高海拔地区现浇泡沫混凝土正交试验研究

蒋宁山，刘连新，徐婷婷，吴成友，张吾渝，刘亚（青海大学 土木工程学院，青海 西宁　810016）

高海拔地区现浇泡沫混凝土正交试验研究

蒋宁山，刘连新，徐婷婷，吴成友，张吾渝，刘亚
（青海大学 土木工程学院，青海 西宁810016）

由于高海拔地区现浇泡沫混凝土在施工时受到高海拔、低气压等因素的影响，物理发泡过程中气泡破灭快、塌缩等现象严重，因此引入稳泡剂、瞬凝剂、减水剂加以改善，为了配制出强度较高、干密度较低的性能优良的泡沫混凝土，采用正交试验、扫描电镜观察内部气孔方法，确定了稳泡剂、瞬凝剂、减水剂的最佳掺量，探讨了外加剂对现浇泡沫混凝土性能的影响，为青藏高原地区大面积推广现浇泡沫混凝土积累经验。

泡沫混凝土；正交试验；稳泡剂；瞬凝剂；减水剂

在青藏高原高海拔低气压的环境下，现浇泡沫混凝土施工时容易出现气泡破灭快、孔隙率低、塌缩等现象。为了改善这一现象，引入稳泡剂、瞬凝剂、减水剂，对泡沫混凝土的强度、气泡韧性、干密度加以改善［1］，但在掺加时应严格控制掺量。通过单因素试验，确定了泡沫混凝土中泡沫剂掺量为0.67%～0.73%，稳泡剂的掺量为0.015%～0.025%，减水剂的掺量为0.15%～0.25%，瞬凝剂的掺量为2.0%～3.0%。当外加剂同时掺入时，采用正交试验确定泡沫混凝土的最佳配比，分析外加剂对泡沫混凝土强度等物理参数的影响［2-3］。

1　试验

1.1主要原材料

稳泡剂：三乙醇胺，无色黏稠液体；泡沫剂：植物蛋白类泡沫剂，无色黏稠液体；减水剂：聚羧酸减水剂，浅棕色黏稠液体；瞬凝剂：硫酸钠，白色晶体

1.2配合比设计

采用P.O42.5水泥，水料比为0.40，采用稀释倍数为1∶40的植物类泡沫剂，确定泡沫剂掺量范围为水泥质量的0.67%～0.73%，以此为基础通过单一因素试验，确定稳泡剂的掺量为水泥质量的0.015%～0.025%，减水剂的掺量为水泥质量的0.15%～0.25%，瞬凝剂的掺量为水泥质量的2.0%～3.0%。当稳泡剂、瞬凝剂、减水剂同时掺入时通过正交试验确定最优配合比［4］。选用L9（34）正交表（见表1），试验配合比和性能测试结果见表2。

表1　正交试验因素水平

表2　试验配合比及结果

1.3正交试验结果分析

对表2泡沫混凝土正交试验结果的极差分析见表3。

表3　3 d、7 d抗压强度和干密度的极差分析

从表3可以看出：

（1）对泡沫混凝土3 d抗压强度影响的大小顺序是：D＞C＞B＞A，即瞬凝剂掺量是抗压强度的主要影响因素，其次是减水剂掺量，然后是泡沫剂掺量，三者的影响相近，最后是稳泡剂掺量。因要求3d强度较高，优化水平组合确定为A2B1C2D1。

（2）对泡沫混凝土7 d抗压强度影响的大小顺序是：D＞C＞B＞A，即瞬凝剂掺量是抗压强度的主要影响因素，其次是减水剂掺量，然后是泡沫剂掺量，最后是稳泡剂掺量。因要求7 d强度较高，优化水平组合确定为A2B1C2D1。

（3）对泡沫混凝土干密度影响的大小顺序是：D＞B＞A＞C，即瞬凝剂掺量是干密度的主要影响因素，其次是泡沫剂掺量，然后是稳泡剂掺量，最后是减水剂掺量。因要求干密度不宜太高，优化水平组合确定为A3B1C3D2。

1.4优化试验

在满足设计目标及考虑成本的要求下，综合平衡确定最优试验组合为A2B1C2D1，即最优配合比是：稳泡剂0.02%、泡沫剂0.67%、减水剂0.2%、瞬凝剂2.0%。

2　外加剂对泡沫混凝土内部气孔的影响

由于青藏高原高海拔、低气压的影响造成泡沫混凝土现场浇筑时成泡率易变、塌模严重，造成泡沫混凝土质量不稳定，为了提高泡沫混凝土质量，掺加外加剂后，在扫描电镜下观察其内部结构。

（1）当水料比为0.40、稀释倍数为1∶40，泡沫剂掺量为0.67%，未掺加稳泡剂、瞬凝剂、减水剂时，泡沫混凝土中孔洞尺寸大小不一，泡沫混凝土壁厚较薄，较易破裂，容易形成连通孔，对保温性能的影响较大，内部气孔平均直径为1.14 mm，气孔分布如图1所示。测得孔隙率为72%，3 d抗压强度为0.75MPa，7d抗压强度为1.38 MPa，干密度为462 kg/m3，导热系数为0.173 W/（m·K）。

图1　未掺入稳泡剂、瞬凝剂、减水剂时泡沫混凝土的内部结构

（2）同时掺入稳泡剂、瞬凝剂、减水剂时，稳泡剂使气泡壁的坚韧性提高，泡沫壁的强度增大，泡沫不易破裂；减水剂使得水泥水化产物中C-S-H凝胶增多，增加水泥分散性，浆料流动性增加，可缩短搅拌时间，减少破泡的概率，气孔壁的致密性提高，厚度增大；瞬凝剂使水泥的水化速度加快，泡沫混凝土的凝结时间有很大程度的缩短，有效避免了泡沫的大量破灭［5］。稳泡剂、瞬凝剂、减水剂的参加对泡沫混凝土性能改善明显。

电镜观察内部气孔表现较均匀，且直径较小，平均值为0.75mm，气孔分布如图2所示。测得孔隙率是85%，3 d抗压强度为1.52MPa，7d抗压强度为2.69MPa，干密度为443 kg/m3，吸水率为22%，导热系数为0.10W/（m·K）。

图2　掺入稳泡剂、瞬凝剂、减水剂后泡沫混凝土的内部结构

3　结论

（1）稳泡剂、泡沫剂、减水剂、瞬凝剂同时掺入时，瞬凝剂对强度、干密度影响较大。

（2）通过正交试验得到最优配比，稳泡剂掺量为0.02%、泡沫剂掺量为0.67%、减水剂掺量为0.2%、瞬凝剂掺量为2.0%，泡沫混凝土抗压强度、干容重、吸水率、导热系数指标改善，泡沫混凝土性能提升。

（3）在高海拔、低气压的青藏高原环境下，进行物理发泡配置泡沫混凝土时，引入稳泡剂、瞬凝剂、减水剂能够使现浇泡沫混凝土内部气孔分布均匀且直径较小，气泡壁韧性增强，塌模现象得到改善。

［1］刘小艳，王新瑞，刘磊，等.泡沫混凝土的研究进展及应用［J］.混凝土，2012（6）：34-36.

［2］郝会娟，低强度自密实混凝土配合比优化［D］.保定：河北农业大学，2006.

［3］李永肖，赵风清，张志国，等.承重型泡沫混凝土的研制［J］.粉煤灰综合利用，2009（5）：52-54.

［4］徐婷婷.高寒地区现浇泡沫混凝土技术性能的应用研究［D］.西宁：青海大学，2014：41-46.

［5］杨进超，欧忠文，钟方平，等.速凝剂对水泥注浆材料性能的影响［J］.低温建筑技术，2014（3）：18-19.

Orthogonal experimental study of high altitude cast-in-place foam concrete

J
IANG Ningshan，LIU Lianxin，XU Tingting，WU Chengyou，ZHANG Wuyu，LIU Ya
（School of Civil Engineering of Qinghai University，Xining 810016，China）

Due to high altitude，low-pressure and other factors in high-altitude area，phenomenon in foaming process of castin-place foamed concrete such as quick bubble burst and slurry collapse tend to appear.Adding additive such as foam stabilizing agent，flash-setting agent and water reducing agent in foamed concrete can usually improve its performance.In order to prepare formed concrete with high strength，low dry apparent density and other good performances in high-altitude area，orthogonal experiment，scanning electron microscope analysis have been used to determined the best ratios of foam stabilizing agent，flashsetting agent and water reducing agent，in this paper.In addition，influences of additives on cast-in-place foamed concrete have been studied.Results in this paper can provide valuable experiences for large-scale cast-in-place foamed concrete promotion in Qinghai-Tibet Plateau.

foamed concrete，orthogonal test，foam stabilizer，flash-setting agent，water reducing agent

TU528.2

A

1001-702X（2016）03-0029-03

青海省科技厅基金资助项目（2015-ZJ-722；2015-ZJ-937Q；2015-ZJ-720）

2015-10-30；

2016-03-20

蒋宁山，男，1978年生，青海互助人，副教授。地址：西宁市宁大路251号，E-mail：qhjns@163.com。