发泡压力对超轻质硫氧镁水泥基泡沫混凝土性能的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0696

摘要/Abstract

摘要：

本研究提出了一种超轻质硫氧镁水泥基泡沫混凝土（MOS-ULFC）制备技术，即在预制泡沫和浆体拌和阶段施加压力、成型过程中释放压力，利用压力差诱导气泡膨胀，提升孔隙率，实现材料超轻质化。系统分析了不同发泡压力对MOS-ULFC密度、力学性能、导热系数及孔结构的影响规律。结果表明，在101~160 kPa，随着发泡压力升高，MOS-ULFC的密度与导热系数显著降低。当发泡压力由101 kPa升至130 kPa时，干密度由157.81 kg/m³降至49.22 kg/m³，降低了68.81%；导热系数由0.069 8 W/（m·K）降至0.037 1 W/（m·K），降低了46.85%；而当发泡压力继续升至160 kPa时，MOS-ULFC的密度与导热系数均有回升，但仍低于常压组（101 kPa）。预制泡沫及浆体拌和阶段施加压力，气泡内部压力显著提高；成型结束后，外压恢复常压，气泡内空气迅速膨胀，导致气泡尺寸明显增大，从而提升平均孔径和孔隙率。当发泡压力由101 kPa升至130 kPa时，泡沫混凝土的平均孔径由78.53 μm增至113.49 μm，增加了44.52%，总孔隙率由91.94%增至96.21%。本研究为泡沫混凝土超轻质化制备提供了新思路。

关键词: 泡沫混凝土, 发泡压力, 密度, 导热系数, 孔结构, 超轻质

Abstract:

This study proposed a preparation technique for magnesium oxysulfate cement-based ultra-lightweight foam concrete （MOS-ULFC）， in which pressure is applied during the prefabricated foaming and slurry mixing stages， followed by pressure release during molding. The pressure differential induced bubble expansion， thereby increasing porosity and achieving ultra-lightweight characteristics. The effects of different foaming pressures on the density， mechanical properties， thermal conductivity， and pore structure of MOS-ULFC were systematically analyzed. Results show that， within the range of 101~160 kPa， increasing the foaming pressure markedly reduces the density and thermal conductivity of MOS-ULFC. When the foaming pressure increases from 101 kPa to 130 kPa， the dry density decreases from 157.81 kg/m³ to 49.22 kg/m³， with a reduction of 68.81%， while the thermal conductivity decreases from 0.069 8 W/（m·K） to 0.037 1 W/（m·K）， with a reduction of 46.85%. At 160 kPa， both density and thermal conductivity of MOS-ULFC increase slightly but remaine lower than those of the atmospheric-pressure group （101 kPa）. Applying pressure during prefabricated foaming and slurry mixing stages significantly increases the internal pressure of bubbles. Upon returning to atmospheric pressure after molding， the trapped air rapidly expands， leading to a substantial increase in bubble size， and consequently， in average pore size and porosity. Specifically， when the foaming pressure increases from 101 kPa to 130 kPa， the average pore size increases from 78.53 μm to 113.49 μm （an increase of 44.52%）， while the total porosity increases from 91.94% to 96.21%. This work provides a new approach for the ultra-lightweight design and preparation of foam concrete.

Key words: foam concrete, foaming pressure, density, thermal conductivity, pore structure, ultra-lightweight

中图分类号:

TU377.1

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图/表 12

图1 MgO粒径分布

Fig.1 Particle size distribution of MgO

表 1 泡沫液配比

Table 1 Mix ratio of foam solution

Sample	Mass/g
Sample	Foaming agent （GX-7）	HPMC	H₂O
Foam	0.8	0.5	100

表 2 MOS-ULFC配比

Table 2 Mix ratio of MOS-ULFC

Sample	Mass/g					Air pressure/kPa
Sample	MgO	MgSO₄·7H₂O	CA	H₂O	Foam	Air pressure/kPa
P-101	60	92.25	1.26	108	150	101
P-115	60	92.25	1.26	108	150	115
P-130	60	92.25	1.26	108	150	130
P-145	60	92.25	1.26	108	150	145
P-160	60	92.25	1.26	108	150	160

图2 MOS-ULFC的制备流程

Fig.2 Preparation process of MOS-ULFC

图3 发泡压力对MOS-ULFC密度的影响

Fig.3 Effect of foaming pressure on density of MOS-ULFC

图4 发泡压力对MOS-ULFC抗压强度的影响

Fig.4 Effect of foaming pressure on compressive

图5 发泡压力对MOS-ULFC导热系数的影响

Fig.5 Effect of foaming pressure on thermal strength of MOS-ULFC conductivity of MOS-ULFC

图6 不同发泡压力条件下制备的MOS-ULFC的孔结构

Fig.6 Pore structure of MOS-ULFC prepared under different foaming pressure conditions

表 3 MOS-ULFC的孔径分布

Table 3 Pore size distribution of MOS-ULFC

Sample	Pore size distribution/%					Average pore size/μm
Sample	［0， 50） μm	［50， 100） μm	［100， 150） μm	［150， 200） μm	［200， 250） μm	Average pore size/μm
P-101	1.81	91.97	5.70	0.52	0	78.53
P-115	0.70	82.81	14.39	1.40	0.70	85.27
P-130	0	34.85	54.55	9.09	1.51	113.49
P-145	0	21.85	62.91	10.93	4.31	124.76
P-160	0	14.18	51.49	23.88	10.45	153.88

图7 MOS-ULFC的Micro-CT图

Fig.7 Micro-CT images of MOS-ULFC

图8 发泡压力对MOS-ULFC孔体积的影响

Fig.8 Effect of foaming pressure on pore volume of MOS-ULFC

图9 不同压力条件下预制泡沫的气泡形貌

Fig.9 Morphology of prefabricated foam under different pressure conditions

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