泡沫强度，阻止泡沫在浆体初凝前破灭［5］。从而能够完美的形成气孔，提高泡沫混凝土强度、增加保温效果等性能。
从根本上来说，钢丝球主要提高了泡沫混凝土的以下四个基本技术要求：
4.4.1 增强了泡沫的稳定性。
稳定性好的泡沫，其液膜坚固、机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形。
4.4.2 增加了泡沫的均匀性。
理论要求生成泡沫时，气孔的理想孔径分布越窄越好，发泡剂穿过钢丝球所生成的气孔大小一致、均匀稳定，有效的避免了压应力在大泡孔处集中而降低的抗压强度。
4.4.3 生成泡径小。
经过钢丝球后生成的泡径，基本保护在0.1~1mm之间，试验表明，1mm泡径的泡沫混凝土抗压强度，要比3mm泡径的泡沫混凝土至少高20%。
4.4.4 生成泡沫为海绵状泡沫。
泡沫含水量大小直接影响生成泡沫的种类是水多泡少的乳状泡沫还是泡多水少的海绵状泡沫。经过钢丝球作用的泡沫，含水量小，是适宜生产使用的海绵状泡沫。 5. 总结（1）在长期的试验中我们发现，不少泡沫对胶凝材料的胶凝过程有妨碍，不但降低泡沫混凝土强度，有时甚至使硬化后的混凝土基本丧失强度，像一般散砂。这一般是由于所生成的泡沫稳定性差造成的，其实质就是泡沫的气泡结构不坚牢，容易破裂，导致气泡破裂后空气跑掉，从而导致浆体缺乏支撑而造成胚体破坏。在气泡破灭之后，浆体失去支撑，体积缩小，易造成塌模，对泡沫混凝土施工产生非常坏的影响。（2）泡沫混凝土的性能在很大程度上是由于气孔结构来决定的。球形封闭气孔，孔径分布均匀细小，泡沫混凝土不透水，不透气。不透气保温性好，不透水则防水抗潮及耐久性好。气孔均匀细小则混凝土的抗压强度高。稳定性越好的泡沫，抵抗外力的能力就越强。就越不易变形。从而能够更好的应用到工程项目中。（3）经过钢丝球过渡后的泡沫，与传统拉泡网工艺相比，起泡稳定可靠，泌水很低，密细均匀，外表像海绵，几个小时都不会消。各方面都满足泡沫混凝土生产技术要求。同时也初步解决了在泡沫混凝土生产过程中遇到的泡沫不宜储存的局限。参考文献［1］ 〖ZK(#〗张磊，杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状［J］.混凝土，2005( 8):44~48.［2］ 闫振甲，何艳群泡沫混凝土实用生产技术［M］.北京;化学工业出版社，2006.6.［3］ 李 良. 泡沫混凝土中的泡沫成型机理研究［J］.砌块与墙板，2010 (12):41~43.［4］ 李启金，李国忠，余徉辑，蒋晓妹. 轻质泡沫混凝土新型制备方法的研究［J］.砌块与墙板，2012 (17):25~28. ［5］ 范丽，张建旭.泡沫稳定性对泡沫混凝土的影响以及稳定措施［J］.建筑与工程，［基金项目］上海市城乡建设和交通委员会科研项目《复合型轻质混凝土在世博轴综合利用改建项目中的研究与应用》（建管2013-009-005）。国家科技部“十二五”课题《村镇建筑节能关键技术集成与示范》（2011BAJ08B10）。 ［文章编号］1619-2737（2014）05-22-791
如图1、图2所示，利用压缩空气将发泡剂溶液和压缩空气穿过一个特制的发泡筒，在发泡筒内的混合室中进行混合，然后在压缩空气的作用下，将形成的泡沫吹出发泡筒，在拉泡网的作用下形成满足要求的泡沫，直接与水泥搅拌机中的水泥浆混合制成泡沫混凝土。
4.2 发泡筒。
4.2.1 发泡筒的尺寸。
发泡筒的规格用D* Lcm表示。其中D为筒的内径，L为筒的有效长度，内径D有泡沫产量和泡沫生产速度决定，一般泡沫出筒速度为0.1～0.2m/s，根据泡沫需求量，就可确定内径D。我们选用发泡筒的尺寸为10*80。
4.2.2 发泡筒的构成。
发泡筒由筒壁、钢丝球网格、网格固定材料、尾部料、气混合室和喷嘴组成。
4.2.3 发泡筒工作原理。
发泡筒尾部封闭，另一端开口;封闭端同时引入两个喷嘴，一个是压缩空气，另一个是发泡剂溶液。在封闭端气、液进入处形成一个封闭的空间，称为混合室。其作用是使压缩空气和发泡剂溶液在此充分、均匀混合，产生雾状的液滴，保证产生的泡沫均匀、稳定。气、液在离开混合室后就开始发泡，只不过此时量小，离开混合室后泡沫通过十几个钢丝球拉泡网。在通过钢丝球的过程中，气、液进一步混合，泡沫大量形成，由于钢丝球的作用，产生的气泡直径均匀、细小，并逐渐稳定从出口流出［4］。
4.2.4 拉泡网的选择。
国内外的发泡筒拉泡网采用了不同的材料，有的采用磁片有的采用玻璃球，考虑到工程实效性与经济适用性，我们设计采用的是清洁用钢丝球。
国内的钢丝球原料属于一种改拔丝，经过改拔后制作成线径0.13mm的如同头发丝粗细的钢丝清洁球，致密的一匝一匝的缠绕，它对发泡过程起到了举足轻重的作用。
4.2.5 拉泡网个数的选择。
为了摸清钢丝球的层数对泡沫质量的影响，我们选择了在发泡筒内放入5、8、10、12、15个钢丝球进行试验，试验结果表明:当网的个数很少时，泡沫产量较大，但泡径较大，泡沫稳定性较差。钢丝球的个数越多，泡沫越均匀稳定，但阻力较大，产量下降。所以根据试验结果，网层数在10~12较合适。
4.3 钢丝球拉泡网与传统工艺中拉泡网对泡沫混凝土性能影响的对比。
（1）经过多次试验调整，用钢丝球拉泡网生成的泡沫，可完全满足泡沫混凝土对泡沫指标的要求。同时，我们将此拉泡网的发泡情况与传统工艺拉泡网的发泡情况进行对比，测试结果如表1所示。
（2）由表1的数据可以看出：两种拉泡网发泡工艺指标是有明显区别的，同样的发泡剂，采用普通拉泡网，其发泡倍数小，稳泡性能也明显不如使用钢丝球拉泡网好。
表1 两种拉泡网发泡参数对比
发泡工艺 项目 要求指标 试验结果
普通拉泡网
钢丝球拉泡网 发泡倍数 >20 18
1h沉降距mm <10 14
1h泌水量ml <80 82
发泡倍数 >20 21
1h沉降距mm <10 9
1h泌水量ml <80 75
4.4 钢丝球拉泡网发泡的物理过程。
物理充气发泡技术的运用是形成轻质混凝土微孔的关键成分，气——液——固界面向气 ——固界面的过渡过程。通过钢丝球与发泡剂在管道中的接受作用，能够尽快让胶凝材料产生大量的胶凝物质，从而弥补了因泡沫液膜逐渐减薄而丧失的泡沫强度，阻止泡沫在浆体初凝前破灭［5］。从而能够完美的形成气孔，提高泡沫混凝土强度、增加保温效果等性能。
从根本上来说，钢丝球主要提高了泡沫混凝土的以下四个基本技术要求：
4.4.1 增强了泡沫的稳定性。
稳定性好的泡沫，其液膜坚固、机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形。
4.4.2 增加了泡沫的均匀性。
理论要求生成泡沫时，气孔的理想孔径分布越窄越好，发泡剂穿过钢丝球所生成的气孔大小一致、均匀稳定，有效的避免了压应力在大泡孔处集中而降低的抗压强度。
4.4.3 生成泡径小。
经过钢丝球后生成的泡径，基本保护在0.1~1mm之间，试验表明，1mm泡径的泡沫混凝土抗压强度，要比3mm泡径的泡沫混凝土至少高20%。
4.4.4 生成泡沫为海绵状泡沫。
泡沫含水量大小直接影响生成泡沫的种类是水多泡少的乳状泡沫还是泡多水少的海绵状泡沫。经过钢丝球作用的泡沫，含水量小，是适宜生产使用的海绵状泡沫。 5. 总结（1）在长期的试验中我们发现，不少泡沫对胶凝材料的胶凝过程有妨碍，不但降低泡沫混凝土强度，有时甚至使硬化后的混凝土基本丧失强度，像一般散砂。这一般是由于所生成的泡沫稳定性差造成的，其实质就是泡沫的气泡结构不坚牢，容易破裂，导致气泡破裂后空气跑掉，从而导致浆体缺乏支撑而造成胚体破坏。在气泡破灭之后，浆体失去支撑，体积缩小，易造成塌模，对泡沫混凝土施工产生非常坏的影响。（2）泡沫混凝土的性能在很大程度上是由于气孔结构来决定的。球形封闭气孔，孔径分布均匀细小，泡沫混凝土不透水，不透气。不透气保温性好，不透水则防水抗潮及耐久性好。气孔均匀细小则混凝土的抗压强度高。稳定性越好的泡沫，抵抗外力的能力就越强。就越不易变形。从而能够更好的应用到工程项目中。（3）经过钢丝球过渡后的泡沫，与传统拉泡网工艺相比，起泡稳定可靠，泌水很低，密细均匀，外表像海绵，几个小时都不会消。各方面都满足泡沫混凝土生产技术要求。同时也初步解决了在泡沫混凝土生产过程中遇到的泡沫不宜储存的局限。参考文献［1］ 〖ZK(#〗张磊，杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状［J］.混凝土，2005( 8):44~48.［2］ 闫振甲，何艳群泡沫混凝土实用生产技术［M］.北京;化学工业出版社，2006.6.［3］ 李 良. 泡沫混凝土中的泡沫成型机理研究［J］.砌块与墙板，2010 (12):41~43.［4］ 李启金，李国忠，余徉辑，蒋晓妹. 轻质泡沫混凝土新型制备方法的研究［J］.砌块与墙板，2012 (17):25~28. ［5］ 范丽，张建旭.泡沫稳定性对泡沫混凝土的影响以及稳定措施［J］.建筑与工程，［基金项目］上海市城乡建设和交通委员会科研项目《复合型轻质混凝土在世博轴综合利用改建项目中的研究与应用》（建管2013-009-005）。国家科技部“十二五”课题《村镇建筑节能关键技术集成与示范》（2011BAJ08B10）。 ［文章编号］1619-2737（2014）05-22-791
（上海城建物资有限公司 上海 200063）
【摘 要】 详细阐述了泡沫混凝土的发泡及气孔形成原理，通过对发泡工艺的研究，在发泡筒中加入钢丝球拉泡网对发泡设备进行改进。与传统工艺相比，该设备生产的泡沫稳定可靠、泌水很低、密细均匀，各方面性能均满足泡沫混凝土生产技术要求。
【关键词】 泡沫混凝土；发泡原理；拉泡网；发泡工艺
Researching on foaming and foaming technique principle of foamed concrete
Xu Yue-mei,Wu Xiao-qin,Xu Ya-ling,Liu Jing
(Shanghai urban construction material Co.LTD Shanghai 200063)
【Abstract】 The foaming and pore formation principle of foamed concrete is described in detaily in this paper. For improving the foaming equipment, we installed steel balls foaming net in the foaming tube after researching the foaming technique. Compared with the traditional foaming technique, the foam produced by our equipment has excellent quality.
【Key words】 Foamed concrete;Foaming principle;Steel balls foaming net;Foaming technique
1.前言
（1）泡沫混凝土又称为发泡水泥、轻质混凝土等，它是通过机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，然后再将泡沫加入到含硅质材料（砂、粉煤灰）、钙质材料（石灰、水泥）、水及外加剂等组成的料浆中，经搅拌均匀浇筑成型各种所需规格，养护而成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它的突出特点就是在混凝土内形成泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化［1］。
（2）近几年人们对泡沫混凝土的研究主要围绕发泡剂与发泡工艺进行。泡沫混凝土的发泡工艺大体上分为两种：一种是将发泡基料通过搅拌的形式来提取泡沫，另外一种是将发泡基料利用空气吹泡提取泡沫。
（3）本次研究的创新点在于，发泡设备中所使用的拉泡网与普通生产工艺中的拉泡网不同。清洁用致密缠绕钢丝球形成的拉泡网网孔均匀，通过它生成的泡沫对混凝土封闭气孔的形成有重大影响，从而生产出符合工程要求的泡沫混凝土。
2. 泡沫混凝土发泡原理
泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型的一个物理过程。泡沫剂是泡沫混凝土中的主要成分，它在机械搅拌的作用下，能形成大量稳定的泡沫。搅拌使泡沫混凝土中的胶凝材料硬质微粒黏附到泡沫的外壳上面，泡沫的气泡就变为互相隔开的单个气泡。单个气泡在毛细管作用之下会产生变形而变成多面体。拌合物中的细孔分布的愈均匀、尺寸愈小，则泡沫混凝土强度愈高［2］。通常机械发泡所制的泡沫混凝土泡径的大小可以通过人工控制，一般都小于3mm。
3.泡沫混凝土气孔形成原理
制出合格的泡沫，只是生产泡沫混凝土的第一步，只有泡沫顺利混入胶凝材料浆体，经凝结作用固定在混凝土内，形成泡沫混凝土，才能最终体现泡沫的价值。泡沫在形成混凝土的过程中，将发生一系列性能、形态的变化，并对混凝土产生重要的影响［3］。研究泡沫在混凝土内如何形成气孔，对指导生产具有现实意义。
用发泡机制出的泡沫最终成为泡沫混凝土的气孔一般要经历以下过程：
3.1 气液界面向气——液——固界面的转变。
泡沫本来是气液两相体系，由液膜包围气体。而胶凝材料浆体是水和胶凝材料颗粒形成的液——固两相体系。泡沫混入胶凝材料浆体，二者就变成气——液固三相体系，即料浆由气泡、水、固体颗粒三相组成。这一变化使气泡的液膜随之发生重大变化。
3.1.1 气泡由单纯的液膜变成液固复合膜。
气泡的膜层上大量黏附水泥等固体颗粒。原来的气泡液膜是很薄的，只有几纳米，黏附固体颗粒后，液膜变厚。因而气泡在进入水泥等胶凝浆体后，一般稳定性增加。单独的泡沫只能存留几十分钟或者几个小时，而混入浆体后，存留时间在延长，一般可延长2~3倍。这为固泡创造了良好的条件。
3.1.2 气泡受到的挤压力变大。
泡沫在单独存在时，由于泡间液量很小只受到气泡相互的挤压力。因为泡沫很轻，所以它们相互间的挤压力是极小的。但当泡沫混入水泥浆体后，由于浆体的密度大，对泡沫的挤压力较大。这种情况在重集料浆体内更为明显。因此，若泡沫的液膜韧性差，不够坚固时很容易被挤压力破坏，引起泡沫的迅速破灭。从这一点讲，稳定性差的泡沫在浆体内难以存留。泡沫的破灭往往从挤压力较大的下部浆体开始。
3.1.3 气泡的形状发生改变。
泡沫在混入浆体前虽也呈多边形或不规则形，但变形小大体仍保持圆球形。但当它们混入浆体后，由于不均衡挤压力的作用，气泡形状发生较大的改变，不规则性增加。在这一转变阶段，泡沫的机械强度仍以液膜为主。
3.2 气——液——固界面向气 ——固界面的过渡。
（1）气——液——固界面向气 ——固界面的过渡从浇注成型后或现场浇注后开始，到浆体初凝后结束。该阶段，也就是胶凝材料的静停阶段，泡沫开始进行，黏附在气泡膜上的胶凝颗粒慢慢生成胶凝物质，产生一定的强度，但强度仍然很弱，不足以支撑泡沫体。因此，这时的泡沫强度是一种复合强度，既有泡沫初始的液膜强度，也有胶凝物质产生的附着层强度。在水化作用刚刚开始和初期，泡沫液膜的强度仍起主导的作用，而在后期接近初凝时，凝胶作用产生的强度则占主导地位。
（2）这一阶段是泡沫混凝土生产最关键的一个阶段。尽快让胶凝材料产生大量的胶凝物质来弥补因泡沫液膜逐渐减薄而丧失的泡沫强度，阻止泡沫在浆体初凝前破灭，是能否成功在下一步形成气孔的技术核心。因此在这一过程中，采用快凝性胶凝材料，或者采用各种促凝措施等十分必要。
3.3 气——固界面形成。
（1）气——固界面形成阶段泡沫将发生质的变化，泡沫层将由液——气——固三相界面转变为气——固界面，泡沫变成气孔，被胶凝物质固定在混凝土内，形成泡沫混凝土。
（2）当胶凝材料初凝后，水化开始加快进行，大量水化热使泡沫液膜的水分蒸发。同时胶凝材料的水化，需要大量的水，泡沫液膜及泡间的水被水化消耗。这就使泡沫的液膜 逐渐减薄，最后完全消失。原来附着在气泡膜上的水化生成物，在水膜减薄的过程中，逐渐取代水膜，形成了一个包围气体的胶凝层。当泡沫液膜消失时，胶凝层完全封闭了空气，形成气孔壁。于是泡沫完成了向气孔转变的全过程，最终形成了气孔。而原来泡沫的液膜，也变成了坚固的混凝土气孔壁。
4. 发泡设备的结构及工作原理
4.1 发泡机的工作原理。
如图1、图2所示，利用压缩空气将发泡剂溶液和压缩空气穿过一个特制的发泡筒，在发泡筒内的混合室中进行混合，然后在压缩空气的作用下，将形成的泡沫吹出发泡筒，在拉泡网的作用下形成满足要求的泡沫，直接与水泥搅拌机中的水泥浆混合制成泡沫混凝土。
4.2 发泡筒。
4.2.1 发泡筒的尺寸。
发泡筒的规格用D* Lcm表示。其中D为筒的内径，L为筒的有效长度，内径D有泡沫产量和泡沫生产速度决定，一般泡沫出筒速度为0.1～0.2m/s，根据泡沫需求量，就可确定内径D。我们选用发泡筒的尺寸为10*80。
4.2.2 发泡筒的构成。
发泡筒由筒壁、钢丝球网格、网格固定材料、尾部料、气混合室和喷嘴组成。
4.2.3 发泡筒工作原理。
发泡筒尾部封闭，另一端开口;封闭端同时引入两个喷嘴，一个是压缩空气，另一个是发泡剂溶液。在封闭端气、液进入处形成一个封闭的空间，称为混合室。其作用是使压缩空气和发泡剂溶液在此充分、均匀混合，产生雾状的液滴，保证产生的泡沫均匀、稳定。气、液在离开混合室后就开始发泡，只不过此时量小，离开混合室后泡沫通过十几个钢丝球拉泡网。在通过钢丝球的过程中，气、液进一步混合，泡沫大量形成，由于钢丝球的作用，产生的气泡直径均匀、细小，并逐渐稳定从出口流出［4］。
4.2.4 拉泡网的选择。
国内外的发泡筒拉泡网采用了不同的材料，有的采用磁片有的采用玻璃球，考虑到工程实效性与经济适用性，我们设计采用的是清洁用钢丝球。
国内的钢丝球原料属于一种改拔丝，经过改拔后制作成线径0.13mm的如同头发丝粗细的钢丝清洁球，致密的一匝一匝的缠绕，它对发泡过程起到了举足轻重的作用。
4.2.5 拉泡网个数的选择。
为了摸清钢丝球的层数对泡沫质量的影响，我们选择了在发泡筒内放入5、8、10、12、15个钢丝球进行试验，试验结果表明:当网的个数很少时，泡沫产量较大，但泡径较大，泡沫稳定性较差。钢丝球的个数越多，泡沫越均匀稳定，但阻力较大，产量下降。所以根据试验结果，网层数在10~12较合适。
4.3 钢丝球拉泡网与传统工艺中拉泡网对泡沫混凝土性能影响的对比。
（1）经过多次试验调整，用钢丝球拉泡网生成的泡沫，可完全满足泡沫混凝土对泡沫指标的要求。同时，我们将此拉泡网的发泡情况与传统工艺拉泡网的发泡情况进行对比，测试结果如表1所示。
（2）由表1的数据可以看出：两种拉泡网发泡工艺指标是有明显区别的，同样的发泡剂，采用普通拉泡网，其发泡倍数小，稳泡性能也明显不如使用钢丝球拉泡网好。
表1 两种拉泡网发泡参数对比
发泡工艺 项目 要求指标 试验结果
普通拉泡网
钢丝球拉泡网 发泡倍数 >20 18
1h沉降距mm <10 14
1h泌水量ml <80 82
发泡倍数 >20 21
1h沉降距mm <10 9
1h泌水量ml <80 75
4.4 钢丝球拉泡网发泡的物理过程。
物理充气发泡技术的运用是形成轻质混凝土微孔的关键成分，气——液——固界面向气 ——固界面的过渡过程。通过钢丝球与发泡剂在管道中的接受作用，能够尽快让胶凝材料产生大量的胶凝物质，从而弥补了因泡沫液膜逐渐减薄而丧失的泡沫强度，阻止泡沫在浆体初凝前破灭［5］。从而能够完美的形成气孔，提高泡沫混凝土强度、增加保温效果等性能。
从根本上来说，钢丝球主要提高了泡沫混凝土的以下四个基本技术要求：
4.4.1 增强了泡沫的稳定性。
稳定性好的泡沫，其液膜坚固、机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形。
4.4.2 增加了泡沫的均匀性。
理论要求生成泡沫时，气孔的理想孔径分布越窄越好，发泡剂穿过钢丝球所生成的气孔大小一致、均匀稳定，有效的避免了压应力在大泡孔处集中而降低的抗压强度。
4.4.3 生成泡径小。
经过钢丝球后生成的泡径，基本保护在0.1~1mm之间，试验表明，1mm泡径的泡沫混凝土抗压强度，要比3mm泡径的泡沫混凝土至少高20%。
4.4.4 生成泡沫为海绵状泡沫。
泡沫含水量大小直接影响生成泡沫的种类是水多泡少的乳状泡沫还是泡多水少的海绵状泡沫。经过钢丝球作用的泡沫，含水量小，是适宜生产使用的海绵状泡沫。 5. 总结（1）在长期的试验中我们发现，不少泡沫对胶凝材料的胶凝过程有妨碍，不但降低泡沫混凝土强度，有时甚至使硬化后的混凝土基本丧失强度，像一般散砂。这一般是由于所生成的泡沫稳定性差造成的，其实质就是泡沫的气泡结构不坚牢，容易破裂，导致气泡破裂后空气跑掉，从而导致浆体缺乏支撑而造成胚体破坏。在气泡破灭之后，浆体失去支撑，体积缩小，易造成塌模，对泡沫混凝土施工产生非常坏的影响。（2）泡沫混凝土的性能在很大程度上是由于气孔结构来决定的。球形封闭气孔，孔径分布均匀细小，泡沫混凝土不透水，不透气。不透气保温性好，不透水则防水抗潮及耐久性好。气孔均匀细小则混凝土的抗压强度高。稳定性越好的泡沫，抵抗外力的能力就越强。就越不易变形。从而能够更好的应用到工程项目中。（3）经过钢丝球过渡后的泡沫，与传统拉泡网工艺相比，起泡稳定可靠，泌水很低，密细均匀，外表像海绵，几个小时都不会消。各方面都满足泡沫混凝土生产技术要求。同时也初步解决了在泡沫混凝土生产过程中遇到的泡沫不宜储存的局限。参考文献［1］ 〖ZK(#〗张磊，杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状［J］.混凝土，2005( 8):44~48.［2］ 闫振甲，何艳群泡沫混凝土实用生产技术［M］.北京;化学工业出版社，2006.6.［3］ 李 良. 泡沫混凝土中的泡沫成型机理研究［J］.砌块与墙板，2010 (12):41~43.［4］ 李启金，李国忠，余徉辑，蒋晓妹. 轻质泡沫混凝土新型制备方法的研究［J］.砌块与墙板，2012 (17):25~28. ［5］ 范丽，张建旭.泡沫稳定性对泡沫混凝土的影响以及稳定措施［J］.建筑与工程，［基金项目］上海市城乡建设和交通委员会科研项目《复合型轻质混凝土在世博轴综合利用改建项目中的研究与应用》（建管2013-009-005）。国家科技部“十二五”课题《村镇建筑节能关键技术集成与示范》（2011BAJ08B10）。 ［文章编号］1619-2737（2014）05-22-791
如图1、图2所示，利用压缩空气将发泡剂溶液和压缩空气穿过一个特制的发泡筒，在发泡筒内的混合室中进行混合，然后在压缩空气的作用下，将形成的泡沫吹出发泡筒，在拉泡网的作用下形成满足要求的泡沫，直接与水泥搅拌机中的水泥浆混合制成泡沫混凝土。
4.2 发泡筒。
4.2.1 发泡筒的尺寸。
发泡筒的规格用D* Lcm表示。其中D为筒的内径，L为筒的有效长度，内径D有泡沫产量和泡沫生产速度决定，一般泡沫出筒速度为0.1～0.2m/s，根据泡沫需求量，就可确定内径D。我们选用发泡筒的尺寸为10*80。
4.2.2 发泡筒的构成。
发泡筒由筒壁、钢丝球网格、网格固定材料、尾部料、气混合室和喷嘴组成。
4.2.3 发泡筒工作原理。
发泡筒尾部封闭，另一端开口;封闭端同时引入两个喷嘴，一个是压缩空气，另一个是发泡剂溶液。在封闭端气、液进入处形成一个封闭的空间，称为混合室。其作用是使压缩空气和发泡剂溶液在此充分、均匀混合，产生雾状的液滴，保证产生的泡沫均匀、稳定。气、液在离开混合室后就开始发泡，只不过此时量小，离开混合室后泡沫通过十几个钢丝球拉泡网。在通过钢丝球的过程中，气、液进一步混合，泡沫大量形成，由于钢丝球的作用，产生的气泡直径均匀、细小，并逐渐稳定从出口流出［4］。
4.2.4 拉泡网的选择。
国内外的发泡筒拉泡网采用了不同的材料，有的采用磁片有的采用玻璃球，考虑到工程实效性与经济适用性，我们设计采用的是清洁用钢丝球。
国内的钢丝球原料属于一种改拔丝，经过改拔后制作成线径0.13mm的如同头发丝粗细的钢丝清洁球，致密的一匝一匝的缠绕，它对发泡过程起到了举足轻重的作用。
4.2.5 拉泡网个数的选择。
为了摸清钢丝球的层数对泡沫质量的影响，我们选择了在发泡筒内放入5、8、10、12、15个钢丝球进行试验，试验结果表明:当网的个数很少时，泡沫产量较大，但泡径较大，泡沫稳定性较差。钢丝球的个数越多，泡沫越均匀稳定，但阻力较大，产量下降。所以根据试验结果，网层数在10~12较合适。
4.3 钢丝球拉泡网与传统工艺中拉泡网对泡沫混凝土性能影响的对比。
（1）经过多次试验调整，用钢丝球拉泡网生成的泡沫，可完全满足泡沫混凝土对泡沫指标的要求。同时，我们将此拉泡网的发泡情况与传统工艺拉泡网的发泡情况进行对比，测试结果如表1所示。
（2）由表1的数据可以看出：两种拉泡网发泡工艺指标是有明显区别的，同样的发泡剂，采用普通拉泡网，其发泡倍数小，稳泡性能也明显不如使用钢丝球拉泡网好。
表1 两种拉泡网发泡参数对比
发泡工艺 项目 要求指标 试验结果
普通拉泡网
钢丝球拉泡网 发泡倍数 >20 18
1h沉降距mm <10 14
1h泌水量ml <80 82
发泡倍数 >20 21
1h沉降距mm <10 9
1h泌水量ml <80 75
4.4 钢丝球拉泡网发泡的物理过程。
物理充气发泡技术的运用是形成轻质混凝土微孔的关键成分，气——液——固界面向气 ——固界面的过渡过程。通过钢丝球与发泡剂在管道中的接受作用，能够尽快让胶凝材料产生大量的胶凝物质，从而弥补了因泡沫液膜逐渐减薄而丧失的泡沫强度，阻止泡沫在浆体初凝前破灭［5］。从而能够完美的形成气孔，提高泡沫混凝土强度、增加保温效果等性能。
从根本上来说，钢丝球主要提高了泡沫混凝土的以下四个基本技术要求：
4.4.1 增强了泡沫的稳定性。
稳定性好的泡沫，其液膜坚固、机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形。
4.4.2 增加了泡沫的均匀性。
理论要求生成泡沫时，气孔的理想孔径分布越窄越好，发泡剂穿过钢丝球所生成的气孔大小一致、均匀稳定，有效的避免了压应力在大泡孔处集中而降低的抗压强度。
4.4.3 生成泡径小。
经过钢丝球后生成的泡径，基本保护在0.1~1mm之间，试验表明，1mm泡径的泡沫混凝土抗压强度，要比3mm泡径的泡沫混凝土至少高20%。
4.4.4 生成泡沫为海绵状泡沫。
泡沫含水量大小直接影响生成泡沫的种类是水多泡少的乳状泡沫还是泡多水少的海绵状泡沫。经过钢丝球作用的泡沫，含水量小，是适宜生产使用的海绵状泡沫。 5. 总结（1）在长期的试验中我们发现，不少泡沫对胶凝材料的胶凝过程有妨碍，不但降低泡沫混凝土强度，有时甚至使硬化后的混凝土基本丧失强度，像一般散砂。这一般是由于所生成的泡沫稳定性差造成的，其实质就是泡沫的气泡结构不坚牢，容易破裂，导致气泡破裂后空气跑掉，从而导致浆体缺乏支撑而造成胚体破坏。在气泡破灭之后，浆体失去支撑，体积缩小，易造成塌模，对泡沫混凝土施工产生非常坏的影响。（2）泡沫混凝土的性能在很大程度上是由于气孔结构来决定的。球形封闭气孔，孔径分布均匀细小，泡沫混凝土不透水，不透气。不透气保温性好，不透水则防水抗潮及耐久性好。气孔均匀细小则混凝土的抗压强度高。稳定性越好的泡沫，抵抗外力的能力就越强。就越不易变形。从而能够更好的应用到工程项目中。（3）经过钢丝球过渡后的泡沫，与传统拉泡网工艺相比，起泡稳定可靠，泌水很低，密细均匀，外表像海绵，几个小时都不会消。各方面都满足泡沫混凝土生产技术要求。同时也初步解决了在泡沫混凝土生产过程中遇到的泡沫不宜储存的局限。参考文献［1］ 〖ZK(#〗张磊，杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状［J］.混凝土，2005( 8):44~48.［2］ 闫振甲，何艳群泡沫混凝土实用生产技术［M］.北京;化学工业出版社，2006.6.［3］ 李 良. 泡沫混凝土中的泡沫成型机理研究［J］.砌块与墙板，2010 (12):41~43.［4］ 李启金，李国忠，余徉辑，蒋晓妹. 轻质泡沫混凝土新型制备方法的研究［J］.砌块与墙板，2012 (17):25~28. ［5］ 范丽，张建旭.泡沫稳定性对泡沫混凝土的影响以及稳定措施［J］.建筑与工程，［基金项目］上海市城乡建设和交通委员会科研项目《复合型轻质混凝土在世博轴综合利用改建项目中的研究与应用》（建管2013-009-005）。国家科技部“十二五”课题《村镇建筑节能关键技术集成与示范》（2011BAJ08B10）。 ［文章编号］1619-2737（2014）05-22-791
如图1、图2所示，利用压缩空气将发泡剂溶液和压缩空气穿过一个特制的发泡筒，在发泡筒内的混合室中进行混合，然后在压缩空气的作用下，将形成的泡沫吹出发泡筒，在拉泡网的作用下形成满足要求的泡沫，直接与水泥搅拌机中的水泥浆混合制成泡沫混凝土。
4.2 发泡筒。
4.2.1 发泡筒的尺寸。
发泡筒的规格用D* Lcm表示。其中D为筒的内径，L为筒的有效长度，内径D有泡沫产量和泡沫生产速度决定，一般泡沫出筒速度为0.1～0.2m/s，根据泡沫需求量，就可确定内径D。我们选用发泡筒的尺寸为10*80。
4.2.2 发泡筒的构成。
发泡筒由筒壁、钢丝球网格、网格固定材料、尾部料、气混合室和喷嘴组成。
4.2.3 发泡筒工作原理。
发泡筒尾部封闭，另一端开口;封闭端同时引入两个喷嘴，一个是压缩空气，另一个是发泡剂溶液。在封闭端气、液进入处形成一个封闭的空间，称为混合室。其作用是使压缩空气和发泡剂溶液在此充分、均匀混合，产生雾状的液滴，保证产生的泡沫均匀、稳定。气、液在离开混合室后就开始发泡，只不过此时量小，离开混合室后泡沫通过十几个钢丝球拉泡网。在通过钢丝球的过程中，气、液进一步混合，泡沫大量形成，由于钢丝球的作用，产生的气泡直径均匀、细小，并逐渐稳定从出口流出［4］。
4.2.4 拉泡网的选择。
国内外的发泡筒拉泡网采用了不同的材料，有的采用磁片有的采用玻璃球，考虑到工程实效性与经济适用性，我们设计采用的是清洁用钢丝球。
国内的钢丝球原料属于一种改拔丝，经过改拔后制作成线径0.13mm的如同头发丝粗细的钢丝清洁球，致密的一匝一匝的缠绕，它对发泡过程起到了举足轻重的作用。
4.2.5 拉泡网个数的选择。
为了摸清钢丝球的层数对泡沫质量的影响，我们选择了在发泡筒内放入5、8、10、12、15个钢丝球进行试验，试验结果表明:当网的个数很少时，泡沫产量较大，但泡径较大，泡沫稳定性较差。钢丝球的个数越多，泡沫越均匀稳定，但阻力较大，产量下降。所以根据试验结果，网层数在10~12较合适。
4.3 钢丝球拉泡网与传统工艺中拉泡网对泡沫混凝土性能影响的对比。
（1）经过多次试验调整，用钢丝球拉泡网生成的泡沫，可完全满足泡沫混凝土对泡沫指标的要求。同时，我们将此拉泡网的发泡情况与传统工艺拉泡网的发泡情况进行对比，测试结果如表1所示。
（2）由表1的数据可以看出：两种拉泡网发泡工艺指标是有明显区别的，同样的发泡剂，采用普通拉泡网，其发泡倍数小，稳泡性能也明显不如使用钢丝球拉泡网好。
表1 两种拉泡网发泡参数对比
发泡工艺 项目 要求指标 试验结果
普通拉泡网
钢丝球拉泡网 发泡倍数 >20 18
1h沉降距mm <10 14
1h泌水量ml <80 82
发泡倍数 >20 21
1h沉降距mm <10 9
1h泌水量ml <80 75
4.4 钢丝球拉泡网发泡的物理过程。
物理充气发泡技术的运用是形成轻质混凝土微孔的关键成分，气——液——固界面向气 ——固界面的过渡过程。通过钢丝球与发泡剂在管道中的接受作用，能够尽快让胶凝材料产生大量的胶凝物质，从而弥补了因泡沫液膜逐渐减薄而丧失的泡沫强度，阻止泡沫在浆体初凝前破灭［5］。从而能够完美的形成气孔，提高泡沫混凝土强度、增加保温效果等性能。
从根本上来说，钢丝球主要提高了泡沫混凝土的以下四个基本技术要求：
4.4.1 增强了泡沫的稳定性。
稳定性好的泡沫，其液膜坚固、机械强度好，不易在浆体挤压下破灭或过度变形。
4.4.2 增加了泡沫的均匀性。
理论要求生成泡沫时，气孔的理想孔径分布越窄越好，发泡剂穿过钢丝球所生成的气孔大小一致、均匀稳定，有效的避免了压应力在大泡孔处集中而降低的抗压强度。
4.4.3 生成泡径小。
经过钢丝球后生成的泡径，基本保护在0.1~1mm之间，试验表明，1mm泡径的泡沫混凝土抗压强度，要比3mm泡径的泡沫混凝土至少高20%。
4.4.4 生成泡沫为海绵状泡沫。
泡沫含水量大小直接影响生成泡沫的种类是水多泡少的乳状泡沫还是泡多水少的海绵状泡沫。经过钢丝球作用的泡沫，含水量小，是适宜生产使用的海绵状泡沫。 5. 总结（1）在长期的试验中我们发现，不少泡沫对胶凝材料的胶凝过程有妨碍，不但降低泡沫混凝土强度，有时甚至使硬化后的混凝土基本丧失强度，像一般散砂。这一般是由于所生成的泡沫稳定性差造成的，其实质就是泡沫的气泡结构不坚牢，容易破裂，导致气泡破裂后空气跑掉，从而导致浆体缺乏支撑而造成胚体破坏。在气泡破灭之后，浆体失去支撑，体积缩小，易造成塌模，对泡沫混凝土施工产生非常坏的影响。（2）泡沫混凝土的性能在很大程度上是由于气孔结构来决定的。球形封闭气孔，孔径分布均匀细小，泡沫混凝土不透水，不透气。不透气保温性好，不透水则防水抗潮及耐久性好。气孔均匀细小则混凝土的抗压强度高。稳定性越好的泡沫，抵抗外力的能力就越强。就越不易变形。从而能够更好的应用到工程项目中。（3）经过钢丝球过渡后的泡沫，与传统拉泡网工艺相比，起泡稳定可靠，泌水很低，密细均匀，外表像海绵，几个小时都不会消。各方面都满足泡沫混凝土生产技术要求。同时也初步解决了在泡沫混凝土生产过程中遇到的泡沫不宜储存的局限。参考文献［1］ 〖ZK(#〗张磊，杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状［J］.混凝土，2005( 8):44~48.［2］ 闫振甲，何艳群泡沫混凝土实用生产技术［M］.北京;化学工业出版社，2006.6.［3］ 李 良. 泡沫混凝土中的泡沫成型机理研究［J］.砌块与墙板，2010 (12):41~43.［4］ 李启金，李国忠，余徉辑，蒋晓妹. 轻质泡沫混凝土新型制备方法的研究［J］.砌块与墙板，2012 (17):25~28. ［5］ 范丽，张建旭.泡沫稳定性对泡沫混凝土的影响以及稳定措施［J］.建筑与工程，［基金项目］上海市城乡建设和交通委员会科研项目《复合型轻质混凝土在世博轴综合利用改建项目中的研究与应用》（建管2013-009-005）。国家科技部“十二五”课题《村镇建筑节能关键技术集成与示范》（2011BAJ08B10）。 ［文章编号］1619-2737（2014）05-22-791
