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气泡混合轻质土发泡技术你了解多少?
双击自动滚屏 发布者:中科新筑 时间:2019-8-7 21:57:27 阅读:125次 【字体:

气泡混合轻质土泡沫轻质土)是在原料土中按照一定比例添加固化剂、水和气泡,经充分混合搅拌后所形成的一种新型轻质材料"。其主要特点是容重比一般的土体小,强度和容重可以根据设计要求调整,气泡的体积含有率大,导热系数小,耐震、隔热、隔音及抗冻融性能好,具有直立性无侧压力,流动性好具有自平性,便于施工作业等,在软基处理、道路加宽、桥台(涵洞、挡土墙)台背填土、滑坡地段、陡峭地段的垂直填土、隧道塌腔回填、地下通道减荷回填,以及解决道路冻胀翻浆等方面具有独特的优势。气泡混合轻质土(发泡混凝土)回填技术已在国内许多工程中得到充分运用,目前该技术已成功用于北京奥林匹克公园中心区地下通道减荷回填工程。

气泡混合轻质土技术的关键是制造稳定、高效的气泡和固化材料。所以选择合适的发泡剂以及相应成熟的发泡技术是保证气泡混合轻质土成品质量的首要条件。只有在泡沫和料浆混合搅拌时气泡薄膜不致破坏,具有足够的稳定性,且对固化材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂,才能用于生产气泡混合轻质土。目前,国内的发泡剂产生的气泡群的稳定性、均匀性、分散性都不是非常理想,且发泡技术也存在着一定的开发空间。

1发泡剂介绍

发泡剂种类很多,其中多为阴离子表面活性剂。目前,国内发泡剂品种主要有松香胶发泡剂、废动物毛发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂、木质素磺酸盐、蛋白质水解物及高分子表面活性剂等[2)。

发泡剂生成泡沫的质量以坚韧性、发泡倍数、泌水量等指标来衡量。泡沫的坚韧性就是泡沫空气中在规定时间内不致破坏的特性,常以泡沫柱在单位时间内的沉陷距来确定,发泡倍数是泡沫体积大于发泡剂溶液体积的倍数,泌水量是指泡沫破坏后所产生发泡剂水溶液的体积。表1为常见发泡剂的性能指标。

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2发泡工艺及发泡技术浅析

2.1气泡的形成

基于表面张力作用,液体表面有自动缩小的趋势,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。因而纯静液体经搅拌后并不能产生大量气泡群。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[3。发泡剂因其分子结构的不对称性,能聚集在气-液界面上,降低其表面张力,提高气泡膜的机械强度,形成“缓冲层”,因而在纯静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人发泡剂液体中就能制得气泡群。

2.2发泡工艺及技术

2.2.1 国内外发泡工艺目前国内外发泡方式主要有如下三种,前两种方式主要用于加气混凝土或泡沫混凝土:第一种是将发泡剂溶入水中,然后和水泥浆均匀搅拌。该种方法由于在水泥浆中形成气泡,水泥浆粘度较大,且在搅拌初期料浆不均,一般不能充分发挥发泡剂的作用,因此,需要的发泡剂量大,成本较高,且泡径不匀,仅适用于微量加气混凝土。

第二种是采用高速搅拌叶片制取气泡,国内的制泡技术目前主要是采用高速搅拌机,即将发泡剂溶液倒入高速搅拌机中,然后用搅拌机的高速叶片搅动发泡剂溶液来制取气泡。然后用器L将发好的气泡群取走,倒入水泥浆搅拌机中拌制成泡沫混凝土。高速搅拌机发泡,其上下泡径不均,发完的气泡必须经过中间设备将泡沫倒入搅拌好的水泥浆中,中间环节会导致部分气泡破灭。另外,本方法特点是必须先发泡,然后才能使用,过剩的气泡过一段时间会破灭消散。

第三种是采用压缩空气制泡。此法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枪,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,直接投入水泥搅拌装置中制成加气泡混合轻质土。第三种气泡制作工艺主要在国外一些发达国家使用。经过技术引进及开发,目前国内已经掌握了这种发泡技术。

2.2.2 压缩空气制泡原理压缩空气制泡装置主要包括四部分组成:空气压缩机、气液管路、稳压容器、发泡枪。工作原理图如图1。

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发泡枪的细部结构图如图2,主要由发泡筒、混合室、锥形阀、筒内填充物、喷嘴等组成。发泡筒内填充物有的采用磁片,有的采用陶粒(绝缘子),有的采用玻璃球、钢珠,有的采用多层铜网等。压缩空气和发泡剂溶液平行进入混合室内充分混合产生雾状的液滴,保证其后产生气泡的均匀性和稳定性,气液混合物离开混合室后就开始发泡,经流发泡筒内的材料对气泡进行拉泡、稳泡的过程,使气泡粒径变小、均匀,并逐渐由喷嘴出口中流出。

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发泡枪的规格一般用ФDxL表示。其中D为发泡筒的内径,L为发泡枪的有效长度,内径D由气泡产量和气泡生产速度决定,一般气泡出筒速度为0.1~0.2m/s,根据气泡需求量,就可确定内径D。发泡枪的有效长度由三部分构成:混合室的长度L1,拉泡和稳泡段长度L2及喷嘴(泡沫出口)长度L3,其中L1=1.2 ~1.5D,L3=1.5 ~2D.

L2由填充物的数量、体积或拉泡层的层数和层间距决定,一般取L2=8~10D,L/D=10~12.

2.3发泡筒内填充物对气泡质量的影响气泡混合轻质土对于气泡的质量要求非常高,要得到稳定、均匀、粒径小的气泡,必须充分考虑到空气压力、气泡自身稳定性因素、发泡筒内填充物(拉泡、稳泡过程)、温度等的影响。

2.3.1 气泡的稳定性

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。气泡不稳定,会很快发生衰变,日前普遍认为有两个方面的原因:气泡中液体的析出和气体穿透液膜扩散。

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   (1)气泡中液体的析出。气泡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3)。根据Laplace公式,可以导出PB-PA=O/R(式中:PA为A处的液膜压力,PB为B处的液膜压力,R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。还有一种排液过程是液体由于重力而下降,使液膜变薄,导致气泡破灭。

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(2)气体透过液膜扩散。由于弯曲液面附加压力作用,小泡内的气体压力总是高于大泡的压力,因而气体自高压的小泡透过液膜,扩散到低压的大泡中去,造成小泡消失,大泡变大,最终导致气泡破裂。所以制造出均匀、高效的微型气泡群是保证气泡质量的重要保证。

(3)空气压力。空气压力对于气泡群的稳定也有相应的影响,一般是压力越大,气泡越稳定。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,膜越不易破裂。

2.3.2 发泡筒填充物对于气泡稳定性的影响气液混合物一出混合室,立即就让压缩空气吹开、分散进入到拉泡及稳泡的过程。拉泡及稳泡过程对于气泡的粒径大小、均匀性、气泡壁厚起着重要的作用。根据国内外资料研究发现,现今发泡筒内填充物有的采用磁片,有的采用陶粒(绝缘子),有的采用玻璃球(钢珠),有的采用多层制网等。为了研究发泡简内填充物对于气泡的稳定性的影响,分别采用了钢珠(直径3、直径5)、陶粒、铜丝网直径2(20,30层)进行对比试验。设定试验空气压力为0.5MPa,发泡枪规格为440mm x 480m,用自制的CS-1合成界面活性剂作为试验发泡剂,要求发泡剂ph值处于8.5+0.5范围内。发泡剂的稀释倍率为40倍,发泡倍率为20倍。根据对发出气泡的性能检测得出结果如表2.

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通过多次反复试验可以得出,陶粒作为发泡简内的填充物生成的气泡性能最好。其次为Ф2的铜丝网,通常情况网的层数越多,气泡越均匀稳定,但阻力较大,产量下降。所以总合考虑质量、经济效果,使用寿命等因素,一般采用铜丝网的层数为20-30层。通过试验可知30层铜丝网的效果接近于陶粒的效果。使用钢珠作为填充物效果一般,而且成本比较大,一般不予采用。

2.4 采用压缩空气制泡的质量技术优势和前两种发泡工艺比较,压缩空气发泡设备比高速搅拌机稍复杂一点,但压缩空气发泡,一方面发泡效率较高,将发泡剂溶液完全吹制成气泡群,通过发泡筒后其泡径小、均匀性好,另一方面,可以将生成的气泡直接吹入搅拌好的水泥浆中.减少了中间环节,更好地防止了中间环节导致的消泡现象。而且,此工艺可以在搅拌水泥浆的同时进行发泡,根据设计及施工的需要生产气泡,而且可以随时调整气泡的发泡倍率以适应特殊情况的要求,不存在气泡过剩和中间转移环节的问题。为了更直接的了解压缩空气制泡的技术优势,用同样的发泡剂材料通过对高速搅拌机发泡与压缩空气发泡工艺进行发泡试验对比,测试结果如表3。

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从表3数据可以发现使用同样的发泡剂,压缩空气发泡工艺发出的气泡比高速搅拌机发泡工艺生成的气泡检测的泌水量和沉陷距都要小很多。而且由于压缩空气发泡技术的施工便利性及连续性,更体现了其技术优势的存在。

3 采用压缩空气制泡对气泡混合轻质土的经济影响

采用压缩空气制泡具有生产连续,产量大、施工便利等优势。通过对两种不同的发泡T艺进行现场试验分析,得出通过压缩空气发泡生产的气泡混合轻质土是通过高速搅拌发泡生产轻质土产量的3倍以上。且由于压缩空气发泡技术形成的泡沫在气泡混合轻质土中的稳定性更好,消泡率远小于高速搅拌发泡产生的气泡,使得气泡混合轻质土的体积损耗率从15%左右大大降低至4%左右。最大限度的降低气泡混合轻质土的施工成本,提高气泡混合轻质土的产量,创造更高生产价值。

4结语

我国正在大力提倡保护环境、节约资源的基础建设的研究与开发,气泡混合轻质土作为一种新型环保材料,其有着良好的市场应用前景。制造高效、稳定的气泡是气泡混合轻质土品质保证的关键之

。空气压缩发泡技术可以发出气泡粒径小、均匀、稳定的高质量气泡,使气泡混合轻质土成型后存有孔径细小、孔型较圆、分散均匀的封闭孔,保证气泡混合轻质土的力学、物理性能。目前,该发泡T艺技术已运用于气泡混合轻质土制造设备中,在北京奥运中心区地下通道减荷回填工程投入使用,极大的提高了气泡混合轻质土的产量及成品质量。

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