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来自:临沂科泰建筑新技术有限公司 发布日期:2018-4-18
核心提示:什么是水泥发泡剂?发泡剂的作用

水泥发泡剂,又名泡沫混凝土发泡剂,水泥发泡剂是指能够降低液体表面张力,产生大量均匀而稳定的泡沫,用以生产泡沫混凝土的外加剂。

一.发泡剂的概念
(1)发泡剂的一般概念

发泡剂就是能使其水溶液在机械作用力引入空气的情况下,产生大量泡沫的一类物质,这一类物质就是表面活性剂或者表面活性物质。前者如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂等,后者如动物蛋白、植物蛋白、纸浆废液等。

发泡剂均具有较高的表面活性,能有效降低液体的表面张力,并在液膜表面双电子层排列而包围空气,形成气泡,再由单个气泡组成泡沫。

发泡剂的实质就是它的表面活性作用。没有表面活性作用,就不能发泡,也就不能成为发泡剂,表面活性是发泡的核心。

(2)发泡剂的广义概念与狭义概念

发泡剂有广义与狭义两个概念。这两个概念是有一定差别的,它可以区分非应用性的发泡剂与应用性发泡剂。

 广义发泡剂

广义的发泡剂是指所有其水溶液能在引入空气的情况下大量产生泡沫的表面活性剂或表面活性物质。因为大多数表面活性剂与表面活性物质均有大量起泡的能力,因此,广义的发泡剂包含了大多数表面活性剂与表面活性物质。因而,广义的发泡剂的范围很大,种类很多,其性能品质相差很大,具有非常广泛的选择性。

广义的发泡剂的发泡倍数(产泡能力)、泡沫稳定性(可用性)等技术性能没有严格的要求,只表示它有一定的产生大量泡沫的能力,产出的泡沫能否有实际的用途则没有界定。

 狭义的发泡剂

狭义的发泡剂是指那些不但能产生大量泡沫,而且泡沫具有优异性能,能满足各种产品发泡的技术要求,真正能用于生产实际的表面活性剂或表面活性物质。它与广义发泡剂的最大区别就是其应用价值,体现其应用价值的是其优异性能。其优异性能表现为发泡能力特别强,单位体积产泡量大,泡沫非常稳定,可长时间不消泡,泡沫细腻,和使用介质的相容性好等。

狭义的发泡剂就是工业上实际应用的发泡剂,一般人们常说的发泡剂就是指这类狭义发泡剂。只有狭义的发泡剂才有研究和开发的价值。

3)水泥发泡剂的概念

水泥发泡剂属于狭义发泡剂的一个类别,而不是所有的狭义发泡剂。在狭义发泡剂中,能用于泡沫混凝土的只是很小很小的一部分,是极少的。这是由泡沫混凝土的特性及技术要求所决定的。

在工业生产和日常民用中,发泡剂的用途千差万别,不同应用领域对发泡剂就有不同的技术要求。例如,灭火器用发泡剂只要求其瞬时发泡量,和对氧气的阻隔能力,而不要求其较高的稳定性和细腻性。再如矿业用浮选发泡剂,只要求它对目的物的吸附力强并有较好的起泡力,对发泡倍数和稳泡性要求不高。如此等等,不一一列举。发泡剂目前几乎应用到各个工业领域,用途十分广泛。各行业对发泡剂的性能要求显然是不一样的,一个行业能用的发泡剂到另一行业就不能使用或效果不好。同理,泡沫混凝土所用发泡剂是针对混凝土发泡来提出技术要求的。它除了大泡沫生成能力外,特别注重泡沫的稳定性,泡沫的细腻性,泡沫和水泥等胶凝材料的适应性等。能满足这一要求的狭义发泡剂也是廖廖的,少之又少,大多数发泡剂是不能用于泡沫混凝土实际生产的。因此,泡沫混凝土发泡剂必须是符合上述技术要求的少数表面活性剂或表面活性物质。

正是因为概念上的模糊,使许多人在实际应用时陷入了一个很大的误区,混淆了“发泡剂”与“泡沫混凝土发泡剂”两个不同的概念,凡是发泡剂都买来使用,结果达不发泡效果,生产不出合乎要求的泡沫混凝土。因此,我们弄清这些概念及其区别是十分必要的,可避免发泡剂在使用上的许多误区,少走许多弯路。事实上,市场上很多名称为“发泡剂”的东西,并非泡沫混凝土发泡剂,大家应明白这一点。

为了叙述的简便,本书以后所述的发泡剂,除特殊说明外,均是指泡沫混凝土发泡剂,而非广义或狭义发泡剂。

二.水泥发泡剂生产应用概况

水泥发泡剂在我国的应用已有50多年的历史。在上世纪50年代初,我国就开发出松香皂和松香热聚物这两种发泡剂并用于砂浆和泡沫混凝土。这两种发泡剂几十年来在国内应用十分普遍,为建材建筑业界所熟悉,这是我国的第一代发泡剂,至今仍有较大的应用。在上世纪80年代之后,随着我国表面活性工业的兴起,合成类表面活性剂型发泡剂开始应用,并取代了相当一部分松香皂和松香热聚物,成为发泡剂的一个主要品种。这是我国第二代发泡剂的发展时期。上世纪末期,国外意大利、日本、韩国、美国等发达国家的高性能蛋白型发泡剂,开始随着我国的市场开放进入我国,并逐渐显示出其高稳定性的优势,得到了较大的应用。在国外蛋白发泡剂的促进下,我国青海等地也开发出多种牌号的动物蛋白发泡剂,植物蛋白发泡剂也开始在东南沿海地区出现并推广应用,我国进入了第三代发泡剂的开发应用时期。如今,我国的发泡剂正从第三代向第四代过渡,发泡剂由单一成分逐渐向多成分复合发展。但这仅仅是开始,复合技术还有待完善和提高,我国完全进入复合发泡剂时代还需时日。所以,我国目前是第一代松香类、第二代合成类、第三代蛋白类,这三代发泡剂同时存在和应用,没有哪一种被完全淘汰,也没有哪一种完全独霸发泡剂市场。造成这种发泡剂“春秋时代”的原因,是因为许多人发泡剂的基本知识缺乏,对发泡剂难以区别,选择无序,在使用上盲目的成分很大。这就使低性能的发泡剂不见得被人放弃,高性能的发泡剂也不见得被人优选。随着泡沫混凝土的高速发展及泡沫混凝土知识的逐步普及,人们对发泡剂会有一个更深入、更全面、更透彻的了解,使之选择和使用逐步理性和科学。届时,优质高性能发泡剂自然会全面发展,而低性能的发泡剂也会自动退出市场,这是必然的结果,不以人的意志为转移。先进的东西总要淘汰落后的东西,市场是无情的。

正如上述,我国目前市场上的发泡剂是四代并存,种类、牌号繁多,令一般人眼花缭乱,难识优劣。单是作者从各种媒体上统计到的不同名称的发泡剂就有100多种,那些已经实际应用或进入市场的发泡剂就更多,少说也有几百种。如此多的发泡剂,别说是刚刚接触发泡剂的人,就是有一定泡沫混凝土生产经验的人也一时难以分清其优劣和类型。

为了使大家对各种发泡剂能够理性有序地认识,弄清其实质,了解其大致的性能,在后面的几个部分,我们将把各种发泡剂归类介绍,以帮助大家认识了解发泡剂。

发泡剂因为都是表面活性剂或表面活性物质,因此,可根据其水溶液的电离性质分为阴离子、阳离子、非离子、两性离子四大类。但这种分类过于学术化和抽象化。为了通俗一些,便于读者特别是缺乏专业知识的一般读者的理解,在后面分类介绍时,我们将发泡剂按组成的成分划分类型,大至分为松香树脂类、合成表面活性剂类、蛋白质类、复合类、其它类,共5个类型。

(1)松香树脂类发泡剂(第一代发泡剂)

这类发泡剂均是以松香作为主要原料制成,应用最早也最为普遍。松香的化学结构比较复杂,其中含有松香脂酸类、芳香烃类、芳香醇类、芳香醛类及其氧化物等,分子式可表示为C20H30O2。

松香树脂发泡剂又名引气剂,它的主要品种有松香皂和松香热聚物两个。其最初均是作为混凝土砂浆引气剂来开发应用的,后来又扩展应用为泡沫混凝土的发泡剂。

松香皂发泡剂

1.松香皂简介

因松香中具有羧基—COOH,加入碱以后,会产生皂化反应生成松香酸皂、故取名为松香皂。它的主要成分是松香酸钠,属于阴离子表面活性剂的范畴。

松香皂是一种棕褐色透明状膏体,含水量约22%,加水稀释后为透明澄清液,不混浊,无沉淀,有松香特有的气味,PH值约8—10,表面张力约为(2.9~3.1)×10N/m。

松香皂是上世纪30年代最先由美国研制开发的。我国从上世纪50年代起仿制生产松香皂,并应用于佛子岭、梅山、三门峡等大型混凝土水库大坝和一些港口工程,以微气孔来提高其抗渗性和抗冻性。当泡沫混凝土兴起后,它又开始作为发泡剂使用。

2.松香皂的生产方法

松香皂是以松香为主料加入碱液和助剂,通过加热反应而制取的。其生产方法如下:

① 首先将碱液配成一定的浓度,这一浓度与反应能否顺利进行有关。它不是一个常数,而是由皂化系数来确定的。皂化系数是指1㎏松香所消耗的碱量。皂化1㎏松香所需的碱量可由下式计算:

(3—1)

式中: m 碱用量;

a 松香皂化系数

b 碱的纯度;

k 碱的换算系数。

② 选取合乎技术要求的二级或三级松香,粉碎成粉末状,放在空气中氧化一段时间,待其颜色加深到一定程度(可凭经验)时便可使用。注意,松香并非品质等极越高越好,一级松香就不能使用。因为一级松香在100℃附近温度范围容易形成结晶而影响皂化反应。

③ 将碱溶液加入反应釜,升温至90~100℃,在搅拌状态下慢慢加入松香粉末。在加入松香时容易起泡而爆沸,所以要注意观察,当要沸溢时可停止添加。当物料加完之后,可在搅拌状态下反应一定的时间,其反应时间的长短将决定松香酸钠的生成量。反应终点可通过反应液的外观来判断,方法是取出少量反应液,加入热水稀释,若溶液清彻透明无沉淀,即反应完全、可终止反应。最后,调整PH值8—10左右即为成品。

④ 按上述方法生成的松香皂发泡倍数低、消泡快、性能不好,为提高其性能,可在反应时加入各种改性剂,以改善其发泡能力和稳泡性。也可以在反应结束后,在成品中加入改性剂,但效果不如在反应过程中加入。松香皂的主要技术性能见表3—1。

表3—1 松香皂的技术性能


有效成分
PH值
发泡倍数
1h泌水量(ml)
1h沉降距(㎜)
泡沫半消(min)
泡沫全消(h)
>70%
7~9
27~28
110~120
29~34
>40 min
>5


FP—3型发泡剂是我们开发的改性松香皂新产品。在合成过程中,我们加入了三种改性剂,在合成后的成品内,又加入了两种改性剂。加入阳离子表面活性剂BD后,它的起泡高度有了提高,加入非离子型表面活性剂AT后,它的稳泡性有了明显的改善,分散性更好。另外,加入的其它有机、无机改性剂能与阳离子及非离子改性剂有协同作用。在这些改性剂加入后,松香皂的的发泡倍数提高至35倍,泡沫全消的时间延长到>10 h,比现有产品的性能大大提高了一步。

3.松香皂的技术特点

松香皂的技术特点是生产工艺简单,成本低、价格低、发泡倍数和泡沫稳定性一般,其突出优点是与水泥相容性好,可与水泥中的Ca反应,生成不溶性盐,泡沫稳定性增加,有一定的增强作用。和合成类表面活性剂相比,它对泡沫混凝土的强度提高更有利。由于其泡沫稳定性和发泡倍数均不是太好,因而它只能用于密度大于600㎏/m以上的高密度泡沫混凝土,而不能用于500㎏/m以下的低密度泡沫混凝土。它价格虽较低但用量较大。

另外,松香皂在使用时需要加热溶解,比较麻烦,不如其它发泡剂使用简便。

大致讲,它可以作为一种低档次发泡剂使用。在泡沫混凝土技术要求不高时可以选用。

目前,松香皂的市场销售价约4500元~8000元/吨,各地不等。

松香热聚物

1.简介

松香热聚物是世界上出现最早的发泡剂,由美国1937年首创,称为“文沙”树脂(Vinso),1938年获得专利。它是发泡剂的始祖。文沙树脂最早是由松树的根部含木松香的浸出物经过精制过程而得到的副产品。其性质与松香皂很相近。它最初的应用,是以产生的微小气泡(称微沫)来改善混凝土的保水性,水工工程的抗渗,寒冷地区路面及大坝施工的抗冻等。日本于上世纪40年代从美国引进“文沙”技术,由山宗化学株式会社生产,并用于日本著名的奥只见坝、田子仓坝等大型水工工程。此后,世界各国也纷纷引进或模仿“文沙”生产技术,使松香热聚物在世界范围内广泛应用,并使其由引气剂延伸为发泡剂,用途更加广泛。

我国于上世纪50年代开始仿照美国“文沙”树脂,生产松香热聚物作为引气剂用于混凝土和砂浆,后又用于泡沫混凝土。它是我国上世纪后半叶的主要引气剂和发泡表面活性剂品种。

2.技术原理

将松香与苯酚、硫酸等几种物质做原料,以适当的比例混合投入反应釜,在70~80℃环境下反应6h后得到钠盐缩合热聚物产品,即可得到松香热聚物类引气剂,是一种棕褐色膏状体。

不过这个反应过程相当复杂,松香中的羧酸和酚类的羟基发生缩合反应生成脂类。

所形成的大分子再与碱反应生成缩聚物的钠盐,其产物也是类属于阴离子表面活性剂。

3. 技术特点

和松香皂相比,松香热聚物的产量和用量都要低得多,不如松香皂受欢迎。这主要是因为松香热聚物的性能与松香皂大体相当,但它的生产成本和价格却较高,不利于市场竞争。另外,它的生产以苯酚为原料,而苯酚有毒性,有生产安全问题和环境问题。这一切,决定了它没有多大的优势,优点没有松香皂多,因而推广受到限制。从目前的情况看,它也不如松香皂的应用普遍。因此,本书不再对其进行更详细的介绍。

 
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