泡沫穩(wěn)定性探究范文

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《廣東建材雜志》2014年第十期

泡沫的穩(wěn)定性取決于泡沫液膜的厚度以及液膜的機(jī)械強(qiáng)度等。液膜的機(jī)械強(qiáng)度主要由發(fā)泡劑決定，外加劑也有一定的影響，另外外加劑會影響泡沫的自我修復(fù)能力；液膜的厚度主要取決于稀釋比和發(fā)泡壓力等。

1發(fā)泡壓力對泡沫穩(wěn)定性的影響

傳統(tǒng)的攪拌式使得發(fā)出的泡沫不均勻，含水率高（穩(wěn)定性較差），本實(shí)驗(yàn)采用FD-10型發(fā)泡機(jī)空氣壓縮發(fā)泡。經(jīng)空氣壓縮發(fā)出的氣泡細(xì)小均勻、含水率低（穩(wěn)定性好）；空氣壓縮發(fā)泡對泡沫影響最大的是泡沫的液膜厚度，液膜厚度直接影響泡沫的穩(wěn)定性。發(fā)泡壓力太小，發(fā)泡劑沒有充分發(fā)出泡沫，含液率較高，液膜中的液體在自重下排液速率過大導(dǎo)致泡沫易破；發(fā)泡壓力過大，則發(fā)出泡沫液膜太薄，自我修復(fù)能力較差容易破。兩者反映出來的結(jié)果都是泌水量高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。實(shí)驗(yàn)以1:15稀釋比配置發(fā)泡液，從圖中可以看出，發(fā)泡壓力在0.6MPa時泡沫容重最小，泌水量也最低。分析其原因：0.4MPa時，因?yàn)榘l(fā)泡壓力不足，發(fā)泡不充分，泡沫液膜含液量較大且泡沫之間的泡間水較多，泡沫容重較大；與此同時，泡沫的破裂主要是重力排液作用，液膜越厚排液速率越高，因此泌水量較高。0.5MPa壓力有所提高，泡間水減少，泡沫容重降低；這個壓力下發(fā)出的泡沫其破裂由重力排液、表面張力排液和氣泡內(nèi)氣體擴(kuò)散三者共同決定，由于影響泡沫破裂的因素較多，泡沫更容易破裂，其泌水量反而增大。0.6MPa時，發(fā)泡壓力達(dá)到最佳值，發(fā)泡充分，泡間水減小到最低值，泡沫容重也隨著降到最低；而此時影響泡沫破裂的因素主要是氣泡內(nèi)氣體擴(kuò)散，氣體擴(kuò)散造成泡沫破裂的程度較輕，因此泌水量最低。0.7～0.8MPa時，泡沫間的泡間水雖然減小，但由于發(fā)泡壓力過大導(dǎo)致泡沫液膜厚度太薄甚至直接破裂、泡沫的自我修復(fù)能力急劇下降以至于泡沫的破裂速度反而加快，其容重和泌水量反而都增加。因此，發(fā)泡壓力最佳值為0.6MPa。

2發(fā)泡劑稀釋比對泡沫穩(wěn)定性的影響

稀釋比，即發(fā)泡劑與水的混合比，也可以理解為發(fā)泡劑的濃度。

2.1K型發(fā)泡劑稀釋比對泡沫穩(wěn)定性的影響在0.6MPa的發(fā)泡壓力下，探索K發(fā)泡劑稀釋比對泡沫穩(wěn)定性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。從a)和b)可以看出，隨著稀釋比的增大，泡沫容重不斷的增大，泡沫的發(fā)泡能力不斷降低。這是因?yàn)殡S著稀釋比的增大，發(fā)泡液的濃度不斷降低，液體的表面張力增大，發(fā)泡倍數(shù)下降，發(fā)泡能力隨之下降；隨著發(fā)泡液濃度的降低，泡沫液膜含液量增加，泡沫容重增大。由圖c)可知隨著稀釋比的增大，發(fā)泡液濃度降低，泡沫液膜含水率增多且液膜的機(jī)械強(qiáng)度降低，不同時間段的泌水量均隨之增大；從圖d)中可以看出，大多數(shù)稀釋比情況下所發(fā)出的泡沫在前15min泌水量都是最大，而在15～30min之間漸漸地變得平緩，泌水量普遍有所下降，在30～60min泌水量基本上持衡，說明泡沫的破裂基本上都是在前30min，30min以后基本上穩(wěn)定了。由此可知，稀釋比越低，泡沫穩(wěn)定性越好；但稀釋比越低，發(fā)泡能力越低，發(fā)泡成本也越大。綜合考慮發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性以及成本問題，本實(shí)驗(yàn)對K型發(fā)泡劑取稀釋比為1:15。

2.2Z型發(fā)泡劑稀釋比對泡沫穩(wěn)定性的影響在0.6MPa壓力下，探索Z型發(fā)泡劑稀釋比對泡沫穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見圖2。圖a)和b)與K型發(fā)泡劑類似，隨著稀釋比的增大，泡沫容重不斷增大，發(fā)泡能力不斷降低。其原因與K型發(fā)泡劑一樣，均是由于發(fā)泡劑濃度降低、含水率增大，泡沫液膜含水率高導(dǎo)致容重變大；圖c)可以看出，隨著稀釋比的增大，泌水量先降低，而后升高，在1:30處出現(xiàn)最低值。這是因?yàn)樵?:30以前，發(fā)泡劑濃度過高，泡沫間的泡間水較多，泌水量高；而高于1:30的稀釋比，泡沫液膜較薄，且濃度較低，自我修復(fù)能力較差，破裂快，泌水量高；因此Z型發(fā)泡劑在發(fā)泡壓力為0.6MPa時的最佳稀釋比為1:30。

3減水劑對泡沫穩(wěn)定性的影響

根據(jù)設(shè)計(jì)配合比關(guān)系，按照600kg/m3容重的泡沫混凝土配合比，將外加劑加入到定量好的發(fā)泡劑中，通過發(fā)泡機(jī)發(fā)出泡沫，觀察泡沫穩(wěn)定效果，見表3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。圖3中的a)圖，隨著萘系減水劑摻量的增加，泡沫容重先增大后降低，在0.9%摻量處趨于平穩(wěn)，且均比空白樣高；圖b)中，隨著羧酸減水劑摻量的增大，泡沫容重先降低后增大，0.6%到0.7%摻量處趨于平穩(wěn)；c)圖與a)圖趨勢相反，發(fā)泡能力隨萘系減水劑摻量增加先降低后上升，萘系減水劑摻量為0.9%處出現(xiàn)極小值；d)圖與b)圖趨勢相反，發(fā)泡能力隨羧酸減水劑摻量增大先升高后降低，在0.6%到0.7%摻量處出較大，但是兩者均沒有空白樣高。圖e)可以看出，隨著萘系減水劑摻量的增加，泌水量先增大，后降低，在1%的摻量后基本保持不變，在0.9%摻量處出現(xiàn)極大值，在1%摻量處出現(xiàn)極小值，但是均比空白樣的泌水量高，說明萘系減水劑有消泡作用，其理想摻量為1%；圖f)，泌水量隨著羧酸減水劑摻量的增大先降低后升高，在0.7%摻量處出現(xiàn)極小值，而且均比空白樣要低，說明羧酸減水劑有穩(wěn)泡效果，且最佳摻量為0.7%。分析其原因：由圖3中可知，Ⅰ型發(fā)泡劑、D型發(fā)泡劑、聚羧酸減水劑以及萘系減水劑都是有機(jī)物，它們之間的混合是物理作用，是通過分子之間的氫鍵鏈接。四種有機(jī)分子所含的基本官能團(tuán)都是C-O鍵和O-H鍵，最明顯的差別就在于：Ⅰ型發(fā)泡劑和萘系減水劑具有烯烴類C=C鍵，D型發(fā)泡劑和羧酸類減水劑具有苯環(huán)；然而C=C鍵上的孤對電子對比苯環(huán)上的獨(dú)對電子對要少得多，因此有機(jī)物之間結(jié)合時，具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)物會比只有C=C鍵而沒有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)物結(jié)合更牢固，因此無論是Ⅰ型發(fā)泡劑還是D型發(fā)泡劑，與具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的羧酸減水劑耦合時能在泡沫液膜上形成具有更強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度的分子膜層從而起到穩(wěn)泡效果，而與沒有苯環(huán)的萘系減水劑耦合時，萘系減水劑只是起到了簡單的稀釋作用，即消泡效果。

4結(jié)論

⑴泌水量是衡量泡沫穩(wěn)定性的核心指標(biāo)，泡沫的液膜太薄或著太厚都會使泌水量變大。本實(shí)驗(yàn)所用華泰發(fā)泡劑最佳的發(fā)泡壓力為0.6MPa，最佳稀釋比為1:15時泌水量相對較低，此時發(fā)出的泡沫液膜適中，自重排液速度慢，自身修復(fù)能力較強(qiáng)，總體呈現(xiàn)泌水量低，穩(wěn)定性最佳；⑵萘系減水劑與此類型的發(fā)泡劑耦合效果較差，具有消泡效果，適宜摻量為1%；⑶羧酸減水劑對此類型發(fā)泡劑具有穩(wěn)泡效果，且摻量在0.7%時穩(wěn)泡效果最佳。

作者：萬碧蓮單位：東莞市建設(shè)工程檢測中心