劉迎兵

（成都山峰混凝土工程有限公司，四川　成都 610041）

輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫混凝土的研究

劉迎兵

（成都山峰混凝土工程有限公司，四川成都 610041）

通過(guò)單因素試驗(yàn)研究了水灰比、水泥種類及硅灰、偏高嶺土、粉煤灰、石英粉摻量對(duì)泡沫混凝土基體砂漿強(qiáng)度的影響規(guī)律，得到其基體強(qiáng)度各組分的最優(yōu)摻量，在此基礎(chǔ)上摻入水基泡沫制備了滿足 C30 強(qiáng)度要求的輕質(zhì)泡沫混凝土，給出了泡沫摻量對(duì)容重及強(qiáng)度的影響規(guī)律。結(jié)果表明，水灰比為 0.18 時(shí)，峨勝 P·O 42.5R 水泥在該膠凝體系中有較好強(qiáng)度表現(xiàn)，此時(shí)硅灰、粉煤灰、石英粉用量相當(dāng)于膠凝材料總量的：10%、10%、60%，基體強(qiáng)度可超過(guò) 100MPa，所制備的 30MPa 泡沫混凝土密度可降低至 1510kg/m3。

輕質(zhì)；泡沫混凝土；配合比；強(qiáng)度

泡沫混凝土是向水泥砂漿里引入大量物理方法制得的均勻細(xì)小的水基泡沫而凝結(jié)硬化形成的輕質(zhì)多孔材料。這種材料在建筑物的自保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋面絕熱等非承重結(jié)構(gòu)中有廣泛應(yīng)用和研究[1-4]。而承重結(jié)構(gòu)用輕質(zhì)混凝土多采用陶粒輕骨料制備且已有大量的研究和應(yīng)用[5-7]，但對(duì)于承重結(jié)構(gòu)用的輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫混凝土則少有研究。

為此，本文擬通過(guò)單因素試驗(yàn)探討各影響因素對(duì)泡沫混凝土基體砂漿強(qiáng)度及泡沫混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律，為泡沫混凝土制備結(jié)構(gòu)用輕質(zhì)混凝土提供支持。

1　試驗(yàn)原料與方法

1.1原料

水泥：A 峨勝 P·O42.5R，B 亞?wèn)| P·O42.5R；

硅灰：SiO2≥90%；

粉煤灰：Ⅰ 級(jí)粉煤灰；

偏高嶺土產(chǎn)地：四川；

石英粉：60 目；

減水劑：路加；

發(fā)泡劑：華泰；

水：潔凈的自來(lái)水；

增強(qiáng)劑：有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合增強(qiáng)劑。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1成型及養(yǎng)護(hù)方法

各基體砂漿配合比的試塊混凝土均按水泥膠砂相關(guān)國(guó)標(biāo)成型，泡沫混凝土則先按標(biāo)準(zhǔn)制備成砂漿后混入機(jī)械發(fā)泡制備的泡沫，充分?jǐn)嚢柚辆鶆蚝鬂沧⒊?(100×100×100)mm 的混凝土強(qiáng)度測(cè)試常用尺寸試件。各試塊成型好后均按國(guó)標(biāo)標(biāo)養(yǎng)一天脫模，再用 20℃ 水養(yǎng)至 28d 后按標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試強(qiáng)度。

1.2.2基本配合比

主要采用單因素試驗(yàn)方法，主要思想是在基本配合比的基礎(chǔ)上單獨(dú)改變某一個(gè)因素進(jìn)行研究?；九浜媳纫?jiàn)表 1。后文除特別說(shuō)明外各摻量均為相對(duì)于水泥用量的百分?jǐn)?shù)。

表1　試驗(yàn)基本配合比　　g

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1泡沫混凝土基體砂漿強(qiáng)度的影響因素研究

具有一定流動(dòng)度的高強(qiáng)度基體砂漿是制備輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫混凝土的必要前提條件。為此，首先研究了基體砂漿強(qiáng)度受各影響因素的作用規(guī)律，并結(jié)合泡沫混凝土對(duì)工作性的具體要求，優(yōu)選了各因素?fù)搅俊?/p>

2.1.1水泥種類及水灰比對(duì)泡沫混凝土基體砂漿強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)采用了 A、B 兩種水泥及五個(gè)水灰比分別制備成型，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1。

圖1　水泥種類及水灰比對(duì)基體砂漿強(qiáng)度的影響

圖 1 中曲線表明：兩種水泥強(qiáng)度均隨著水灰比的增加而降低，這與眾所周知的材料致密度與強(qiáng)度關(guān)系密切相關(guān)；而B(niǎo) 水泥在各個(gè)水灰比下的強(qiáng)度均比 A 水泥低，這說(shuō)明在低水灰比下，A 水泥較 B 水泥有較好的強(qiáng)度表現(xiàn)，但水灰比增加時(shí)，兩種水泥的強(qiáng)度有接近的趨勢(shì)。

因試驗(yàn)擬用水灰比均低于 0.2，應(yīng)采用 A 水泥?？紤]泡沫混凝土制備對(duì)流動(dòng)性的要求，應(yīng)使 w/c=0.18。

2.1.2礦物摻合料對(duì)泡沫混凝土基體砂漿強(qiáng)度的影響

需要說(shuō)明的是，硅灰與偏高嶺土均為高活性材料且價(jià)格較高，因此向基本配合比中加入偏高嶺土?xí)r未摻硅灰，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 2。

圖2　礦物摻合料對(duì)泡沫混凝土基體砂漿強(qiáng)度的影響

圖 2 數(shù)據(jù)說(shuō)明，三種礦物摻合料的摻量均存在極大值，試驗(yàn)所用硅灰的活性遠(yuǎn)高于偏高嶺土，但與偏高嶺土有相似的變化規(guī)律，均在≤10% 摻量范圍時(shí)強(qiáng)度增加較快，且都在12% 時(shí)取得極大值。而粉煤灰則在摻 10% 時(shí)取得極值，且在后期降低較快。

試驗(yàn)中觀察發(fā)現(xiàn)，摻硅灰制備基體砂漿時(shí)，流動(dòng)性有明顯提升，在 10% 時(shí)有最好的流動(dòng)性表現(xiàn)，這與硅灰的微珠和填充效應(yīng)有關(guān)。而超過(guò) 10% 時(shí)，硅灰過(guò)大的比表面積使基體砂漿流動(dòng)性逐漸變差，粘稠度增加，使試件斷面肉眼可見(jiàn)的氣孔較多，降低了強(qiáng)度，粉煤灰在工作性上也有類似表現(xiàn)。

結(jié)合泡沫混凝土對(duì)強(qiáng)度與工作性的雙重要求，流動(dòng)性和強(qiáng)度均較好的摻量為：10% 硅灰、10% 粉煤灰。

2.1.3石英粉含量對(duì)泡沫混凝土基體砂漿強(qiáng)度的影響

細(xì)集料不會(huì)形成界面過(guò)渡區(qū)，對(duì)漿體強(qiáng)度具有很好的復(fù)合材料效應(yīng)，可大大提高基體強(qiáng)度。而泡沫混凝土中不宜加入過(guò)粗骨料，故試驗(yàn)采用了 40～70 目的石英粉。圖 3所示試驗(yàn)結(jié)果中，石英粉的含量在相對(duì)于膠凝材料用量的20%～80% 范圍時(shí)，強(qiáng)度在波動(dòng)中略有增加；超過(guò) 80% 時(shí)，強(qiáng)度很快降低，之后則相對(duì)平緩。

原因在于，石英粉比表面積相對(duì)普通細(xì)集料高，摻量超過(guò) 80% 時(shí)，流動(dòng)性嚴(yán)重不足，漿體無(wú)法很好地密實(shí)成型，強(qiáng)度嚴(yán)重下降。而含量為 80% 時(shí)，已有一定流動(dòng)性，60% 流動(dòng)性則較好，且能降低整體成本。因此基體砂漿的石英粉含量確定為膠凝材料用量的 60%，此時(shí)砂漿強(qiáng)度超過(guò) 120MPa。

圖3　石英粉含量對(duì)泡沫混凝土基體砂漿強(qiáng)度的影響

2.2泡沫摻量變化導(dǎo)致的密度變化對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的影響

在上一節(jié)中根據(jù)流動(dòng)性和強(qiáng)度要求確立了基體砂漿各組分的最優(yōu)值，即水灰比 0.18，硅灰粉煤灰各占膠凝材料的10%，石英粉占 60% 的基體砂漿配合比下，實(shí)驗(yàn)研究了泡沫摻量對(duì)泡沫混凝土密度和強(qiáng)度的影響。從圖 4 中可以看出，泡沫量的多少?zèng)Q定了容重的大小：泡沫多，密度輕；泡沫少，密度大，隨著容重的降低，泡沫摻入量的增量有減少的趨勢(shì)。容重與強(qiáng)度的關(guān)系則剛好相反，強(qiáng)度隨著容重的增加而增加，且隨著密度的降低，強(qiáng)度的降低量有增大的趨勢(shì)。泡沫和密度的規(guī)律與泡沫加入過(guò)程中流動(dòng)性逐漸變好有關(guān)，流動(dòng)性變大之后泡沫更容易融入到漿體中去，破滅損失的更少，因此后期需要更少的泡沫就能降低較大的密度。

圖4　泡沫摻量及容重變化對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的影響

強(qiáng)度同密度的規(guī)律則與兩方面有關(guān)：a）更多泡沫的引入形成了更高的孔隙率，根據(jù)經(jīng)典的孔隙率—強(qiáng)度關(guān)系，已有這樣的趨勢(shì)；b）更多泡沫的引入向漿體帶入了過(guò)多的水分，1350kg/m3時(shí)已高達(dá) 35g/L 泡沫，相當(dāng)于使集體砂漿水灰比增加了 0.026，這會(huì)使基體砂漿強(qiáng)度有較大幅度下降，從而造成泡沫混凝土強(qiáng)度降低。

其中，滿足 C30 輕質(zhì)混凝土的強(qiáng)度要求的泡沫混凝土（38MPa），容重低至 1510kg/m3。

3　結(jié)論

（1）水灰比為 0.18 時(shí)，峨勝 P·O42.5R 具有較好的強(qiáng)度和流動(dòng)度；

（2）偏高嶺土活性遠(yuǎn)低于硅灰活性，硅灰、粉煤灰及石英粉摻量為膠凝材料的 10%、10%、60% 時(shí)，流動(dòng)度和強(qiáng)度均較好；

（3）泡沫量與密度正相關(guān)，且隨密度的降低，泡沫摻入量的增量減少；強(qiáng)度與密度反相關(guān)，且隨密度的降低，強(qiáng)度的降低量增大；

（4）滿足 C30 強(qiáng)度等級(jí)要求的輕質(zhì)泡沫混凝土容重可低達(dá) 1510kg/m3。

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劉迎兵（1976—），男，工程師，本科，主要從事混凝土技術(shù)管理。