3.2 发气材料

发气材料在加气混凝土中的作用是在料浆中进行化学反应，放出气体并形成细小而均匀的气孔，使加气混凝土具有多孔状结构。

加气混凝土的基本组成材料的密度一般都在1.8～3.1g/cm³左右，而加气混凝土制品的体积密度（绝干）通常为500～700kg/m³，甚至更低。因而，加气混凝土必须有较大的孔隙率，一般在料浆的发气膨胀阶段要求料浆的体积膨胀量达l倍或1倍以上，为此，就要求发气材料能够提供大量的、不溶或难溶于水的气体。为了使这些气体能够在料浆中形成尺寸适当、大小均匀的球形气泡，并能保持稳定而不变形破裂，除了料浆本身要具备一定的温度、稠度等条件以外，适当的气泡稳定剂（稳泡剂）是十分重要的。我们称提供气体的材料为发气剂，称对气泡起稳固作用的材料为稳泡剂。

发气剂的种类比较多，主要可分为金属和非金属两大类。金属发气剂有铝（Al）、锌（Zn）、镁（Mg）等粉剂或膏剂，铝锌合金和硅铁合金等。非金属类有双氧水（H₂O₂）、碳化钙（CaC，俗称电石）等。

目前，世界各国生产加气混凝土，绝大多数采用金属法来产生气体。而在金属法中，真正用于工业生产的是铝粉（铝粉膏）。本节着重介绍作为发气剂的铝粉（铝粉膏）。

稳泡剂种类也较多，原则上说，凡是能降低固一液一气相表面张力，提高气泡膜强度的物质均可起到稳泡的作用，都是一种稳泡剂。但从其稳泡功能的强弱和对加气混凝土料浆的适应力来看，目前采用较多的主要是“可溶油”、拉开粉、皂荚粉等以及某些合成物或再制品。

铝粉的发放气反应

铝的比重仅2.7，在标准状态下，每1g铝产生氢气1.24l，因而用量少，成本低，铝的产量较大，来源比较广泛，且用于加气混凝土生产，工艺上比较好控制，是用于发气的最常田的材料。铝是很活泼的金属，它能与酸作用置换出酸中的氢，也能与碱作用生成铝酸盐。金属铝在空气中很容易被氧化生成氧化铝，其反应式如下：

4Al＋3O₂2Al₂O₃

氧化铝在空气和水中是稳定的。我们日常生活中使用的铝制品，有了氧化铝的钝化保护膜，阻止了金属铝的进一步氧化，但氧化铝在酸性或碱性环境下，就能与酸或碱反应，生成新的盐，使保护层破坏。

Al₂O₃＋6H^＋＝ 2Al+3H₂O

Al₂O₃＋20H^－＝ 2 A1₂O₃＋H₂O

金属铝遇水反应，置换出水中的氢，并生成氢氧化铝。

2Al＋6H₂O ＝ 2Al(OH)₃＋3H₂ ↑

我们所使用的发气铝粉，往往颗粒表面已经氧化，生成了氧化铝保护膜，阻止了铝与水的接触。只有消除氧化膜后，铝粉才能进行反应，置换出水中的氢。因此，我们说作为发气剂的铝粉，在碱性环境下，才能进行放气反应。

铝与水反应生成的Al(OH)₃是凝胶状物质，也阻碍着水与铝的进一步反应，但A1(OH)₃同样也能溶解在碱性溶液中，生成铝酸盐：

Al (OH)₃＋OH^－＝ A1O₂^－+2H₂O

这样，在碱性环境中，铝就可以不断与水反应，生成氢气，直到金属铝消耗尽为止。

在加气混凝土料浆中，碱性物是Ca(OH)₂。因此，铝粉与水的反应可以写成：

2Al＋3Ca(OH)₂＋6H₂O ＝ 3CaO•Al₂O₃•6H₂O＋3H₂ ↑

铝粉的生产过程及主要特性

铝粉是将铝锭熔解后，用压缩空气喷成细粒（称喷粉），然后经分选后，取一定粒度的细粉加入密闭的球磨机中磨细而成。为了防止铝粉在磨细过程中氧化，并由此引起燃烧爆炸，除球磨机系统的特殊设计，保证严格密封并充入氮气保护外，还要在铝粉中加入一定量的硬脂酸，使铝粉在磨细过程中一边磨细，一边在颗粒表面形成硬脂酸保护层。现在，通常采用的发气剂铝粉膏，在磨细过程中不加硬脂酸，也不以氮气保护，而是加入介质和各种助剂进行研磨，磨细后的铝浆经离心浓缩而成膏状体。研磨介质有两类：一种是矿物油，由此制得的铝粉膏称为油性铝粉膏；另一种是水，形成的铝粉膏为水性铝粉膏。

铝粉表面的硬脂酸，在使用时，必须除去，即脱脂。常用的方法有烘烤法和化学法两种。烘烤法已不多用，化学法是以化学脱脂剂与铝粉一起搅拌而脱去表面的硬脂酸．常用的化学脱脂剂有，拉开粉（二丁萘磺酸钠）、千千加（高级脂肪醇环氧乙烷），皂素粉或皂素植物浸出液及普通洗衣粉等。

用于加气混凝土生产的铝粉，并不单单能与水反应产生氢气这么简单。前面我们过论了加气混凝土的强度，其中包括加气混凝土的气孔结构。要形成理想的气孔结构，就必须是铝粉的发气与加气混凝土料浆的稠化硬化相适应，这就要求铝粉不仅要有较多的金属铝含量，即能参加反应。置换水中氢的铝——活性铝的含量；要求一定的细度及颗粒形状，以保证合适的发气曲线。

铝粉的发气量

铝粉的发气量决定了铝粉在加气混凝土中的用量。铝粉的发气量指单位质量的铝粉在标准状态下与水充分反应即能放出的氢气体积。1g金属铝，在标准状态下的理论发气量为1.24l。而工业用铝粉中总含有少量杂质，有些铝受到氧化而成为氧化铝，从而使铝粉的实际发气量低于理论值。虽然，铝粉中金属含量越多，发气量就越大。在加气混凝土料浆中，参加反应的活性铝越多（能参加发气反应，产生氢气的铝，称为活性铝，而在铝粉膏中，区别于活性铝的另一个指标是固体份），实际发气量也就越大。为此，用于加气混凝土的铝粉通常用纯度比较高的铝锭（纯度98％以上）来生产。而铝粉的金属铝含量一般要求不小于98％，活性铝含量不小于89％（铝粉膏稍低）。

铝粉的细度

铝粉的细度不影响发气量，但影响发气速度。铝粉越细，比表面积越大，参加反应的表面积也越大。因而发气开始时间也越早，速度也快，同时，发气结束也早。

一般说来，铝粉经过生产过程中比较严格的质量控制，其细度通常控制在一定范围之内，但因生产工厂及生产工艺的不同，实际细度仍有较大的波动，以致成为影响浇注稳定性的重要因素之一。

颗粒形状

铝粉颗粒形状对铝粉的发气特性有重要影响。铝粉颗粒形状主要是两种，一种是液滴状和不规则针状，是在喷制过程中形成的；另一种是阔叶状或不规则鳞片状，是喷粉经研磨成形成的。液滴状的喷粉化学活性很低，在加气混凝土料浆中几乎不发气。其主要原因是，这种铝粉是从高温熔融的液态被压缩空气喷吹成粒，在空气中逐渐冷却的过程中，被强烈氧化，形成了致密的氧化铝钝化膜，严重阻碍了化学反应。经过研磨后的铝粉颗粒，形成扁薄鳞片状，具有较大的新的金属表面，从而增大了发气反应的面积，而且，在研磨过程中，铝粉颗粒被研磨体冲击、辗压、而被延展和折断，使铝粉颗粒变成扁平的有大量不规则边缘的形状。其不规则边缘的金属晶格必然发生更多的扭曲变形和断裂，成为活性更大的化学活泼区域，从丽促使铝粉具备良好的发气特性。

评定铝粉的性质指标

评定铝粉性质指标，首先是铝粉的发气量，这是显而易见的。但加气混凝土的生产过程远较一般混凝土复杂，光有很大的发气量并不一定能形成理想的气孔。如果发气过快过早，氢气易从料浆逸出，造成塌摸或气孔聚集形成大孔，而铝粉发气过晚或发气延续时间过长（长尾巴），显然，当料浆逐步稠化，失去流动性时，气体必将逼在浆体内部，形成气孔与气引，的贯通，这一现象我们称之为“憋气”，这对制品是相当有害的。因此，评定铝粉的性质，还必须考虑其友气特性。

盖水面积

盖水面积是表征铝粉细度和形状的物理指标。铝粉盖水面积是指每克铝粉在水面上按颗粒单层连续排列，在颗粒间无可见空隙时所具有的面积，一般情况下，铝粉的细度对应的盖水面积列于表2－3。

表2－3  铝粉颗粒细度与盖水面积的关系

由表2－3可以看出，铝粉越细，盖水面积越大。同时也应看到，铝粉颗粒越薄，形成阔叶状，盖水面积也越大。但是，某些喷粉颗粒很小，氧化严重，虽然盖水面积较大，但活性极差。因此，单纯用盖水面积，还不能全面反映铝粉的特性。

发气曲线

铝粉的物理化学性能是否满足生产加气混凝土的需要，最后反映在料浆的发气膨胀过程中。因此，测定铝粉在料浆中的发气过程，可以对其性能作出综合的评价，我们把铝粉在发气过程中，产气量随时间而变化的曲线叫作铝粉的发气曲线。通常，采用的方法是适用瑞典西波列克斯公司对铝粉的标准发气曲线试验规定：铝粉70mg，在温度45℃，由50g水泥、30ml水、30ml摩尔浓度为0.1mol/l的NaOH溶液组成的水泥浆中进行发气，其发气时间与发气量（换算成标准状态的产气量）的关系曲线即为发气曲线。

通常，我们要求铝粉的发气曲线落在一定范围之内，如图3－1所示。发气曲线落在Ⅰ区的铝粉，颗粒过细，发气过早、过快。发气曲线落入Ⅱ区的铝粉，则可能颗粒过大，反应迟缓，往往使整个发气过程拖了一个长长的尾巴。

对铝粉膏的要求

现在，绝大多数工厂已经改用了铝粉膏。铝粉膏除有发气铝粉的一般特性以外，还有不易起尘、不产生静电、不怕潮湿且有一定稳泡作用，是一种安全、经济的新品种。JC/T407对铝粉膏提出的质量指标如表2－4。

表2－4  加气混凝土用铝粉膏技术要求

≤≥≥≥无团粒

水剂型

≥

气泡稳定剂

加气混凝土料浆在发气以前是固－液两相系统。当铝粉在料浆中放出氢气后，料浆就变成固一液－气三相体系，形成的气泡是由液体薄膜包围着气体。这样，体系内增加了许多新  表面。同时，石灰消化时放出的热量使料浆温度上升，气泡受热膨胀，进一步增加了气－液界面，体系表面自由能急剧增大，体系极不稳定。由于表面张力的作用，液体表面要自动缩小，气泡容易破裂；当小气泡合并成大气泡，大气泡上浮逸出，从而料浆平衡被破坏，造成塌模。因此，降低料浆体系的表面能，增加气泡膜的机械强度，均可以防止气泡破裂。表面能是表面张力与气孔表面积的乘积，降低气孔表面积显然是不允许的。因此，为了稳定料浆中的气泡，只有降低液体的表面张力。

气泡稳定剂就是表面活性物质，其作用是降低水的表面张力，增加气泡壁的机械强度，常用的有以下几种：

可溶油

可溶油是将油酸、三乙醇胺和水在常温下按1:3:36的比例配合而成。

衡量油酸是否适用，可以参照该种油脂的皂化值和碘值来考虑，皂化值即油脂在皂化时所需要的氢氧化钾的毫克数。油脂的平均分子量越大（即脂肪酸部分碳原子数越多），则单位重量的油脂所含摩尔数就越小，皂化时所需碱量也就越小。碘值是100g油脂与碘起加成反应时所需碘的克数。碘值越大，则油脂的不饱和程度越大。作为稳泡剂，希望油脂的平均分子量大一些。不饱和程度大一些，即希望用皂化值小、碘值大的油脂。

三乙醇胺是一种胺类化合物，即氯乙醇、环氧乙烷与氨作用而得，具有弱碱性。其分于式为N(C₂H₄OH)₃，熔点为20～21℃，沸点为360℃，为无色或微黄色粘稠液体，有吸湿性，易溶于水和乙醇。

油酸和三乙醇胺混合水解反应生成皂类表面活性物质——脂肪酸皂C₁₇H₃₃COONa一种很好的稳泡剂。

氧化石蜡皂

氧化石蜡皂是石油工业副产品。它是以石蜡为原料，在一定温度下通入空气进行氧化，再用苛性钠加以皂化后得到的一种饱和脂肪酸皂。分子式为C_nH _2n＋1COONa（n＝5～22）。氧化石蜡皂是棕色膏状体，溶于水。对氧化石蜡皂的技术要求是；总脂酸为37±2％，羧酸22～24％，羟酸15％，游离钙＜0.1％，不皂化物5％。氧化石蜡皂易与碳起作用，因此不宜用于粉煤灰制品或煤矸石制品中。

皂荚粉

皂荚粉的主要成分是皂素、糖甙、丹宁及醣类、纤维、蛋白质、脂肪等。皂荚粉中约含23％的皂类，呈中性，在水中可呈胶束，即使在高浓度下也是分子状态，它具有较强的表面活性，是一种非离子型表面活性剂。

与皂荚有相同作用的野生植物还有多种，如皂角、肥皂荚、无患子以及茶子饼等，均属富含皂素物质。因而也都具有相近的使用价值可以根据当地具体情况选用。

SP和TS稳泡剂

SP和TS稳泡剂都是野生皂素植物的再制剂。SP稳泡剂是从油茶榨油后的残渣，经提纯、结晶、真空子燥后获得的米黄色粉末。TS稳泡剂是从脱脂茶仔饼粕中提取出来的以茶皂素为主体的液剂。