艾洪祥，朱炎寧，沈忠雪，李曉文

（中建西部建設(shè)股份有限公司，新疆 830006）

泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度相關(guān)影響因素的研究＊

艾洪祥，朱炎寧，沈忠雪，李曉文

（中建西部建設(shè)股份有限公司，新疆 830006）

泡沫混凝土由于其特殊的生產(chǎn)流程，多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抗壓強(qiáng)度一般都比較低，限制了其在建筑材料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍。本文主要研究了礦物摻合料種類、礦物摻合料摻量、漿泡體積比對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響程度，為優(yōu)化泡沫混凝土配合比，提高泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度提供理論支持，以期達(dá)到在更多領(lǐng)域范圍內(nèi)應(yīng)用泡沫混凝土的目的。

泡沫混凝土；抗壓強(qiáng)度；礦物摻合料；漿泡體積比

0 引言

泡沫混凝土是利用機(jī)械方式將發(fā)泡劑制作成泡沫，再將泡沫混入到硅質(zhì)材料（砂、粉煤灰）、鈣質(zhì)材料（水泥、石灰）等以及各種外加劑和水組成的混合料中，攪拌均勻澆筑成各種所需的規(guī)格，經(jīng)養(yǎng)護(hù)而成的含有大量封閉氣孔的輕質(zhì)混凝土。[1]泡沫混凝土作為新型建筑保溫材料，具有輕質(zhì)、保溫、防火、環(huán)保等性能。

泡沫混凝土主要用做泡沫混凝土砌塊、屋面保溫找坡、補(bǔ)償?shù)鼗靥?、墻板夾芯等，隨著國內(nèi)外對于泡沫混凝土的研究重視程度的提高，泡沫混凝土在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也越來越廣泛?，F(xiàn)今正在發(fā)展研究的新型泡沫混凝土與傳統(tǒng)的加氣混凝土相比發(fā)生了根本性的改變，生產(chǎn)工藝更加簡單，施工方式也接近于普通混凝土的現(xiàn)場機(jī)械泵送澆筑，不僅免去了工廠單獨(dú)生產(chǎn)、高溫蒸養(yǎng)的制造環(huán)節(jié)，而且在施工部位直接一次性澆筑成型，方便快捷。

泡沫混凝土由于其表觀密度小、孔隙率大等特點(diǎn)，其抗壓強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度較低，并且影響因素較多，限制了泡沫混凝土的應(yīng)用。本文通過單一變量法來研究各種因素對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響效果，主要有礦物摻合料種類、減水劑種類、礦物摻合料摻量、漿泡體積比、干密度等。

1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)原材料包括順康達(dá) P·C32.5R 水泥（初凝時(shí)間223min，終凝時(shí)間 265min，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 30.8%，28d 抗折強(qiáng)度 8.4MPa，28d 抗壓強(qiáng)度 42.5MPa）、煤矸石粉（細(xì)度35%，需水量比 102%，28d 活性指數(shù) 77%）、粉煤灰（細(xì)度31.0%，需水量比 94%，28d 活性指數(shù) 79%）、?；郀t礦渣（比表面積 440m2/kg，需水量比 97%，28d 活性指數(shù)103%）、聚羧酸減水劑（江蘇博特新材料有限公司）、萘系減水劑（四川吉龍化學(xué)建材有限公司）、河南華泰 HTQ-1 型復(fù)合發(fā)泡劑，復(fù)合發(fā)泡劑各項(xiàng)基本性能檢測如表 1 示。

1.2 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)流程如圖 1 所示。

表 1 復(fù)合發(fā)泡劑基本性能

圖 1 泡沫混凝土試驗(yàn)流程圖

本文所涉及試驗(yàn)均采用先發(fā)泡后攪拌的方式。首先使用搖泡機(jī)（轉(zhuǎn)速 600～700 轉(zhuǎn)/min）將設(shè)定比例的發(fā)泡劑水溶液制成泡沫。攪拌時(shí)間以泡沫達(dá)到均勻細(xì)小并且穩(wěn)定為準(zhǔn)，再按設(shè)定比例計(jì)量水泥、摻合料和水，使用單臥軸混凝土攪拌機(jī)將其攪拌成均勻漿體。攪拌時(shí)間控制在 120s，然后在漿體中加入一定體積的泡沫，繼續(xù)攪拌至均勻?yàn)橹?。預(yù)計(jì)時(shí)間在180s 左右。成型好的試件在室內(nèi)放置，用塑料布覆蓋 2～5d后脫模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期。

1.3 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

1.3.1 不同種類減水劑對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在保持膠凝材料用量與漿泡體積比不變的前提下，分別采用聚羧酸減水劑與萘系減水劑進(jìn)行對比，通過調(diào)整減水劑摻量與用水量，保持水泥凈漿流動度一致。試驗(yàn)所得 28d 抗壓強(qiáng)度如圖 2 所示。

圖 2 不同種類減水劑對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖 2 可以看出，摻入減水劑后，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度得到了明顯的提升。雖然摻入聚羧酸減水劑后抗壓強(qiáng)度最高，但是在成型過程中發(fā)現(xiàn)了大量的肉眼可見的氣泡，這說明聚羧酸減水劑對泡沫混凝土氣泡的穩(wěn)定性有不利影響，導(dǎo)致小氣泡合成大氣泡不斷上浮，其抗壓強(qiáng)度高是因?yàn)榫埕人釡p水劑導(dǎo)致部分氣泡破裂造成泡沫混凝土干密度增大。[2]而摻入萘系減水劑的泡沫混凝土成型過程中氣泡均勻，破型后的斷裂面顯示氣泡呈圓形且比較均勻，同時(shí)考慮到不同種類減水劑的價(jià)格因素，本文以下試驗(yàn)均選擇萘系減水劑。

1.3.2 不同種類礦物摻合料對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在保證其他條件不變的前提下，礦物摻合料替代 20% 水泥，只改變礦物摻合料種類，28d 抗壓強(qiáng)度如圖 3 所示。

圖 3 不同種類礦物摻合料對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

通過圖 3 我們可以看到礦物摻合料種類不同，對于泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度也有著明顯的影響，其中煤矸石粉替代效果與粉煤灰替代效果相差不大，但抗壓強(qiáng)度較粉煤灰替代水泥時(shí)稍低，這主要是由于：① 粉煤灰的微集料效應(yīng)；② 粉煤灰中 SiO2和 Al2O3含量比煤矸石的含量高，在泡沫混凝土中，水泥因水化不斷放出強(qiáng)堿 Ca(OH)2，與粉煤灰中的 SiO2和 Al2O3產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性能的水化硅酸鈣、低硫型和高硫型水化硫鋁酸鈣，促進(jìn)泡沫混凝土強(qiáng)度增長。[3]煤矸石與粉煤灰的顆粒大小也決定著水化反應(yīng)的快慢、水化完全的程度和凝結(jié)時(shí)間。越細(xì)、比表面積越大，吸濕性也越大，與 Ca(OH)2反應(yīng)也越快。[4]?；郀t礦渣替代效果要強(qiáng)于粉煤灰、煤矸石粉的替代效果，這主要是由于粒化高爐礦渣28d 活性指數(shù)相對較高，但由于?；郀t礦渣成本較高，因此在泡沫混凝土中很少使用。

1.3.3 不同摻合料替代率對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在保證其他條件不變的前提下，礦物摻合料種類為粉煤灰，只改變粉煤灰摻量，28d 抗壓強(qiáng)度如圖 4 所示。

圖 4 不同礦物摻合料替代率對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

通過圖 4，我們可以得出適當(dāng)添加粉煤灰可有效提高泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度，如上所述，是由于粉煤灰中的 SiO2和Al2O3與水泥水化釋放出的強(qiáng)堿 Ca(OH)2產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性能的水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣，促進(jìn)泡沫混凝土強(qiáng)度增長。但是由于粉煤灰早期沒有火山灰效應(yīng)，并且會降低水泥水化熱，因此隨著粉煤灰摻量的提高，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度也會降低。本次試驗(yàn)中粉煤灰的最佳摻量為 30%。

1.3.4 不同漿泡體積比對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在保證其他條件不變的前提下，只改變摻入同體積、同組分水泥漿中的泡沫體積，28d 抗壓強(qiáng)度如圖 5 所示。

圖 5 不同漿泡體積比對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

通過圖 5，我們可以看到隨著摻入泡沫體積的增加，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸降低。這主要是由于隨著摻入泡沫體積的增大，泡沫混凝土干密度隨之減小，泡沫混凝土孔隙率增大，從而影響了泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度。

1.3.5 不同干密度對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在保證其他條件不變的前提下，設(shè)計(jì)絕干密度ρ為400kg/m3、500kg/m3、600kg/m3、700kg/m3，28d 抗壓強(qiáng)度如圖 6 所示。

圖 6 不同干密度對泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

通過圖 6 可以看出，在保證其他所有條件不變的前提下，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度與絕干密度之間具有近乎線性的相關(guān)性。因此我們可以通過調(diào)整泡沫混凝土濕密度，進(jìn)而獲得所需泡沫混凝土絕干密度，從而達(dá)到控制泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度的目的。

2 結(jié)論

（1）摻加減水劑可以明顯提高泡沫混凝土強(qiáng)度，并且相對于聚羧酸減水劑，萘系減水劑具有更好的氣泡穩(wěn)定性，引入的氣泡均勻、形狀規(guī)則。

（2）替代率相同的情況下，礦物摻合料種類不同對泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度有著不同的貢獻(xiàn)效果，表現(xiàn)為煤矸石粉＜粉煤灰＜粒化高爐礦渣。由于?；郀t礦渣成本較高，因此粉煤灰是一種合適的礦物摻合料。

（3）礦物摻合料種類相同的情況下，對于提高泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度存在著一個(gè)最佳摻量。本次試驗(yàn)中粉煤灰的最佳摻量為 30%。

（4）漿泡體積比對泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度有著顯著的影響，主要是因?yàn)椴煌瑵{泡體積比下成型的泡沫混凝土干密度不同，從而影響了泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度。

（5) 泡沫混凝土的干密度與抗壓強(qiáng)度有著非常明顯的線性關(guān)系，通過調(diào)整泡沫混凝土濕密度，是可以達(dá)到調(diào)整干密度，提高泡沫混凝土強(qiáng)度的目的。鈉的離子絡(luò)合交換組分）、一種混凝土用阻泥劑[6]（成分包括烯基胺醚、丙烯酸酯、烯基磺酸鹽、EA、乙烯基酯）來減少粘土對減水劑的吸附，但這些研究尚處于摸索和起步階段，仍需要大量的試驗(yàn)研究來證實(shí)、優(yōu)化。

5 結(jié)論

（1）混凝土外摻 0～4% 粘土對混凝土坍落度影響較小，摻量大于 4% 時(shí)，混凝土坍落度降低明顯；

（2）混凝土中外摻粘土對混凝土抗壓強(qiáng)度影響較??；

（3）混凝土外摻 2% 粘土與未摻粘土混凝土早期收縮量基本相同，粘土摻量較大（8%）時(shí)，混凝土收縮明顯。

[1] 張承志．商品混凝土[M]．北京：化學(xué)化工出版社，2010: 110-115．

[2] 馬保國，嚴(yán)敏，譚洪波，等．含泥量對減水劑性能的影響規(guī)律[J]．濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2012, 26(4): 331-336．

[3] 田建平．高強(qiáng)高性能機(jī)制砂混凝土的配制及性能研究[D]．武漢：武漢理工大學(xué)，2006．

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［通訊地址］江蘇省揚(yáng)州市寶應(yīng)縣望直港鎮(zhèn)汽配工業(yè)集中區(qū)揚(yáng)州恒盛混凝土有限公司（225800）

參考文獻(xiàn)

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［作者簡介］艾洪祥（1988,10—）男，中建西部建設(shè)股份有限公司西建科研檢測公司，助理工程師，主要從事混凝土新材料、新項(xiàng)目科研開發(fā)工作。

［通訊地址］新疆烏魯木齊市雅山中路 418 號科研檢測公司（830006）

姚杰（1987—），男，江蘇寶應(yīng)人，助理工程師，現(xiàn)主要從事混凝土生產(chǎn)工作。

*本課題為新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（頭屯河區(qū)）自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目。