黃玉萍 白俊江 蘇龍輝 翁仁貴 陳平陽(yáng)

摘 要：泡沫混凝土在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)易開(kāi)裂、強(qiáng)度低等問(wèn)題，通常采用摻入纖維用于改善其性能。本文研究了建筑垃圾再生細(xì)骨料取代天然砂時(shí)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度的變化，并用聚丙烯纖維對(duì)其進(jìn)行改性。結(jié)果表明，當(dāng)再生細(xì)骨料完全取代天然砂、纖維體積摻量為0.30%時(shí)，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度為6.5MPa，流動(dòng)度為183mm，吸水率為13.3%，抗折強(qiáng)度為1.62MPa。

關(guān)鍵詞：建筑垃圾細(xì)骨料；泡沫混凝土；力學(xué)性能

1 前言

泡沫混凝土具有輕質(zhì)、保溫隔熱隔音性能好、耐火性能好、整體性和耐久性好、低彈減震好、環(huán)保性能好、生產(chǎn)加工以及施工方便等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)前泡沫混凝土生產(chǎn)用的主要骨料為天然砂，近年來(lái)隨著建筑建設(shè)的不斷發(fā)展，天然砂不僅價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，更面臨著資源枯竭的危險(xiǎn)。在這種背景下，能找到其他廉價(jià)常見(jiàn)的物質(zhì)，或能循環(huán)利用廢物垃圾替代天然砂成了熱門話題。針對(duì)此類情況，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者專家都展開(kāi)研究泡沫混凝土的性能。

賈艷濤等[1]將EPC顆粒和聚丙烯纖維分別摻入泡沫混凝土中，分別發(fā)現(xiàn)EPC顆粒的摻入可以有效地降低泡沫混凝土的容重，但也降低了其抗壓強(qiáng)度，且聚丙烯纖維的摻入量在一定范圍內(nèi)對(duì)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度有提高作用。趙星等[2]研究結(jié)果表明，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度隨玄武巖纖維體積摻量的提高而增強(qiáng)。慕洪濤[3]對(duì)泡沫混凝土展開(kāi)研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維能顯著提高泡沫水泥基吸聲材料的抗壓強(qiáng)度，其中當(dāng)纖維摻量為1.0kg/m3時(shí)增強(qiáng)效果最為明顯[4]。

2實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

水泥：實(shí)驗(yàn)中所用的為普通硅酸鹽水泥（P·O42.5級(jí)水泥），其物理力學(xué)性能與XRF分析結(jié)果見(jiàn)表1、2。

天然砂：5～25mm連續(xù)級(jí)配的花崗巖碎石，符合GB/T14685—2011《建筑用卵石、碎石》要求。

建筑垃圾細(xì)骨料為福建省福州市閩侯縣某工地其性能見(jiàn)表3。

發(fā)泡劑：試驗(yàn)所用發(fā)泡劑為以動(dòng)物蛋白質(zhì)為主、復(fù)配天然植物起泡劑的復(fù)合發(fā)泡劑，其密度為1.09g／mL，兌水比例為1：20。

聚丙烯纖維：純度99%，長(zhǎng)度6mm。

減水劑：聚羧酸高效減水劑。

水：自來(lái)水。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1制備泡沫混凝土

本次實(shí)驗(yàn)制備泡沫混凝土的方法為預(yù)制泡沫混合法，具體流程如下：

（1）將水泥、自來(lái)水和天然砂分別倒入型號(hào)為JJ-5水泥膠砂攪拌機(jī)的攪拌鍋中，并啟用140r/min的低速攪拌將其混合攪拌1min，得到漿料。

（2）將發(fā)泡劑溶液放入YS-F-FP-A型的用水泥發(fā)泡機(jī)中，得到預(yù)制泡沫。

（3）量取所需的預(yù)制泡沫，將其放入水泥凈漿中進(jìn)行285r/min的高速混合攪拌，得到泡沫混凝土漿體。

（4）將所得泡沫混凝土漿體澆注于100mm×100mm×100mm的模具中，在室溫下養(yǎng)護(hù)24h并進(jìn)行脫模，得到泡沫混凝土試塊。

（5）將試塊放入養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28d便可對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，箱中相對(duì)濕度為95%、溫度為（20±2）℃。

2.2.2建筑骨料取代天然砂性能測(cè)試

依照上述泡沫混凝土制備方式制備混凝土，并用建筑細(xì)骨料取代天然砂，分別取代天然砂的0%、25%、50%、75%、100%，以質(zhì)量計(jì)。對(duì)制備出的泡沫混凝土進(jìn)行抗壓測(cè)試，并繪制出建筑細(xì)骨料不同取代程度的抗壓強(qiáng)度線型圖，探究抗壓強(qiáng)度與建筑細(xì)骨料取代量的關(guān)系。

2.2.3聚丙烯纖維改性測(cè)試

將纖維均勻混合摻入泡沫混凝土后主要起到以下作用：

（1）提高泡沫混凝土的抗變形能力。

（2）抑制新裂縫的出現(xiàn)、阻止已經(jīng)出現(xiàn)裂縫的繼續(xù)擴(kuò)展。

（3）提高其自身的抗拉強(qiáng)度。在眾多學(xué)者研究下，關(guān)于纖維的品種已有大量的試驗(yàn)，對(duì)于加入泡沫混凝土中的阻裂纖維主要涵蓋以下幾種：聚丙烯纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維和聚乙烯醇纖維等，其中聚丙烯纖維是比較成熟的一種。

2.2.4 性能測(cè)試方法

（1）抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所需儀器為微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)符合以下規(guī) 定：

1）抗壓強(qiáng)度的測(cè)定需用抗壓夾具，抗壓試驗(yàn)所需試件為抗折試驗(yàn)后留下的 6個(gè)斷塊，斷面尺寸為40mm×40mm；為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)前應(yīng)清除試體受壓面與上下加壓板的砂粒或雜物；試驗(yàn)時(shí)，將試體的側(cè)面作為受壓面放入夾具中，并使夾具對(duì)準(zhǔn)壓力機(jī)壓板中心進(jìn)行試驗(yàn)。

2）控制壓力機(jī)加荷速度為0.5mm/min，開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，破壞后記錄Pc（N）。

3）抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算（精確至0.01MPa）。

fc=? ? ? （1）

式中：A為受壓面積，即40mm×40mm。

（2）流動(dòng)度

參照《泡沫混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 341-2014）評(píng)價(jià)堿礦渣泡沫混凝土的流動(dòng)度。將新拌漿體倒入內(nèi)徑、高度均為80mm的空心圓筒，用平口刀輕敲圓筒外側(cè)，后刮平端口，再將其緩慢垂直上提，靜置60s后，用游標(biāo)卡尺測(cè)得最大水平直徑，重復(fù)三次試驗(yàn)，其算術(shù)平均值為泡沫混凝土的流動(dòng)度。

（3）吸水率

參照《泡沫混凝土》（JG/T 266-2011）進(jìn)行。先將3個(gè)試件在（60±5）℃烘 箱中烘干至恒重m0，再將冷卻至室溫的試件，放入恒溫水槽內(nèi)，再加水至試件高度的1/3，浸泡1天，再加水至試件高度的2/3，再持續(xù)1天后，加水高于試件30mm 以上，再浸泡1天后取出。將試件表面的水分用濕抹布抹去，稱取試件質(zhì)量mg， 精確至1g，吸水率W按式（2）計(jì)算，單位為%，精確至0.1。

（2）

3結(jié)果與討論

3.1建筑細(xì)骨料取代量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

為探索建筑垃圾細(xì)骨料摻量對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)將建筑再生細(xì)骨料對(duì)天然砂的取代量分作5組（0%、25%、50%、75%、100%），取代量與強(qiáng)度的關(guān)系如圖1所示。

建筑垃圾再生細(xì)骨料取代量與抗壓強(qiáng)度變化見(jiàn)圖1，隨著再生細(xì)骨料取代率的增加，其在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，且呈良好的線性關(guān)系。泡沫混凝土沒(méi)有添加建筑細(xì)骨料時(shí)抗壓強(qiáng)度為6.24MPa，但隨著取代量的逐漸增大，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)建筑垃圾再生細(xì)骨料完全取代天然砂石后，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度僅有3.25MPa。

3.2纖維體積摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

普通泡沫混凝土的破壞形態(tài)，破壞時(shí)會(huì)有較大的響聲，且試件直接發(fā)生裂開(kāi)，使得表面碎片分散。而纖維泡沫混凝土則不會(huì)，散落在周圍的碎片較少，裂紋細(xì)小。因此，實(shí)驗(yàn)繼續(xù)探索在建筑垃圾細(xì)骨料摻量恒定條件下，纖維摻量對(duì)泡沫混凝土強(qiáng)度的影響。泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著纖維體積摻量的增加而顯著增大，當(dāng)體積摻量達(dá)到0.3%，抗壓強(qiáng)度約為4.4MPa，而當(dāng)體積摻量達(dá)到0.75%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到5.5MPa。

3.3纖維摻量對(duì)泡沫混凝土流動(dòng)度的影響

流動(dòng)度影響著實(shí)際施工的便利性與其澆筑成型的質(zhì)量好壞。若其流動(dòng)度過(guò)大，在澆筑成型時(shí)易出現(xiàn)離析現(xiàn)象；若其流動(dòng)度過(guò)低，泡沫在漿體中易團(tuán)聚，不易分散。各組試件的流動(dòng)度都達(dá)到自流平的要求，約在170-200ｍｍ。建筑再生細(xì)骨料取代天然砂一定程度上提高了泡沫混凝土的流動(dòng)度，但隨著纖維體積摻量的增加，流動(dòng)度逐漸減少，呈良好線性關(guān)系。當(dāng)纖維體積摻量為0.30%時(shí)，流動(dòng)度為183mm，當(dāng)纖維體積摻量為0.45%時(shí)，流動(dòng)度為179mm，具有較好的流動(dòng)性，這使泡沫混凝土在施工時(shí)可以避免機(jī)械振動(dòng)搗實(shí)的步驟，且能修復(fù)填充孔洞及狹小裂縫空間。在實(shí)際應(yīng)用中更加簡(jiǎn)便，對(duì)填充密實(shí)的效果有很大的提升。

4 結(jié)論

建筑固廢的利用不僅響應(yīng)國(guó)家的環(huán)保號(hào)召，更是實(shí)現(xiàn)了全組分資源化循環(huán)再利用，節(jié)約資源成本。本次實(shí)驗(yàn)就對(duì)建筑再生細(xì)骨料的工程應(yīng)用進(jìn)行探究，得出的結(jié)論如下：

（1）隨著建筑再生細(xì)骨料對(duì)天然砂的取代率的增大，泡沫混凝土抗壓性能明顯降低，無(wú)法滿足要求，必須進(jìn)行改性才能應(yīng)用。

（2）再生細(xì)骨料本身存在的性能缺陷，綜合考量后選擇聚丙烯纖維對(duì)泡沫混凝土進(jìn)行改性，并用折線圖的方式體現(xiàn)前后變化。

（3）根據(jù)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)度、吸水率和抗折強(qiáng)度四個(gè)方面綜合考慮，當(dāng)再生細(xì)骨料完全取代天然砂后，聚丙烯纖維體積摻量達(dá)到0.30%時(shí)，為泡沫混凝土的最佳配比。

參考文獻(xiàn)

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[5]袁偉，丁來(lái)彬，秦岷，等.水泥基泡沫混凝土裂縫控制技術(shù)研究[J].粉煤灰，2014（3）：33-37.