韓雙宇

（沈陽工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870）

目前，無論是在研究還是應(yīng)用層面，我國對于泡沫輕質(zhì)土的發(fā)展尚處于初期階段，對該技術(shù)的發(fā)展主要著重于對其應(yīng)用材料的相關(guān)性能以及工藝加工方面。陳忠平在研究過程中，將自己在日本學(xué)習的關(guān)于泡沫輕質(zhì)土技術(shù)內(nèi)容引入到國內(nèi)的相關(guān)研究中，在研究過程中同樣介紹了該種材料在使用過程中的物理力學(xué)性能特點。張小平在研究過程中，采用三軸壓縮試驗的方式，重點分析了泡沫輕質(zhì)土的特點并針對強度方面的特性做了進一步的闡述。喬歡歡等研究人員在相關(guān)研究中闡述了硅粉對不同密度等級的泡沫輕質(zhì)土性能的影響。朱紅英在研究過程中應(yīng)用了正交試驗設(shè)計的方式，針對泡沫輕質(zhì)土中關(guān)于配合的相關(guān)內(nèi)容進行研究設(shè)計，并在特性方面得出了一系列的結(jié)果。單本星對不同密度泡沫輕質(zhì)土的抗凍性進行了研究。文獻[13]提到：作者通過進行兩個不同的試驗，分別是干濕循環(huán)試驗以及凍融試驗，對其相關(guān)環(huán)境參數(shù)進行了研究，包括水穩(wěn)定性以及抗凍性。文獻[14]提到：作者進行了動三軸實驗，分別在多個層面的密度條件下，計算出輕質(zhì)土所對應(yīng)的潮濕參數(shù)，同時設(shè)置多個循環(huán)載指標，研究對應(yīng)的動力參數(shù)。文獻[15]指出，通過正交試驗，針對泡沫輕質(zhì)土的干縮特性、干濕循環(huán)特性以及抗凍性能等方面進行微觀研究。

但是在實際工程應(yīng)用中，由于泡沫輕質(zhì)土具有多種不同的特性，例如其材料具有多孔的特征，并且其柔韌性、抗沖擊能力以及強度參數(shù)比較差，并且在研究過程中也會受到一些外界因素的影響，特別是干濕循環(huán)的作用材料的力學(xué)性能等方面也會受到影響。本試驗針對泡沫輕質(zhì)土材料存在的問題進行改性研究，通過添加乳膠粉進行改性試驗，研究泡沫輕質(zhì)土力學(xué)和變形性能的變化規(guī)律，為該材料的理論發(fā)展和應(yīng)用提供一定的借鑒。

1 實驗概況

1.1 原材料

實驗采用的膨脹珍珠巖取自遼寧昱霖保溫材料有限公司，乳膠粉為山西三維集團生產(chǎn)，水泥原料采用A公司生產(chǎn)的P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用遼寧山水工源水泥有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，發(fā)泡劑采用北京亞設(shè)建材科技有限公司生產(chǎn)的YS-水泥發(fā)泡劑，本試驗采用羥丙基甲基纖維素醚 HPMC作為穩(wěn)泡劑的材料之一，其具有良好的材料性能，并且采用了聚羧酸型高效減水劑。

1.2 方案設(shè)計

在本研究中，實驗過程要配比5次實驗，采用正交實驗的方式進行研究，首先按照最佳配合比進行配比，研究過程中采取控制變量的方式進行研究，研究的實驗過程要在其他的條件不變的情況下進行，要求乳膠粉含量以及相關(guān)配比情況，其中要求膠凝材料含量要在0%、2.5%、5.0%、7.5%、10%，表示為B1、B2、B3、B4、B5.沖擊試驗中，進行試驗的過程期間，需要嚴格把關(guān)泡沫輕質(zhì)土的密度參數(shù)，防止其產(chǎn)生誤差，通過對乳膠粉摻量的配比進行轉(zhuǎn)變，并且對泡沫摻量的配比數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)變，其中乳膠粉含量占膠凝材料含量的配比情況如下0%、2.5%、5.0%、7.5%、10%，泡沫含量占膠凝材料含量的 0.25%、0.28%、0.30%、0.33%、0.35%，表示為 C1、C2、C3、 C4、C5，針對不同配比情況進行合理實驗。

1.3 試驗過程

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的試驗方法，本文抗壓試驗、干濕循環(huán)試驗所用試件為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試件，自然干燥收縮試驗所用試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的立方體試件，試件根據(jù)配合比澆筑成型48 h后拆模，在室內(nèi)標準養(yǎng)護至試驗所需的齡期。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 無側(cè)限抗壓強度

隨著乳膠粉摻量的提升，泡沫輕質(zhì)土的有兩個參數(shù)會相接近，分別是抗壓能力參數(shù)以及抗壓強度參數(shù)，若乳膠粉摻量為10%，抗壓強度在一定程度上提高了160%。由于泡沫輕質(zhì)土會有一定的膠凝作用，其在一定程度上提升乳膠粉的介入數(shù)量，進而改變骨料以及水泥兩者之間的結(jié)力參數(shù)，一定程度上提升輕質(zhì)土的抗壓強度。對于輕質(zhì)土密度參數(shù)相同的研究中，其需要對改性后的內(nèi)容進行分析?？梢源_定出的結(jié)果表明泡沫輕質(zhì)土通過本次實驗可以確定泡沫輕質(zhì)土強度也會逐漸增加，增長的相對比較快?？梢缘贸鋈缦陆Y(jié)論，乳膠粉可以有效改變泡沫輕質(zhì)土強度，有一定的提高作用。當增加養(yǎng)護時間，整體的抗壓強度也會逐漸上升。改性前后泡沫輕質(zhì)土密度和抗壓強度變化趨勢可以按照一次多項式代替，擬合公式為：

在實驗過程中，可以從不同摻量來確定乳膠粉泡沫輕質(zhì)土試件的單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲呈現(xiàn)出四個階段的變化情況：密實階段的變化、彈性階段變化情況、彈塑性階段和破壞階段的變化情況。

關(guān)于各階段變化曲線情況，密實階段應(yīng)力曲線發(fā)生變化，呈現(xiàn)出增長的趨勢。主體材料主要是依靠胞壁的彎曲程度不變化的；曲線近似直線為應(yīng)力應(yīng)變的線性關(guān)系。當試件內(nèi)部產(chǎn)生裂隙變化的情況，要求卸載后可以進一步恢復(fù)彈性變形。出現(xiàn)彈塑性階段應(yīng)力峰值，隨著載荷增加試件中的胞壁出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力大于胞壁的斷裂強，此時材料會存在塑性破壞，其具有瞬間性的特點，此時會伴隨著微裂紋的出現(xiàn)，若其出現(xiàn)不斷延申的狀況，則進入破壞階段，同時隨著宏裂紋以及微裂紋的擴散作用，其會出現(xiàn)局部破壞，進而導(dǎo)致局部材料的穩(wěn)定性減弱，一定程度上降低材料的承載能力。

在實驗中用普通混凝土材料與泡沫輕質(zhì)土材料進行對比，可以了解到抗壓強度后會馬上產(chǎn)生破壞，但是也會有一定的承載能力，對某些試件進行研究后，可以發(fā)現(xiàn)試件的強度會產(chǎn)生變化表明泡沫輕質(zhì)土材料的載荷情況出現(xiàn)明顯的變化，設(shè)備的韌性也有一定的延展性特征。

2.2 自然干燥收縮

測量試驗中涉及的 7d、14d、21d、28d、56d中產(chǎn)生的變形讀數(shù) Lt的相關(guān)要求，相關(guān)計算公式為：

式中：εat代表的是 t 天中砂漿試件的自然收縮數(shù)值；L0為也行收縮讀數(shù)。Lt為第t天的關(guān)于試件的讀數(shù)；L為試塊的長度相關(guān)數(shù)值偉160 mm；Ld 為收縮長度之和。

對試樣的干縮分析主要涉及3個階段。初期：相關(guān)數(shù)值偉0 d~7 d，通過研究發(fā)現(xiàn)氣泡漿體凝結(jié)后出現(xiàn)硬化的現(xiàn)象，會形成大量的微觀毛細孔，水容易產(chǎn)生的潤濕水泥基材料也會發(fā)生變化，引起氣泡孔的水分飽和，蒸發(fā)難度增加，毛細孔蒸發(fā)出現(xiàn)失水越難的現(xiàn)象，導(dǎo)致干縮實驗比較緩慢。中期：干縮中期維持在7 d~28 d，出現(xiàn)氣泡孔先蒸發(fā)失水的現(xiàn)象，氣泡孔尺寸大增加，沒有產(chǎn)生毛細孔效應(yīng)，失水難以產(chǎn)生收縮，毛細孔失水引起凹液面出現(xiàn)曲率變大的情況，試樣容易產(chǎn)生收縮，干縮的收縮值增加。干縮變形屬于作用機理特性，乳膠粉溶于水產(chǎn)會產(chǎn)生乳膠膜且其中含有水分。在本次實驗中，乳膠粉摻量也按照一定的比例增加，最終形成的乳膠膜也比較完整，水分子在其中阻礙會增加，會對硬化泡沫輕質(zhì)土產(chǎn)生影響，當出現(xiàn)水分較多的時候，干燥過程中乳膠膜中所失去的水分也增多，而硬化泡沫輕質(zhì)土中的水分減少。

2.3 干濕循環(huán)

試驗參照GB/T 11975-1997《加氣混凝土干濕循環(huán)試驗方法》，研究泡沫輕質(zhì)土經(jīng)受3次、6次、9次和12次循環(huán)后的抗壓強度的變化。

干濕循環(huán)次數(shù)出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，可以發(fā)現(xiàn)無側(cè)限的整體強度也會產(chǎn)生變化。當不加入乳膠粉后，整體的強度缺失最快，當循環(huán)次數(shù)達到12次時，材料的損壞程度會達到25.3%，同時其試件參數(shù)也會具有一定程度的改變；若乳膠粉摻量改變了2.5%，此時通過循環(huán)12次，其損壞程度會變?yōu)?5.5%，因此，試件的完整性良好；當摻量為 10%的時候，干濕循環(huán)強度損失率有所降低，可以達到6.14%，同樣試件沒有被破壞，可以說明乳膠粉摻量逐漸增加的情況，可以確定偉強度損失率也會逐漸減少。

當實驗數(shù)據(jù)進行調(diào)整后，可以將R2調(diào)整為0.97，說回歸反應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)的擬合度可以達到96.9%，整體的線性回歸方程也會出現(xiàn)擬合度逐漸增加的趨勢，統(tǒng)計量的數(shù)值為0.73。

試件抗壓強度隨乳膠粉摻量、干濕循環(huán)次數(shù)曲面如圖1所示。

圖1 抗壓強度隨乳膠粉摻量和干濕循環(huán)次數(shù)的變化曲面

3 結(jié)論

文章對改性前后泡沫輕質(zhì)土進行了無側(cè)限抗壓強度、自然干燥收縮和干濕循環(huán)試驗，對比實驗前后的相關(guān)性能特點，主要結(jié)論如下：

（1）實驗后樣本的干密度與抗壓強度存在線性關(guān)系特點，出現(xiàn)線性遞增趨勢，抗壓強度的冪函數(shù)出現(xiàn)遞減的現(xiàn)象，其會導(dǎo)致應(yīng)力參數(shù)發(fā)生一定程度的改變，實驗結(jié)束后，在壓縮并且載荷的狀態(tài)下，泡沫輕質(zhì)土會出現(xiàn)兩種特性，分別是延性以及韌性。

（2）結(jié)合干縮實驗，失水率摻和量的增加，會導(dǎo)致干縮逐漸增加，前期干縮數(shù)值增加，到收縮后期干縮數(shù)值在逐漸降低，與無乳膠粉的泡沫輕質(zhì)土相比，其抗壓強度隨乳膠粉摻量的增大，損失率不斷減少.改性前的泡沫輕質(zhì)土第9次干濕循環(huán)后試件已破壞，當乳膠粉摻量為10%時，第12次干濕循環(huán)后試件未破壞.乳膠粉改性后的泡沫輕質(zhì)土泡沫輕質(zhì)土具有良好的水穩(wěn)定性。