發(fā)氣材料在加氣混凝土中的作用是在料漿中進行化學反應,放出氣體并形成細小而均勻的氣孔,使加氣混凝土具有多孔狀結構。
加氣混凝土的基本組成材料的密度一般都在1.8~3.1g/cm3左右,而加氣混凝土制品的體積密度(絕干)通常為500~700kg/m3,甚至更低。因而,加氣混凝土必須有較大的孔隙率,一般在料漿的發(fā)氣膨脹階段要求料漿的體積膨脹量達l倍或1倍以上,為此,就要求發(fā)氣材料能夠提供大量的、不溶或難溶于水的氣體。為了使這些氣體能夠在料漿中形成尺寸適當、大小均勻的球形氣泡,并能保持穩(wěn)定而不變形破裂,除了料漿本身要具備一定的溫度、稠度等條件以外,適當的氣泡穩(wěn)定劑(穩(wěn)泡劑)是十分重要的。我們稱提供氣體的材料為發(fā)氣劑,稱對氣泡起穩(wěn)固作用的材料為穩(wěn)泡劑。
發(fā)氣劑的種類比較多,主要可分為金屬和非金屬兩大類。金屬發(fā)氣劑有鋁(Al)、鋅(Zn)、鎂(Mg)等粉劑或膏劑,鋁鋅合金和硅鐵合金等。非金屬類有雙氧水(H2O2)、碳化鈣(CaC,俗稱電石)等。
目前,世界各國生產加氣混凝土,絕大多數采用金屬法來產生氣體。而在金屬法中,真正用于工業(yè)生產的是鋁粉(鋁粉膏)。本節(jié)著重介紹作為發(fā)氣劑的鋁粉(鋁粉膏)。
穩(wěn)泡劑種類也較多,原則上說,凡是能降低固一液一氣相表面張力,提高氣泡膜強度的物質均可起到穩(wěn)泡的作用,都是一種穩(wěn)泡劑。但從其穩(wěn)泡功能的強弱和對加氣混凝土料漿的適應力來看,目前采用較多的主要是“可溶油”、拉開粉、皂莢粉等以及某些合成物或再制品。
一 鋁粉的發(fā)放氣反應
鋁的比重僅2.7,在標準狀態(tài)下,每1g鋁產生氫氣1.24l,因而用量少,成本低,鋁的產量較大,來源比較廣泛,且用于加氣混凝土生產,工藝上比較好控制,是用于發(fā)氣的最常田的材料。鋁是很活潑的金屬,它能與酸作用置換出酸中的氫,也能與堿作用生成鋁酸鹽。金屬鋁在空氣中很容易被氧化生成氧化鋁,其反應式如下:
4Al+3O2 2Al2O3
氧化鋁在空氣和水中是穩(wěn)定的。我們日常生活中使用的鋁制品,有了氧化鋁的鈍化保護膜,阻止了金屬鋁的進一步氧化,但氧化鋁在酸性或堿性環(huán)境下,就能與酸或堿反應,生成新的鹽,使保護層破壞。
Al2O3+6H+ = 2Al+3H2O
Al2O3+20H- = 2 A12O3+H2O
金屬鋁遇水反應,置換出水中的氫,并生成氫氧化鋁。
2Al+6H2O = 2Al(OH)3+3H2 ↑
我們所使用的發(fā)氣鋁粉,往往顆粒表面已經氧化,生成了氧化鋁保護膜,阻止了鋁與水的接觸。只有消除氧化膜后,鋁粉才能進行反應,置換出水中的氫。因此,我們說作為發(fā)氣劑的鋁粉,在堿性環(huán)境下,才能進行放氣反應。
鋁與水反應生成的Al(OH)3是凝膠狀物質,也阻礙著水與鋁的進一步反應,但A1(OH)3同樣也能溶解在堿性溶液中,生成鋁酸鹽:
Al (OH)3+OH- = A1O2-+2H2O
這樣,在堿性環(huán)境中,鋁就可以不斷與水反應,生成氫氣,直到金屬鋁消耗盡為止。
在加氣混凝土料漿中,堿性物是Ca(OH)2。因此,鋁粉與水的反應可以寫成:
2Al+3Ca(OH)2+6H2O = 3CaO?Al2O3?6H2O+3H2 ↑
二 鋁粉的生產過程及主要特性
鋁粉是將鋁錠熔解后,用壓縮空氣噴成細粒(稱噴粉),然后經分選后,取一定粒度的細粉加入密閉的球磨機中磨細而成。為了防止鋁粉在磨細過程中氧化,并由此引起燃燒爆炸,除球磨機系統(tǒng)的特殊設計,保證嚴格密封并充入氮氣保護外,還要在鋁粉中加入一定量的硬脂酸,使鋁粉在磨細過程中一邊磨細,一邊在顆粒表面形成硬脂酸保護層?,F在,通常采用的發(fā)氣劑鋁粉膏,在磨細過程中不加硬脂酸,也不以氮氣保護,而是加入介質和各種助劑進行研磨,磨細后的鋁漿經離心濃縮而成膏狀體。研磨介質有兩類:一種是礦物油,由此制得的鋁粉膏稱為油性鋁粉膏;另一種是水,形成的鋁粉膏為水性鋁粉膏。
鋁粉表面的硬脂酸,在使用時,必須除去,即脫脂。常用的方法有烘烤法和化學法兩種。烘烤法已不多用,化學法是以化學脫脂劑與鋁粉一起攪拌而脫去表面的硬脂酸.常用的化學脫脂劑有,拉開粉(二丁萘磺酸鈉)、千千加(高級脂肪醇環(huán)氧乙烷),皂素粉或皂素植物浸出液及普通洗衣粉等。
用于加氣混凝土生產的鋁粉,并不單單能與水反應產生氫氣這么簡單。前面我們過論了加氣混凝土的強度,其中包括加氣混凝土的氣孔結構。要形成理想的氣孔結構,就必須是鋁粉的發(fā)氣與加氣混凝土料漿的稠化硬化相適應,這就要求鋁粉不僅要有較多的金屬鋁含量,即能參加反應。置換水中氫的鋁——活性鋁的含量;要求一定的細度及顆粒形狀,以保證合適的發(fā)氣曲線。