鄭秀梅，張皓，李秀鳳（黑龍江職業(yè)學(xué)院 建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱　150080）

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外加組分對泡沫混凝土性能影響試驗研究

鄭秀梅，張皓，李秀鳳
（黑龍江職業(yè)學(xué)院 建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150080）

研究分析了水膠比，發(fā)泡劑、聚丙烯纖維、膨脹珍珠巖摻量對泡沫混凝土抗壓強度、密度及吸水率的影響。結(jié)果表明：水膠比為0.45～0.55時，泡沫混凝土的密度較低、抗壓強度較高；發(fā)泡劑摻量越大，抗壓強度與密度越低；聚丙烯纖維摻量為0.8%時，抗壓強度最高，密度較低；膨脹珍珠巖能降低泡沫混凝土的強度，但對干密度的影響不大；導(dǎo)熱系數(shù)隨干密度的增大而增大。

泡沫混凝土；抗壓強度；發(fā)泡劑；聚丙烯纖維

0　前言

由于泡沫混凝土具有密度小、熱工性能優(yōu)越、防火性能好等特點，近年來，被廣泛用于墻體與屋面材料，主要用作砌體材料與保溫隔熱材料，不僅使建筑物的自重減輕，還節(jié)約了石材等建筑材料、縮短工程工期及減少整體工程費用，具有廣闊的發(fā)展前景［1］。

但以往的泡沫混凝土強度都很低，大大制約了泡沫混凝土的發(fā)展與應(yīng)用。本研究通過優(yōu)化試驗配方，試驗研究尋找影響泡沫混凝土性能的因素，以利于泡沫混凝土更好地服務(wù)于建筑行業(yè)。

1　試驗

1.1原材料

水泥：P·O42.5水泥與CA50級鋁酸鹽水泥按90∶10的質(zhì)量比復(fù)合使用。

細骨料：中砂，細度模數(shù)2.7，含泥量＜1%。

發(fā)泡劑：植物蛋白類ZY-101高效水泥發(fā)泡劑。

聚丙烯纖維：直徑16～20 μm，長度7～10 mm，抗拉強度為400～750 MPa，彈性模量4～10 GPa。

膨脹珍珠巖：哈爾濱天益珍珠巖廠，粒徑1～3 mm，表觀密度140 kg/m3，常溫導(dǎo)熱系數(shù)0.0245～0.0480 W/（m·K）。

聚羧酸鹽類高效減水劑：減水率25%。

水：自來水。

1.2試驗方案

發(fā)泡劑與水按1∶20或1∶30質(zhì)量比稀釋，使用高剪切乳化機制泡，轉(zhuǎn)速7000 r/min，將發(fā)泡好的均勻、穩(wěn)定的泡沫倒入攪拌好的水泥漿，每隔1 min人工翻拌1次，約3～5 min制成均勻的泡沫混凝土。將新拌泡沫混凝土制成試驗所需尺寸，在（20±5）℃、相對濕度（70±5）%的條件下覆膜自然養(yǎng)護至試驗齡期，進行性能測試。

本研究的所有試驗均按JG/T 266—2011《泡沫混凝土性》的規(guī)定進行。

2　試驗結(jié)果與分析

2.1水膠比的影響

固定m（復(fù)合水泥）∶m（中砂）∶m（發(fā)泡劑）∶m（減水劑）∶m（聚丙烯纖維）∶m（膨脹珍珠巖）=100∶220∶1∶1∶0.8∶1，取水膠比分別為0.35、0.40、0.45、0.55、0.60，研究不同水膠比對泡沫混凝土性能的影響，結(jié)果見圖1。

圖1　水膠比對泡沫混凝土性能的影響

由圖1（a）可以看出，無論哪種水膠比，泡沫混凝土的抗壓強度都隨著養(yǎng)護齡期延長而呈增長趨勢。當(dāng)齡期為3 d時，抗壓強度隨水膠比的增大而減??；7 d與28 d的變化趨勢一致，抗壓強度分別在水膠比為0.45與0.50時出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，當(dāng)水膠比在0.35～0.45時，抗壓強度隨水膠比增大而降低，隨后上升，水膠比大于0.50以后，抗壓強度又隨水膠比增加而降低。其中當(dāng)水膠比為0.45與0.55時，泡沫混凝土的抗壓強度幾乎相當(dāng)。

由圖1（b）可以看出，除水膠比為0.40以外，其它水膠比下的泡沫混凝土密度都相差不大，均在10%以內(nèi)。濕密度與干密度隨水膠比的變化趨勢也相似，變化差相近，因而泡沫混凝土的干濕密度比也變化不大，經(jīng)計算，本研究中干濕密度比在68%～71%。

由圖1（c）可以看出，水膠比小于0.45時，質(zhì)量吸水率與體積吸水率均隨水膠比的增加而增大，水膠比為0.45時達到最大值，其后質(zhì)量吸水率略有下降，但幾乎保持不變。而體積吸水率先降后升，變化也不大。

綜上，當(dāng)泡沫混凝土的水膠比大于0.45，吸水率較大其所對應(yīng)的混凝土干密度也較小。當(dāng)水膠比較大時，泡沫混凝土中游離狀態(tài)的水較多，在硬化過程中，游離水逐漸蒸發(fā)而形成較多的通道，導(dǎo)致硬化后的泡沫混凝土內(nèi)部的連通孔隙率增大［2］，使泡沫混凝土不同齡期的抗壓強度均降低。

2.2發(fā)泡劑的影響

固定m（復(fù)合水泥）∶m（中砂）∶m（減水劑）∶m（聚丙烯纖維）∶m（膨脹珍珠巖）=100∶220∶1∶0.8∶1，水膠比取0.50，發(fā)泡劑摻量分別占復(fù)合水泥質(zhì)量的0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%，研究發(fā)泡劑摻量對泡沫混凝土性能的影響，結(jié)果見圖2。

圖2　發(fā)泡劑摻量對泡沫混凝土性能的影響

從圖2可以看出，隨著發(fā)泡劑摻量的增加，泡沫混凝土的抗壓強度與密度均呈下降趨勢，且摻量越多，下降越明顯，但摻量在1.0%～1.4%時，僅略有下降。吸水率隨發(fā)泡劑摻量增加呈上升趨勢，其中體積吸水率在發(fā)泡劑摻量為1.0%～1.4%時僅略有上升，但變化不大。

形成這種現(xiàn)象的主要原因是，隨著發(fā)泡劑摻量的增加，混凝土內(nèi)的密閉氣泡數(shù)量也增多，使得孔隙率變大，C-S-H凝膠體整體性變差，所以混凝土的密度和抗壓強度呈下降趨勢［3］，而吸水率則上呈趨勢。發(fā)泡劑摻量為0.8%時，28 d抗壓強度和干密度都約為其它大摻量的2倍左右，在工程應(yīng)用時，根據(jù)情況選擇合適摻量。若應(yīng)用強度要求較高，建議選擇0.8%；若強度要求不高，密度要求較低，則建議選擇1.0%～1.2%。

2.3聚丙烯纖維的影響

固定m（復(fù)合水泥）∶m（中砂）∶m（發(fā)泡劑）∶m（減水劑）∶m（膨脹珍珠巖）=100∶220∶1∶1∶1，水膠比取0.50，聚丙烯纖維摻量分別占復(fù)合水泥質(zhì)量的0.4%～1.2%，研究不同聚丙烯纖維摻量對泡沫混凝土性能的影響，結(jié)果見圖3。

圖3　聚丙烯纖維摻量對泡沫混凝土性能的影響

從圖3可以看出，泡沫混凝土的抗壓強度及密度隨聚丙烯纖維摻量的增加呈先增大后減小的變化趨勢，而其吸水率則呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢。聚丙烯纖維摻量為0.8%時，泡沫混凝土28 d抗壓強度達最大值，為2.29 MPa。干密度在聚丙烯纖維摻量為0.6%時達到最大值，吸水率則在摻量在0.7%～0.8%時達到最小值。

有研究表明，在泡沫混凝土中摻入聚丙烯纖維能有效提高其抗壓強度［4］。但本試驗中，當(dāng)聚丙烯纖維摻量大于0.8%以后，抗壓強度反而下降，分析其原因，主要由于聚丙烯纖維摻量過多時，在水泥漿中可能會分布不均勻，發(fā)生了部分聚集，在混凝土內(nèi)部形成了強度的薄弱環(huán)節(jié)，使得硬化后的泡沫混凝土強度降低。

從泡沫混凝土的綜合應(yīng)用性能來看，建議聚丙烯纖維在泡沫混凝土中的最佳摻量為0.8%左右。

2.4膨脹珍珠巖的影響

固定m（復(fù)合水泥）∶m（中砂）∶m（發(fā)泡劑）∶m（減水劑）∶m（聚丙烯纖維）∶m（膨脹珍珠巖）=100∶220∶0.8∶1∶0.8，水膠比取0.50，膨脹珍珠巖摻量分別占復(fù)合水泥質(zhì)量的0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%，研究膨脹珍珠巖摻量對泡沫混凝土性能的影響，結(jié)果見圖4。

圖4　膨脹珍珠巖摻量對泡沫混凝土性能的影響

從圖4可以看出，摻加0.5%～5.0%膨脹珍珠巖后，泡沫混凝土的抗壓強度都較低。泡沫混凝土的抗壓強度及密度隨膨脹珍珠巖摻量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而吸水率則是先減小后增大的趨勢，且變化的轉(zhuǎn)折摻量均為1.0%。摻量大于2.0%以后的泡沫混凝土的各種性能均呈均勻緩慢變化。當(dāng)膨脹珍珠巖摻量較小時，使得珍珠巖顆粒在水泥漿體分布不均勻，與水泥漿之間的界面也比較薄弱。另外，膨脹珍珠巖自身的強度也低于水泥漿體的強度［5］，因此極小摻量下的泡沫混凝土的抗壓強度就較低。當(dāng)膨脹珍珠巖摻量較大時，存在攪拌不均勻而使珍珠巖顆粒出現(xiàn)部分聚集，降低泡沫混凝土強度；同時由于膨脹珍珠巖比面積大，且結(jié)構(gòu)疏松，表面孔隙較多，極易將泡沫表面的水分吸走而破壞泡沫，在珍珠巖顆粒周圍形成水膜，大大降低硬化后的泡沫混凝土抗壓強度［6］。對于密度而言，無論哪種摻量，泡沫混凝土的密度為400～600kg/m3，符合輕質(zhì)的要求。

綜合考慮，若想既摻入膨脹珍珠巖，又有略高的抗壓強度，建議膨脹珍珠巖的合理摻量為1.0%。

2.5導(dǎo)熱系數(shù)與干密度的關(guān)系

目前，泡沫混凝土多用于保溫隔熱中［7］，因此其導(dǎo)熱系數(shù)直接關(guān)系到泡沫混凝土的應(yīng)用性能。試驗采用水膠比為0.50，聚丙烯纖維摻量為0.8%，膨脹珍珠巖摻量取0.6%、0.8%、1.0%，發(fā)泡劑摻量取0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%，其它材料摻量不變。分別測試泡沫混凝土干密度及對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)，如圖5所示。

圖5　泡沫混凝土干密度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系

由圖5可知，泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨干密度的增大而呈現(xiàn)增加趨勢。干密度在340 kg/m3左右時，導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生突變，由0.071 W/（m·K）增至0.085 W/（m·K），干密度在340～400 kg/m3時，導(dǎo)熱系數(shù)變化不大，而后，干密度在400～450 kg/ m3時，導(dǎo)熱系數(shù)又快速增大。

導(dǎo)熱系數(shù)越小，泡沫混凝土的保溫隔熱性能越好［8］，因此在實際應(yīng)用中可根據(jù)干密度與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系來選擇泡沫混凝土合理的配合比。若想單純?nèi)〉玫兔芏鹊谋匦耘菽炷?，可適當(dāng)加大膨脹珍珠巖及發(fā)泡劑的摻量；若想保溫同時還有獲得較高的強度，則最好不要摻入膨脹珍珠巖，發(fā)泡劑摻量為1.0%較適宜。

3　結(jié)論

（1）水膠比較小的泡沫混凝土，流動性差，在攪拌過程中會破壞泡沫，使密度增大，同時也獲得相對較高的抗壓強度。當(dāng)水膠比在0.45～0.55時，可以得到密度較低、抗壓強度較高的泡沫混凝土。

（2）隨發(fā)泡劑的摻入，泡沫混凝土的性能也發(fā)生較大的變化。摻量越大，抗壓強度與密度越低，吸水率越高。根據(jù)試驗結(jié)果，若泡沫混凝土強度要求較高，建議選擇0.8%摻量；若密度要求較低，而對抗壓強度要求也較低時，則建議選擇1.0%～1.2%摻量。

（3）聚丙烯纖維可有效地改善泡沫混凝土的抗壓強度，0.8%摻量時，抗壓強度最高，而密度較低。建議工程摻量為0.8%左右。

（4）摻入0.5%～5.0%膨脹珍珠巖后會降低泡沫混凝土的強度，但對干密度的影響不大。1.0%摻量為抗壓強度與密度峰值摻量，均為最高值，綜合分析，建議工程摻量為1.0%，此摻量下的泡沫混凝土性能較好。

（5）泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨其干密度的增大而呈現(xiàn)增加趨勢，干密度在340 kg/m3左右時，導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生突變。當(dāng)干密度為480 kg/m3時，導(dǎo)熱系數(shù)達到0.1 W/（m·K），工程應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)實際需要，選擇合理的配合比，取得合適的抗壓強度及干密度，達到應(yīng)用泡沫混凝土的目的與效果。

［1］王朝強，譚克鋒，徐秀霞.我國泡沫混凝土的研究現(xiàn)狀［J］.混凝土，2013（12）：57-61.

［2］魏文慧.泡沫混凝土的分析與應(yīng)用［J］.混凝土，2013（2）：136-138，142.

［3］雷團結(jié)，李浩然，耿飛，等.新型泡沫混凝土發(fā)泡劑的制備與性能研究［J］.新型建筑材料，2013（12）：93-96.

［4］王朝強，譚克鋒，徐秀霞.纖維對泡沫混凝土性能的影響［J］.西南科技大學(xué)學(xué)報，2013，28（3）：11-15.

［5］周順鄂，盧忠遠，焦雷，等.泡沫混凝土壓縮特性及抗壓強度模型［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010（11）：9-13.

［6］王武祥.泡沫混凝土絕干密度與抗壓強度的相關(guān)性研究［J］.混凝土世界，2010（6）：50-53.

［7］胡新萍，李翔宇，韓保清，等.泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)和強度研究［J］.硅酸鹽通報，2014（11）：2940-2945.

［8］李翔宇，趙霄龍，郭向勇，等.泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)模型及參數(shù)修正［J］.材料導(dǎo)報，2011，25（20）：146-152.

Experimental study on the admixtures of foam concrete performance

ZHENG Xiumei，ZHANG Hao，LI Xiufeng
（School of Building Engineering，Heilongjiang Polytechninc，Harbin 150080，China）

The influence of the different water-binder ratio，different dosage of foaming agent，polypropylene fiber，expanded perlite on compressive strength，the water absorption and the density of foam concrete was studied and analyzed.The results show that foam concrete has lower density and higher compressive strength when water-binder ratio of foam concrete is 0.45～0.55，the density and the compressive of foam concrete is lower with more foaming agent，foam concrete has the highest compressive and lower density when polypropylene fiber is 0.8%，the expanded perlite can reduce the compressive strength of the foam concrete，but the influence on dry density is less.The heat conductivity coefficient increases with augment of dry density.

foam concrete，compressive strength，foaming agent，polypropylene fiber

TU528

A

1001-702X（2016）06-0075-04

黑龍江省教育廳科技項目（12541807）

2015-12-10；

2016-02-03

鄭秀梅，女，1976年生，黑龍江蘭西人，碩士，副教授，主要從事高性能與智能混凝土的研究。地址：哈爾濱市學(xué)府路5號，E-mail：1796769566@qq.com。