董 雪

（鐵正檢測科技有限公司，山東 濟南 250100）

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，施工技術(shù)水平不斷提高，為滿足群體的住房需求，為住戶提供更寬敞、明亮的住房，大量的高樓大廈應運而生，人們在關(guān)注住房舒適度的同時，對建筑材料的質(zhì)量和性能要求也越來越高[1]。為提高建筑的穩(wěn)定性，必須使用具有輕質(zhì)特點的材料，以減輕建筑建成后的質(zhì)量。同時，加大對綠色建材的推廣，提倡建筑在設計與施工中節(jié)能減排，將碳達峰計劃與生態(tài)文明相結(jié)合。在建筑領域，加強輕質(zhì)建筑保溫材料的研發(fā)和推廣應用，對固廢進行綜合利用，對提高國內(nèi)資源利用率、走可持續(xù)發(fā)展之路，具有重大的現(xiàn)實意義[2]。

目前，國內(nèi)使用的建筑工程保溫材料泡沫混凝土的原料很容易獲得，使用該材料進行施工，不僅可以實現(xiàn)工程的現(xiàn)澆作業(yè)，還可以生產(chǎn)出多種異構(gòu)性的混凝土制品，滿足當前建筑市場對新型、節(jié)能和環(huán)保材料的需求[3]。為推廣使用此類材料，下述將對材料的性能展開分析。

1 試驗原材料

根據(jù)泡沫混凝土的制備需求，進行試驗中原材料的準備，該次試驗所需的原材料包括水泥、硅灰、凹凸棒土和玻璃粉等，對水泥原材料的主要性能進行檢測，檢測結(jié)果表明，水泥選用的是早強型普通硅酸巖水泥P.I.42.5R，試件28d 的抗壓強度標準值為43.5MPa，大于42.5MPa，3d 抗折強度標準值為6.0MPa，28d 抗折強度標準值為8.5MPa，3d 抗壓強度標準值為28.9MPa，28d 抗壓強度標準值為50.5MPa，確定其強度等級為42.5R，標準稠度用水量為27.6%，初凝時間為180min，終凝時間為360min，主要指標與標準見表1。

表1 水泥原材料的質(zhì)檢指標與標準

在此基礎上，采集廢棄玻璃，進行洗滌、暴曬、研磨和烘干等工序，過程如圖1 所示。

圖1 玻璃粉收集與處理

收集研磨玻璃粉后，對玻璃粉、硅灰和凹凸棒土原材料的主要化學成分進行分析，見表2。

表2 硅灰、凹凸棒土原材料的主要化學成分 單位：%

在此基礎上分析發(fā)泡劑原材料的基本性能，結(jié)果表明發(fā)泡劑的稀釋倍率為60%，發(fā)泡倍數(shù)為25 倍，1h 沉降距離為3mm，1h 泌水量為75mL，pH 值為6.5～7.5，活性物含量和固含量為30%（≥25%），性能指標檢測結(jié)果見表3。

表3 發(fā)泡劑原材料基本性能分析

同時，根據(jù)試驗需求，選擇減水劑（要求減水劑的減水率須達到30%以上）、穩(wěn)泡劑和速凝劑等外加試劑。按照上述步驟，完成準備試驗中的原材料。

2 試驗方法

2.1 試件成型

稱取發(fā)泡試劑，按照標準比例1 ∶60，對其進行稀釋，打出泡沫后，確保氣泡穩(wěn)定、均勻。按照配合比對外加劑、水、水泥及摻合料進行稱量，首先將水泥和摻合料放入攪拌鍋中，進行攪拌并均勻，再倒入2/3 的清水，進行1min 的攪拌后，將剩余的水與化學外加劑混合液一起，進行攪拌，再將剩余的水與化學外加劑混合液一起攪拌，將泡沫稱取出來，倒入料漿中進行充分地攪拌，直到?jīng)]有粉體狀硬塊為止，將樣件裝進模具，用保鮮膜蓋上并置于陰涼的地方，防止試件水分流失，在室內(nèi)常溫條件下養(yǎng)護約28d[4-6]。

2.2 試驗方法

2.2.1 導熱試驗

將構(gòu)件在55℃～65℃的烘箱中烘干處理，使用導熱檢測儀器，對樣件進行3h 的預熱+6h 的熱平衡處理，根據(jù)儀器顯示值，得到樣件的導熱系數(shù)[7]。導熱系數(shù)試驗樣件如圖2 所示。

圖2 導熱系數(shù)試驗樣件

2.2.2 干縮試驗

將試驗樣件養(yǎng)護28 天后，放置在水槽中，將樣件在其中放置3h，取出水槽中的樣件，將其表面的水分擦拭干凈，使用千分尺測量此時樣件的尺寸與質(zhì)量，將樣件放置在溫度為18℃～22℃，濕度為38%～42%的環(huán)境中，測量其長度，計算3 個樣件的統(tǒng)計結(jié)果，取平均值，計算樣件干縮長度，計算方法如公式（1）所示。

式中：?i為i天樣件干縮長度，L0為樣件初始長度，Li為i天樣件長度。

2.2.3 吸水率、軟化系數(shù)測定

將樣件進行烘干處理，確保樣件處于干燥狀態(tài)后，測量試件的質(zhì)量，記錄此時樣件的質(zhì)量與這種狀態(tài)下的烘干強度。將烘干后的樣件放置在塑料箱中，設置塑料箱的溫度為15℃～25℃，在其中加入水，達到樣件高度的1/3 位置，靜置樣件1h，再在塑料箱中加入水，達到樣件高度的2/3 位置，靜置樣件1h，再在塑料箱中加入水，超過樣件高度20mm～30mm，1h 后取出樣件，擦拭水分，計算樣件的吸水率與軟化系數(shù)[8]，計算方法如公式（2）和公式（3）所示。

式中：W為樣件的吸水率；m1為樣件吸水前質(zhì)量；m0為樣件吸水后質(zhì)量；K為軟化系數(shù)；f1為樣件飽水前抗壓強度值；f0為樣件飽水后抗壓強度值。

3 外加劑與摻合料復合對泡沫混凝土性能的影響分析

3.1 保溫性能的影響分析

為實現(xiàn)對外加劑與摻合料復合材料對泡沫混凝土保溫性能的影響分析，將上述試驗方法制備的基準組與最優(yōu)配合比下的外加劑與摻合料復合材料進行對比。通過上述試驗得出結(jié)果，泡沫混凝土基準組的導熱系數(shù)為0.10856W/（m·K），控制指標為0.09W/（m·K），泡沫混凝土外加劑與摻合料最優(yōu)組的導熱系數(shù)為0.09552W/（m·K），控制指標為0.12W/（m·K），見表4。

表4 外加劑與摻合料復合材料對泡沫混泥土材料導熱系數(shù)的影響試驗結(jié)果記錄表

表4中記錄的外加劑與摻合料最優(yōu)組為0.12%減水劑、0.15%穩(wěn)泡劑、5.5%硅灰（GB）、2.1%凹凸棒土和11%玻璃粉。結(jié)合表中的數(shù)據(jù)可以看出，將外加劑與摻合料復合后，泡沫混凝土的導入系數(shù)從0.10856 W/（m·K）降至0.09552W/（m·K），與基準組相比，降低了（0.10856～0.09552）/0.10856·100%≈12%。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，減水劑與CMCNa 的摻入，相對減少了連通孔的數(shù)量。由于3 種摻合料在泡沫混凝土中產(chǎn)生了微集粒協(xié)同效應，因此須填充孔隙，細化孔徑。同時，硅灰與凹凸棒土具有較強的吸水性。將自由水吸收后，進一步減少了水分蒸發(fā)所形成的連通孔數(shù)量。除此之外，上述3種摻合料中，SiO2的含量最高，與Ca（OH）2發(fā)生了二次反應，使凝膠的數(shù)量進一步增加，極大程度上改善了孔徑的分布。最后，在上述多種反應的作用下，泡沫混凝土的導熱系數(shù)降低。因此，通過上述得出的試驗結(jié)果可以看出，在一定范圍內(nèi)，通過外加劑與摻合料的復合，能夠起到提升泡沫混凝土保溫隔熱性能的作用，并且這一作用十分顯著。

3.2 干縮性能的影響分析

為實現(xiàn)對復合材料對泡沫混凝土干縮性能的影響分析，仍然以上述0.12%減水劑、0.15%穩(wěn)泡劑、5.5%硅灰（GB）、2.1%凹凸棒土和11%玻璃粉配比的外加劑與摻合料最優(yōu)組為例，將其與基準組進行對比，得出其對泡沫混凝土干縮的具體影響結(jié)果，如圖3 所示。

圖3 復合材料對泡沫混凝土干縮影響試驗結(jié)果圖

從圖3 中所示的2 條曲線可見，泡沫混凝土基準值的干縮值和最優(yōu)組的干縮值均隨著時間增加而不斷增加，在應用復合材料后，泡沫混凝土的干縮值明顯低于另外一組。出現(xiàn)這一試驗結(jié)果的原因是，在摻入減水劑和CMC-Na 后，泡沫的穩(wěn)定性增強。同時，由于凹凸棒土和玻璃粉都具有一定的活性，摻合料在水中發(fā)生了二次水化反應，使孔隙中的自由水含量進一步降低，連通泌水孔的數(shù)量減少。在反應后，不僅生成了比純水泥組更多的C-S-H 凝膠填充孔隙，同時還沒有發(fā)生反應的摻合料顆粒也能夠協(xié)助其共同實現(xiàn)對孔隙的填充，達到改善泡沫混泥土孔結(jié)構(gòu)的目的，進而出現(xiàn)了最優(yōu)組干縮低于基準組的情況。因此，通過上述試驗可以證明，外加劑與摻合料復合后，對促進泡沫混凝土干縮的降低具有積極作用。

3.3 吸水性和耐水性的影響分析

仍然以上述0.12%減水劑、0.15%穩(wěn)泡劑、5.5%硅灰（GB）、2.1%凹凸棒土和11%玻璃粉配比的外加劑與摻合料最優(yōu)組為例，將其與基準組對泡沫混凝土吸水率和軟化系數(shù)的改善效果進行對比，根據(jù)對比結(jié)果對外加劑與摻合料對泡沫混凝土吸水性和耐水性的影響進行分析。圖4 為復合材料對泡沫混凝土吸水性和耐水性影響試驗結(jié)果圖。

圖4 復合材料對泡沫混凝土吸水性和耐水性影響試驗結(jié)果圖

通過圖4 的統(tǒng)計結(jié)果可知，泡沫混凝土基準組和最優(yōu)組的吸水性、耐水性存在明顯的區(qū)別，當外加劑與摻合料復合時，泡沫混凝土的吸水率與基準組相比明顯降低，從原來的19.6%降至15.2%，軟化系數(shù)明顯提升，從原來的0.76 升至0.86。根據(jù)規(guī)定要求可知，軟化系數(shù)超過0.85 的材料可以作為耐水性材料。而加入外加劑和摻合料后，泡沫混凝土的軟化系數(shù)達到了這一標準，可作為耐水性材料，泡沫混凝土的性質(zhì)發(fā)生了改變。針對這一試驗結(jié)果的原因進行具體分析，由于外加劑的加入使開口的孔隙數(shù)量大大減少，同時，通過上述研究可知，在3種摻合料中，SiO2 的含量最高。當SiO2 與Ca（OH）2發(fā)生化學反應時，會進一步促進水化反應的產(chǎn)生，并使最優(yōu)組生成比基準組更多的凝膠，對孔隙結(jié)構(gòu)進行了填充，達到了改善泡沫混凝土微觀孔隙結(jié)構(gòu)的效果。此外，復合材料中添加的3 種摻合料在泡沫混凝土中形成了協(xié)同填充效應，實現(xiàn)了對孔隙結(jié)構(gòu)的混合填充，對水分滲透起到一定抑制作用，連通孔的數(shù)量減少。同時，在最優(yōu)組中，玻璃粉的摻入量較多，水花反應的速度較慢，吸水率極低，可以有效彌補硅灰和凹凸棒土自身吸水性較強的問題，提升泡沫混凝土的密實度，促進吸水率的降低和軟化系數(shù)的提升。因此，通過上述得出的試驗結(jié)果可以證明，外加劑和摻合料復合后，泡沫混凝土的吸水性和耐水性都得到提升。

4 結(jié)語

通過該文上述試驗研究，針對外加劑與摻合料對泡沫混凝土的性能影響進行了研究，通過研究得出，將外加劑與摻合料按照最佳配合比混合后，將其應用到泡沫混凝土中可以有效提升材料的保溫隔熱性能，減少干縮，提升了混凝土的吸水性和耐水性。