泡沫混凝土存在缺陷及改善措施研究

刘 宁

(江苏师范大学，江苏 徐州 221000)



泡沫混凝土存在缺陷及改善措施研究

刘 宁

(江苏师范大学，江苏 徐州 221000)

介绍了泡沫混凝土的特性，针对泡沫混凝土存在的缺陷问题，从加入纤维材料、降低水泥用量、控制孔隙结构三方面，提出了相应的改善措施，从而提高泡沫混凝土的强度，减少裂缝的产生。

泡沫混凝土，聚合物纤维，水泥，强度

泡沫混凝土，是利用机械方法将水泥和泡沫混合在一起，加以搅拌养护得到的轻质多孔材料[1]，近年来，以节能、环保且不燃的优良性能逐渐被市场认可，应用领域也逐渐拓宽。但是任何一种材料都是瑕瑜互见，所以在利用其长处的同时，也需要改善其短处，做到取长补短。

1 泡沫混凝土存在的缺陷

1)泡沫混凝土的主要材料是水泥，因此干缩较大，易产生裂缝。

2)强度低。泡沫混凝土强度低主要是孔隙率和孔隙特征的原因，一般情况下，孔隙率较大时会引起强度降低。在相同孔隙率的情况下，封闭细小均匀的圆孔，强度较高。主要是因为孔隙率过大或孔隙不均匀时易引起应力集中，使得强度降低。

3)孔隙结构不易控制。由于水泥早期的凝结硬化较慢，与泡沫的稳定时间不匹配，导致泡沫穿并，进而引起应力集中，强度降低[2]。

2 泡沫混凝土缺陷的改善措施

2.1 纤维增强泡沫混凝土抗裂性

由于泡沫混凝土的韧性较差，抗折强度较低，使用时受到了很大的局限性，在制作过程中加入纤维作为增韧材料，阻止基材中裂缝的扩展并延缓新裂缝的产生，提高抗拉强度和抗变形能力。近几年应用比较多的主要是植物纤维、聚合物纤维、碳纤维和纳米纤维等。

1)植物纤维。目前使用最多的植物纤维是农作物秸秆。我国是一个农业大国，农作物秸秆的产量较高，随意丢弃、焚烧现象较为严重，因此，秸秆的有效利用也成为国家和社会关注的焦点。吴晓艳等[3]将普通的稻杆纤维加入泡沫混凝土中，可以提高泡沫混凝土的抗压强度，纤维长度为1 mm，加入量为3%时，效果最佳。

由于秸秆的夹层中含有木素、半纤维素和低聚糖，在碱性环境下会对水泥造成缓凝作用，进而造成泡沫穿并，影响孔隙结构，降低强度和耐久性。为此，王立久等利用明胶乳液对秸秆进行处理，提高耐碱侵蚀性，缩短凝结时间。

2)聚合物纤维。目前，使用较多的聚合物纤维是聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维。

聚丙烯纤维是较为常见的一种塑料，价格低廉，拉伸强度、屈服强度和弹性模量均较高，但是用于混凝土中时易结团，因此在使用时应注意纤维的直径和长度，M.R.Jone[5]在研究中发现，掺入0.25%长度为1.9 mm～2 mm的聚丙烯纤维，可以显著提高泡沫混凝土的强度和可塑性。

聚乙烯醇纤维是以聚乙烯醇为原料制得的合成纤维，机械强度高，耐酸碱腐蚀性强，并且具有良好的分散性，与水泥的粘结强度较高，将其掺入泡沫混凝土中可以大大提高泡沫混凝土的韧性。但是由于聚乙烯醇纤维的吸水性强，会影响泡沫混凝土的工作性，因此，邓均等[6]将聚乙烯醇和粉煤灰一起用于泡沫混凝土中，一方面利用聚乙烯醇纤维的增韧作用，另一方面利用粉煤灰的滚珠效应，这样既提高了强度，又不影响工作性。

3)碳纤维。碳纤维是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经过碳化、石墨化处理后得到的一种微晶石墨材料。弹性模量是玻璃纤维的3倍，并且密度低，耐疲劳和耐腐蚀性好，可以大大增强泡沫混凝土的强度和韧性[8]。

4)纳米纤维。上述几种纤维都是毫米级纤维，而混凝土中细裂缝居多，尤其是初裂缝，因此邱军付等[10]将纳米纤维和聚丙烯纤维相结合，增韧范围扩大，研究中发现，增韧效果比单用聚丙烯纤维要好很多，当纳米掺入量为0.5%时，对拌合物的流动性、早期水化都有很好的改善效果。

2.2 掺和料降低水泥用量，缓解干缩作用

水泥作为泡沫混凝土的主要原料，对泡沫混凝土的性质影响很大。由于水泥在水化过程中会产生大量的水化热，内外产生温差，温度应力的存在引起混凝土产生微裂缝。并且泡沫混凝土的孔隙率较高，在后期养护过程中，蒸发失水，也容易产生裂缝，严重影响耐久性和保温性，为此，不少研究者选择不同的具有火山灰活性的掺和料代替水泥，减少裂缝的产生，常用的掺和料有粉煤灰、煤矸石和矿渣等。

粉煤灰作为工业废料，严重影响环境，将其掺入泡沫混凝土的制备中，既可以废物利用，也可以缓解裂缝的产生，原因主要有两个方面：

1)减少水泥的用量，降低水化热，减少裂缝；

2)利用滚珠效应，提高流动性，减少用水量，降低蒸发作用。

煤矸石是在采煤过程中排出的一种废弃物，占用大量土地，污染空气、水体，但含有硅、铝、钙元素，具有火山灰活性，在碱性环境下，可以生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，既可以降低水泥用量，也可以形成强度。

矿渣是在炼铁时浮于铁水的熔渣，含有CaO，SiO2，Al2O3，具有较高活性，可以代替部分水泥。并且矿渣具有自硬性，在一定细度条件下，能发生水化硬化反应，产生强度。

以上三种掺和料是较常用的三种，但是要根据具体情况选择，扈士凯[11]在研究中发现，三种掺和料中矿渣的活性最好，粉煤灰次之，而泡沫混凝土是一种轻质材料，需要降低密度，三种掺和料中粉煤灰的密度最小，可以降低泡沫混凝土的密度。因此，情况的侧重点不同，选择也不同。

2.3 控制孔隙结构

泡沫混凝土的孔隙结构对力学性、耐久性以及保温性能影响非常大。一般情况下，封闭细小的圆孔对于泡沫混凝土的性能是非常有利的，但是在实际施工过程中，孔隙结构很难控制，如果出现较多的连通孔，则容易造成应力集中，强度降低，并且连通孔的增多会增大吸水率，进而影响耐久性和保温性能。为缓解上述情况，近几年应用比较多的是以下两个措施：

1)在制备过程中加入粘稠度较高的聚合物。由于气泡在水泥凝结之前容易上升，在上升的过程中逐渐变大而导致破碎，孔隙结构遭到破坏。聚合物的加入可以增大浆体的粘稠度，增大气泡上升的阻力，起到固定气泡的作用，保证良好的孔隙结构。

2)在制备过程中加入某些化学成分，促进混凝土的凝固。王路明等[2]在试验中发现，加入2%的氯化钙可以将混凝土的初凝和终凝时间缩短11 h，7 d抗压强度提高50%。

3 结语

1)泡沫混凝土是一种具有广阔发展前景的保温轻质材料，但是抗裂性差、强度低、孔隙结构不稳定等因素严重影响其发展。

2)经过近几年的大量研究，提出了不少改善措施，主要有：利用纤维增韧，提高抗裂性；掺和料代替部分水泥；在原料中加入粘稠度较高的聚合物或者加入促凝剂控制孔隙结构。

3)在使用过程中，要根据不同的用途和侧重点，选择不同的改善措施。

[1] 刘 军，崔云鹏，杨元全,等.粉煤灰泡沫混凝土力学性能的研究[J].材料导报,2014,28(8):139-142.

[2] 王路明，王滌非.促进水泥泡沫混凝土凝结硬化的试验与研究[J].功能材料,2015，46(S1):84-87.

[3] 吴晓艳，刘红飞，张 程.稻杆纤维对改善泡沫混凝土抗压强度的研究[J].混凝土与水泥制品,2014(9):56-58.

[4] 程顺义.纤维泡沫混凝土的研究现状[J].混凝土与水泥制品,2013(6):47-49.

[5] M.Jones, A.McCarthy. Preliminary views on the protential of foamed concrete as a structural material[J].Magazine of concrete research,2005,57(1):21-32.

[6] 邓 均，霍冀川，宋言红,等.聚乙烯醇纤维泡沫混凝土的性能试验[J].混凝土与水泥制品,2012(2):41-44.

[7] 詹炳根，郭建雷，林兴胜.玻璃纤维增强泡沫混凝土性能试验研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2009,2(32):226-229.

[8] S.B.Park,E.S.Yoon, B.I.Lee.Effects of processing and materials variations on mechanical properties of lightweight cement compos.Tes[J].Cement and concrete research,1999,29(2):193-200.

[9] 杨瑞环，霍冀川，赵 星.玄武岩纤维掺量对泡沫混凝土性能的影响[J].西南科技大学学报，2014，29(2)：29-32.

[10] 邱军付，孙桂芳，王永魁，等.纳米纤维增韧泡沫混凝土的机理研究[J].新型建筑材料，2015，42(12)：37-39.

[11] 扈士凯，李应权，段 策，等.矿物掺和料对泡沫混凝土基本性能的影响[J].新型墙材，2009(11)：27-29.

Research on defects and improvement measures of foam concrete

Liu Ning

(JiangsuNormalUniversity,Xuzhou221000,China)

This paper introduced the characteristics of foam concrete, according to the defects of foam concrete, from the addition of fiber materials, reducing amount of cement, control of pore structure three aspects, put forward corresponding improvement measures, so as to improve the strength of foam concrete, reduced the cracks.

foam concrete, polymer fiber, cement, strength

1009-6825(2016)22-0118-03

2016-05-25

刘 宁(1987- )，女，助理工程师

TU528.58

A