泡沫稳定性探究范文

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《广东建材杂志》2014年第十期

泡沫的稳定性取决于泡沫液膜的厚度以及液膜的机械强度等。液膜的机械强度主要由发泡剂决定，外加剂也有一定的影响，另外外加剂会影响泡沫的自我修复能力；液膜的厚度主要取决于稀释比和发泡压力等。

1发泡压力对泡沫稳定性的影响

传统的搅拌式使得发出的泡沫不均匀，含水率高（稳定性较差），本实验采用FD-10型发泡机空气压缩发泡。经空气压缩发出的气泡细小均匀、含水率低（稳定性好）；空气压缩发泡对泡沫影响最大的是泡沫的液膜厚度，液膜厚度直接影响泡沫的稳定性。发泡压力太小，发泡剂没有充分发出泡沫，含液率较高，液膜中的液体在自重下排液速率过大导致泡沫易破；发泡压力过大，则发出泡沫液膜太薄，自我修复能力较差容易破。两者反映出来的结果都是泌水量高。实验结果见表2。实验以1:15稀释比配置发泡液，从图中可以看出，发泡压力在0.6MPa时泡沫容重最小，泌水量也最低。分析其原因：0.4MPa时，因为发泡压力不足，发泡不充分，泡沫液膜含液量较大且泡沫之间的泡间水较多，泡沫容重较大；与此同时，泡沫的破裂主要是重力排液作用，液膜越厚排液速率越高，因此泌水量较高。0.5MPa压力有所提高，泡间水减少，泡沫容重降低；这个压力下发出的泡沫其破裂由重力排液、表面张力排液和气泡内气体扩散三者共同决定，由于影响泡沫破裂的因素较多，泡沫更容易破裂，其泌水量反而增大。0.6MPa时，发泡压力达到最佳值，发泡充分，泡间水减小到最低值，泡沫容重也随着降到最低；而此时影响泡沫破裂的因素主要是气泡内气体扩散，气体扩散造成泡沫破裂的程度较轻，因此泌水量最低。0.7～0.8MPa时，泡沫间的泡间水虽然减小，但由于发泡压力过大导致泡沫液膜厚度太薄甚至直接破裂、泡沫的自我修复能力急剧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，发泡压力最佳值为0.6MPa。

2发泡剂稀释比对泡沫稳定性的影响

稀释比，即发泡剂与水的混合比，也可以理解为发泡剂的浓度。

2.1K型发泡剂稀释比对泡沫稳定性的影响在0.6MPa的发泡压力下，探索K发泡剂稀释比对泡沫稳定性的影响，实验结果见图1。从a)和b)可以看出，随着稀释比的增大，泡沫容重不断的增大，泡沫的发泡能力不断降低。这是因为随着稀释比的增大，发泡液的浓度不断降低，液体的表面张力增大，发泡倍数下降，发泡能力随之下降；随着发泡液浓度的降低，泡沫液膜含液量增加，泡沫容重增大。由图c)可知随着稀释比的增大，发泡液浓度降低，泡沫液膜含水率增多且液膜的机械强度降低，不同时间段的泌水量均随之增大；从图d)中可以看出，大多数稀释比情况下所发出的泡沫在前15min泌水量都是最大，而在15～30min之间渐渐地变得平缓，泌水量普遍有所下降，在30～60min泌水量基本上持衡，说明泡沫的破裂基本上都是在前30min，30min以后基本上稳定了。由此可知，稀释比越低，泡沫稳定性越好；但稀释比越低，发泡能力越低，发泡成本也越大。综合考虑发泡能力和泡沫稳定性以及成本问题，本实验对K型发泡剂取稀释比为1:15。

2.2Z型发泡剂稀释比对泡沫稳定性的影响在0.6MPa压力下，探索Z型发泡剂稀释比对泡沫稳定性的影响，结果见图2。图a)和b)与K型发泡剂类似，随着稀释比的增大，泡沫容重不断增大，发泡能力不断降低。其原因与K型发泡剂一样，均是由于发泡剂浓度降低、含水率增大，泡沫液膜含水率高导致容重变大；图c)可以看出，随着稀释比的增大，泌水量先降低，而后升高，在1:30处出现最低值。这是因为在1:30以前，发泡剂浓度过高，泡沫间的泡间水较多，泌水量高；而高于1:30的稀释比，泡沫液膜较薄，且浓度较低，自我修复能力较差，破裂快，泌水量高；因此Z型发泡剂在发泡压力为0.6MPa时的最佳稀释比为1:30。

3减水剂对泡沫稳定性的影响

根据设计配合比关系，按照600kg/m3容重的泡沫混凝土配合比，将外加剂加入到定量好的发泡剂中，通过发泡机发出泡沫，观察泡沫稳定效果，见表3，实验结果见图3。图3中的a)图，随着萘系减水剂掺量的增加，泡沫容重先增大后降低，在0.9%掺量处趋于平稳，且均比空白样高；图b)中，随着羧酸减水剂掺量的增大，泡沫容重先降低后增大，0.6%到0.7%掺量处趋于平稳；c)图与a)图趋势相反，发泡能力随萘系减水剂掺量增加先降低后上升，萘系减水剂掺量为0.9%处出现极小值；d)图与b)图趋势相反，发泡能力随羧酸减水剂掺量增大先升高后降低，在0.6%到0.7%掺量处出较大，但是两者均没有空白样高。图e)可以看出，随着萘系减水剂掺量的增加，泌水量先增大，后降低，在1%的掺量后基本保持不变，在0.9%掺量处出现极大值，在1%掺量处出现极小值，但是均比空白样的泌水量高，说明萘系减水剂有消泡作用，其理想掺量为1%；图f)，泌水量随着羧酸减水剂掺量的增大先降低后升高，在0.7%掺量处出现极小值，而且均比空白样要低，说明羧酸减水剂有稳泡效果，且最佳掺量为0.7%。分析其原因：由图3中可知，Ⅰ型发泡剂、D型发泡剂、聚羧酸减水剂以及萘系减水剂都是有机物，它们之间的混合是物理作用，是通过分子之间的氢键链接。四种有机分子所含的基本官能团都是C-O键和O-H键，最明显的差别就在于：Ⅰ型发泡剂和萘系减水剂具有烯烃类C=C键，D型发泡剂和羧酸类减水剂具有苯环；然而C=C键上的孤对电子对比苯环上的独对电子对要少得多，因此有机物之间结合时，具有苯环结构的有机物会比只有C=C键而没有苯环结构的有机物结合更牢固，因此无论是Ⅰ型发泡剂还是D型发泡剂，与具有苯环结构的羧酸减水剂耦合时能在泡沫液膜上形成具有更强机械强度的分子膜层从而起到稳泡效果，而与没有苯环的萘系减水剂耦合时，萘系减水剂只是起到了简单的稀释作用，即消泡效果。

4结论

⑴泌水量是衡量泡沫稳定性的核心指标，泡沫的液膜太薄或着太厚都会使泌水量变大。本实验所用华泰发泡剂最佳的发泡压力为0.6MPa，最佳稀释比为1:15时泌水量相对较低，此时发出的泡沫液膜适中，自重排液速度慢，自身修复能力较强，总体呈现泌水量低，稳定性最佳；⑵萘系减水剂与此类型的发泡剂耦合效果较差，具有消泡效果，适宜掺量为1%；⑶羧酸减水剂对此类型发泡剂具有稳泡效果，且掺量在0.7%时稳泡效果最佳。

作者：万碧莲单位：东莞市建设工程检测中心