泡沫混凝土保温隔热原理分析

水泥中国保温网 2012-03-02

　　地板采暖是从国外传入我国，近年来在国内迅速得到了推广使用。但经过几年的实践，也出现了一此问题。

　　地板供暖初期保温材料采用泡沫塑料，该设计使用给人们一种新颖、整洁、美观、温暖、舒适的感觉，但是在短短数年使用中也凸现严重缺陷，如地板产生坍塌、脱落、管道断裂、室内地板渗漏而返工现象。为何产生这种现象？该观念设计过于理想化，忽视人们居住的生活行为对这种复合地板长期影响，特别在设计中对泡沫材料选用的随意性过大、工艺技术没有严格的规定。

　　地板供暖采用泡沫材料做隔热材料，这种泡沫由于厚度限制在3cm左右，管道与地面泡沫材料厚度只有1.5~2cm，对这种泡沫材料的隔热性要求高，除承载隔热的作用外，还要承受人与物件长期压力和踩踏，不产生坍塌、供热管破裂造成漏水，但一般的泡沫工艺技术、材料是很难做到的。

　　大量实验证明：由于塑料泡沫材料用于地暖工程需要多次粘贴、施工复杂，涉及长时间加热产生分解还原室内受污染问题，原地板、管道、地面砖分离。人们长期居住行走使泡沫受到破坏，造成坍塌，管道受挤压断裂渗水等现象，采用该塑料泡沫材料施工复杂，成本高；封闭气孔的泡沫混凝土材料具有优异的绝热、隔热、隔声和保暖性，优于轻质实心的塑料、膨化珍珠岩、蛭石、陶粒和纤维状的聚苯塑料、石绵、玻璃棉保温材料，应用于地暖保温、隔热屋，可解决以上问题。

　　我们首先要认识泡沫混凝土保温隔热原理：

　　实验证明：封闭气体在不流动时导热性能极低。优质的泡沫混凝土存在的气孔高达50%~80%，气孔是圆形相互封闭，气孔内空气不产生对流交换，温度在泡沫传递中逐层大幅度减弱达到绝热、隔热、保温、隔声效果，泡沫的封闭和量化决定隔热保暖性能。所以用于地板采暖的泡沫混凝土的泡沫气孔必须是封闭的，封闭率越高隔热保暖性能越好。

　　地板采暖泡沫混凝土的强度要求：

　　泡沫混凝土的强度在地板采暖工艺中有着很重要的作用。泡沫混凝土除有良好的隔热保暖性能还得具抗压强度，抗压强度应在7MPa以上。

　　注：普通混凝土每立方料2500kg，允许含气量1%~5%，抗压强度高达25MPa~80MPa。

　　泡沫混凝土中引入了40%~80%的空气，每立方米200~1200kg，泡沫数量最高达十亿个，犹如堆砌的小鸡蛋壳，抗折强度必然大幅度降低，其抗压强度低至0.4MPa。在承重、承压、抗震、抗折和粘结的物理性处于极弱的，但有优异的隔热、保温、隔声性能。

　　聚合泡沫混凝土制造工艺要求：

　　聚合泡沫混凝土制造是将水泥与有机物泡沫聚合材料反应制得的聚合泡沫混凝土，这种聚合泡沫混凝土具高质量的粘性、弹性，浮悬力比同等条件的泡沫混凝土、普通混凝土高数倍到数十倍，聚合泡沫混凝土能稳定于混凝土之中，在固化过程中泡沫壁逐渐变薄抵消了泡沫泥浆在硬固过程中产生的拉力，物理性断裂，使聚合泡沫混凝土从泡沫泥浆至硬固物件外在不产生收缩，由此造得的聚合泡沫混凝土不产生坍塌变形收缩。

　　聚合泡沫混凝土当水泥与砂的配比在1：2~4倍，容重在800~1200kg/m³时，浇注到50cm~100cm左右高度中也不会补挤压破裂，造成气体逸出。

　　所以，制备泡沫混凝土的发泡剂，必须对水泥有高效的催化、分散、聚合、早强良性发育作用，在高碱中不被分解的性能，是一种水溶性、高分子的助剂。

　　聚合泡沫混凝土水泥发泡剂

　　当今世界上天然树脂极难制得水溶性树脂溶剂，水泥发泡剂是采用水解工艺制得，又以美国、德国为代表，他们均采用天然树脂水解制得的水溶性水泥发泡剂，日本是购买专利生产。韩国和我国部分企业在没有掌握天然树脂水解技术，采用植物、动物脂肪酸、胶替代水溶性发泡剂制备性能较差的“水泥发泡剂”。

　　聚合泡沫混凝土水泥发泡剂可以随意制得容重300kg/m³~1500kgm³，抗压强度0.4MPa~15Mpa泡沫混凝土。

　　大量实验证明：能使泡沫混凝土产生聚合的水泥发泡剂是一种天然树脂能完全水解的高分子溶剂，极易产生泡沫，能促进水泥水解，当水泥砂浆与水泥发泡剂泡沫混合，水泥与泡沫壁溶液瞬间反应成粘性聚合水泥泡沫，泡沫均匀分布在水泥砂浆中，气孔被包裹在水泥砂浆中形成封闭富集的聚合泡沫群。由于泡沫混凝土得到充分水解与发泡剂反应的化合物粘力逐渐增大，形成的气孔壁膜韧性好，壁膜不易破裂，抗压性好，空气不易破释、泡沫混凝土泥浆的气孔是独立封闭的，直径在1mm左右、均匀分布、直至硬化的刚性固体泡沫混凝土，硬固后其气孔是封闭分布均匀，气泡直径在0.05~1.25mm，使混凝土的重量从2500kg/m³降至300kg/m³，空气气孔占60%~85%优质的水泥发泡剂制备的泡沫混凝土的抗压强度高，表面不产生粉化还原物，不降低粘结力，吸水率低，无憎水性，排斥砂浆，不造成墙体与砂浆不粘结饰物脱落现象。

　　泡沫混凝土是采用机械制水泥发泡剂泡沫、水泥砂浆，两者混合反应聚合的泡沫混凝土泥浆。要求水泥发泡剂在液体中极易产生泡沫，在高碱、高钙水泥中不被分解还原，对水泥有快速分散性，促进水解，聚合制得泡沫混凝土，这种聚合水泥泡沫泥浆稳定性好，气孔封闭、弹性好、抗震，不产生游离逸出、可进行超高、远距运输、泵送。

　　实验证明：用于地板采暖的泡沫混凝土的水泥与填充物配比在1：2~5倍，厚度2cm~5cm，气泡直径在1毫米以内，气孔是封闭时，每立方泡沫总量在5千万个至十亿个，容重在1000kg/m³~1200kg/m³，抗压强度可达8MPa~15MPa。但是劣质的水泥发泡剂制得的泡沫混凝土由于水泥离析没有聚合力，浮悬力低，填充物产生降沉，形成密度不同的“三文治”泡沫混凝土。

　　水泥发泡机的选用

　　水泥发泡机是制造泡沫混凝土材料的关键所在，水泥发泡机的发泡效果与混泡均匀度往往是决定泡沫混凝土质量的重要因素。泡沫混凝土在二十世纪六十年代在我国的管道保温方面即有应用，但一直没有得到推广，就是因为泡沫混凝土材料在不使用专用设备生产的情况下，难以保证其产量和稳定性。

　　从2000年至今，国内泡沫混凝土生产设备（水泥发泡机）已经过了几次更新换代。关于泡沫混凝土设备（水泥发泡机）的选择，有以下几个指标可供参考：

　　①设备能否生产400kg/m³容重以下的泡沫混凝土产品；

　　②设备的产能是否在5m³/h以上；

　　③是否能适合复杂多变的生产（施工）条件；

　　④是否能控制泡沫的加入量；

　　⑤是否能稳定生产同等密度的泡沫混凝土产品。

　　国内一些人认为：“机械只是辅助和量化生产的工具设备，不起决定作用，优秀的水泥发泡剂直接加入水泥砂浆中也能制备泡沫混凝土。”这种错误的理解导至许多厂家在泡沫混凝土的生产上走入了歧途，放弃了设备、工艺的改进而去苦苦寻觅高性能的发泡剂，而始终没有找到。实验证明：制造泡沫混凝土是设备也是生产的关键因素。

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