这篇文档属于类型a，即报告了一项原创研究。以下是对该研究的学术报告：
主要作者及研究机构、发表期刊和时间
本研究由Chunpeng Zhang、Dingqiang Fan、Jian-Xin Lu、Chaoming Pang和Chi Sun Poon共同完成。研究团队来自香港理工大学土木与环境工程系及资源工程碳中和技术研究中心（RCRE），以及东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程材料重点实验室。该研究发表于期刊《Cement and Concrete Composites》2024年第150卷，文章编号为105575，于2024年5月5日在线发布。
学术背景
泡沫混凝土（foam concrete）因其轻质、良好的隔热性、耐火性及环境可持续性，在建筑领域得到了广泛应用。然而，其低强度限制了其进一步推广和应用。泡沫的稳定性是泡沫混凝土性能的关键问题，泡沫稳定性差会导致孔隙连通性高，从而增加吸水率、降低耐久性，并易产生收缩和开裂。为提高泡沫混凝土的性能，研究人员尝试了多种方法来增强泡沫稳定性，其中纳米材料的应用尤为引人注目。本研究旨在通过使用两亲性纳米二氧化硅（amphiphilic nano silica, ANS）改性十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulphate, SDS）发泡剂，提升泡沫的稳定性，进而改善泡沫混凝土的微观和宏观性能。
研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
材料准备：
- 使用普通硅酸盐水泥（OPC）作为胶凝材料，SDS作为发泡剂，ANS和亲水性纳米二氧化硅（hydrophilic nano silica, HNS）作为泡沫稳定剂。
- 通过Zetasizer测量纳米材料的粒径，ANS的平均粒径为211 nm，HNS为260 nm。
泡沫制备：
- 将SDS粉末溶解在去离子水中，加入纳米材料，搅拌后通过发泡机制备泡沫。
- 控制泡沫密度为80 kg/m³，并通过显微镜观察泡沫的形态和稳定性。
泡沫混凝土制备：
- 将预制的泡沫与水泥浆体混合，水灰比（water-cement ratio）分别为0.3、0.4和0.5。
- 将混合物倒入模具中，室温固化24小时后脱模，并在90°C蒸汽室中养护2天。
性能测试：
- 泡沫稳定性测试：通过显微镜观察泡沫的体积变化和气泡数量，测量泡沫壁厚度。
- 泡沫混凝土流动性测试：使用截锥模具测量泡沫混凝土的流动性。
- 力学性能测试：测试泡沫混凝土的抗压强度。
- 孔隙结构分析：通过光学显微镜和X射线计算机断层扫描（X-CT）分析泡沫混凝土的孔隙分布和形态。
主要结果
泡沫稳定性：
- ANS改性的泡沫表现出更高的稳定性，泡沫壁厚度显著增加，ANS组泡沫壁厚度为39.66 μm，而对照组和HNS组分别为27.94 μm和28.01 μm。
- ANS组泡沫在2小时内无明显沉降，而对照组和HNS组泡沫在2小时内分别沉降了40%和20 mm。
泡沫混凝土性能：
- ANS改性的泡沫混凝土在不同密度等级下均表现出更高的抗压强度。例如，在密度为1500 kg/m³时，ANS组的抗压强度为35.63 MPa，比对照组和HNS组分别提高了35.54%和35.22%。
- 孔隙结构分析显示，ANS改性后的泡沫混凝土孔隙更加圆整且均匀，小孔隙（小于500 μm）比例显著增加，平均孔隙尺寸减小。
孔隙结构与强度的关系：
- 通过灰色关联理论（gray correlation theory）分析，发现孔隙尺寸在180-210 μm和210-240 μm范围内与泡沫混凝土的强度关联最为密切，灰色关联系数分别为0.83和0.79。
- 孔隙的球形度（sphericity）越高，泡沫混凝土的抗压强度越大，球形度在0.825时，灰色关联系数达到0.82。
结论
研究表明，ANS作为泡沫稳定剂能够显著提高泡沫的稳定性，进而改善泡沫混凝土的力学性能。ANS改性后的泡沫混凝土具有更高的抗压强度和更均匀的孔隙结构，尤其是在密度为1500 kg/m³时，其抗压强度超过35 MPa，显示出作为结构材料的潜力。此外，ANS的应用成本增加不到2%，具有较高的经济性。该研究为泡沫混凝土的进一步应用提供了重要的理论和实践依据。
研究亮点
- 创新性方法：首次将两亲性纳米二氧化硅（ANS）应用于泡沫混凝土的泡沫稳定剂，显著提高了泡沫的稳定性和泡沫混凝土的力学性能。
- 重要发现：ANS改性后的泡沫混凝土在密度为1500 kg/m³时，抗压强度超过35 MPa，远超以往研究中的泡沫混凝土强度。
- 应用价值：该研究为泡沫混凝土在建筑结构中的应用提供了新的可能性，尤其是在需要高强度和轻质材料的场景中。
其他有价值的内容
研究还通过计算力学方法分析了孔隙尺寸和形态对泡沫混凝土强度的影响，发现中等尺寸的孔隙（200-300 μm）具有最低的应力集中系数，进一步验证了ANS改性对泡沫混凝土强度的提升机制。此外，研究还探讨了ANS在泡沫混凝土中的耐久性和热导率等性能，为未来的研究提供了方向。
通过这项研究，ANS作为一种高效的泡沫稳定剂，展示了其在泡沫混凝土生产中的巨大潜力，为建筑行业的可持续发展提供了新的解决方案。